атм / 01a_AtmPlanet9

Уравнение теплового баланса следует отличать от уравнения притока тепла в

частице воздуха!

•Оба эти уравнения для скоростей изменения

•Но уравнение притока тепла относится к частице, имеющей теплоемкость

–Все члены в Ватт/м3

•Уравнение теплового баланса относится к поверхности, которая не имеет конечной толщины, а значит и теплоемкости

–Все члены в Ватт/м2

Уравнение теплового баланса относится к единице площади

деятельной поверхности Все его члены – потоки энергии

Они имеют размерность

Вт/м2

Знаки вкладов потоков в баланс тепла ДС

•Поток солнечной радиации, частично отражаясь проникает вглубь деятельного слоя на разные глубины и всегда нагревает его

•Эффективное излучение обычно охлаждает поверхность

•Испарение также всегда охлаждает поверхность

•Поток тепла в атмосферу охлаждает поверхность днем, когда она горячее воздуха, но согревает ночью, когда атмосфера теплее поверхности земли.

•Поток тепла в почву, отводит лишнее тепло днем (охлаждает поверхность) , но подводит недостающее тепло из глубин ночью

Варианты баланса тепла

Q – радиационный

баланс

LE – затраты тепла

на испарение

H – турбулентный

поток тепла из (в) атмосферы от подстилающей поверхности

G -- поток тепла в

(из) глубь почвы

Уравнения теплового баланса определяет температуру деятельной поверхности

Температура деятельной поверхности изменяется синхронно с радиационным балансом, т.е. максимум приходится на местный полдень. Значения этой

температуры тем больше, чем больше радиационный баланс

Механизм теплопроводности (Как передается тепло вглубь твердых тел?)

Любой процесс выравнивания температур является неравновесным термодинамическим процессом.

Теплопроводность - один из видов переноса теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры.

При этом в теле осуществляется передача энергии от частиц (молекул, атомов, электронов),

обладающих большей энергией,

частицам с меньшей энергией

Представление периодических функций рядами Фурье.

(Почему все состоит из синусоид?)

•Все метеорологические переменные периодичны

•Любые периодические функции можно представить суммами гармоник (теорема Фурье)

•Частное решение уравнения теплопроводности имеет вид бегущей вглубь почвы тепловой волны

•F(t,z)= F0S(z/h) sin(ωt)+

+F0C (z/h)cos(ωt)

Решения уравнения теплопроводности также можно записать в виде суммы тепловых волн

Запомни уравнение тепловой волны!

•F(t,z)= F0S(z/h) sin(ωt)+F0C (z/h)cos(ωt )=

=А(z/h)cos(ωt- )

где

А(z/h)=[F0S(z/h) 2+ F0C(z/h) 2]½ - амплитуда

ωt + – фаза волны ω=2/Т – частота колебаний,– начальная фаза волны,

она вычисляется из уравнения tg( )= F0S(z/h)/ F0с(z/h)

и поэтому зависит от глубины!