1.3.4. Радіаційний баланс підстилаючої поверхні

Земля одночасно одержує енергію і віддає її. У такому випадку можна скласти баланс сонячної радіації. Радіаційний баланс - це різниця між приходом та витратою сонячної радіації.

Радіаційний баланс підстилаючої поверхні:

R б = Q (1 - L) - I еф.

- І еф. = Q - Q відб - І еф

R б = Q - (Q відб +І еф)

Якщо прихід більший за витрату, радіаційний баланс додатній. Якщо прихід менший за витрату, радіаційний баланс від’ємний. Добовий хід радіаційного балансу має такий вигляд: уночі – від’ємний, удень додатній, а за 1 годину до заходу Сонця – знову від’ємний.

Річний радіаційний баланс

Розподіл річних сум радіаційного балансу зональний, тобто змінюється з широтою. Його величина максимальна над океаном у тропічних широтах (140 ккал/см² біля Аравії), тому що прихід у формі сумарної радіації значний, а витрата у формі ефективного випромінювання та відбитої радіації невелика. А поруч у тропічних пустелях радіаційний баланс становить 60-70 ккал на см². Хоча cумарна радіація велика, проте витрати на ефективне випромінювання та відбита радіація теж дуже великі.

На екваторі радіаційний баланс порівняно невеликий – 80 Ккал/см², тому що сумарна радіація відносно знижена, ефективне випромінювання середнє, відбита радіація теж середня. В помірних та полярних широтах радіаційний баланс знижується , тому що зменшується сумарна радіація. Також впливає висока відбивальна здатність снігу та криги, що збільшує відбиту радіацію.

Над Антарктидою радіаційний баланс від’ємний у центрі, в Арктиці він дорівнює нуля. Зазвичай, над океаном радіаційний баланс більший, ніж над суходолом на одній широті. Причина полягає у тому, що над Океаном витрати на відбивання та ефективне випромінювання менші.

У липні радіаційний баланс дорівнює нулю на широті 50° у південній півкулі. На південь від неї радіаційний баланс від’ємний, а на північ – додатній. Максимальних значень липневий радіаційний баланс досягає на поверхні Океану в тропічних широтах. У січні радіаційний баланс дорівнює нулю на широті між 40° і 50° у північній півкулі.

1.3.5. Схема теплового балансу земної поверхні

Якщо величину сонячної радіації, яка приходить за рік на верхню межу атмосфери, прийняти за 100% ,то можна схематично показати, як складається середній багатолітній радіаційний і тепловий баланси Землі. Спочатку сонячна радіація, котра надходить на верхню межу атмосфери, відбивається за межі останньої. Відбита атмосферою радіація становить 31 %. Ще 17 % атмосфера поглинає, за рахунок чого незначно нагрівається. Залишається 52 % від первинного надходження , котрі становлять величину сумарної сонячної радіації. Ще 4 % відбивається від земної поверхні, а залишок 48 % є величиною поглинутої радіації. Після нагрівання земна поверхня випромінює власну невидиму довгохвильову радіацію, котра частково повертається зустрічним випромінюванням нагрітої атмосфери. Різниця двох указаних видів довгохвильової радіації є ефективним випромінюванням Землі, котре показує фактичні втрати тепла Землею. Показник ефективного випромінювання становить 18 %. Після усіх зазначених перетворень залишається ще 30 % початкової суми надходження радіації від Сонця, котра так і називається - залишкова сонячна радіація або радіаційний баланс.

Саме радіаційний баланс є основним джерелом приходу теплового балансу земної поверхні. Таким чином, у середньому за рік Rб. земної поверхні +30%, а атмосфери -30%. Що це означає? Невже з кожним роком земна поверхня нагрівається усе більше, а атмосфера охолоджується все сильніше? Для пояснення теплової рівноваги Землі в цілому розглянемо тепловий баланс її різних частин.