TEPELNÁ ROVNOVÁHA ZEME
bilancia Zeme, pomer príjmu a spotreby energie (žiarivej a tepelnej) na zemskom povrchu, v atmosfére a v systéme Zem-atmosféra. Hlavným zdrojom energie pre veľkú väčšinu fyzikálnych, chemických a biologických procesov v atmosfére, hydrosfére a horných vrstvách litosféry je slnečné žiarenie, preto distribúcia a pomer zložiek T. b. charakterizovať jeho premeny v týchto škrupinách.
T. b. sú súkromné formulácie zákona zachovania energie a sú zostavené pre výsek zemského povrchu (T. b. zemského povrchu); pre vertikálny stĺp prechádzajúci atmosférou (T. b. atmosféra); pre ten istý stĺpec prechádzajúci atmosférou a hornými vrstvami litosféry alebo hydrosféry (T. b. systém Zem-atmosféra).
Rovnica T. b. zemský povrch: R + P + F0 + LE 0 je algebraický súčet energetických tokov medzi prvkom zemského povrchu a okolitým priestorom. Medzi tieto prúdy patrí radiačná bilancia (resp. zvyškové žiarenie) R - rozdiel medzi absorbovaným krátkovlnným slnečným žiarením a dlhovlnným efektívnym žiarením zo zemského povrchu. Kladná alebo záporná hodnota radiačnej bilancie je kompenzovaná viacerými tepelnými tokmi. Keďže teplota zemského povrchu sa zvyčajne nerovná teplote vzduchu, vzniká medzi podložným povrchom a atmosférou tepelný tok P. Podobný tepelný tok F 0 pozorujeme aj medzi zemským povrchom a hlbšími vrstvami litosféry alebo hydrosféry. V tomto prípade je tepelný tok v pôde určený molekulárnou tepelnou vodivosťou, zatiaľ čo vo vodných útvaroch má prenos tepla spravidla vo väčšej alebo menšej miere turbulentný charakter. Tepelný tok F 0 medzi povrchom nádrže a jej hlbšími vrstvami sa číselne rovná zmene obsahu tepla v nádrži za daný časový interval a prenosu tepla prúdmi v nádrži. Základná hodnota v T. b. povrch zemského povrchu má zvyčajne spotrebu tepla na vyparovanie LE, ktorá je definovaná ako súčin hmotnosti vyparenej vody E a tepla vyparovania L. Hodnota LE závisí od zvlhčovania zemského povrchu, jeho teploty. , vlhkosť vzduchu a intenzita turbulentného prenosu tepla v povrchovej vzduchovej vrstve, ktorá určuje rýchlosť prechodu vodnej pary zo zemského povrchu do atmosféry.
Rovnica T. b. atmosféra má tvar: Ra + Lr + P + Fa D W.
T. b. atmosféra sa skladá z jej radiačnej bilancie R a ; tepelný vstup alebo výstup Lr počas fázových premien vody v atmosfére (r je súčet zrážok); príchod alebo spotreba tepla P v dôsledku turbulentnej výmeny tepla atmosféry so zemským povrchom; príchod alebo strata tepla F a spôsobená výmenou tepla cez zvislé steny kolóny, ktorá je spojená s usporiadanými atmosférickými pohybmi a makroturbulenciou. Okrem toho v rovnici T. b. atmosféra zahŕňa výraz DW, ktorý sa rovná zmene obsahu tepla vo vnútri kolóny.
Rovnica T. b. sústavy Zem - atmosféra zodpovedá algebraickému súčtu členov rovníc T. b. zemského povrchu a atmosféry. Komponenty T. b. Zemský povrch a atmosféra pre rôzne oblasti zemegule sú určené meteorologickými pozorovaniami (na aktinometrických staniciach, na špeciálnych staniciach na oblohe a na meteorologických satelitoch Zeme) alebo klimatologickými výpočtami.
Priemerné hodnoty zemepisnej šírky zložiek T. b. zemský povrch pre oceány, pevninu a Zem a T. b. atmosfér sú uvedené v tabuľkách 1, 2, kde sú hodnoty členov T. b. sa považujú za pozitívne, ak zodpovedajú príchodu tepla. Keďže tieto tabuľky odkazujú na priemerné ročné podmienky, neobsahujú výrazy charakterizujúce zmeny v obsahu tepla v atmosfére a vo vyšších vrstvách litosféry, keďže pre tieto podmienky sú blízke nule.
Pre Zem ako planétu je spolu s atmosférou schéma T. b. znázornené na obr. Tok slnečného žiarenia, ktorý sa rovná v priemere asi 250 kcal/cm2 za rok na jednotku povrchu vonkajšej hranice atmosféry, z čoho asi 167 kcal/cm2 absorbuje Zem za rok (šípka Q s na obr. ). Zemský povrch dosahuje krátkovlnné žiarenie, ktoré sa rovná 126 kcal / cm 2 za rok; Z tohto množstva sa odráža 18 kcal/cm 2 za rok a 108 kcal/cm 2 za rok sa absorbuje zemským povrchom (šípka Q). Atmosféra absorbuje 59 kcal / cm 2 za rok krátkovlnného žiarenia, čo je oveľa menej ako zemský povrch. Efektívne dlhovlnné žiarenie zemského povrchu je 36 kcal/cm 2 za rok (šípka I), takže radiačná bilancia zemského povrchu je 72 kcal/cm 2 za rok. Dlhovlnné žiarenie Zeme do svetového priestoru sa rovná 167 kcal/cm 2 za rok (šípka Is). Zemský povrch tak dostane za rok asi 72 kcal / cm 2 sálavej energie, ktorá sa čiastočne minie na vyparovanie vody (kruh LE) a čiastočne sa vráti do atmosféry turbulentným prenosom tepla (šípka P).
Tab. jeden . - Tepelná bilancia zemského povrchu, kcal / cm 2 rok
Zemepisná šírka, stupne
Zemský priemer
70-60 severnej zemepisnej šírky
0-10 južnej zemepisnej šírky
Zem ako celok
Údaje o zložkách T. b. sa používajú pri vývoji mnohých problémov klimatológie, suchozemskej hydrológie a oceánológie; používajú sa na zdôvodnenie numerických modelov teórie klímy a na empirické testovanie výsledkov aplikácie týchto modelov. Materiály o T. b. zohrávajú významnú úlohu pri skúmaní klimatických zmien, využívajú sa aj pri výpočtoch vyparovania z povrchu povodí riek, jazier, morí a oceánov, pri štúdiách energetického režimu morských prúdov, pri štúdiu snehovej a ľadovej pokrývky. , vo fyziológii rastlín na štúdium transpirácie a fotosyntézy, vo fyziológii živočíchov na štúdium tepelného režimu živých organizmov. Údaje o T. b. boli tiež použité na štúdium geografického rajonovania v prácach sovietskeho geografa A. A. Grigorieva.
Tab. 2. - Tepelná bilancia atmosféry, kcal/cm2 rok
Zemepisná šírka, stupne
70-60 severnej zemepisnej šírky
0-10 južnej zemepisnej šírky
Zem ako celok
Lit.: Atlas tepelnej bilancie zemegule, vyd. M. I. Budyko, Moskva, 1963. Budyko M.I., Klíma a život, L., 1971; Grigoriev A. A., Vzory štruktúry a vývoja geografického prostredia, M., 1966.
M. I. Budyko.
Veľká sovietska encyklopédia, TSB. 2012
Pozrite si tiež výklady, synonymá, významy slov a čo je to ROVNOVÁHA ZEMSKÉHO TEPLA v ruštine v slovníkoch, encyklopédiách a referenčných knihách:
- ZEM
POĽNOHOSPODÁRSKY ÚČEL - pôda poskytnutá pre potreby poľnohospodárstva alebo určená na tieto ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
REKREAČNÝ ÚČEL - pozemky pridelené stanoveným postupom, určené a využívané na organizovanú hromadnú rekreáciu a turistiku obyvateľstva. K nim… - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
ENVIRONMENTÁLNY ÚČEL - územia rezervácií (s výnimkou poľovníctva); zakázané a neresiace sa zóny; pozemky, ktoré zaberajú lesy, ktoré plnia ochranné funkcie; iné… - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
FOND PRÍRODNEJ REZERVÁCIE - územia prírodných rezervácií, prírodných pamiatok, prírodných (národných) a dendrologických, botanických záhrad. Zloženie Z.p.-z.f. zahŕňa pozemok s... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
ŠKODY - pozri ŠKODY NA ZEMI ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
ZDRAVOTNÝ ÚČEL - pozemky s prírodnými liečivými faktormi (minerálne pramene, ložiská liečivého bahna, klimatické a iné podmienky), priaznivé ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
VŠEOBECNÉ VYUŽITIE - v mestách, obciach a vidieckych sídlach - pozemky využívané ako komunikačné prostriedky (námestia, ulice, uličky, ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
CENA POZEMKU - pozri REGULAČNÁ CENA POZEMKU… - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
Osady - pozri MESTSKÉ POZEMKY ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
KOMUNALIZÁCIA - pozri KOMUNALIZÁCIA POZEMKU ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
LESNÝ FOND - pozemky porastené lesom, ako aj. nepokryté lesom, ale poskytnuté pre potreby lesníctva a lesníctva ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
HISTORICKÝ A KULTÚRNY ÚČEL - pozemky, na ktorých (a na ktorých) sa nachádzajú historické a kultúrne pamiatky, zaujímavé miesta vrátane vyhlásených ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
REZERVA - všetky pozemky neposkytnuté do vlastníctva, držby, užívania a prenájmu. zahŕňajú pozemky, vlastníctvo, majetok… - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
ŽELEZNIČNÁ DOPRAVA - spolkové pozemky poskytnuté bezplatne do trvalého (neobmedzeného) užívania podnikom a inštitúciám železničnej dopravy na realizáciu pridelených ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
PRE POTREBY OBRANY - pozemky určené na umiestnenie a trvalú činnosť vojenských útvarov, inštitúcií, vojenských vzdelávacích inštitúcií, podnikov a organizácií ozbrojených síl ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
URBAN - pozri URBAN LAND ... - ZEM v Slovníku ekonomických pojmov:
VODNÝ FOND - pozemky, ktoré zaberajú nádrže, ľadovce, močiare, s výnimkou zón tundry a leso-tundry, hydraulické a iné vodné zariadenia; ale … - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PRACOVNÉ ZDROJE - bilancia dostupnosti a využitia pracovných zdrojov zostavená s prihliadnutím na ich doplňovanie a nakladanie, zamestnanosť, produktivitu ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
OBCHODOVANIE PASÍVNE – pozri PASÍVNY OBCHODNÝ Zostatok… - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
OBCHODOVANIE AKTÍVNE - pozri AKTÍVNE OBCHODOVANIE ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
OBCHODOVANIE - pozri OBCHODNÝ Zostatok; ZAHRANIČNÝ OBCHOD … - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
BEŽNÁ PREVÁDZKA - saldo zobrazujúce čistý vývoz štátu, ktorý sa rovná objemu vývozu tovarov a služieb mínus dovoz, s pripočítaním čistého ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
KONSOLIDOVANÝ - pozri KONSOLIDOVANÝ Zostatok ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
Zostatok - pozri Zostatok Zostatok ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
ODHADOVANÝ - pozri ODHADOVANÝ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
ODDELENIE - pozri ODDELENIE Zostatok ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PRACOVNÝ ČAS - bilancia, ktorá charakterizuje zdroje pracovného času zamestnancov podniku a ich využitie na rôzne druhy práce. Prezentované ako… - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PLATBA AKTUÁLNA pozri AKTUÁLNY Zostatok ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PLATBY ZA BEŽNÉ PREVÁDZKY - pozri PLATOBNÝ STAV ZA BEŽNÉ PREVÁDZKY ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PLATBA PASÍVNE. pozri PASÍVNA PLATOBNÁ BILANCIA... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PLATBY V ZAHRANIČNOM OBCHODE - pozri PLATOBNÁ BILANCIA ZAHRANIČNÉHO OBCHODU ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PLATBA AKTÍVNA - pozri AKTÍVNY PLATOBNÝ Zostatok ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PLATBA - pozri PLATBA... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PLATBY ZA ZÚČTOVANIE ZÚČTOVANIA - zostatok bezhotovostných úhrad za platobné záväzky alebo vzájomné pohľadávky ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PASÍVNE OBCHODOVANIE (PLATENIE) - pozri PASÍVNE OBCHODOVANIE (PLATENIE) ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
DLHODOBÝ MAJETOK - zostatok, v ktorom sa porovnáva peňažný investičný majetok s prihliadnutím na jeho odpisy a vyradenie a novozavedené finančné prostriedky ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
MEDZIODBORY - pozri MEDZIODBORY ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
MATERIÁL - pozri MATERIÁL ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
LIKVIDÁCIA - pozri LIKVIDÁCIA ... - ROVNOVÁHA v Slovníku ekonomických pojmov:
PRÍJMY A NÁKLADY - finančná súvaha, v ktorej sú uvedené zdroje a sumy príjmov a výdavkov za určité obdobie ... - ROVNOVÁHA vo Veľkej sovietskej encyklopédii, TSB:
(francúzsky balans, doslova - váhy, z lat. bilanx - majúci dve misky závažia), 1) rovnováha, balansovanie. 2) Systém ukazovateľov, ktoré ... - ZEM
V blízkosti starých miest sa vytvorili staré ruské regióny. Z., často na veľmi významnú vzdialenosť od mesta, bol majetkom jeho obyvateľov a vždy ... - ROVNOVÁHA v Encyklopedickom slovníku Brockhausa a Euphrona:
Účtovná bilancia. V účtovníctve B. sa vytvára rovnováha medzi debetom a kreditom a účet B. rozlišuje došlé, ak sú otvorené obchodné knihy a ... - ROVNOVÁHA v Encyklopedickom slovníku:
I a, pl. nie, m. 1. Pomer vzájomne súvisiacich ukazovateľov nejakej činnosti, procesu. B. výroba a spotreba. a obchodná bilancia...
Uvažujme najskôr o tepelných podmienkach zemského povrchu a najvrchnejších vrstiev pôdy a vodných útvarov. Je to nevyhnutné, pretože spodné vrstvy atmosféry sa zohrievajú a ochladzujú predovšetkým sálavou a neradiačnou výmenou tepla s hornými vrstvami pôdy a vody. Teplotné zmeny v nižších vrstvách atmosféry sú preto primárne determinované zmenami teploty zemského povrchu a tieto zmeny sledujú.
Zemský povrch, teda povrch pôdy alebo vody (ale aj vegetácia, sneh, ľadová pokrývka), neustále rôznymi spôsobmi prijíma a stráca teplo. Cez zemský povrch sa teplo prenáša nahor - do atmosféry a nadol - do pôdy alebo vody.
Po prvé, celkové žiarenie a protižiarenie atmosféry vstupuje na zemský povrch. Vo väčšej či menšej miere sú absorbované povrchom, t. j. idú ohrievať vrchné vrstvy pôdy a vody. Zároveň samotný zemský povrch vyžaruje a pri tom stráca teplo.
Po druhé, teplo prichádza na zemský povrch zhora, z atmosféry, vedením. Rovnakým spôsobom uniká teplo zo zemského povrchu do atmosféry. Vedením teplo opúšťa aj zemský povrch dole do pôdy a vody, alebo prichádza na zemský povrch z hĺbky pôdy a vody.
Po tretie, zemský povrch prijíma teplo, keď na ňom kondenzuje vodná para zo vzduchu alebo naopak teplo stráca, keď sa z neho voda vyparuje. V prvom prípade sa uvoľňuje latentné teplo, v druhom prípade teplo prechádza do latentného stavu.
V akomkoľvek časovom období ide hore a dole zo zemského povrchu rovnaké množstvo tepla, aké počas tohto času prijíma zhora a zdola. Ak by to bolo inak, nenaplnil by sa zákon zachovania energie: bolo by potrebné predpokladať, že energia vzniká alebo zaniká na zemskom povrchu. Je však možné, že napríklad viac tepla môže ísť hore, ako prišlo zhora; v tomto prípade by mal byť prebytočný prenos tepla pokrytý príchodom tepla na povrch z hĺbky pôdy alebo vody.
Takže algebraický súčet všetkých príjmov a výdavkov na teplo na zemskom povrchu by sa mal rovnať nule. Vyjadruje to rovnica tepelnej bilancie zemského povrchu.
Aby sme napísali túto rovnicu, najprv skombinujeme absorbované žiarenie a efektívne žiarenie do radiačnej bilancie.
Príchod tepla zo vzduchu alebo jeho návrat do ovzdušia tepelnou vodivosťou budeme označovať ako P. Rovnaký príjem alebo spotrebu výmenou tepla s hlbšími vrstvami pôdy alebo vody budeme nazývať A. Strata tepla pri vyparovaní resp. príchod počas kondenzácie na zemský povrch budeme označovať LE, kde L je špecifické skupenské teplo vyparovania a E je hmotnosť vyparenej alebo skondenzovanej vody.
Dá sa tiež povedať, že zmyslom rovnice je, že radiačná bilancia na zemskom povrchu je vyvážená neradiačným prenosom tepla (obr. 5.1).
Rovnica (1) je platná pre akékoľvek časové obdobie, vrátane mnohých rokov.
To, že tepelná bilancia zemského povrchu je nulová, neznamená, že sa povrchová teplota nemení. Pri smerovaní prenosu tepla nadol teplo, ktoré prichádza na povrch zhora a hlboko do neho odchádza, zostáva vo veľkej miere v najvrchnejšej vrstve pôdy alebo vody (v tzv. aktívnej vrstve). Zvyšuje sa aj teplota tejto vrstvy a tým aj teplota zemského povrchu. Naopak, pri prechode tepla zemským povrchom zdola nahor do atmosféry uniká teplo predovšetkým z aktívnej vrstvy, v dôsledku čoho povrchová teplota klesá.
Zo dňa na deň a z roka na rok sa priemerná teplota aktívnej vrstvy a zemského povrchu na akomkoľvek mieste len málo líši. To znamená, že cez deň sa do hĺbky pôdy alebo vody cez deň dostane takmer toľko tepla, koľko ju v noci opustí. Ale predsa len, cez letné dni ide teplo o niečo viac dole, ako prichádza zdola. Preto sú vrstvy pôdy a vody, a teda aj ich povrch, zo dňa na deň ohrievané. V zime nastáva opačný proces. Tieto sezónne zmeny v príkone tepla – spotrebe tepla v pôde a vode sa v priebehu roka takmer vyrovnávajú a priemerná ročná teplota zemského povrchu a aktívnej vrstvy sa z roka na rok mení len málo.
Tepelná bilancia Zeme- pomer príjmu a spotreby energie (žiarivej a tepelnej) na zemskom povrchu, v atmosfére a v systéme Zem-atmosféra. Hlavným zdrojom energie pre veľkú väčšinu fyzikálnych, chemických a biologických procesov v atmosfére, hydrosfére a vo vyšších vrstvách litosféry je slnečné žiarenie, preto rozloženie a pomer zložiek tepelnej bilancie charakterizuje jeho premeny v týchto obaloch.
Tepelná bilancia je osobitná formulácia zákona o zachovaní energie a je zostavená pre časť zemského povrchu (tepelná bilancia zemského povrchu); pre vertikálny stĺp prechádzajúci atmosférou (tepelná bilancia atmosféry); pre ten istý stĺpec prechádzajúci atmosférou a hornými vrstvami litosféry alebo hydrosféry (tepelná bilancia systému Zem-atmosféra).
Rovnica pre tepelnú bilanciu zemského povrchu:
R + P + F0 + LE = 0. (15)
predstavuje algebraický súčet energetických tokov medzi prvkom zemského povrchu a okolitým priestorom. V tomto vzorci:
R - bilancia žiarenia, rozdiel medzi absorbovaným krátkovlnným slnečným žiarením a dlhovlnným efektívnym žiarením zo zemského povrchu.
P je tepelný tok, ktorý sa vyskytuje medzi spodným povrchom a atmosférou;
F0 - tepelný tok sa pozoruje medzi zemským povrchom a hlbšími vrstvami litosféry alebo hydrosféry;
LE - spotreba tepla na vyparovanie, ktorá je definovaná ako súčin hmotnosti vyparenej vody E a tepla vyparovania L tepelná bilancia
Medzi tieto prúdy patrí Radiačná bilancia (resp. zvyškové žiarenie) R - rozdiel medzi absorbovaným krátkovlnným slnečným žiarením a dlhovlnným efektívnym žiarením zo zemského povrchu. Kladná alebo záporná hodnota radiačnej bilancie je kompenzovaná viacerými tepelnými tokmi. Keďže teplota zemského povrchu sa zvyčajne nerovná teplote vzduchu, vzniká medzi podložným povrchom a atmosférou tepelný tok P. Podobný tepelný tok F0 pozorujeme aj medzi zemským povrchom a hlbšími vrstvami litosféry alebo hydrosféry. V tomto prípade je tepelný tok v pôde určený molekulárnou tepelnou vodivosťou, zatiaľ čo vo vodných útvaroch má prenos tepla spravidla vo väčšej alebo menšej miere turbulentný charakter. Tepelný tok F0 medzi povrchom nádrže a jej hlbšími vrstvami sa číselne rovná zmene tepelného obsahu nádrže za daný časový interval a prenosu tepla prúdmi v nádrži. V tepelnej bilancii zemského povrchu má spravidla podstatný význam spotreba tepla na vyparovanie LE, ktoré je definované ako súčin hmotnosti vyparenej vody E a tepla vyparovania L. Hodnota LE závisí od navlhčenia zemský povrch, jeho teplota, vlhkosť vzduchu a intenzita turbulentného prenosu tepla v povrchovej vzduchovej vrstve, ktorá určuje rýchlosť prechodu vodnej pary zo zemského povrchu do atmosféry.
Rovnica tepelnej bilancie atmosféry má tvar:
Ra + Lr + P + Fa = ΔW, (16)
kde ΔW je zmena obsahu tepla vo zvislej stene atmosférického stĺpca.
Tepelná bilancia atmosféry sa skladá z jej radiačnej bilancie Ra; tepelný vstup alebo výstup Lr počas fázových premien vody v atmosfére (r je súčet zrážok); príchod alebo spotreba tepla P v dôsledku turbulentnej výmeny tepla atmosféry so zemským povrchom; tepelný zisk alebo strata Fa spôsobená výmenou tepla cez zvislé steny kolóny, ktorá je spojená s usporiadanými atmosférickými pohybmi a makroturbulenciou. Okrem toho rovnica pre tepelnú bilanciu atmosféry obsahuje výraz ΔW, ktorý sa rovná zmene obsahu tepla vo vnútri kolóny.
Rovnica tepelnej bilancie pre systém Zem-atmosféra zodpovedá algebraickému súčtu členov rovníc pre tepelnú bilanciu zemského povrchu a atmosféry. Zložky tepelnej bilancie zemského povrchu a atmosféry pre rôzne oblasti zemegule sa určujú meteorologickými pozorovaniami (na aktinometrických staniciach, na špeciálnych staniciach tepelnej bilancie, na meteorologických družiciach Zeme) alebo klimatologickými výpočtami.
Priemerné zemepisné hodnoty zložiek tepelnej bilancie zemského povrchu pre oceány, pevninu a Zem a tepelná bilancia atmosféry sú uvedené v tabuľkách, kde sú zohľadnené hodnoty podmienok tepelnej bilancie. kladné, ak zodpovedajú príchodu tepla. Keďže tieto tabuľky odkazujú na priemerné ročné podmienky, neobsahujú výrazy charakterizujúce zmeny v obsahu tepla v atmosfére a vo vyšších vrstvách litosféry, keďže pre tieto podmienky sú blízke nule.
Pre Zem ako planétu spolu s atmosférou je schéma tepelnej bilancie znázornená na obr. Tok slnečného žiarenia, ktorý sa rovná v priemere asi 250 kcal / cm 2 za rok na jednotku povrchu vonkajšej hranice atmosféry, z čoho sa asi 1/3 odráža do svetového priestoru a 167 kcal / cm 2 za rok je absorbovaná Zemou
Výmena tepla samovoľný nezvratný proces prenosu tepla v priestore, v dôsledku nerovnomerného teplotného poľa. Vo všeobecnosti môže byť prestup tepla spôsobený aj nehomogenitou polí iných fyzikálnych veličín, napríklad rozdielom v koncentráciách (difúzny tepelný efekt). Existujú tri typy prenosu tepla: tepelná vodivosť, konvekcia a prenos tepla sálaním (v praxi prenos tepla zvyčajne vykonávajú všetky 3 typy naraz). Prenos tepla určuje alebo sprevádza mnohé procesy v prírode (napríklad vývoj hviezd a planét, meteorologické procesy na povrchu Zeme atď.). v technike a každodennom živote. V mnohých prípadoch, napríklad pri štúdiu procesov sušenia, ochladzovania odparovaním, difúzie, sa prenos tepla zvažuje spolu s prenosom hmoty. Prenos tepla medzi dvoma chladivami cez pevnú stenu, ktorá ich oddeľuje alebo cez rozhranie medzi nimi, sa nazýva prenos tepla.
Tepelná vodivosť jeden z typov prenosu tepla (energie tepelného pohybu mikročastíc) z viac zahrievaných častí tela do menej zahrievaných, čo vedie k vyrovnávaniu teploty. Pri tepelnej vodivosti sa prenos energie v tele uskutočňuje v dôsledku priameho prenosu energie z častíc (molekúl, atómov, elektrónov), ktoré majú viac energie, na častice s menšou energiou. Ak je relatívna zmena teploty tepelnej vodivosti vo vzdialenosti strednej voľnej dráhy častíc l malá, potom je splnený základný zákon tepelnej vodivosti (Fourierov zákon): hustota tepelného toku q je úmerná teplotnému gradientu grad T , tj (17)
kde λ je tepelná vodivosť alebo jednoducho tepelná vodivosť nezávisí od stupňa T [λ závisí od agregovaného stavu látky (pozri tabuľku), jej atómovej a molekulárnej štruktúry, teploty a tlaku, zloženia (v prípade zmes alebo roztok).
Znamienko mínus na pravej strane rovnice znamená, že smer tepelného toku a teplotný gradient sú navzájom opačné.
Pomer hodnoty Q k ploche prierezu F sa nazýva merný tepelný tok alebo tepelné zaťaženie a označuje sa písmenom q.
(18)
Hodnoty súčiniteľa tepelnej vodivosti λ pre niektoré plyny, kvapaliny a tuhé látky pri atmosférickom tlaku 760 mm Hg sú vybrané z tabuliek.
Prenos tepla. Prenos tepla medzi dvoma chladivami cez pevnú stenu, ktorá ich oddeľuje, alebo cez rozhranie medzi nimi. Prestup tepla zahŕňa prenos tepla z teplejšej tekutiny na stenu, tepelnú vodivosť v stene, prenos tepla zo steny do chladnejšieho pohybujúceho sa média. Intenzitu prestupu tepla pri prestupe tepla charakterizuje koeficient prestupu tepla k, číselne rovný množstvu tepla, ktoré sa prenesie cez jednotku povrchu steny za jednotku času pri rozdiele teplôt medzi kvapalinami 1 K; rozmer k - W/(m2․K) [kcal/m2․°С)]. Hodnota R, prevrátená hodnota súčiniteľa prestupu tepla, sa nazýva celkový tepelný odpor prestup tepla. Napríklad R jednovrstvovej steny
,
kde a1 a a2 sú koeficienty prestupu tepla z horúcej kvapaliny na povrch steny a z povrchu steny do studenej kvapaliny; δ - hrúbka steny; λ je súčiniteľ tepelnej vodivosti. Vo väčšine prípadov, s ktorými sa v praxi stretávame, sa súčiniteľ prestupu tepla stanovuje empiricky. V tomto prípade sú získané výsledky spracované metódami teórie podobnosti
Prenos tepla sálaním - prenos tepla sálaním sa uskutočňuje v dôsledku procesov premeny vnútornej energie hmoty na energiu žiarenia, prenosu energie žiarenia a jej absorpcie hmotou. Priebeh procesov prenosu tepla sálaním je určený vzájomným priestorovým usporiadaním telies vymieňajúcich si teplo, vlastnosťami média, ktoré tieto telesá oddeľuje. Zásadný rozdiel medzi sálavým prenosom tepla a inými druhmi prenosu tepla (tepelné vedenie, prenos tepla konvekciou) je v tom, že k nemu môže dôjsť aj v neprítomnosti materiálového média oddeľujúceho teplovýmenné plochy, pretože k nemu dochádza v dôsledku šírenie elektromagnetického žiarenia.
Sálavá energia dopadajúca v procese prenosu sálavého tepla na povrch nepriehľadného telesa a charakterizovaná hodnotou dopadajúceho toku žiarenia Qfall je telesom čiastočne absorbovaná a čiastočne odrazená od jeho povrchu (viď obr.).
Tok absorbovaného žiarenia Qabs je určený vzťahom:
Qabs \u003d A Qpad, (20)
kde A je absorpčná schopnosť tela. Vzhľadom k tomu, že pre nepriehľadné telo
Qfall \u003d Qab + Qotr, (21)
kde Qotr je tok žiarenia odrazeného od povrchu tela, táto posledná hodnota sa rovná:
Qotr \u003d (1 - A) Qpad, (22)
kde 1 - A \u003d R je odrazivosť tela. Ak je absorpčná kapacita telesa 1, a teda jeho odrazivosť je 0, to znamená, že teleso pohltí všetku energiu naň dopadajúcu, potom sa nazýva absolútne čierne teleso Každé teleso, ktorého teplota je iná ako absolútna nula, vyžaruje energiu v dôsledku zahrievania tela. Toto žiarenie sa nazýva telu vlastné žiarenie a je charakterizované tokom vlastného žiarenia Qe. Vlastné vyžarovanie, súvisiace s jednotkovým povrchom telesa, sa nazýva hustota toku vlastného žiarenia alebo emisivita telesa. Ten je v súlade so Stefan-Boltzmannovým zákonom o žiarení úmerný teplote tela k štvrtej mocnine. Pomer emisivity telesa k emisivite úplne čierneho telesa pri rovnakej teplote sa nazýva stupeň čiernosti. Pre všetky telesá je stupeň čiernosti menší ako 1. Ak u niektorého telesa nezávisí od vlnovej dĺžky žiarenia, potom sa také teleso nazýva šedé. Charakter rozloženia energie žiarenia šedého telesa na vlnových dĺžkach je rovnaký ako u absolútne čierneho telesa, to znamená, že ho opisuje Planckov zákon žiarenia. Stupeň čiernosti sivého telesa sa rovná jeho absorpčnej schopnosti.
Povrch akéhokoľvek telesa vstupujúceho do systému vyžaruje toky odrazeného žiarenia Qotr a vlastného žiarenia Qcob; celkové množstvo energie opúšťajúcej povrch telesa sa nazýva efektívny tok žiarenia Qeff a je určené vzťahom:
Qeff \u003d Qotr + Qcob. (23)
Časť energie absorbovanej telom sa vracia do systému vo forme vlastného žiarenia, takže výsledok prenosu sálavého tepla možno znázorniť ako rozdiel medzi tokmi vlastného a absorbovaného žiarenia. Hodnota
Qpez \u003d Qcob – Qabs (24)
sa nazýva výsledný tok žiarenia a ukazuje, koľko energie telo prijme alebo stratí za jednotku času v dôsledku prenosu sálavého tepla. Výsledný tok žiarenia možno vyjadriť aj ako
Qpez \u003d Qeff – Qpad, (25)
teda ako rozdiel medzi celkovou spotrebou a celkovým príchodom žiarivej energie na povrch telesa. Teda vzhľadom na to
Qpad = (Qcob - Qpez) / A, (26)
získame výraz, ktorý sa široko používa pri výpočtoch prenosu tepla sálaním:
Úlohou výpočtu prestupu sálavého tepla je spravidla nájsť výsledné toky žiarenia na všetkých plochách zahrnutých v danom systéme, ak sú známe teploty a optické charakteristiky všetkých týchto plôch. Na vyriešenie tohto problému je okrem posledného vzťahu potrebné zistiť vzťah medzi tokom Qinc na danom povrchu a tokmi Qeff na všetkých povrchoch zahrnutých do sálavého teplovýmenného systému. Na nájdenie tejto súvislosti sa používa koncept priemerného uhlového koeficientu žiarenia, ktorý ukazuje, aký podiel pologuľového (teda emitovaného vo všetkých smeroch v rámci pologule) žiarenia určitého povrchu zahrnutého do sálavého teplovýmenného systému pripadá na tento povrch. Tok Qfall na ľubovoľné povrchy zahrnuté v systéme sálavého výmenníka tepla je teda definovaný ako súčet súčinov Qeff všetkých povrchov (vrátane daného, ak je konkávny) a zodpovedajúcich uhlových koeficientov žiarenia.
Prenos tepla sálaním hrá významnú úlohu v procesoch prenosu tepla, ktoré prebiehajú pri teplotách okolo 1000 °C a vyšších. Má široké využitie v rôznych oblastiach techniky: v metalurgii, tepelnej energetike, jadrovej energetike, raketovej technike, chemickej technológii, sušiarni, solárnej technike.
Tepelná bilancia systému Zem-atmosféra
1. Zem ako celok, najmä atmosféra a zemský povrch sú v stave tepelnej rovnováhy, ak vezmeme do úvahy podmienky počas dlhého obdobia (rok alebo lepšie niekoľko rokov). Ich priemerné teploty sa z roka na rok menia len málo a z jedného dlhodobého obdobia do druhého zostávajú takmer nezmenené. Z toho vyplýva, že prílev a strata tepla počas dostatočne dlhého obdobia sú rovnaké alebo takmer rovnaké.
Zem prijíma teplo pohlcovaním slnečného žiarenia v atmosfére a najmä na zemskom povrchu. Teplo stráca vyžarovaním dlhovlnného žiarenia zo zemského povrchu a atmosféry do svetového priestoru. Pri tepelnej rovnováhe Zeme ako celku sa musí prílev slnečného žiarenia (k hornej hranici atmosféry) a návrat žiarenia z hornej hranice atmosféry do svetového priestoru rovnať. Inými slovami, na hornej hranici atmosféry musí byť radiačná rovnováha, t.j. rovnováha žiarenia rovná nule.
Atmosféra, braná oddelene, získava a stráca teplo absorbovaním slnečného a pozemského žiarenia a vydávaním jeho žiarenia hore a dole. Okrem toho si vymieňa teplo so zemským povrchom neradiačným spôsobom. Teplo sa prenáša zo zemského povrchu do ovzdušia alebo naopak vedením. Nakoniec sa teplo vynakladá na odparovanie vody z podkladového povrchu; potom sa pri kondenzácii vodnej pary uvoľňuje do atmosféry. Všetky tieto tepelné toky smerujúce do a z atmosféry sa musia dlhodobo vyrovnávať.
Ryža. 37. Tepelná bilancia Zeme, atmosféry a zemského povrchu. 1 - krátkovlnné žiarenie, II - dlhovlnné žiarenie, III - neradiačná výmena.
Napokon na zemskom povrchu sa vyrovnáva prílev tepla v dôsledku pohlcovania slnečného a atmosférického žiarenia, uvoľňovanie tepla sálaním samotného zemského povrchu a neradiatívna výmena tepla medzi ním a atmosférou.
2. Zoberme si slnečné žiarenie vstupujúce do atmosféry ako 100 jednotiek (obr. 37). Z tohto množstva sa 23 jednotiek odrazí späť od mrakov a ide do svetového priestoru, 20 jednotiek je absorbovaných vzduchom a oblakmi a tým ide ohrievať atmosféru. Ďalších 30 jednotiek žiarenia sa rozptýli v atmosfére a 8 jednotiek z nich smeruje do svetového priestoru. Na zemský povrch dopadá 27 jednotiek priameho a 22 jednotiek difúzneho žiarenia. Z nich sa 25 + 20 = 45 jednotiek absorbuje a ohrieva vrchné vrstvy pôdy a vody a 2 + 2 = 4 jednotky sa odrazia do svetového priestoru.
Takže z hornej hranice atmosféry ide späť do svetového priestoru 23 + 8 + 4 = 35 jednotiek<неиспользованной>slnečného žiarenia, teda 35 % jeho prítoku na hranicu atmosféry. Táto hodnota (35 %) sa nazýva, ako už vieme, zemské albedo. Na udržanie radiačnej bilancie na hornej hranici atmosféry je potrebné, aby cez ňu odišlo ďalších 65 jednotiek dlhovlnného žiarenia zo zemského povrchu.
3. Vráťme sa teraz k zemskému povrchu. Ako už bolo spomenuté, absorbuje 45 jednotiek priameho a difúzneho slnečného žiarenia. Navyše k zemskému povrchu smeruje tok dlhovlnného žiarenia z atmosféry. Atmosféra podľa svojich teplotných podmienok vyžaruje 157 jednotiek energie. Z týchto 157 jednotiek je 102 nasmerovaných k zemskému povrchu a je ním pohltených a 55 smeruje do svetového priestoru. Zemský povrch teda okrem 45 jednotiek krátkovlnného slnečného žiarenia pohltí dvakrát toľko dlhovlnného atmosférického žiarenia. Celkovo zemský povrch prijíma 147 jednotiek tepla z absorpcie žiarenia.
Je zrejmé, že pri tepelnej rovnováhe by mal stratiť rovnaké množstvo. Vlastným dlhovlnným žiarením stráca 117 jednotiek. Ďalších 23 jednotiek tepla spotrebuje zemský povrch pri vyparovaní vody. Nakoniec vedením, v procese výmeny tepla medzi zemským povrchom a atmosférou, stráca povrch 7 jednotiek tepla (teplo ho opúšťa v atmosfére vo veľkých množstvách, ale je kompenzované spätným prenosom, čo je len 7 jednotiek menej).
Celkovo teda zemský povrch stratí 117 + 23 + + 7 = 147 jednotiek tepla, teda rovnaké množstvo, aké prijme pohlcovaním slnečného a atmosférického žiarenia.
Zo 117 jednotiek dlhovlnného žiarenia zemského povrchu je 107 jednotiek absorbovaných atmosférou a 10 jednotiek ide mimo atmosféru do svetového priestoru.
4. Teraz urobme výpočet pre atmosféru. Vyššie sa hovorí, že absorbuje 20 jednotiek slnečného žiarenia, 107 jednotiek pozemského žiarenia, 23 jednotiek kondenzačného tepla a 7 jednotiek v procese výmeny tepla so zemským povrchom. Celkovo to bude 20 + 107 + 23 + 7 = 157 jednotiek energie, teda toľko, koľko vyžaruje samotná atmosféra.
Nakoniec sa opäť otočíme k hornému povrchu atmosféry. Cez ňu prichádza 100 jednotiek slnečného žiarenia a vracia sa späť 35 jednotiek odrazeného a rozptýleného slnečného žiarenia, 10 jednotiek pozemského žiarenia a 55 jednotiek atmosférického žiarenia, spolu 100 jednotiek. Teda aj na hornej hranici atmosféry existuje rovnováha medzi prílevom a návratom energie, a tu iba sálavej energie. Neexistujú žiadne iné mechanizmy výmeny tepla medzi Zemou a svetovým priestorom, okrem procesov žiarenia.
Všetky uvedené údaje sú vypočítané na základe v žiadnom prípade nie vyčerpávajúcich pozorovaní. Preto by sa nemali považovať za absolútne presné. Viackrát boli podrobené drobným zmenám, ktoré však nemenia podstatu výpočtu.
5. Všimnime si, že atmosféra a zemský povrch, brané oddelene, vyžarujú oveľa viac tepla, ako absorbujú slnečné žiarenie za rovnaký čas. Môže sa to zdať nepochopiteľné. Ale v podstate ide o vzájomnú výmenu, vzájomnú<перекачка>žiarenia. Napríklad zemský povrch v konečnom dôsledku nestratí vôbec nie 117 jednotiek žiarenia, ale 102 jednotiek dostane späť absorbovaním protižiarenia; čistá strata je len 117-102=15 jednotiek. Cez hornú hranicu atmosféry prechádza do svetového priestoru len 65 jednotiek pozemského a atmosférického žiarenia. Príliv 100 jednotiek slnečného žiarenia na hranicu atmosféry len vyrovnáva čistú stratu žiarenia Zemou odrazom (35) a žiarením (65).
|
|
 |
 |
Uvažujme najskôr o tepelných podmienkach zemského povrchu a najvrchnejších vrstiev pôdy a vodných útvarov. Je to nevyhnutné, pretože spodné vrstvy atmosféry sa zohrievajú a ochladzujú predovšetkým sálavou a neradiačnou výmenou tepla s hornými vrstvami pôdy a vody. Teplotné zmeny v nižších vrstvách atmosféry sú preto primárne determinované zmenami teploty zemského povrchu a tieto zmeny sledujú.
Zemský povrch, t.j. povrch pôdy alebo vody (ako aj vegetácia, sneh, ľadová pokrývka), nepretržite a rôznymi spôsobmi prijíma a stráca teplo. Cez zemský povrch sa teplo prenáša nahor - do atmosféry a nadol - do pôdy alebo vody.
Po prvé, celkové žiarenie a protižiarenie atmosféry vstupuje na zemský povrch. Vo väčšej či menšej miere sú absorbované povrchom, t.j. sa používajú na ohrev vrchných vrstiev pôdy a vody. Zároveň samotný zemský povrch žiari a tým stráca teplo.
Po druhé, teplo prichádza na zemský povrch zhora, z atmosféry, turbulentným vedením tepla. Rovnakým spôsobom uniká teplo zo zemského povrchu do atmosféry. Vedením teplo opúšťa aj zemský povrch dole do pôdy a vody, alebo prichádza na zemský povrch z hĺbky pôdy a vody.
Po tretie, zemský povrch prijíma teplo, keď na ňom kondenzuje vodná para zo vzduchu alebo stráca teplo, keď sa z neho voda vyparuje. V prvom prípade sa uvoľňuje latentné teplo, v druhom prípade teplo prechádza do latentného stavu.
Nebudeme sa venovať menej dôležitým procesom (napríklad výdaj tepla na topenie snehu ležiaceho na povrchu alebo šírenie tepla do hĺbky pôdy spolu so zrážkovou vodou).
Uvažujme zemský povrch ako idealizovaný geometrický povrch bez hrúbky, ktorého tepelná kapacita sa teda rovná nule. Potom je jasné, že v akomkoľvek časovom období pôjde hore a dole zo zemského povrchu rovnaké množstvo tepla, aké za rovnaký čas prijme zhora aj zdola. Prirodzene, ak neberieme do úvahy povrch, ale nejakú vrstvu zemského povrchu, potom nemusí existovať rovnosť prichádzajúcich a odchádzajúcich tepelných tokov. V tomto prípade sa prebytok prichádzajúcich tepelných tokov nad odchádzajúcich v súlade so zákonom zachovania energie využije na ohrev tejto vrstvy a v opačnom prípade na jej ochladzovanie.
Čiže algebraický súčet všetkých prítokov a odtokov tepla na zemský povrch sa musí rovnať nule – to je rovnica pre tepelnú bilanciu zemského povrchu. Aby sme napísali rovnicu tepelnej bilancie, spojíme absorbované žiarenie a efektívne žiarenie do bilancie žiarenia:
B = (S hriech h + D)(1 – A) – E s .
Príchod tepla zo vzduchu alebo jeho uvoľňovanie do ovzdušia vedením tepla sa označuje písmenom R. Rovnaký príjem alebo spotrebu výmenou tepla s hlbšími vrstvami pôdy alebo vody označíme G. Stratu tepla pri vyparovaní alebo jeho príchode pri kondenzácii na zemskom povrchu budeme označovať. LE, kde L je špecifické teplo vyparovania a E je hmotnosť vyparenej alebo skondenzovanej vody. Pripomeňme si ešte jednu zložku - energiu vynaloženú na fotosyntetické procesy - PAR je však v porovnaní so zvyškom veľmi malá, preto vo väčšine prípadov nie je v rovnici uvedená. Potom rovnica pre tepelnú bilanciu zemského povrchu nadobúda tvar
IN+ R+ G + LE + Q PAR = 0 alebo IN+ R+ G + LE = 0
Možno tiež poznamenať, že zmyslom rovnice je, že radiačná bilancia na zemskom povrchu je vyvážená neradiačným prenosom tepla.
Rovnica tepelnej bilancie platí pre akýkoľvek čas, vrátane viacročného obdobia.
To, že tepelná bilancia zemského povrchu je nulová, neznamená, že sa povrchová teplota nemení. Ak je prestup tepla nasmerovaný nadol, tak teplo, ktoré prichádza na povrch zhora a odchádza ho hlboko do neho, zostáva vo veľkej miere v najvrchnejšej vrstve pôdy alebo vody – v takzvanej aktívnej vrstve. Teplota tejto vrstvy sa následne zvyšuje aj teplota zemského povrchu. Pri prechode tepla zemským povrchom zdola nahor do atmosféry uniká teplo predovšetkým z aktívnej vrstvy, v dôsledku čoho klesá povrchová teplota.
Zo dňa na deň a z roka na rok sa priemerná teplota aktívnej vrstvy a zemského povrchu na akomkoľvek mieste len málo líši. To znamená, že cez deň sa do hĺbky pôdy alebo vody dostane počas dňa toľko tepla, koľko ju v noci opustí. Keďže počas letného dňa ide dole viac tepla ako prichádza zdola, vrstvy pôdy a vody a ich povrch sa zo dňa na deň zahrievajú. V zime nastáva opačný proces. Sezónne zmeny v príjme a výdaji tepla v pôde a vode sa v priebehu roka takmer vyrovnajú a priemerná ročná teplota zemského povrchu a aktívnej vrstvy sa z roka na rok mení len málo.
Existujú výrazné rozdiely vo vykurovacích a tepelných charakteristikách povrchových vrstiev pôdy a horných vrstiev vodných nádrží. V pôde sa teplo šíri vertikálne molekulárnym vedením tepla a v ľahko sa pohybujúcej vode aj turbulentným miešaním vodných vrstiev, čo je oveľa efektívnejšie. Turbulencie vo vodných útvaroch sú primárne spôsobené vlnami a prúdmi. V noci a v chladnom období sa k tomuto druhu turbulencie pripája tepelná konvekcia: voda ochladená na povrchu klesá v dôsledku zvýšenej hustoty a je nahradená teplejšou vodou zo spodných vrstiev. V oceánoch a moriach zohráva vyparovanie úlohu aj pri premiešavaní vrstiev a s tým spojenom prenose tepla. Pri výraznom vyparovaní z hladiny mora sa vrchná vrstva vody stáva slanejšou a teda hustejšou, v dôsledku čoho voda klesá z hladiny do hĺbky. Okrem toho žiarenie preniká hlbšie do vody v porovnaní s pôdou. Napokon tepelná kapacita vody je väčšia ako tepelná kapacita pôdy a rovnaké množstvo tepla zohreje množstvo vody na nižšiu teplotu ako rovnaké množstvo pôdy.
V dôsledku toho sa denné teplotné výkyvy vo vode rozširujú do hĺbky asi desiatok metrov a v pôde - menej ako jeden meter. Ročné teplotné výkyvy vo vode siahajú do hĺbky stoviek metrov a v pôde - iba 10–20 m.
Takže teplo, ktoré počas dňa a leta prichádza na povrch vody, preniká do značnej hĺbky a ohrieva veľkú hrúbku vody. Teplota hornej vrstvy a samotného povrchu vody stúpa súčasne len málo. V pôde sa prichádzajúce teplo rozdeľuje v tenkej vrchnej vrstve, ktorá je veľmi horúca. člen G v rovnici tepelnej bilancie pre vodu je oveľa väčšia ako pre pôdu, a P zodpovedajúco menej.
V noci a v zime voda stráca teplo z povrchovej vrstvy, no namiesto nej prichádza naakumulované teplo z podložných vrstiev. Preto teplota na povrchu vody pomaly klesá. Na povrchu pôdy pri prenose tepla rýchlo klesá teplota: teplo nahromadené v tenkej hornej vrstve ju rýchlo opúšťa a odchádza bez toho, aby sa dopĺňalo zdola.
Výsledkom je, že počas dňa a leta je teplota na povrchu pôdy vyššia ako teplota na povrchu vody; nižšie v noci a v zime. To znamená, že denné a ročné teplotné výkyvy na povrchu pôdy sú väčšie a oveľa väčšie ako na vodnej hladine.
V dôsledku týchto rozdielov v rozložení tepla vodná nádrž v teplom období akumuluje veľké množstvo tepla v dostatočne hrubej vrstve vody, ktoré sa v chladnom období uvoľňuje do atmosféry. Pôda počas teplého obdobia odovzdáva v noci väčšinu tepla, ktoré prijíma cez deň, a do zimy ho akumuluje len málo. V dôsledku toho je teplota vzduchu nad morom v lete nižšia a v zime vyššia ako nad pevninou.
| Obsah |
|---|
| Klimatológia a meteorológia |
| DIDAKTICKÝ PLÁN |
| Meteorológia a klimatológia |
| Atmosféra, počasie, klíma |
| Meteorologické pozorovania |
| Aplikácia kariet |
| Meteorologická služba a Svetová meteorologická organizácia (WMO) |
| Klimotvorné procesy |
| Astronomické faktory |
| Geofyzikálne faktory |
| Meteorologické faktory |
| O slnečnom žiarení |
| Tepelná a radiačná rovnováha Zeme |
| priame slnečné žiarenie |
| Zmeny slnečného žiarenia v atmosfére a na zemskom povrchu |
| Fenomény rozptylu žiarenia |
| Celkové žiarenie, odrazené slnečné žiarenie, absorbované žiarenie, PAR, albedo Zeme |
| Žiarenie zemského povrchu |
| Protižiarenie alebo protižiarenie |
| Radiačná bilancia zemského povrchu |
| Geografické rozloženie radiačnej bilancie |
| Atmosférický tlak a barické pole |
| tlakové systémy |
| kolísanie tlaku |
| Zrýchlenie vzduchu v dôsledku barického gradientu |
| Vychyľovacia sila rotácie Zeme |
| Geostrofický a gradientný vietor |
| barický zákon vetra |
| Fronty v atmosfére |
| Tepelný režim atmosféry |
| Tepelná bilancia zemského povrchu |
| Denné a ročné zmeny teploty na povrchu pôdy |
| Teploty vzduchovej hmoty |
| Ročná amplitúda teploty vzduchu |
| Kontinentálne podnebie |
| Oblačnosť a zrážky |
| Odparovanie a nasýtenie |
| Vlhkosť |
| Geografické rozloženie vlhkosti vzduchu |
| atmosférická kondenzácia |
| Mraky |
| Medzinárodná klasifikácia cloudu |
| Oblačnosť, jej denná a ročná zmena |
| Zrážky z oblakov (klasifikácia zrážok) |
| Charakteristika zrážkového režimu |
| Ročný chod zrážok |
| Klimatický význam snehovej pokrývky |
| Atmosférická chémia |
| Chemické zloženie zemskej atmosféry |
| Chemické zloženie oblakov |
| Chemické zloženie zrážok |
Aby bolo možné správne posúdiť stupeň ohrevu a ochladzovania rôznych zemských povrchov, vypočítať výpar pre , určiť zmeny obsahu vlhkosti v pôde, vyvinúť metódy na predpovedanie zamrznutia a tiež vyhodnotiť vplyv rekultivačných prác na klimatické podmienky krajiny. povrchovej vzduchovej vrstvy sú potrebné údaje o tepelnej bilancii zemského povrchu.
Zemský povrch nepretržite prijíma a stráca teplo v dôsledku vystavenia rôznym prúdom krátkovlnného a dlhovlnného žiarenia. Pohlcovaním vo väčšej či menšej miere celkové žiarenie a protižiarenie sa zemský povrch ohrieva a vyžaruje dlhovlnné žiarenie, čím stráca teplo. Hodnota charakterizujúca stratu tepla zeme
povrch je efektívne žiarenie. Rovná sa rozdielu medzi vlastným žiarením zemského povrchu a protižiarením atmosféry. Keďže protižiarenie atmosféry je vždy o niečo menšie ako u Zeme, tento rozdiel je pozitívny. Počas dňa je účinné žiarenie blokované absorbovaným krátkovlnným žiarením. V noci pri absencii krátkovlnného slnečného žiarenia efektívne žiarenie znižuje teplotu zemského povrchu. Pri zamračenom počasí je v dôsledku zvýšenia protižiarenia atmosféry účinné žiarenie oveľa menšie ako pri jasnom počasí. Menšie a nočné ochladzovanie zemského povrchu. V stredných zemepisných šírkach stráca zemský povrch efektívnym žiarením asi polovicu množstva tepla, ktoré prijíma z absorbovaného žiarenia.
Príchod a spotreba energie žiarenia sa odhaduje hodnotou radiačnej bilancie zemského povrchu. Rovná sa rozdielu medzi absorbovaným a efektívnym žiarením, závisí od neho tepelný stav zemského povrchu - jeho ohrievanie alebo ochladzovanie. Cez deň je takmer stále kladný, teda príkon tepla prevyšuje spotrebu. V noci je radiačná bilancia negatívna a rovná sa efektívnemu žiareniu. Ročné hodnoty radiačnej bilancie zemského povrchu, s výnimkou najvyšších zemepisných šírok, sú všade pozitívne. Toto prebytočné teplo sa vynakladá na ohrievanie atmosféry turbulentným vedením tepla, na vyparovanie a na výmenu tepla s hlbšími vrstvami pôdy alebo vody.
Ak vezmeme do úvahy teplotné podmienky počas dlhého obdobia (rok alebo lepšie niekoľko rokov), potom zemský povrch, atmosféra zvlášť a systém „Zem-atmosféra“ sú v stave tepelnej rovnováhy. Ich priemerná teplota sa z roka na rok mení len málo. V súlade so zákonom zachovania energie môžeme predpokladať, že algebraický súčet tepelných tokov prichádzajúcich na zemský povrch a odchádzajúcich z neho je rovný nule. Toto je rovnica pre tepelnú bilanciu zemského povrchu. Jeho význam spočíva v tom, že radiačná bilancia zemského povrchu je vyvážená neradiačným prenosom tepla. Rovnica tepelnej bilancie spravidla nezohľadňuje (pre ich malosť) také toky ako teplo odovzdané zrážkami, spotrebu energie na fotosyntézu, tepelné zisky z oxidácie biomasy, ako aj spotrebu tepla na topenie ľadu či snehu, tepelný zisk zo zamŕzajúcej vody.
Tepelná bilancia systému „Zem-atmosféra“ je počas dlhého obdobia tiež rovná nule, čiže Zem ako planéta je v tepelnej rovnováhe: slnečné žiarenie prichádzajúce na hornú hranicu atmosféry je vyvážené vyžarovaním. atmosféra z hornej hranice atmosféry.
Ak vezmeme vzduch prichádzajúci k hornej hranici ako 100%, potom 32% z tohto množstva sa rozptýli v atmosfére. Z nich sa 6 % vracia späť do svetového priestoru. Následne 26 % prichádza na zemský povrch vo forme rozptýleného žiarenia; 18 % žiarenia absorbuje ozón, aerosóly a používa sa na ohrev atmosféry; 5 % absorbujú mraky; 21 % žiarenia uniká do vesmíru v dôsledku odrazu od oblakov. Žiarenie prichádzajúce na zemský povrch je teda 50 %, z čoho priame žiarenie tvorí 24 %; 47 % je absorbovaných zemským povrchom a 3 % prichádzajúceho žiarenia sa odrazia späť do vesmíru. Výsledkom je, že 30 % slnečného žiarenia uniká z hornej hranice atmosféry do vesmíru. Táto hodnota sa nazýva planetárne albedo Zeme. Pre systém Zem-atmosféra sa cez hornú hranicu atmosféry vracia späť do vesmíru 30 % odrazeného a rozptýleného slnečného žiarenia, 5 % pozemského žiarenia a 65 % atmosférického žiarenia, teda len 100 %.
