Эффективное излучение. Поглощенная радиация и альбедо Земли. Вопрос. Атмосферные осадки

Земная поверхность, поглощая солнечную энергию и нагреваясь, сама становится источ­ником излучения тепла в атмосферу и миро­вое пространство. Согласно закону Стефана - Больцмана, чем выше температура участка по­верхности, тем больше его излучение. В отличие от коротковолновой солнечной (пря­мой и рассеянной) и отраженной радиации, собственное излучение земной поверхнос­ти длинноволновое, тепловое (Е эф). Большая часть земного излучения задерживается атмо­сферой благодаря водяному пару, диоксиду уг­лерода и отчасти озону. Поглощая его, а так­же некоторую часть солнечной радиации, ат­мосфера нагревается и сама излучает тепло. Атмосферное излучение тоже длинноволновое. Большая часть его направлена обратно к зем­ной поверхности и носит название встречно­го излучения атмосферы (Е а). Оно являет­ся для земной поверхности дополнительным источником тепла к поглощаемой солнечной радиации. Разность между излучением земной поверхности и встречным излучением атмосфе­ры называется эффективным излучением (Е эф). Оно показывает фактическую потерю тепла земной поверхностью.

Эффективное излучение зависит от ряда факторов, и прежде всего от температуры под­стилающей поверхности: чем она выше, тем больше эффективное излучение. Поэтому оно значительнее днем, но перекрывается суммар-

ной солнечной радиацией. Ночью же, когда оно остается без компенсации, температура поверхности и воздуха понижается. На эффек­тивное излучение существенно влияют влаж­ность воздуха и облачность: в пасмурную по­году оно мало, в ясную - велико. Снижает его и растительность. Зависит излучение и от абсолютной высоты местности: в горах, где малая плотность воздуха, благодаря чему днем велика прямая солнечная радиация, а ночью незначительно встречное излучение, эффектив­ное излучение весьма велико. Это приводит к большому суточному перепаду температур.

Наибольшего значения эффективное излу­чение достигает в области тропических пус­тынь, что обусловлено высокой температурой подстилающей поверхности, безоблачным не­бом и сухостью воздуха. Меньшие и пример­но одинаковые величины потери тепла за счет эффективного излучения наблюдаются в эква­ториальных и умеренных широтах, самые наи­меньшие - в полярных странах.

Способность атмосферы пропускать сол­нечную радиацию, но задерживать благодаря парниковым газам земное излучение называ­ют парниковым или оранжерейным эффек­том. Он оказывает смягчающее влияние на температуру Земли. Поскольку водяной пар - основная поглощающая и излучающая часть воздуха, он является важным звеном не толь­ко влагооборота, но и теплооборота Земли.

Альбедо Земли Процентное отношение солнечной радиации, отданной земным шаром (вместе с атмосферой) обратно в мировое пространство, к солнечной радиации, поступившей на границу атмосферы. Отдача солнечной радиации Землей слагается из отражения от земной поверхности, рассеяния прямой радиации атмосферой в мировое пространство (обратного рассеяния) и отражения от верхней поверхности облаков. А. 3. в видимой части спектра (визуальное)-около 40%. Для интегрального потока солнечной радиации интегральное (энергетическое) А. 3. около 35%. В отсутствие облаков визуальное А. 3. было бы около 15%.

Излучение земной поверхности - тепловое инфракрасное, не воспринимаемое глазом излучение земной поверхности с длинами волн от 3 до 80 мкм. Поток собственного излучения земной поверхности направлен вверх и почти целиком поглощается атмосферой, нагревая ее. За счет собственного излучения земная поверхность теряет тепло. Атмосфера Земли поглощает земное излучение и снова возвращает большую его часть к Земле (встречное излучение).

Эффективное излучение земной поверхности - разность собственного излучения земной поверхности и поглощенного ею встречного излучения атмосферы.

23.Тепловой баланс земной поверхности

Тепловой баланс земной поверхности - алгебраическая сумма всех видов прихода и расхода тепла на поверхность суши и океана. Характер теплового баланса и его энергетический уровень определяют особенности и интенсивность большинства экзогенных процессов. Основными составляющими теплового баланса океана являются:

Радиационный баланс;

Затрата тепла на испарение;

Турбулентный теплообмен между поверхностью океана и атмосферой;

Вертикальный турбулентный теплообмен поверхности океана с нижележащими слоями; и

Горизонтальная океаническая адвекция.

24. Теплопроводность почвы. Законы Фурье.

Пористость - порошкообразное измельчение массы - сильно затрудняет проведение тепла в почве, так как прикосновение отдельных частичек ее в высшей степени несовершенно, а лежащий между ними воздух обладает очень слабою теплопроводимостью. Влияние воды на передачу тепла в глубь почвы может быть разъяснена двумя следующими случаями. Во-первых, если почва только влажна, т. е. все водяные частички удерживаются большой капиллярной силой, вследствие чего затрудняется их циркуляция, то вода не может играть заметной роли при распределении теплоты в такой почве. В этом случае влажная почва относительно распределения теплоты по почвенным слоям будет действовать почти как сухая, т. е. как дурной проводник теплоты.

Теплопроводность влажной почвы больше, чем сухой, так как вода до некоторой степени вытесняет частицы воздуха, обладающие наислабейшею способностью проводить теплоту; притом почва теряет и свою пористость. Во-вторых, если почва настолько мокрая, что вода до некоторой степени может циркулировать, то подобная почва при нагревании сверху не передает нагретых водяных частичек в более глубокие горизонты; они находятся уже в положении самом благоприятном - устойчивого равновесия. Но если почва будет охлаждаться сверху, вследствие ли холодного ветра или лучеиспускания в мировое пространство, то охлажденные верхние частички жидкости получат стремление опускаться вниз, на место более теплых и глубже лежащих; вследствие чего охлаждение почвы будет чувствоваться на большей глубине, чем нагревание ее, но именно потому, что при охлаждении почвы участвуют большие массы частичек воды, в ней не обнаруживаются при этом такие крайности, как при противоположном явлении.

Перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия составляющих его частиц. Приводит к выравниванию температуры тела. Обычно количество переносимой энергии, определяемое как плотность теплового потока, пропорционально градиенту температуры -закон Фурье.

Разница между собственным излучением тела и встречным излучением атмосферы называется эффективным излучением. Его значение и выражает действительный поток тепла от Земли или воды к атмосфере. В отдельных случаях может быть поток тепла и от атмосферы к Земле, например, при поступлении морского теплого воздуха на холодную материковую поверхность зимой.

Встречное излучение показывает роль атмосферы в тепловом режиме географической оболочки.

Молекулы газов воздуха практически свободно пропускают коротковолновые солнечные лучи. На земной поверхности лучистая энергия превращается в длинноволновую тепловую. Переменная часть атмосферы - водяной пар, углекислый газ, капельки воды, льдинки и другие взвеси - поглощают, подобно стеклу оранжерей или теплицы, длинноволновые тепловые лучи, усиливая встречное излучение. Даже в ясные ночи оно составляет 70% от прямого, а в пасмурные достигает 100%- Свойство атмосферы пропускать солнечные лучи к Земле и задерживать тепловое излучение называется оранжерейным, или тепличным эффектом.

Величина эффективного излучения зависит от ряда факторов:

1. От температуры почвы или воды: чем она выше, тем больше тело теряет тепла излучением: В жаркий летний день и земля, и вода много излучают тепла в воздух и температура его повышается. Теплый воздух дает большой и встречный поток. Возрастает общий уровень эффективного излучения. Ночью, когда нагревание почвы и воды прекращается, уменьшается и их излучение. Перед утром оно становится совсем незначительным. Соответственно понижается и температура воздуха.
2. От влажности воздуха: водяной пар улавливает длинноволновое излучение и удерживает тепло. Влажная атмосфера посылает к Земле значительный встречный поток, эффективное излучение уменьшается. По этой причине во влажных климатах и при влажной погоде ночи не бывают так холодны, как в сухую погоду, и в странах с сухим климатом.
3. От туманов и облаков: капли воды облаков и туманов действуют, как и водяной пар, но в еще большей степени. Ночи при туманной и облачной погоде бывают обычно теплыми.
4. От близости или удаленности водоемов: водная масса, будучи теплоемкой, дольше, чем суша, удерживает тепло. Увеличением влажности, образованием облаков и туманов водоемы снимают эффективное излучение. По этой причине наибольшая потеря тепла зимой и ночью и, следовательно, резкие колебания ночной и дневной температур свойственны сухим внутриматериковым странам - Центральной и Средней Азии, Восточной Сибири и Антарктиде.
5. От абсолютной высоты местности: в горах, с уменьшением плотности воздуха уменьшается встречное и увеличивается эффективное излучение.
6. От растительности: мощный растительный покров, особенно леса, снижают эффективное излучение. В пустынях оно резко увеличивается.
7. От характера почво-грунтов: мощные и рыхлые почвы дольше удерживают и больше излучают тепло, каменистые почвы и особенно пески пустынь скорее его теряют и остывают.

ЭФФЕКТИВНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ - разность между излучением земной поверхности и противоизлучением атмосферы. Измеряется пиргеометром. Эффективное излучение один из элементов теплового баланса земной поверхности. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция… … Экологический словарь

эффективное излучение - Разность собственного излучения земной поверхности и поглощенного ею встречного излучения атмосферы … Словарь по географии

эффективное излучение - efektyvioji spinduliuotė statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kūno savosios ir atsispindėjusios spinduliuotės suma. atitikmenys: angl. effective radiation vok. effektive Strahlung, f rus. эффективное излучение, n pranc. radiation effective, f … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas

эффективное излучение - сумма собственного и отраженного излучения тела. Смотри также: Излучение тепловое излучение собственное излучение селективное излучение …

Излучение - 1. Распространение в пространстве волны какой либо природы или потоки каких либо частиц. Классическая теория излучения (Макснелла) объяснила очень многие характерные черты электромагнитного излучения, однако не смогла дать… … Энциклопедический словарь по металлургии

Тепловое излучение земной поверхности. Т. к. земная поверхность имеет сравнительно низкую температуру, она излучает электромагнитные волны длиной от 3 до 80 мкм, относящиеся к инфракрасной, не воспринимаемой глазом, области спектра. За… … Большая советская энциклопедия

тепловое излучение - излучение в диапазоне X = 0,4 800 мкм, включающее видимое и инфракрасное излучение. ; Смотри также: Излучение эффективное излучение собственное излучение … Энциклопедический словарь по металлургии

собственное излучение - излучение (1.) тела, определенное его физическими свойствами и температурой, без учета отраженного излучения; Смотри также: Излучение эффективное излучение тепловое излучение … Энциклопедический словарь по металлургии

селективное излучение - излучение в пределах только отдельных интервалов длин волн. Смотри также: Излучение эффективное излучение тепловое излучение собственное излучение … Энциклопедический словарь по металлургии

рентгеновское излучение - электромагнитное излучение с длиной волны между ультрафиолетовым и γ излучением; Смотри также: Излучение эффективное излучение тепловое излучение собственное излучение … Энциклопедический словарь по металлургии

Большое количество энергии поступает на нашу планету в виде солнечного излучения. Эта энергия составляет примерно 1,7 1017 Вт. Количество энергии, используемой в настоящее время, составляет около 1010 кВт. Если мысленно представить, что примерно 1% площади планеты приспособлен для улавливания солнечной энергии с помощью коллекторов излучения эффективностью 10%, то можно собрать 1011 кВт энергии. Путем вычисления при условии, что население Земли составляет определенное число людей, каждый из которых потребляет некоторое количество энергии, можно определить, достаточно ли этой энергии. Так, нынешнее население Земли составляет около 3 109 человек. Допустим, что оно увеличилось до 5 109 человек и каждый потребляет примерно 10 кВт (что превышает наши потребности), то и в этом случае полученной энергии было бы больше, чем нужно.[ ...]

Для создания передвижных экранов используют различные материалы. Защита от альфа-излучения достигается применением экранов из обычного или органического стекла толщиной несколько миллиметров. Достаточной защитой от этого вида излучения является слой воздуха в несколько сантиметров. Для защиты от бета-излучения экраны изготавливают из алюминия или пластмассы (органическое стекло). От гамма- и рентгеновского излучения эффективно защищают свинец, сталь, вольфрамовые сплавы. Смотровые системы изготавливают из специальных прозрачных материалов, например, свинцового стекла. От нейтронного излучения защищают материалы, содержащие в составе водород (вода, парафин), а также бериллий, графит, соединения бора и т.д. Бетон также можно использовать для защиты от нейтронов.[ ...]

Озонный слой является защитным экраном от проникающего ультрафиолетового (УФ) солнечного излучения в области длин волн 240-320 нм. Поскольку УФ-В излучение эффективно поглощается нуклеиновыми кислотами в живых клетках, оно представляет особую опасность для всего живого. Кроме этого, в результате облучения жестким ультрафиолетовым излучением увеличивается вероятность (а следовательно, и частота появления) заболевания раком кожи (мелонома и карцинома кожи). Подсчитано , что уменьшение озонного слоя всего на 5 % приведет к увеличению числа случаев заболевания раком кожи у людей в среднем на 10 % (см. п. 8.2).[ ...]

Эти расчеты вселяют оптимизм, но справедливо напомнить, что в данный момент еще нет конструкций коллекторов излучения эффективностью 10%, работающих экономично. Утверждение «солнечная энергия доступна» обманчиво, так как стоимость энергии - это лишь один компонент стоимости преобразованной энергии или топлива (электричества, водорода, метилового спирта).[ ...]

ДЛИННОВОЛНОВАЯ РАДИАЦИЯ. Электромагнитная радиация, испускаемая земной поверхностью н атмосферой, т. е. почти полностью в интервале от 4 до 120 мкм. Ср. атмосферное излучение, земное излучение, встречное излучение, эффективное излучение земной поверхности, коротковолновая радиация.[ ...]

ЕСТЕСТВЕННАЯ РАДИАЦИЯ [лат. гас ю сияние, блеск] - радиация, которой человек подвергается на Земной поверхности,- включает у-излу-чение радиоактивных материалов Земли, излучение радионуклидов в тканях организма, попадающих туда с пищей, и космическое излучение. Эффективная эквивалентная доза от этих источников без учета облучения легких от вдыхания в жилых помещениях радо-на-торона и их продуктов распада для населения страны в 1990 г. составвла в среднем около 0,09 (0,07-0,23) бэр.[ ...]

В ряде других работ системы с оптическим гетеродинированием использовались для установления когерентной связи на длинах волн X = 3,39 мкм и X - 10,6 мкм . Было выяснено, что с увеличением длины волны использованного излучения эффективность оптического гетеродинирования в атмосфере растет. Это также согласуется с проведенным выше рассмотрением, ибо радиус когерентности рг, как видно из формулы (3.26), растет, как ХвЬ.[ ...]

Эта оценка завышена, поскольку предположение об излучающем канале как об абсолютно черном теле является слишком грубым. Однако она убеждает нас в том, что преобразование электрической энергии в световую в проводящем канале молнии происходит достаточно эффективно. Другой особенностью свечения канала молнии является то, что большая часть излучения соответствует ультрафиолетовой части спектра. Действительно, для абсолютно черного тела с температурой 30 ООО К максимум энергии излучения согласно закону Вина соответствует длине волны 0,1 мкм. Хотя реально в результате того, что воздушная плазма прозрачна для вакуумного ультрафиолета, этот максимум смещается в область более длинных волн, основные излучательные потери рассматриваемой горячей воздушной плазмы связаны с ультрафиолетовым излучением. При этом, поскольку ультрафиолетовое излучение эффективно поглощается в реальном воздухе, спектр излучения молнии, регистрируемый на большом расстоянии, оказывается искаженным.[ ...]

Принцип действия радиационного контура или петли состоит в том, что какое-либо рабочее вещество или носитель, способный циркулировать в замкнутой системе и легко активироваться в активной зоне реактора под действием нейтронов, используется затем вне реактора в качестве излучателя. В первую очередь, естественно, были рассмотрены системы с жидким носителем, хотя в принципе можно использовать и твердый носитель, например, в виде шариков. Преимущества радиационных контуров состоят в том, что при их помощи можно быстро создать очень мощный источник излучения, эффективно использовать нейтроны утечки для целей облучения и сравнительно быстро ликвидировать источник в случае необходимости.