нагрівання атмосфери

Нагрівання атмосфери відбувається в результаті дії сонячного випромінювання (сонячної радіації). Сонячна радіація являє собою сукупність двох типів випромінювання: корпускулярного та електромагнітного. Корпускулярне випромінювання (корпускулярна радіація) є рухомий від Сонця з великою швидкістю потік елементарних частинок, головним чином, протонів [33], які майже повністю уловлюються в верхніх шарах атмосфери магнітним полем Землі (магнітосфери). Електромагнітна сонячна радіація (промениста радіація) являє собою електромагнітні хвилі різної довжини, що проникають в атмосферу Землі зі швидкістю 300 км / с. Залежно від довжини електромагнітних хвиль розрізняють три діапазону випромінювання: ультрафіолетове, видиме (світло) і інфрачервоне випромінювання. Майже половина енергії електромагнітного випромінювання Сонця лежить в області видимого випромінювання. Ультрафіолетове випромінювання майже повністю поглинається озоновим шаром стратосфери. Поглинання озоновим шаром сонячної ультрафіолетової радіації є основним фактором нагрівання повітряної маси в стратосфері. Інфрачервоне (довгохвильове) випромінювання Сонця поглинається в тропосфері і стратосфері, в основному, парами води і вуглекислим газом. Для видимого випромінювання атмосфера є прозорою.

Але не все випромінювання, для якого атмосфера прозора, безпосередньо досягає земної поверхні, частина її розсіюється в атмосфері водяною парою, аерозольними частками, хмарами. Ця частина сонячного випромінювання називається розсіяною радіацією. та ж частина, яка безпосередньо падає на земну поверхню, носить назву прямої радіації. Частина розсіяної радіації надходить до земної поверхні. Пряма і розсіяна радіація разом надходять на поверхню Землі складають сонячну сумарну радіацію. Таким чином, на земну поверхню у вигляді прямої і розсіяної радіації потрапляє приблизно лише 48% сонячної променевої енергії, що надходить на зовнішню межу атмосфери. У кожному конкретному місці Земної кулі кількість сумарної радіації залежить від кута падіння сонячних променів (широти місця), тривалості дня, прозорості атмосфери і хмарності. Кількість сумарної радіації зменшується від екватора до полюсів, тобто підпорядковується зональної закономірності.

Сумарна радіація частково поглинається земною поверхнею, а частково відбивається від неї. Тому в ній виділяють відображену і поглинену радіацію. Величина відбитої радіації залежить від відбивної здатності земної поверхні і називається альбедо. Альбедо - це відношення кількості відбитої радіації від земної поверхні до сонячної сумарної радіації, що падає на цю поверхню. Виражається альбедо в процентах. Так, наприклад, альбедо поверхні, покритої щойно випав снігом, досягає 90%, а альбедо щойно зораного поверхні - не більше 10%.

Поглинена сонячна радіація, перетворюючись в теплоту, нагріває поверхню Землі. Нагріта земна поверхня в свою чергу випромінює тепло назад в атмосферу у вигляді інфрачервоного (довгохвильового) випромінювання, що отримав назву випромінюваної радіації. земного випромінювання або земної радіації. Але теплове випромінювання Землі не зникає безслідно в космічний простір, а затримується вуглекислим газом і парами води в тропосфері, зігріваючи повітряну масу і земну поверхню. Це явище порівнюють з процесом нагрівання, що відбувається в парниках. Тому дане атмосферне явище отримало назву парниковий (тепличний) ефект. Парниковий ефект атмосфери не дозволяє за ніч сильно остигати поверхні Землі. При його відсутності температура більшої частини земної поверхні опускалася б за ніч навіть влітку набагато нижче 0 ° С.

Сума надходжень і витрат радіації становить радіаційний баланс. Радіаційний баланс може розраховуватися окремо для атмосфери, для земної поверхні і для системи атмосфера - земна поверхня. Він може бути позитивним і негативним. Радіаційний баланс земної поверхні складається з суми поглиненої і випромінюваної радіації. При позитивному радіаційному балансі (зростанні прибуткової частини) температура поверхні підвищується (як, наприклад, вдень або влітку), при негативному (зростанні видаткової частини) - температура поверхні знижується (вночі, взимку). Радіаційний баланс входить складовою частиною в відповідний тепловий баланс, який представляє собою окремий випадок закону збереження енергії.

Температура повітря. Нагрівання повітря відбувається, в основному, за рахунок випромінюваної (земної) радіації. В цілому атмосфера Землі отримує в 3 рази більше тепла від нагрітої Сонцем земної поверхні, ніж безпосередньо від сонячного випромінювання. Середня температура приземного шару повітря для Землі в цілому становить близько + 15 ° С. Максимально низькі температури зареєстровані в Антарктиді (-89 ° С) і на північно-востокеУкаіни в Оймяконе (-71 ° С). Найбільш високі температури повітря фіксуються в тропічних пустелях, максимальні (близько + 58 ° С) відзначені в Мексиці і на півночі Африці в Лівії. Оскільки надходження сонячної променевої енергії до поверхні Землі залежить від кута падіння сонячних променів, отже, її нагрівання і випромінювання змінюється відповідно широті, убуваючи від екватора до полюсів, тобто зміна температури повітря підпорядковується загальної зональної закономірності. Крім цього, спостерігається закономірна зміна добової температури (день, ніч) і річний (зима, літо). Різниця найвищою і найнижчою температури протягом доби називається добової амплітудою температур. а різниця найвищої й найнижчої температури протягом року - річною амплітудою температур. В тому і іншому випадку на величину амплітуди температури впливає близькість моря. Найбільш високі амплітуди спостерігаються всередині континентів, а найбільш низькі - на узбережжі.

Якщо ми нанесемо на глобус або карту точки з однаковими середніми температурами, отриманими за певний проміжок часу (наприклад, рік, місяць), і з'єднаємо їх лініями, то отримаємо ізотерми. Ізотерма - це лінія однакової температури за певний проміжок часу. Відповідно зональної закономірності ізотерми повинні були б збігатися з паралелями, але цього не відбувається через вплив на розподіл температури таких факторів, як розподіл суші і води, альбедо поверхні, циркуляція повітря в атмосфері, наявність теплих і холодних течій у Світовому океані. Тому ізотерми мають звивистий характер.

Питання для самоконтролю.