Napsugárzás vagy a nap ionizáló sugárzása. 21. §. Napsugárzás

LÉGKÖR

Légkör. Szerkezete, összetétele, eredete, jelentősége a GO számára. Hőfolyamatok a légkörben. A napsugárzás, fajtái, szélességi eloszlása ​​és átalakulása a földfelszín szerint.

Légkör- a Föld léghéja, amelyet a gravitációs erő tartja és részt vesz a bolygó forgásában. A gravitációs erő a légkört a Föld felszínéhez közel tartja. A légkör legnagyobb nyomása és sűrűsége a Föld felszínén figyelhető meg; ahogy felfelé emelkedünk, a nyomás és a sűrűség csökken. 18 km-es magasságban a nyomás 10-szeresére, 80 km-es magasságban 75 000-szeresére csökken. A légkör alsó határa a Föld felszíne, felső határának 1000-1200 km-es magasságot feltételezünk. A légkör tömege 5,13 x 10 15 tonna, ennek 99%-a az alsó rétegben található 36 km-es magasságig.

A légkör magas rétegeinek létezésére vonatkozó bizonyítékok a következők:

22-25 km magasságban gyöngyházfényű felhők helyezkednek el a légkörben;

80 km-es magasságban éjszakai felhők láthatók;

Körülbelül 100-120 km magasságban meteoritok égését figyelik meg, i.e. itt még elég sűrű a légkör;

Körülbelül 220 km-es magasságban megindul a légköri gázok fényszóródása (szürkület jelensége);

Az Aurorák körülbelül 1000-1200 km magasságban kezdődnek, ez a jelenség a levegőnek a Napból érkező korpuszkuláris áramlások általi ionizációjával magyarázható. A rendkívül ritka légkör 20 000 km-es magasságig terjed, ez alkotja a Föld koronáját, és észrevétlenül bolygóközi gázzá változik.

A légkör, akárcsak a bolygó egésze, az óramutató járásával ellentétes irányba forog nyugatról keletre. A forgás következtében ellipszoid alakot ölt, azaz. Az Egyenlítő közelében vastagabb a légkör, mint a sarkok közelében. A Nappal ellentétes irányú kiemelkedése van, a Földnek ez az üstököséhez hasonlóan ritkított „gázfarka” körülbelül 120 ezer km hosszú. A légkör hő- és nedvességcserén keresztül kapcsolódik más geoszférákhoz. A légköri folyamatok energiája a Nap elektromágneses sugárzása.

A légkör fejlődése. Mivel a hidrogén és a hélium a legelterjedtebb elem az űrben, kétségtelenül részei voltak annak a protoplanetáris gáz- és porfelhőnek, amelyből a Föld keletkezett. Ennek a felhőnek a nagyon alacsony hőmérséklete miatt a Föld legelső légköre csak hidrogénből és héliumból állhatott, mert a felhőt alkotó anyag összes többi eleme szilárd állapotban volt. Ilyen atmoszféra figyelhető meg az óriásbolygóknál, nyilvánvalóan a bolygók nagy vonzása és a Naptól való távolságuk miatt megtartották elsődleges légkörüket.

Ezt követte a Föld felmelegedése: a hő a bolygó gravitációs összenyomása és a benne lévő radioaktív elemek bomlása következtében keletkezett. A Föld elvesztette hidrogén-hélium légkörét, és a mélyéből felszabaduló gázokból (szén-dioxid, ammónia, metán, kénhidrogén) hozta létre saját másodlagos légkörét. Az A.P. Vinogradov (1959) szerint ebben a légkörben volt a legtöbb H 2 O, majd CO 2, CO, HCl, HF, H 2 S, N 2, NH 4 Cl és CH 4 (a modern vulkáni gázok összetétele megközelítőleg azonos ). V. Sokolov (1959) úgy vélte, hogy van itt H 2 és NH 3 is. Nem volt oxigén, és redukáló körülmények uralkodtak a légkörben. Jelenleg hasonló légkör figyelhető meg a Marson és a Vénuszon, ezek 95%-a szén-dioxid.

A légkör fejlődésének következő szakasza átmeneti volt - az abiogéntől a biogénig, a redukáló körülményektől az oxidálóig. A Föld gáznemű héjának fő összetevői az N 2, CO 2, CO. Melléktermékként - CH 4, O 2. Az oxigén a felső légkör vízmolekuláiból keletkezett a Nap ultraibolya sugarainak hatására; Kiszabadulhatott a földkérget alkotó oxidokból is, de túlnyomó többsége ismét elveszett a földkéregben lévő ásványok oxidációja vagy a hidrogén és vegyületei oxidációja következtében a légkörben.

A nitrogén-oxigén atmoszféra fejlődésének utolsó szakasza a Földön az élet megjelenésével és a fotoszintézis mechanizmusának megjelenésével jár. A biogén oxigén tartalma növekedni kezdett. Ugyanakkor a légkör szinte teljesen elvesztette a szén-dioxidot, amelynek egy része hatalmas szén- és karbonátlelőhelyekbe került.

Ez az út a hidrogén-hélium atmoszférától a modernig, amelyben ma már a nitrogéné és az oxigéné a főszerep, szennyeződésként pedig az argon és a szén-dioxid van jelen. A modern nitrogén is biogén eredetű.

A légköri gázok összetétele.

Légköri levegő– mechanikus gázkeverék, amely szuszpenzióban port és vizet tartalmaz. A tengerszinten a tiszta és száraz levegő több gáz keveréke, és a fő légköri gázok - nitrogén (térfogatkoncentráció 78,08%) és oxigén (20,95%) - aránya állandó. Rajtuk kívül a légköri levegő argont (0,93%) és szén-dioxidot (0,03%) tartalmaz. Az egyéb gázok - neon, hélium, metán, kripton, xenon, hidrogén, jód, szén-monoxid és nitrogén-oxidok - mennyisége elenyésző (kevesebb, mint 0,1%) (táblázat).

2. táblázat

A légkör gázösszetétele

	oxigén
	szén-dioxid

A légkör magas rétegeiben a Napból érkező kemény sugárzás hatására megváltozik a levegő összetétele, ami az oxigénmolekulák atomokká való széteséséhez (disszociációjához) vezet. Az atomi oxigén a légkör magas rétegeinek fő alkotóeleme. Végül a légkörnek a Föld felszínétől legtávolabbi rétegeiben a fő összetevők a legkönnyebb gázok - hidrogén és hélium. Egy új vegyületet fedeztek fel a légkör felső rétegeiben, a hidroxil-OH-t. Ennek a vegyületnek a jelenléte magyarázza a vízgőz képződését nagy magasságban a légkörben. Mivel az anyag nagy része a Föld felszínétől 20 km távolságra koncentrálódik, a levegő összetételének magassági változásai nem gyakorolnak észrevehető hatást a légkör általános összetételére.

A légkör legfontosabb összetevői az ózon és a szén-dioxid. Az ózon háromatomos oxigén RÓL RŐL 3 ), jelen van a légkörben a Föld felszínétől 70 km-es magasságig. A levegő földi rétegeiben főleg a légköri elektromosság hatására és a szerves anyagok oxidációs folyamatában, a légkör magasabb rétegeiben (sztratoszférában) pedig - a Nap ultraibolya sugárzásának hatására jön létre. az oxigénmolekulán. Az ózon nagy része a sztratoszférában található (ezért a sztratoszférát gyakran ózonoszférának is nevezik). A maximális ózonkoncentrációjú réteget 20-25 km magasságban ózonszűrőnek nevezzük. Összességében az ózonréteg a napenergia mintegy 13%-át nyeli el. Az ózonkoncentráció bizonyos területeken történő csökkenését „ózonlyukaknak” nevezik.

A szén-dioxid a vízgőzzel együtt a légkör üvegházhatását okozza. Üvegházhatás– a légkör belső rétegeinek felmelegedése, ami azzal magyarázható, hogy a légkör képes rövidhullámú sugárzást továbbítani a Napból, és nem bocsát ki hosszúhullámú sugárzást a Földről. Ha kétszer annyi szén-dioxid lenne a légkörben, akkor a Föld átlaghőmérséklete elérné a 18 0 C-ot, most 14-15 0 C.

A légköri gázok össztömege hozzávetőlegesen 4,5 10 15 tonna, így a légkör egységnyi területre eső „tömege”, vagyis légköri nyomás tengerszinten megközelítőleg 10,3 tonna/m 2.

Sok részecske van a levegőben, amelyek átmérője a mikron töredéke. Ezek kondenzációs magok. Nélkülük lehetetlen lenne köd, felhőképződés, csapadék. Számos optikai és légköri jelenség kapcsolódik a légkörben lévő részecskékhez. A légkörbe jutás módjai különbözőek: vulkáni hamu, tüzelőanyag égéséből származó füst, növényi pollen, mikroorganizmusok. Az utóbbi időben az ipari kibocsátások és a radioaktív bomlástermékek kondenzációs atommagként szolgáltak.

A légkör fontos összetevője a vízgőz, mennyisége a nedves egyenlítői erdőkben eléri a 4%-ot, a sarkvidékeken 0,2%-ra csökken. A vízgőz a talaj és a víztestek felszínéről történő párolgás, valamint a növények nedvesség kipárolgása következtében kerül a légkörbe. A vízgőz üvegházhatású gáz, és a szén-dioxiddal együtt megköti a Föld hosszúhullámú sugárzásának nagy részét, megakadályozva a bolygó lehűlését.

A légkör nem tökéletes szigetelő; képes elektromos áramot vezetni az ionizátorok hatása miatt - a Nap ultraibolya sugárzása, kozmikus sugarak, radioaktív anyagok sugárzása. A maximális elektromos vezetőképesség 100-150 km magasságban figyelhető meg. A légköri ionok és a földfelszín töltésének együttes hatása következtében a légkör elektromos tere jön létre. A Föld felszínéhez viszonyítva a légkör pozitív töltésű. Kiemel neutroszféra– semleges összetételű réteg (80 km-ig) és ionoszféra– ionizált réteg.

A légkör szerkezete.

A légkörnek több fő rétege van. Az alsót, a földfelszín szomszédságában nevezik troposzféra(magassága 8-10 km a sarkokon, 12 km a mérsékelt övi szélességeken és 16-18 km az Egyenlítő felett). A levegő hőmérséklete fokozatosan csökken a magassággal - átlagosan 0,6 °C-kal minden 100 méteres emelkedés után, ami nemcsak a hegyvidéki területeken, hanem Fehéroroszország magaslatán is észrevehetően megnyilvánul.

A troposzféra a levegő teljes tömegének 80%-át, a légköri szennyeződések nagy részét és szinte az összes vízgőzt tartalmazza. A légkörnek ezen a részén, 10-12 km magasságban képződnek felhők, zivatarok, esőzések és egyéb fizikai folyamatok alakulnak ki, amelyek alakítják az időjárást és meghatározzák az éghajlati viszonyokat bolygónk különböző területein. A troposzféra alsó, közvetlenül a földfelszínnel szomszédos rétegét ún talajréteg.

A földfelszín hatása megközelítőleg 20 km magasságig terjed, majd a levegőt közvetlenül a Nap melegíti fel. Így a 20-25 km-es magasságban fekvő GO határát többek között a földfelszín hőhatása határozza meg. Ezen a magasságon a levegő hőmérsékletének szélességi különbségei eltűnnek, és elmosódik a földrajzi zóna.

Minél magasabban indul sztratoszféra, amely az óceán vagy a szárazföld felszínétől 50-55 km magasságig terjed. A légkör ezen rétege jelentősen megritkul, csökken az oxigén és a nitrogén mennyisége, nő a hidrogén, a hélium és más könnyű gázok mennyisége. Az itt kialakuló ózonréteg elnyeli az ultraibolya sugárzást, és nagymértékben befolyásolja a Föld felszínének termikus viszonyait és a troposzférában zajló fizikai folyamatokat. A sztratoszféra alsó részén a levegő hőmérséklete állandó, itt egy izoterm réteg található. 22 km-es magasságból kiindulva a levegő hőmérséklete emelkedik, a sztratoszféra felső határán eléri a 0 0 C-ot (a hőmérséklet emelkedést itt az ózon jelenléte magyarázza, amely elnyeli a napsugárzást). A sztratoszférában intenzív vízszintes légmozgás történik. A légáramlás sebessége eléri a 300-400 km/h-t. A sztratoszféra a légkör levegőjének kevesebb mint 20%-át tartalmazza.

55-80 km magasságban van mezoszféra(ebben a rétegben a levegő hőmérséklete a magassággal csökken és a felső határ közelében –80 0 C-ra csökken), 80-800 km között van termoszféra, amelyben a hélium és a hidrogén dominál (a levegő hőmérséklete a magassággal gyorsan növekszik, és 800 km-es magasságban eléri az 1000 0 C-ot). A mezoszféra és a termoszféra együtt egy vastag réteget alkot, ún ionoszféra(töltött részecskék régiója - ionok és elektronok).

A légkör legfelső, rendkívül ritka része (800-1200 km) exoszféra. Az atomos állapotú gázok dominálnak, a hőmérséklet 2000°C-ra emelkedik.

A civil társadalom életében a légkörnek nagy jelentősége van. A légkör jótékony hatással van a Föld klímájára, megvédi a túlzott lehűléstől és felmelegedéstől. A légkör nélküli bolygónkon a napi hőmérséklet-ingadozás elérné a 200°C-ot: nappal +100°C és afeletti, éjszaka -100°C. Jelenleg a levegő átlagos hőmérséklete a Föld felszínén +14°C. A légkör nem engedi, hogy a meteorok és a kemény sugárzás elérje a Földet. A légkör nélkül nem lenne hang, nem lenne fény, felhők és csapadék.

A klímaképző folyamatok közé tartozik hő-, nedvesség- és légköri keringés.

Hőcsere a légkörben. A hőforgalom biztosítja a légkör termikus rezsimjét és függ a sugárzási egyensúlytól, pl. a földfelszínre (sugárzási energia formájában) érkező és onnan távozó hő beáramlása (a Föld által elnyelt sugárzási energia hővé alakul).

Napsugárzás– a Napból érkező elektromágneses sugárzás áramlása. A légkör felső határán a napsugárzás intenzitása (fluxussűrűsége) 8,3 J/(cm 2 /min). Azt a hőmennyiséget, amelyet 1 cm 2 fekete felület 1 perc alatt, merőlegesen beeső napfény bocsát ki, ún. szoláris állandó.

A Föld által kapott napsugárzás mennyisége a következőktől függ:

1. a Föld és a Nap távolságáról. A Föld január elején van legközelebb a Naphoz, legtávolabb július elején; 5 millió km a különbség e két távolság között, aminek következtében a Föld az első esetben 3,4%-kal több, a második esetben 3,5%-kal kevesebb sugárzást kap, mint a Föld és a Nap közötti átlagos távolság esetén (április elején). és október elején);

2. a napsugarak földfelszínre eső beesési szögétől, ami viszont függ a földrajzi szélességtől, a Nap horizont feletti magasságától (a nap folyamán és az évszakok függvényében változik), valamint a domborzat jellegétől a föld felszínéről;

3. a sugárzó energia átalakulásából a légkörben (szórás, elnyelés, visszaverődés a térbe) és a föld felszínén. A Föld átlagos albedója 43%.

Az összes sugárzás körülbelül 17%-a elnyelődik; Az ózon, az oxigén és a nitrogén főként a rövidhullámú ultraibolya sugarakat, a vízgőz és a szén-dioxid pedig a hosszú hullámú infravörös sugárzást nyeli el. A légkör a sugárzás 28%-át disszipálja; 21%-a eléri a földfelszínt, 7%-a az űrbe kerül. A sugárzásnak azt a részét, amely a teljes égboltozatból eléri a Föld felszínét, ún szórt sugárzás . A szórás lényege, hogy az elektromágneses hullámokat elnyelő részecske maga is fénysugárzás forrásává válik, és ugyanazokat a hullámokat bocsátja ki, amelyek ráesnek. A levegőmolekulák nagyon kicsik, méretük a spektrum kék részének hullámhosszához hasonlítható. Tiszta levegőben a molekuláris szórás dominál, ezért az égbolt színe kék. Ha a levegő poros, az égbolt színe fehéres lesz. Az égbolt színe a légkörben lévő szennyeződések mennyiségétől függ. Magas vízgőztartalommal, amely a vörös sugarakat szórja, az égbolt vöröses árnyalatot kap. A szürkület és a fehér éjszakák jelenségei szórt sugárzással járnak, mert Miután a nap lenyugszik a horizont alá, a légkör felső rétegei továbbra is megvilágítottak.

A felhők teteje a sugárzás körülbelül 24%-át tükrözi vissza. Következésképpen a légkör felső határára érkező napsugárzás mintegy 31%-a sugárfolyam formájában közelíti meg a földfelszínt. közvetlen sugárzás . A közvetlen és szórt sugárzás összegét (52%) ún teljes sugárzás. A közvetlen és a diffúz sugárzás aránya a felhőzettől, a légkör porosságától és a Nap magasságától függően változik. A teljes napsugárzás eloszlása ​​a Föld felszínén zónális. A legmagasabb, évi 840-920 kJ/cm 2 össz-napsugárzás az északi félteke trópusi szélességein figyelhető meg, ami az alacsony felhőzettel és a levegő nagy átlátszóságával magyarázható. Az egyenlítőn a teljes sugárzás évi 580-670 kJ/cm2-re csökken a nagy felhőzet és a magas páratartalom miatti átlátszóság csökkenése miatt. A mérsékelt övi szélességeken a teljes sugárzás mennyisége évi 330-500 kJ/cm2, a sarki szélességeken - 250 kJ/cm2 évente, az Antarktiszon pedig a kontinens nagy magassága és a levegő alacsony páratartalma miatt enyhén. magasabb.

A Föld felszínét elérő teljes napsugárzás részben visszaverődik. A visszavert sugárzás és a teljes sugárzás arányát százalékban kifejezve nevezzük albedó. Az Albedo jellemzi a felület fényvisszaverő képességét, és függ annak színétől, páratartalmától és egyéb tulajdonságaitól.

A frissen hullott hónak van a legnagyobb fényvisszaverő képessége - akár 90%. A homok albedója 30-35%, a fű - 20%, a lombos erdő - 16-27%, a tűlevelű - 6-19%; A száraz csernozjom albedója 14%, a nedves csernozjom - 8%. A Föld mint bolygó albedóját 35%-nak vesszük.

A sugárzás elnyelésével maga a Föld válik sugárforrássá. A Föld hősugárzása - földi sugárzás– hosszúhullámú, mert A hullámhossz a hőmérséklettől függ: minél magasabb a kibocsátó test hőmérséklete, annál rövidebb az általa kibocsátott sugarak hullámhossza. A földfelszín sugárzása felmelegíti a légkört, és maga is elkezd sugárzást bocsátani az űrbe ( a légkörből származó sugárzás ellen) és a föld felszínére. A légkör ellenáramú sugárzása is hosszúhullámú. A légkörben két hosszúhullámú sugárzás áramlik – a felszíni sugárzás (földi sugárzás) és a légköri sugárzás. A köztük lévő különbséget, amely meghatározza a földfelszín tényleges hőveszteségét, ún hatékony sugárzás , az Űrbe van irányítva, mert a földi sugárzás nagyobb. A hatékony sugárzás nappal és nyáron nagyobb, mert felületmelegítéstől függ. A hatékony sugárzás a levegő páratartalmától függ: minél több vízgőz vagy vízcsepp van a levegőben, annál kevesebb a sugárzás (ezért télen a felhős idő mindig melegebb, mint a tiszta idő). Általánosságban elmondható, hogy a Föld esetében az effektív sugárzás évi 190 kJ/cm2 (a legmagasabb a trópusi sivatagokban 380, a legkisebb a poláris szélességeken 85 kJ/cm2 évente).

A Föld egyszerre kap sugárzást és bocsát ki. A kapott és elfogyasztott sugárzás különbségét ún sugárzási egyensúly, vagy maradandó sugárzás. A felszíni sugárzási mérleg érkezése a légkör teljes sugárzása (Q) és ellensugárzása. Fogyasztás – visszavert sugárzás (R k) és földi sugárzás. A földi sugárzás és az ellenlégköri sugárzás közötti különbség - az effektív sugárzás (E eff) mínusz előjelű, és a sugárzási mérlegben az áramlási sebesség része:

R b =Q-E eff -R k

A sugárzási mérleg zónában oszlik meg: az egyenlítőtől a sarkok felé csökken. A legmagasabb sugárzási mérleg az egyenlítői szélességi körökre jellemző és évi 330-420 kJ/cm 2, a trópusi szélességeken évi 250-290 kJ/cm 2 -re csökken (amit az effektív sugárzás növekedése magyaráz), a mérsékelt szélességeken a sugárzási mérleg évi 210-85 kJ/cm 2 -re csökken, poláris szélességeken értéke a nullához közelít. A sugárzási mérleg általános jellemzője, hogy az óceánok felett minden szélességi fokon a sugárzási mérleg 40-85 kJ/cm 2 -vel magasabb, mert A víz albedója és az óceán effektív sugárzása alacsonyabb.

A légköri sugárzási mérleg (R b) bejövő része effektív sugárzásból (E ef) és elnyelt napsugárzásból (R p), kimenő részét az űrbe szökő légköri sugárzás (E a) határozza meg:

R b = E ef - E a + R p

A légkör sugárzási mérlege negatív, a felszíni sugárzási mérleg pozitív. A légkör és a földfelszín teljes sugárzási mérlege nulla, i.e. A Föld a sugárzási egyensúly állapotában van.

Hőegyensúly – a földfelszínre sugárzási egyensúly formájában érkező és onnan távozó hőáramok algebrai összege. A felszín és a légkör termikus egyensúlyából áll. A földfelszín hőmérlegének bejövő részében sugárzási mérleg van, a kimenő részében a párolgásra, a légkör felmelegítésére a Földről, a talaj felmelegítésére fordított hőráfordítás. A hőt a fotoszintézishez is használják. Talajképzés, de ezek a költségek nem haladják meg az 1%-ot. Meg kell jegyezni, hogy az óceánok felett nagyobb a hőfogyasztás a párolgáshoz, a trópusi szélességeken - a légkör felmelegítéséhez.

A légkör hőmérlegében a belépő rész a vízgőz kondenzációja során felszabaduló és a felszínről a légkörbe továbbított hő; az áramlási sebesség negatív sugárzási mérlegből áll. A földfelszín és a légkör hőmérlege nulla, i.e. A Föld termikus egyensúlyi állapotban van.

A földfelszín termikus rezsimje.

A földfelszínt közvetlenül a napsugarak melegítik fel, és ebből melegszik fel a légkör. A hőt fogadó és leadó felületet ún aktív felület . A felszíni hőmérsékleti rezsimben megkülönböztetik a napi és az éves hőmérsékleti ingadozásokat. A felületi hőmérséklet napi változása – felszíni hőmérséklet változása a nap folyamán. A szárazföldi felszínhőmérséklet napi ingadozását (száraz és növényzetmentes) egy maximum 13:00 körül és egy minimum napkelte előtt jellemzi. A nappali maximális szárazföldi hőmérséklet a szubtrópusokon elérheti a 80 0 C-ot, a mérsékelt övi szélességeken a 60 0 C körüli értéket.

A maximális és minimális napi felszíni hőmérséklet különbségét ún napi hőmérsékleti tartomány. A napi hőmérsékleti amplitúdó nyáron elérheti a 40 0 ​​C-ot, télen a napi hőmérséklet amplitúdója a legkisebb - 10 0 C-ig.

A felületi hőmérséklet éves változása – az átlagos havi felszíni hőmérséklet változását egész évben a napsugárzás lefolyása határozza meg, és a hely szélességi fokától függ. A mérsékelt övi szélességeken a szárazföld felszínének maximum hőmérséklete júliusban, a minimum januárban figyelhető meg; az óceánon a maximumok és minimumok egy hónapot késnek.

A felületi hőmérséklet éves tartománya egyenlő a maximális és a minimális havi átlaghőmérséklet különbségével; a szélesség növekedésével növekszik, ami a napsugárzás növekvő ingadozásával magyarázható. Az éves hőmérsékleti amplitúdó a kontinenseken éri el a legnagyobb értékeit; az óceánokon és a tengerpartokon sokkal kevesebb. A legkisebb éves hőmérsékleti amplitúdó az egyenlítői szélességeken (2-3 0), a legnagyobb a kontinensek szubarktikus szélességein (több mint 60 0) figyelhető meg.

A légkör termikus rezsimje. A légköri levegőt közvetlenül a napsugarak enyhén felmelegítik. Mert a légburok szabadon engedi át a napsugarakat. A légkört az alatta lévő felület melegíti fel. A hőt konvekcióval, advekcióval és a vízgőz kondenzációjával továbbítják a légkörbe. A talaj által felmelegített levegőrétegek könnyebbé válnak és felfelé emelkednek, míg a hidegebb, ezért nehezebb levegő lesüllyed. A termikus hatására konvekció A levegő magas rétegei felmelegszenek. A második hőátadási folyamat az advekció– vízszintes légszállítás. Az advekció szerepe a hő átadása az alacsony szélességi körökről a magasra, a téli szezonban pedig az óceánokból a kontinensekre. Vízgőz kondenzáció- fontos folyamat, amely hőt ad át a légkör magas rétegeibe - a párolgás során hőt vesznek el a párolgó felületről, a légkörben kondenzáció során ez a hő szabadul fel.

A hőmérséklet a magassággal csökken. A levegő hőmérsékletének egységnyi távolságra eső változását ún függőleges hőmérséklet gradiens, átlagosan 100 m-enként 0,6 0. Ugyanakkor ennek a csökkenésnek a lefolyása a troposzféra különböző rétegeiben eltérő: 0,3-0,4 0 1,5 km magasságig; 0,5-0,6 – 1,5-6 km magasság között; 0,65-0,75 - 6-9 km és 0,5-0,2 - 9-12 km. A talajrétegben (2 m vastag) a lejtőket 100 m-re átszámítva több száz fokban számoljuk. Emelkedő levegőben a hőmérséklet adiabatikusan változik. Adiabatikus folyamat – a levegő hőmérséklet-változásának folyamata függőleges mozgása során a környezettel való hőcsere nélkül (egy tömegben, hőcsere nélkül más közegekkel).

A leírt függőleges hőmérséklet-eloszlásban gyakran megfigyelhetők kivételek. Előfordul, hogy a levegő felső rétegei melegebbek, mint a talaj melletti alsó rétegek. Ezt a jelenséget az ún hőmérsékleti mező (a hőmérséklet a magassággal nő) . Az inverzió leggyakrabban a felszíni légréteg erős lehűlésének következménye, amelyet a földfelszín erős lehűlése okoz tiszta, csendes éjszakákon, főleg télen. Egyenetlen terepen a hideg légtömegek lassan áramlanak végig a lejtőkön, és medencékben, mélyedésekben stb. Inverziók akkor is kialakulhatnak, amikor a légtömeg melegről hidegre költözik, mivel amikor a felmelegített levegő a hideg alatti felületre áramlik, annak alsó rétegei érezhetően lehűlnek (kompressziós inverzió).

A levegő hőmérsékletének napi és éves változása.

A levegő hőmérsékletének napi változása napközbeni levegőhőmérséklet-változásnak nevezzük - általában a földfelszín hőmérsékletének alakulását tükrözi, de a maximumok és minimumok megjelenésének pillanatai némileg késnek, a maximum 14:00-kor következik be, a minimum azután. Napkelte.

Napi levegő hőmérséklet tartomány (a nappali maximum és minimum léghőmérséklet közötti különbség) magasabb a szárazföldön, mint az óceán felett; csökken, ha magas szélességi körökre költözik (a legmagasabb a trópusi sivatagokban - 40 0 ​​C-ig), és növekszik a csupasz talajú helyeken. A léghőmérséklet napi amplitúdója a klímakontinentalitás egyik mutatója. A sivatagokban sokkal nagyobb, mint a tengeri éghajlatú területeken.

A levegő hőmérsékletének éves változása (a havi átlaghőmérséklet változása egész évben) elsősorban a hely szélességi foka határozza meg. Éves levegő hőmérséklet tartomány - a maximális és minimális havi átlaghőmérséklet közötti különbség.

A levegő hőmérsékletének földrajzi eloszlását a segítségével mutatjuk be izoterma – azonos hőmérsékletű pontokat összekötő vonalak a térképen. A levegőhőmérséklet eloszlása ​​zónális, az éves izotermák általában szubplatitudinális kiterjedésűek, és megfelelnek a sugárzási mérleg éves eloszlásának.

Az év átlagában a legmelegebb párhuzamos a 10 0 É szélesség. 27 0 C hőmérséklettel – ez az termikus egyenlítő. Nyáron a termikus egyenlítő a 20 0 É szélességre tolódik, télen az 5 0 É szélességre közelíti az Egyenlítőt. A termikus egyenlítő eltolódását az Északi Területen az magyarázza, hogy az Északi Területen az alacsony szélességi körökön elhelyezkedő szárazföldi terület nagyobb a Felsőhöz képest, és egész évben magasabb a hőmérséklet.

1. Mi a napsugárzás? Milyen mértékegységekben mérik? Mitől függ a mérete?

A Nap által kibocsátott teljes sugárzási energia mennyiségét napsugárzásnak nevezik, általában kalóriában vagy joule-ban négyzetcentiméter per percben fejezik ki. A napsugárzás egyenetlenül oszlik el a Földön. Attól függ:

A levegő sűrűségétől és páratartalmától - minél magasabbak, annál kevesebb sugárzást kap a földfelszín;

A terület földrajzi szélességétől függően a sugárzás mennyisége a sarkoktól az egyenlítőig növekszik. A közvetlen napsugárzás mennyisége attól függ, hogy a napsugarak mennyi utat tesznek meg a légkörben. Amikor a Nap a zenitjén van (a sugarak beesési szöge 90°), sugarai a legrövidebb úton érik a Földet, és intenzíven adják le energiájukat egy kis területre;

A Föld éves és napi mozgásából - a középső és a magas szélességeken - a napsugárzás beáramlása évszakonként nagymértékben változik, ami a Nap déli magasságának és a nap hosszának változásával jár;

A földfelszín természete - minél világosabb a felszín, annál több napfényt ver vissza.

2. Milyen típusú napsugárzásra oszthatók?

A napsugárzásnak a következő fajtái vannak: a földfelszínt érő sugárzás közvetlen és diffúz sugárzásból áll. Közvetlennek nevezzük azt a sugárzást, amely felhőtlen égbolt alatt, közvetlen napfény formájában közvetlenül a Napból érkezik a Földre. Ez hordozza a legnagyobb mennyiségű hőt és fényt. Ha bolygónknak nem lenne légköre, a Föld felszíne csak közvetlen sugárzást kapna. A légkörön áthaladva azonban a napsugárzás körülbelül egynegyedét gázmolekulák és szennyeződések szórják szét, és letérnek a közvetlen útról. Egy részük eléri a Föld felszínét, szórt napsugárzást képezve. A szórt sugárzásnak köszönhetően a fény olyan helyekre is behatol, ahol a közvetlen napfény (közvetlen sugárzás) nem hatol be. Ez a sugárzás nappali fényt hoz létre, és színt ad az égboltnak.

3. Miért változik a napsugárzás ellátottsága az évszakoknak megfelelően?

Oroszország többnyire a mérsékelt övi szélességi körökön található, a trópusok és az Északi-sarkkör között, ezeken a szélességi körökön a Nap minden nap felkel és lenyugszik, de soha nincs a zenitjén. Tekintettel arra, hogy a Föld dőlésszöge a Nap körüli forgása során nem változik, a különböző évszakokban a beérkező hő mennyisége a mérsékelt övi szélességeken eltérő, és a Nap horizont feletti szögétől függ. Így a 450 max. szélességi fokon a napsugarak beesési szöge (június 22.) hozzávetőlegesen 680, a min (december 22.) pedig kb. 220. Minél kisebb a napsugarak beesési szöge, annál kisebb a hőjük. hozni, ezért jelentős szezonális különbségek vannak a különböző időpontokban kapott napsugárzásban.évszakok: tél, tavasz, nyár, ősz.

4. Miért szükséges tudni a Nap horizont feletti magasságát?

A Nap horizont feletti magassága határozza meg a Földre érkező hőmennyiséget, ezért közvetlen kapcsolat van a napsugarak beesési szöge és a földfelszínre érkező napsugárzás mennyisége között. Az Egyenlítőtől a sarkok felé általában csökken a napsugarak beesési szöge, és ennek következtében az Egyenlítőtől a sarkok felé csökken a napsugárzás mennyisége. Így a Nap horizont feletti magasságának ismeretében megtudhatja a földfelszínre érkező hőmennyiséget.

5. Válassza ki a helyes választ. A Föld felszínét elérő sugárzás teljes mennyiségét nevezzük: a) elnyelt sugárzásnak; b) teljes napsugárzás; c) szórt sugárzás.

6. Válassza ki a helyes választ! Az Egyenlítő felé haladva a teljes napsugárzás mennyisége: a) nő; b) csökken; c) nem változik.

7. Válassza ki a helyes választ. A visszavert sugárzás legnagyobb aránya: a) hó; b) csernozjom; c) homok; d) víz.

8. Szerinted lehetséges lebarnulni egy felhős nyári napon?

A teljes napsugárzás két összetevőből áll: diffúz és közvetlen. Ugyanakkor a napsugarak természetüktől függetlenül ultraibolya sugárzást hordoznak, ami befolyásolja a barnulást.

9. A 36. ábrán látható térkép segítségével határozza meg tíz oroszországi város teljes napsugárzását. Milyen következtetést vont le?

Összes sugárzás Oroszország különböző városaiban:

Murmanszk: 10 kcal/cm2 évente;

Arhangelszk: 30 kcal/cm2 évente;

Moszkva: 40 kcal/cm2 évente;

Perm: 40 kcal/cm2 évente;

Kazan: 40 kcal/cm2 évente;

Cseljabinszk: évi 40 kcal/cm2;

Szaratov: 50 kcal/cm2 évente;

Volgograd: 50 kcal/cm2 évente;

Astrakhan: 50 kcal/cm2 évente;

Rostov-on-Don: több mint 50 kcal/cm2 évente;

A napsugárzás eloszlásának általános mintája a következő: minél közelebb van egy objektum (város) a pólushoz, annál kevesebb napsugárzás esik rá (városra).

10. Írja le, hogyan térnek el az évszakok az Ön térségében (természeti viszonyok, emberek élete, tevékenységeik). Az év melyik évszakában a legaktívabb az élet?

Az összetett terep és a nagy kiterjedés északról délre lehetővé teszi a régióban 3 zóna megkülönböztetését, amelyek mind domborzati, mind éghajlati jellemzőikben különböznek egymástól: hegyi-erdő, erdő-sztyepp és sztyepp. A hegyi-erdő zóna klímája hűvös és párás. A hőmérsékleti viszonyok a domborzattól függően változnak. Ezt a zónát rövid, hűvös nyarak és hosszú, havas telek jellemzik. Állandó hótakaró az október 25-től november 5-ig tartó időszakban alakul ki, és április végéig megmarad, egyes években pedig május 10-15-ig tart a hótakaró. A leghidegebb hónap a január. Az átlaghőmérséklet télen mínusz 15-16 °C, az abszolút minimum 44-48 °C. A legmelegebb hónap a július, átlagos léghőmérséklete plusz 15-17 °C, a léghőmérséklet abszolút maximuma nyáron ez a terület elérte a plusz 37-38 °C-ot. Az erdő-sztyepp zóna klímája meleg, meglehetősen hideg és havas telekkel. A januári átlaghőmérséklet mínusz 15,5-17,5 °C, az abszolút minimum levegőhőmérséklet mínusz 42-49 °C. A júliusi átlagos levegőhőmérséklet plusz 18-19 °C. Az abszolút maximum hőmérséklet plusz 42,0 °C. Az éghajlat a sztyeppei zóna nagyon meleg és száraz. A tél itt hideg, heves fagyokkal és hóviharokkal, amelyek 40-50 napig fordulnak elő, erős hóáthelyezést okozva. A januári átlaghőmérséklet mínusz 17-18° C. Kemény télen a minimális levegőhőmérséklet mínusz 44-46° C-ra csökken.

A Föld évente 1,36*10,24 cal hőt kap a Naptól. Ehhez az energiamennyiséghez képest a Föld felszínét elérő fennmaradó sugárzási energia mennyisége elenyésző. Így a csillagok sugárzási energiája a napenergia százmilliomod része, a kozmikus sugárzás kétmilliárd része, a Föld belső hője a felszínén a naphő egyötezred része.
A Nap sugárzása - napsugárzás- az atmoszférában, a hidroszférában és a litoszféra felső rétegeiben végbemenő szinte összes folyamat fő energiaforrása.
A napsugárzás intenzitásának mértékegysége a napsugárzás irányára merőleges, abszolút fekete felület 1 cm2-e által 1 perc alatt elnyelt hőkalóriák száma (cal/cm2*min).

A Napból a Föld légkörét elérő sugárzó energia áramlása nagyon állandó. Ennek intenzitását szoláris állandónak (Io) nevezik, és átlagosan 1,88 kcal/cm2 min.
A szoláris állandó értéke a Föld Naptól való távolságától és a naptevékenységtől függően ingadozik. Ingadozása egész évben 3,4-3,5%.
Ha a napsugarak függőlegesen esnének mindenhol a földfelszínre, akkor légkör hiányában és 1,88 cal/cm2*perc napállandó mellett minden négyzetcentiméter évente 1000 kcal-t kapna. Tekintettel arra, hogy a Föld gömb alakú, ez a mennyiség 4-szeresére csökken, és 1 négyzetméter. cm átlagosan 250 kcal-t kap évente.
A felület által kapott napsugárzás mennyisége a sugarak beesési szögétől függ.
A maximális sugárzási mennyiséget a napsugarak irányára merőleges felület fogadja, mert ebben az esetben az összes energia egy olyan területre oszlik el, amelynek keresztmetszete megegyezik a sugárnyaláb keresztmetszetével - a. Amikor ugyanaz a sugárnyaláb ferdén esik be, az energia nagyobb területen oszlik el (b szakasz), és egy egységnyi felület kevesebbet kap belőle. Minél kisebb a sugarak beesési szöge, annál kisebb a napsugárzás intenzitása.
A napsugárzás intenzitásának függését a sugarak beesési szögétől a következő képlet fejezi ki:

I1 = I0 * sin h,

ahol I0 a napsugárzás intenzitása a sugarak függőleges beesése esetén. A légkörön kívül - a szoláris állandó;
I1 a napsugárzás intenzitása, amikor a napsugarak h szögben esnek.
I1 annyiszor kisebb, mint I0, ahányszor az a keresztmetszet kisebb, mint a b keresztmetszet.
A 27. ábrán látható, hogy a/b = sin A.
A napsugarak beesési szöge (a Nap magassága) csak az északi szélesség 23°27" és a déli szélesség 23°27" között egyenlő 90°-kal. (azaz a trópusok között). Más szélességeken mindig kisebb, mint 90° (8. táblázat). A sugarak beesési szögének csökkenése szerint a különböző szélességi fokokon a felszínre érkező napsugárzás intenzitásának is csökkennie kell. Mivel a Nap magassága nem marad állandó egész évben és napközben, a felszínre kapott naphő mennyisége folyamatosan változik.

A felület által kapott napsugárzás mennyisége közvetlenül összefügg a napfénynek való kitettség időtartamától függően.

A légkörön kívüli egyenlítői zónában a naphő mennyisége év közben nem tapasztal nagy ingadozást, míg a magas szélességi körökben ezek az ingadozások igen nagyok (lásd 9. táblázat). Télen különösen jelentősek a különbségek a napenergia-nyereségben a magas és az alacsony szélességi körök között. Nyáron, folyamatos megvilágítás mellett a sarki régiók kapják a Földön naponta a maximális mennyiségű naphőt. A nyári napforduló napján az északi féltekén 36%-kal magasabb, mint az egyenlítői napi hőmennyiség. De mivel az egyenlítőnél a nap hossza nem 24 óra (mint most a sarkon), hanem 12 óra, így az egységnyi időre eső napsugárzás mennyisége az egyenlítőnél marad a legnagyobb. A naphő napi mennyiségének 40-50° körüli nyári maximuma egy viszonylag hosszú (a 10-20° szélességi fokon ekkorinál hosszabb) naphosszhoz, jelentős napmagassággal társul. Nyáron kisebbek az egyenlítői és sarkvidéki hőmennyiség különbségei, mint télen.
A déli félteke nyáron több hőt kap, mint az északi félteke, télen pedig fordítva (ezt befolyásolja a Föld és a Nap távolságának változása). És ha mindkét félteke felszíne teljesen homogén lenne, akkor a hőmérséklet-ingadozások éves amplitúdója a déli féltekén nagyobb lenne, mint az északiban.
A napsugárzás a légkörben megy keresztül mennyiségi és minőségi változások.
Még az ideális, száraz és tiszta légkör is elnyeli és szórja a sugarakat, csökkentve a napsugárzás intenzitását. A vízgőzt és szilárd szennyeződéseket tartalmazó valódi légkör gyengítő hatása a napsugárzásra sokkal nagyobb, mint az ideális légköré. A légkör (oxigén, ózon, szén-dioxid, por és vízgőz) főként ultraibolya és infravörös sugarakat nyel el. A Nap légkör által elnyelt sugárzási energiája más típusú energiává alakul át: termikus, kémiai stb. energiává. Általában az abszorpció 17-25%-kal gyengíti a napsugárzást.
A légköri gázok molekulái viszonylag rövid hullámokkal - ibolya, kék - szórják a sugarakat. Ez magyarázza az ég kék színét. A különböző hullámhosszú sugarakat a szennyeződések egyformán szórják. Ezért, ha tartalmuk jelentős, az égbolt fehéres árnyalatot kap.
A napfénynek a légkör általi szórása és visszaverődése miatt felhős napokon nappali fény figyelhető meg, az árnyékban lévő tárgyak láthatók, és az alkony jelensége jelentkezik.
Minél hosszabb a sugár útja a légkörben, annál nagyobb vastagságúnak kell áthaladnia, és annál nagyobb mértékben csillapodik a napsugárzás. Ezért a magassággal csökken a légkör hatása a sugárzásra. A napfény úthossza a légkörben a Nap magasságától függ. Ha a napsugárzás úthosszát a légkörben 90°-os (m) napmagasságon vesszük, akkor a Nap magassága és a sugár légköri úthossza közötti összefüggés a táblázatban látható lesz. . 10.

A légkörben a sugárzás általános csillapítása a Nap bármely magasságában a Bouguer-képlettel fejezhető ki: Im= I0*pm, ahol Im a napsugárzás intenzitása a földfelszínen a légkörben megváltozott; I0 - szoláris állandó; m a sugár útja a légkörben; 90°-os napmagasságnál egyenlő 1-gyel (a légkör tömege), p az átlátszósági együttható (törtszám, amely megmutatja, hogy a sugárzás mekkora része éri el a felszínt m=1-nél).
90°-os napmagasságnál m=1 mellett a napsugárzás intenzitása a Föld felszínén I1 p-szer kisebb, mint Io, azaz I1=Io*p.
Ha a Nap magassága kisebb, mint 90°, akkor m mindig nagyobb, mint 1. A napsugár útja több szakaszból állhat, amelyek mindegyike egyenlő 1-gyel. A napsugárzás intenzitása a első (aa1) és második (a1a2) szegmens I1 nyilvánvalóan egyenlő Io *p-vel, a sugárzás intenzitása a második szakaszon való áthaladás után I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2; I3=I0p3 stb.

A légkör átlátszósága változó és változó körülmények között. A valós légkör átlátszóságának és az ideális légkör átlátszóságának aránya - a zavarossági tényező - mindig nagyobb egynél. Ez a levegő vízgőz- és portartalmától függ. A földrajzi szélesség növekedésével a zavarossági tényező csökken: az északi szélesség 0 és 20° között. w. átlagosan 4,6 az északi szélesség 40 és 50° között. w. - 3,5, az északi szélesség 50 és 60° között. w. - 2,8 és az északi szélesség 60 és 80° között. w. - 2.0. A mérsékelt övi szélességeken a zavarossági tényező télen kisebb, mint nyáron, reggel pedig kisebb, mint nappal. A magassággal csökken. Minél nagyobb a zavarossági tényező, annál nagyobb a napsugárzás csillapítása.
Megkülönböztetni közvetlen, diffúz és teljes napsugárzás.
A napsugárzás azon része, amely a légkörön keresztül a Föld felszínére hatol, közvetlen sugárzás. A légkör által szórt sugárzás egy része diffúz sugárzássá alakul. A Föld felszínére érkező összes közvetlen és diffúz napsugárzást teljes sugárzásnak nevezzük.
A direkt és diffúz sugárzás aránya jelentősen változik a felhőzettől, a légkör porosságától, valamint a Nap magasságától függően. Derült égbolt alatt a szórt sugárzás aránya nem haladja meg a 0,1%-ot, felhős égboltban a szórt sugárzás nagyobb lehet, mint a közvetlen sugárzás.
Alacsony napmagasságon a teljes sugárzás szinte teljes egészében szórt sugárzásból áll. 50°-os napmagasság és tiszta égbolt mellett a szórt sugárzás aránya nem haladja meg a 10-20%-ot.
A teljes sugárzás átlagos éves és havi értékeinek térképei lehetővé teszik, hogy észrevegyük a földrajzi eloszlás főbb mintázatait. A teljes sugárzás éves értékei főként zónánként oszlanak meg. A Földön a legnagyobb éves összsugárzást a trópusi szárazföldi sivatagokban (Kelet-Szahara és Közép-Arábia) kapja a felszín. A teljes sugárzás észrevehető csökkenését az Egyenlítőnél a levegő magas páratartalma és erős felhőzet okozza. Az Északi-sarkvidéken a teljes sugárzás évi 60-70 kcal/cm2; az Antarktiszon a gyakori derült napok és a légkör nagyobb átlátszósága miatt valamivel magasabb.

Júniusban az északi félteke, és különösen a szárazföldi trópusi és szubtrópusi régiók kapják a legnagyobb mennyiségű sugárzást. Az északi félteke mérsékelt és poláris szélességein a felszínre érkező napsugárzás mennyisége kis mértékben tér el, elsősorban a nap hosszúsága miatt a sarkvidékeken. Zónák a fenti összsugárzás eloszlásában. kontinenseken az északi féltekén és a déli félteke trópusi szélességein szinte nem fejeződik ki. Jobban megnyilvánul az északi féltekén az óceán felett, és egyértelműen kifejeződik a déli félteke extratrópusi szélességein. A déli sarkkör közelében a teljes napsugárzás megközelíti a 0-t.
Decemberben a legnagyobb mennyiségű sugárzás a déli féltekére érkezik. Az Antarktisz magasan fekvő, nagy levegőátlátszóságú jégfelülete lényegesen több teljes sugárzást kap, mint az Északi-sark felszíne júniusban. A sivatagokban nagy a hőség (kalahari, nagy ausztrál), de a déli félteke nagyobb óceáni jellege miatt (a levegő magas páratartalma és a felhőzet hatása) a hőmennyiség itt valamivel kevesebb, mint júniusban kb. az északi félteke ugyanazon szélességi fokai. Az északi félteke egyenlítői és trópusi szélességein a teljes sugárzás viszonylag keveset változik, és eloszlásában a zonalitás csak az északi trópustól északra fejeződik ki egyértelműen. A szélesség növekedésével a teljes sugárzás meglehetősen gyorsan csökken, nulla vonala az Északi-sarkkörtől kissé északra fekszik.
A Föld felszínét érő teljes napsugárzás részben visszaverődik a légkörbe. A felületről visszavert sugárzás mennyiségének és a felületre eső sugárzás mennyiségének arányát nevezzük albedó. Az Albedo a felület tükrözőképességét jellemzi.
A föld felszínének albedója függ annak állapotától és tulajdonságaitól: szín, páratartalom, érdesség stb. A frissen hullott hónak van a legnagyobb a visszaverő képessége (85-95%). Nyugodt vízfelület, amikor a napsugarak függőlegesen esnek rá, csak 2-5%-ban verődik vissza, alacsonyan pedig szinte az összes ráeső sugárzás (90%). Száraz csernozjom albedó - 14%, nedves - 8, erdő - 10-20, réti növényzet - 18-30, homokos sivatagi felszín - 29-35, tengeri jégfelület - 30-40%.
A jégfelület nagy albedója, különösen frissen hullott hóval borítva (akár 95%), az oka annak, hogy nyáron alacsony a hőmérséklet a sarkvidékeken, amikor jelentős a napsugárzás beáramlása.
A földfelszín és a légkör sugárzása. Minden test, amelynek hőmérséklete meghaladja az abszolút nulla értéket (mínusz 273°-nál nagyobb), sugárzó energiát bocsát ki. A fekete test teljes emissziós tényezője arányos abszolút hőmérsékletének (T) negyedik hatványával:
E = σ*T4 kcal/cm2 percenként (Stefan-Boltzmann törvény), ahol σ egy állandó együttható.
Minél magasabb a kibocsátó test hőmérséklete, annál rövidebb a kibocsátott nm-es sugarak hullámhossza. A forró Nap az űrbe küld rövidhullámú sugárzás. A rövidhullámú napsugárzást elnyelő földfelszín felmelegszik és sugárzás (földi sugárzás) forrásává is válik. De mivel a földfelszín hőmérséklete nem haladja meg a több tíz fokot, az hosszú hullámú sugárzás, láthatatlan.
A Föld sugárzását nagyrészt visszatartja a légkör (vízgőz, szén-dioxid, ózon), de a 9-12 mikron hullámhosszú sugarak szabadon távoznak az atmoszférán túl, ezért a Föld veszít hőjének egy részét.
A rajta áthaladó napsugárzás egy részét és a földi sugárzás több mint felét elnyelő légkör maga is energiát sugároz ki az űrbe és a földfelszínre. A földfelszín felé a föld felé irányuló légköri sugárzást ún sugárzás ellen. Ez a sugárzás a földi sugárzáshoz hasonlóan hosszú hullámú és láthatatlan.
A légkörben két hosszúhullámú sugárzás áramlik – a Föld felszínéről és a légkörből származó sugárzás. A köztük lévő különbséget, amely meghatározza a földfelszín tényleges hőveszteségét, ún hatékony sugárzás. Minél magasabb a kibocsátó felület hőmérséklete, annál nagyobb az effektív sugárzás. A levegő páratartalma csökkenti a hatékony sugárzást, a felhők pedig nagymértékben csökkentik azt.
A legmagasabb éves effektív sugárzás mennyisége a trópusi sivatagokban figyelhető meg – évi 80 kcal/cm2 – a magas felszíni hőmérséklet, a száraz levegő és a tiszta égbolt miatt. Az Egyenlítőn, magas páratartalom mellett, a hatékony sugárzás csak körülbelül 30 kcal/cm2 évente, és értéke a szárazföldre és az óceánra nézve nagyon kevéssé különbözik. A legalacsonyabb effektív sugárzás a sarki régiókban. A mérsékelt övi szélességi körökben a Föld felszíne a teljes sugárzás elnyelésekor kapott hőmennyiség felét veszíti el.
A légkör azon képességét, hogy a Napból érkező rövidhullámú sugárzást (közvetlen és diffúz sugárzást) továbbítsa és a Föld hosszúhullámú sugárzását visszatartsa, üvegházhatásnak nevezzük. Az üvegházhatásnak köszönhetően a földfelszín átlaghőmérséklete +16°, légkör hiányában -22° (38°-kal alacsonyabb) lenne.
Sugárzási egyensúly (maradék sugárzás). A Föld felszíne egyszerre kap sugárzást és bocsát ki. A beáramló sugárzás a teljes napsugárzásból és a légkör ellensugárzásából áll. A fogyasztás a napfény felszínről való visszaverődése (albedó) és a földfelszín saját sugárzása. A bejövő és a kimenő sugárzás közötti különbség sugárzási egyensúly, vagy maradandó sugárzás. A sugárzási mérleg értékét az egyenlet határozza meg

R = Q*(1-α) - I,

ahol Q az egységnyi felületre érkező teljes napsugárzás; α - albedó (tört); I - hatékony sugárzás.
Ha a bevétel nagyobb, mint az áramlás, akkor a sugárzási mérleg pozitív, ha a bevétel kisebb, mint az áramlás, akkor az egyenleg negatív. Éjszaka minden szélességi körön negatív, nappal dél előtt mindenhol pozitív, kivéve a téli magas szélességi köröket; délután - ismét negatív. Napi átlagban a sugárzási mérleg pozitív vagy negatív is lehet (11. táblázat).


A földfelszín sugárzási mérlegének éves összegeit ábrázoló térképen a szárazföldről az óceán felé haladva éles változás látható az izolinvonalak helyzetében. Az óceán felszínének sugárzási egyensúlya általában meghaladja a szárazföld sugárzási egyensúlyát (az albedó és a hatékony sugárzás hatása). A sugárzási mérleg eloszlása ​​általában zónális. Az óceánon a trópusi szélességeken a sugárzási mérleg éves értéke eléri a 140 kcal/cm2-t (Arab-tenger), és nem haladja meg a 30 kcal/cm2-t az úszó jég határán. Az Óceán sugárzási egyensúlyának zonális eloszlásától való eltérések jelentéktelenek, és a felhőzet eloszlása ​​okozza.
Az egyenlítői és trópusi szélességi körökön a sugárzási egyensúly éves értékei 60-90 kcal/cm2 között változnak a nedvességviszonyoktól függően. A sugárzási mérleg legnagyobb éves összegei azokon a területeken figyelhetők meg, ahol az albedó és az effektív sugárzás viszonylag alacsony (trópusi esőerdők, szavannák). Értékük a nagyon párás (nagy felhőzet) és nagyon száraz (nagy hatásos sugárzás) területeken a legalacsonyabb. Mérsékelt és magas szélességeken a sugárzási mérleg éves értéke a szélesség növekedésével csökken (a teljes sugárzás csökkenésének hatása).
Az Antarktisz középső régióiban a sugárzási mérleg éves mennyiségei negatívak (több kalória 1 cm2-enként). Az Északi-sarkvidéken ezeknek a mennyiségeknek az értéke közel van a nullához.
Júliusban a déli félteke jelentős részén negatív a földfelszín sugárzási mérlege. A nulla egyensúlyvonal 40 és 50° D között fut. w. A sugárzási mérleg legmagasabb értékét az Óceán felszínén az északi félteke trópusi szélességein és egyes szárazföldi tengerek felszínén éri el, például a Fekete-tengeren (14-16 kcal/cm2 havonta).
Januárban a nulla egyensúlyi vonal az é. sz. 40 és 50° között helyezkedik el. w. (az óceánok felett valamelyest észak felé emelkedik, a kontinensek fölött délre ereszkedik le). Az északi félteke jelentős része negatív sugárzási mérleggel rendelkezik. A sugárzási egyensúly legmagasabb értékei a déli félteke trópusi szélességein korlátozódnak.
Évente átlagosan pozitív a földfelszín sugárzási mérlege. Ebben az esetben a felületi hőmérséklet nem növekszik, hanem megközelítőleg állandó marad, ami csak a folyamatos hőfelesleg fogyasztásával magyarázható.
A légkör sugárzási mérlege egyrészt az általa elnyelt nap- és földsugárzásból, másrészt a légköri sugárzásból áll. Mindig negatív, mivel a légkör a napsugárzásnak csak egy kis részét nyeli el, és majdnem annyit bocsát ki, mint a felszín.
A felszín és a légkör sugárzási mérlege együttesen a Föld egészére vonatkoztatva évente átlagosan nulla, de szélességi körökön pozitív és negatív is lehet.
A sugárzási mérleg ilyen eloszlásának következménye a hő átadása az Egyenlítőtől a sarkok felé.
Hőegyensúly. A sugárzási egyensúly a hőmérleg legfontosabb összetevője. A felületi hőmérleg egyenlete megmutatja, hogy a beérkező napsugárzási energia hogyan alakul át a Föld felszínén:

ahol R a sugárzási mérleg; LE - párolgási hőfogyasztás (L - latens párolgáshő, E - párolgás);
P - turbulens hőcsere a felszín és a légkör között;
A - hőcsere a felszín és az alatta lévő talaj- vagy vízrétegek között.
Egy felület sugárzási mérlege akkor tekinthető pozitívnak, ha a felület által elnyelt sugárzás meghaladja a hőveszteséget, negatívnak, ha nem pótolja azt. A hőmérleg minden egyéb tagja pozitívnak minősül, ha a felületről hőveszteséget eredményez (ha megfelel a hőfogyasztásnak). Mert. az egyenlet minden tagja változhat, a termikus egyensúly folyamatosan felborul és újra helyreáll.
A fent tárgyalt felületi hőmérleg egyenlete hozzávetőleges, mivel nem vesz figyelembe néhány kisebb, de meghatározott körülmények között fontossá váló tényezőt, például a fagyasztás során felszabaduló hőt, annak felolvasztáshoz való felhasználását stb.
A légkör hőmérlegét az Ra légkör sugárzási egyensúlya, a felszínről érkező hő, a Pa, a kondenzáció során a légkörben felszabaduló hő, az LE és a vízszintes hőátadás (advekció) Aa alkotja. A légkör sugárzási mérlege mindig negatív. A páralecsapódás következtében fellépő hőbeáramlás és a turbulens hőátadás nagysága pozitív. A hőadvekció évente átlagosan az alacsony szélességi körökről a magas szélességi körökre való átadáshoz vezet: így alacsony szélességeken hőveszteséget, magas szélességeken pedig hőnövekedést jelent. Hosszú távú levezetésben a légkör termikus egyensúlya az Ra=Pa+LE egyenlettel fejezhető ki.
A felszín és a légkör hőegyensúlya együttesen hosszú távú átlagban 0 (35. ábra).

Az évi légkörbe jutó napsugárzás mennyiségét (250 kcal/cm2) 100%-nak vesszük. A légkörbe behatoló napsugárzás részben visszaverődik a felhőkről, és visszamegy az atmoszférán kívülre - 38%, részben a légkör által elnyelt - 14%, részben pedig közvetlen napsugárzás formájában eléri a földfelszínt - 48%. A felszínre jutó 48%-ból 44%-a elnyeli, 4%-a pedig visszaverődik. Így a Föld albedója 42% (38+4).
A földfelszín által elnyelt sugárzás a következőképpen fogy: 20%-a effektív sugárzással elvész, 18%-a a felszínről történő párolgásra, 6%-a turbulens hőcsere során a levegő felmelegítésére fordítódik (összesen 24%). A felület hőfogyasztása kiegyenlíti annak érkezését. A légkör által kapott hő (14% közvetlenül a Naptól, 24% a földfelszíntől) a Föld effektív sugárzásával együtt a világűrbe kerül. A Föld albedója (42%) és sugárzása (58%) kiegyensúlyozza a napsugárzás légkörbe jutását.

Napsugárzás

Napsugárzás

a Napból kiáramló és a Föld légkörébe jutó elektromágneses sugárzás. A napsugárzás hullámhosszai a 0,17 és 4 µm közötti tartományban koncentrálódnak, max. 0,475 µm hullámhosszon. RENDBEN. A napsugárzás energiájának 48%-a esik a spektrum látható részére (hullámhossz 0,4-0,76 mikron), 45%-a az infravörösre (több mint 0,76 mikron), és 7%-a az ultraibolya sugárzásra (kevesebb, mint 0,4 µm). A napsugárzás a fő energiaforrás a légkörben, az óceánban, a bioszférában stb. zajló folyamatokhoz. Például egységnyi terület/idő egységben mérik. W/m². Napsugárzás a légkör felső határán szerdán. a Föld távolságát a Naptól nevezzük szoláris állandóés kb. 1382 W/m². A föld atmoszféráján áthaladva a napsugárzás intenzitása és spektrális összetétele megváltozik a levegő részecskéken, gáznemű szennyeződéseken és aeroszolon történő abszorpció és szóródás következtében. A Föld felszínén a napsugárzás spektruma 0,29–2,0 μm-re korlátozódik, az intenzitás pedig jelentősen csökken a szennyeződéstartalomtól, a tengerszint feletti magasságtól és a felhőzettől függően. Az atmoszférán való áthaladáskor meggyengült közvetlen sugárzás, valamint a légkörben a közvetlen vonal szórásakor keletkező szórt sugárzás eléri a földfelszínt. A közvetlen napsugárzás egy része visszaverődik a földfelszínről és a felhőkről, és az űrbe kerül; a szórt sugárzás részben az űrbe is kijut. A napsugárzás többi része főként hővé alakul, felmelegíti a földfelszínt és részben a levegőt. A napsugárzás, azaz az egyik fő. a sugárzási egyensúly összetevői.

Földrajz. Modern illusztrált enciklopédia. - M.: Rosman. Szerk.: prof. A. P. Gorkina. 2006 .

Nézze meg, mi a „napsugárzás” más szótárakban:

A Nap elektromágneses és korpuszkuláris sugárzása. Az elektromágneses sugárzás a gammasugárzástól a rádióhullámokig terjedő hullámhossz-tartományt fedi le, energiamaximuma a spektrum látható részére esik. A napelem korpuszkuláris összetevője...... Nagy enciklopédikus szótár

napsugárzás- A Nap által kibocsátott és a Földre eső elektromágneses sugárzás teljes áramlása... Földrajzi szótár

Ennek a kifejezésnek más jelentése is van, lásd: Sugárzás (jelentések). Ebből a cikkből hiányoznak az információforrásokra mutató hivatkozások. Az információnak ellenőrizhetőnek kell lennie, különben megkérdőjelezhető... Wikipédia

A földgömb felszínén lezajló összes folyamat, bármi legyen is az, a napenergia a forrása. Pusztán mechanikai folyamatokat vizsgálnak, kémiai folyamatokat levegőben, vízben, talajban, élettani folyamatokat vagy bármi mást? Enciklopédiai szótár F.A. Brockhaus és I.A. Efron

A Nap elektromágneses és korpuszkuláris sugárzása. Az elektromágneses sugárzás a gammasugárzástól a rádióhullámokig terjedő hullámhossz-tartományt fedi le, energiamaximuma a spektrum látható részére esik. A napelem korpuszkuláris összetevője...... enciklopédikus szótár

napsugárzás- Saulės spinduliuotės statusas T terület fizika atitikmenys: engl. napsugárzás vok. Sonnenstrahlung, f rus. napsugárzás, n; napsugárzás, f; napsugárzás, n pranc. rayonnement solaire, m … Fizikos terminų žodynas

napsugárzás- Saulės sugárzás állapota T terület ekologija ir aplinkotyra definis Saulės atmosferos elektromágneses (infraraudonoji 0,76 nm 45%, matomoji 0,38–0,76 nm – 48%, ultraibolya 0,38 nm – 7%) fény, rádió bang, gama kvant ir… Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

A Nap elektromágneses és korpuszkuláris sugárzása. S. r. a Földön végbemenő legtöbb folyamat fő energiaforrása. Corpuscular S. r. főleg protonokból áll, amelyek sebessége a Föld közelében 300-1500… Nagy Szovjet Enciklopédia

Email mag. és a Napból származó korpuszkuláris sugárzás. Email mag. a sugárzás a gammasugárzástól a rádióhullámokig terjedő hullámhossz-tartományt fedi le, energiáját. a maximum a spektrum látható részére esik. A S. r. korpuszkuláris komponense. ch-ből áll. arr. tól től… … Természettudomány. enciklopédikus szótár

közvetlen napsugárzás- Közvetlenül a napkorongról érkező napsugárzás... Földrajzi szótár

Könyvek

• A napsugárzás és a Föld éghajlata, Fedorov Valerij Mihajlovics. A könyv a Föld sugárzásának égi-mechanikai folyamatokkal összefüggő változásaira vonatkozó tanulmányok eredményeit mutatja be. A szoláris éghajlat alacsony és nagyfrekvenciás változásait elemzik...

Hőforrások. A hőenergia meghatározó jelentőségű a légkör életében. Ennek az energiának a fő forrása a Nap. Ami a Hold, a bolygók és a csillagok hősugárzását illeti, ez annyira jelentéktelen a Föld számára, hogy gyakorlatilag nem is tud vele számolni. Lényegesen több hőenergiát ad a Föld belső hője. A geofizikusok számításai szerint a Föld belsejéből folyamatosan áramló hő 0°-kal növeli a földfelszín hőmérsékletét.1. De az ilyen hőbeáramlás még olyan kicsi, hogy ezzel sem kell számolni. Így a Föld felszínén az egyetlen hőenergia-forrásnak csak a Nap tekinthető.

Napsugárzás. A körülbelül 6000°-os fotoszféra (sugárzó felület) hőmérsékletű Nap minden irányban energiát sugároz az űrbe. Ennek az energiának egy része, párhuzamos napsugarak hatalmas nyalábja formájában eléri a Földet. A Föld felszínét a Napból közvetlen sugarak formájában elérő napenergiát nevezzük közvetlen napsugárzás. De nem minden, a Földre irányuló napsugárzás éri el a földfelszínt, mivel a légkör vastag rétegén áthaladó napsugarakat részben elnyeli, részben szétszórják a molekulák és a lebegő levegő részecskéi, részben pedig a felhők visszaverődnek. A napenergia azon részét, amely a légkörben szétszóródik, ún szórt sugárzás. A szórt napsugárzás áthalad a légkörön és eléri a Föld felszínét. Az ilyen típusú sugárzást egységes nappali fényként érzékeljük, amikor a Napot teljesen beborítják a felhők, vagy éppen eltűnt a horizont alatt.

A Föld felszínét elérő közvetlen és diffúz napsugárzást nem nyeli el teljesen. A napsugárzás egy része a földfelszínről visszaverődik a légkörbe, és ott sugárfolyam formájában, ún. visszavert napsugárzás.

A napsugárzás összetétele nagyon összetett, ami a Nap sugárzó felületének nagyon magas hőmérsékletével függ össze. Hagyományosan a hullámhossz szerint a napsugárzás spektruma három részre oszlik: ultraibolya (η<0,4<μ видимую глазом (η 0,4μ-0,76μ) és az infravörös rész (η >0,76μ). A földfelszíni napsugárzás összetételét a napfotoszféra hőmérsékletén kívül a napsugarak egy részének elnyelése és szóródása is befolyásolja, amikor azok áthaladnak a Föld léghéján. Ebben a tekintetben a napsugárzás összetétele a légkör felső határán és a Föld felszínén eltérő lesz. Elméleti számítások és megfigyelések alapján megállapították, hogy a légkör határán az ultraibolya sugárzás 5%, a látható sugarak 52% és az infravörös 43%. A Föld felszínén (40°-os napmagasságnál) az ultraibolya sugarak csak 1%-ot, a látható sugarak 40%-ot, az infravörös sugarak pedig 59%-ot tesznek ki.

A napsugárzás intenzitása. A közvetlen napsugárzás intenzitása alatt a percenként bevitt kalóriákban kifejezett hőmennyiséget értjük. a Nap felszínének sugárzási energiájából az 1-ben cm 2, a napsugárzásra merőlegesen helyezkedik el.

A közvetlen napsugárzás intenzitásának mérésére speciális eszközöket használnak - aktinométereket és pirheliométereket; A szórt sugárzás mennyiségét piranométer határozza meg. A napsugárzás időtartamának automatikus regisztrálását aktinográfok és heliográfok végzik. A napsugárzás spektrális intenzitását spektrobolográf határozza meg.

A légkör határán, ahol a Föld léghéjának elnyelő és szóró hatását kizárjuk, a közvetlen napsugárzás intenzitása kb. ürülékáltal 1 cm 2 felületek 1 perc alatt. Ezt a mennyiséget ún szoláris állandó. A napsugárzás intenzitása 2-ben ürülékáltal 1 cm 2 1 perc alatt. olyan nagy mennyiségű hőt biztosít az év során, hogy az elegendő lenne egy jégréteg felolvasztására 35 m vastag, ha egy ilyen réteg az egész földfelszínt beborította.

A napsugárzás intenzitásának számos mérése alapján feltételezhető, hogy a Föld légkörének felső határára érkező napenergia mennyisége több százalékkal ingadozik. Az oszcillációk periodikusak és nem periodikusak, nyilvánvalóan magán a Napon végbemenő folyamatokhoz kapcsolódnak.

Ezenkívül a napsugárzás intenzitásában némi változás következik be az év során, amiatt, hogy a Föld éves forgása során nem körben, hanem ellipszisben mozog, amelynek egyik gócában a Nap található. . Ebben a tekintetben a Föld és a Nap távolsága változik, és ennek következtében a napsugárzás intenzitása is ingadozik. A legnagyobb intenzitás január 3-án figyelhető meg, amikor a Föld a legközelebb van a Naphoz, és a legalacsonyabb július 5-én, amikor a Föld a legnagyobb távolságra van a Naptól.

Emiatt a napsugárzás intenzitásának ingadozása nagyon kicsi, és csak elméleti szempontból lehet érdekes. (A maximális távolságon lévő energia mennyisége a minimális távolságon lévő energia mennyiségéhez viszonyítva 100:107, vagyis a különbség teljesen elhanyagolható.)

A földgömb felszínének besugárzási feltételei. A Föld gömbalakja önmagában ahhoz vezet, hogy a Nap sugárzó energiája nagyon egyenetlenül oszlik el a Föld felszínén. Tehát a tavaszi és őszi napéjegyenlőség napjain (március 21. és szeptember 23.) csak az Egyenlítőnél délben lesz a sugarak beesési szöge 90° (30. ábra), és ahogy közeledik a sarkokhoz 90-ről 0°-ra csökkenteni. És így,

ha az Egyenlítőnél a kapott sugárzás mennyiségét 1-nek vesszük, akkor a 60. párhuzamosnál 0,5-tel, a póluson pedig 0-val lesz kifejezve.

A földgömbnek ráadásul napi és éves mozgása van, a Föld tengelye pedig 66°-kal dől a keringési síkhoz képest.5. Ennek a dőlésnek köszönhetően az egyenlítői sík és a pályasík között 23°30-os szög alakul ki, ami azt eredményezi, hogy a napsugarak beesési szögei ugyanazon szélességi fokon 47°-on belül (23,5 + 23,5) változnak. ) .

Az évszaktól függően nemcsak a sugarak beesési szöge változik, hanem a megvilágítás időtartama is. Ha a trópusi országokban a nappal és az éjszaka hossza megközelítőleg azonos az év minden szakában, akkor a sarki országokban éppen ellenkezőleg, nagyon eltérő. Így például az ÉSZ 70°-on. w. nyáron a Nap 65 napig nem nyugszik le az ÉSZ 80°-on. sh. - 134, az oszlopnál pedig -186. Emiatt az Északi-sarkon a nyári napforduló napján (június 22.) 36%-kal nagyobb a sugárzás, mint az Egyenlítőn. Ami a teljes nyári félévet illeti, a pólus összes hő- és fénymennyisége mindössze 17%-kal kevesebb, mint az Egyenlítőn. Így nyáron a sarki országokban a megvilágítás időtartama nagyrészt kompenzálja a sugárzás hiányát, amely a sugarak kis beesési szögének következménye. Az év téli felében teljesen más a kép: ugyanazon az Északi-sarkon a sugárzás mennyisége 0 lesz. Ennek eredményeként az év során a pólus átlagos sugárzási mennyisége 2,4-gyel kevesebb, mint a sarkon. egyenlítő. Az elmondottakból az következik, hogy a sugárzással a Földre jutó napenergia mennyiségét a sugarak beesési szöge és a besugárzás időtartama határozza meg.

Különböző szélességi körökben lévő atmoszféra hiányában a Föld felszíne a következő mennyiségű hőt kapná naponta, kalóriánként kifejezve cm 2(lásd a táblázatot a 92. oldalon).

A táblázatban megadott sugárzás földfelszíni eloszlását általában ún szoláris éghajlat. Megismételjük, hogy ilyen sugárzáseloszlásunk csak a légkör felső határán van.

A napsugárzás gyengülése a légkörben. Eddig a naphő földfelszíni eloszlásának feltételeiről beszéltünk, a légkör figyelembevétele nélkül. Eközben a légkör ebben az esetben nagyon fontos. A légkörön áthaladó napsugárzás diszperziót és emellett elnyelést tapasztal. Mindkét folyamat együttesen jelentős mértékben gyengíti a napsugárzást.

A légkörön áthaladó napsugarak mindenekelőtt szóródást (diffúziót) tapasztalnak. A szórást az a tény hozza létre, hogy a levegő molekuláiról, valamint szilárd és folyékony testrészecskékről megtört és visszaverődő fénysugarak letérnek az egyenes útról Nak nek tényleg "eloszlani".

A szóródás nagymértékben gyengíti a napsugárzást. A vízgőz és különösen a porrészecskék mennyiségének növekedésével a diszperzió növekszik és a sugárzás gyengül. A nagyvárosokban és sivatagi területeken, ahol a legnagyobb a levegő portartalma, a diszperzió 30-45%-kal gyengíti a sugárzás erősségét. A szóródásnak köszönhetően olyan nappali fényt kapunk, amely megvilágítja a tárgyakat, még akkor is, ha a napsugarak közvetlenül nem esnek rájuk. A szóródás az égbolt színét is meghatározza.

Foglalkozzunk most a légkör azon képességével, hogy elnyeli a Nap sugárzási energiáját. A légkört alkotó fő gázok viszonylag kevés sugárzó energiát nyelnek el. A szennyeződések (vízgőz, ózon, szén-dioxid és por) éppen ellenkezőleg, nagy abszorpciós képességgel rendelkeznek.

A troposzférában a legjelentősebb szennyeződés a vízgőz. Különösen erősen nyelnek el infravörös (hosszú hullámhosszú), azaz túlnyomórészt hősugarakat. És minél több vízgőz van a légkörben, természetesen annál több és. abszorpció. A légkörben lévő vízgőz mennyisége nagymértékben változik. Természetes körülmények között 0,01-4% (térfogat) között változik.

Az ózon nagyon nagy abszorpciós képességgel rendelkezik. Az ózon jelentős adalékanyaga, mint már említettük, a sztratoszféra alsó rétegeiben (a tropopauza felett) található. Az ózon szinte teljesen elnyeli az ultraibolya (rövidhullámú) sugarakat.

A szén-dioxid nagy abszorpciós képességgel is rendelkezik. Főleg hosszúhullámú, azaz túlnyomórészt hősugarakat nyel el.

A levegőben lévő por is elnyeli a napsugárzás egy részét. A napsugárzás hatására jelentősen megemelheti a levegő hőmérsékletét.

A Földre érkező napenergia teljes mennyiségének a légkör csak mintegy 15%-át nyeli el.

A napsugárzás légkör általi szórás és abszorpció általi csillapítása a Föld különböző szélességi körein nagyon eltérő. Ez a különbség elsősorban a sugarak beesési szögétől függ. A Nap zenithelyzetében a sugarak függőlegesen esve a legrövidebb úton keresztezik a légkört. A beesési szög csökkenésével a sugarak útja meghosszabbodik és a napsugárzás csillapítása jelentősebbé válik. Ez utóbbi jól látható a rajzon (31. kép) és a mellékelt táblázaton (a táblázatban a napsugár útját a Nap zenithelyzetében egynek vesszük).

A sugarak beesési szögétől függően nemcsak a sugarak száma változik, hanem a minőségük is. Abban az időszakban, amikor a Nap a zenitjén van (a fej felett), az ultraibolya sugarak 4%-át teszik ki.

látható - 44% és infravörös - 52%. Ha a Nap a horizont közelében van, akkor egyáltalán nincs ultraibolya sugárzás, 28%-ban látható és 72%-ban infravörös.

A légkör napsugárzásra gyakorolt ​​hatásának összetettségét tovább súlyosbítja, hogy átviteli kapacitása az évszaktól és az időjárási viszonyoktól függően nagyon változó. Tehát, ha az égbolt végig felhőtlen maradna, akkor a napsugárzás beáramlásának éves lefolyása különböző szélességi körökben grafikusan a következőképpen fejezhető ki (32. ábra) A rajzon jól látható, hogy Moszkvában májusban felhőtlen égbolt mellett, Júniusban és júliusban több hőt kapna a napsugárzás, mint az egyenlítőn. Hasonlóképpen, május második felében, júniusban és július első felében több hő fogadna az Északi-sarkon, mint az Egyenlítőn és Moszkvában. Ismételjük, hogy ez a helyzet felhőtlen égbolt esetén. De a valóságban ez nem működik, mert a felhőzet jelentősen gyengíti a napsugárzást. Adjunk egy példát a grafikonon (33. ábra). A grafikonon látható, hogy mennyi napsugárzás nem éri el a Föld felszínét: ennek jelentős részét a légkör és a felhők késleltetik.

Azt azonban el kell mondani, hogy a felhők által elnyelt hő részben a légkör felmelegítésére megy el, részben pedig közvetve éri el a földfelszínt.

A napsugárzás intenzitásának napi és éves változásaifénysugárzás. A közvetlen napsugárzás intenzitása a Föld felszínén a Nap horizont feletti magasságától és a légkör állapotától (portartalmától) függ. Ha. Ha a légkör átlátszósága egész nap állandó lenne, akkor a napsugárzás maximális intenzitása délben, a minimum pedig napkeltekor és napnyugtakor lenne megfigyelhető. Ebben az esetben a napsugárzás napi intenzitásának grafikonja fél naphoz képest szimmetrikus lenne.

A légkörben lévő por, vízgőz és egyéb szennyeződések tartalma folyamatosan változik. Ebben a tekintetben a levegő átlátszósága megváltozik, és a napsugárzás intenzitási grafikonjának szimmetriája megbomlik. Gyakran, különösen nyáron, délben, amikor a földfelszín intenzíven felmelegszik, erős felfelé irányuló légáramlások keletkeznek, és megnő a vízgőz és a por mennyisége a légkörben. Ez a napsugárzás jelentős csökkenését eredményezi délben; A sugárzás maximális intenzitása ebben az esetben a délelőtti vagy délutáni órákban figyelhető meg. A napsugárzás intenzitásának éves ingadozása összefügg a Nap horizont feletti magasságának egész éven keresztüli változásával és a légkör átlátszóságának állapotával a különböző évszakokban. Az északi félteke országaiban a Nap legmagasabb magassága a horizont felett június hónapban van. Ugyanakkor megfigyelhető a légkör legnagyobb porosodása. Ezért a maximális intenzitás általában nem a nyár közepén, hanem a tavaszi hónapokban jelentkezik, amikor a Nap elég magasra* emelkedik a horizont fölé, és a tél után a légkör viszonylag tiszta marad. Az északi féltekén a napsugárzás intenzitásának éves változásának szemléltetésére bemutatjuk a havi átlagos déli sugárzási intenzitás értékeket Pavlovszkban.

A napsugárzásból származó hőmennyiség. Napközben a Föld felszíne folyamatosan kap hőt a közvetlen és diffúz napsugárzásból vagy csak a szórt sugárzásból (felhős időben). A napi hőmennyiség meghatározása aktinometrikus megfigyelések alapján történik: a földfelszínre érkező közvetlen és diffúz sugárzás mennyiségének figyelembevételével. Miután meghatároztuk a hőmennyiséget minden napra, kiszámítjuk a földfelszín által havonta vagy évente kapott hőmennyiséget.

A napsugárzásból a Föld felszínére jutó napi hőmennyiség a sugárzás intenzitásától és napközbeni hatásának időtartamától függ. Ebben a tekintetben a minimális hőbeáramlás télen, a maximum nyáron történik. A teljes sugárzás földrajzi eloszlásában a földkerekség körül növekedése a szélesség csökkenésével figyelhető meg. Ezt az álláspontot erősíti meg a következő táblázat.

A direkt és diffúz sugárzás szerepe a földfelszín éves hőmennyiségében a földgömb különböző szélességein eltérő. A magas szélességeken az éves hőmennyiséget a szórt sugárzás uralja. A szélesség csökkenésével a közvetlen napsugárzás válik uralkodóvá. Például a Tikhaya-öbölben a diffúz napsugárzás az éves hőmennyiség 70%-át adja, a közvetlen sugárzás pedig csak a 30%-át. Ezzel szemben Taskentben a közvetlen napsugárzás 70%-ot, szórt csak 30%-ot biztosít.

A Föld reflexiós képessége. Albedo. Amint már jeleztük, a Föld felszíne a közvetlen és diffúz sugárzás formájában elérő napenergiának csak egy részét nyeli el. A másik rész visszaverődik a légkörbe. Az adott felületről visszavert napsugárzás mennyiségének és a felületre beeső sugárzási energia fluxusának arányát albedónak nevezzük. Az albedót százalékban fejezzük ki, és egy adott felület reflexiós képességét jellemzi.

Az albedó a felszín természetétől (talajtulajdonságok, hó, növényzet, víz jelenléte stb.) és a Nap sugarainak a Föld felszínére való beesési szögétől függ. Például, ha a sugarak 45°-os szögben esnek a Föld felszínére, akkor:

A fenti példákból jól látható, hogy a különböző objektumok reflexióssága nem azonos. Hó mellett a legnagyobb, víz közelében a legkevésbé. Az általunk vett példák azonban csak azokra az esetekre vonatkoznak, amikor a Nap magassága a horizont felett 45°. Ennek a szögnek a csökkenésével a visszaverőképesség nő. Így például 90°-os napmagasságnál a víz csak 2%-ot, 50°-4%-ot, 20°-12%-ot, 5°-nál 35-70%-ot tükröz vissza (a vízfelszín állapotától függően). ).

Felhőtlen égbolt esetén a földgömb felszíne átlagosan a napsugárzás 8%-át tükrözi vissza. Ráadásul 9%-ot a légkör tükröz. Így a földgömb egésze, felhőtlen égbolttal a ráeső Nap sugárzó energiájának 17%-át tükrözi vissza. Ha az eget felhők borítják, akkor a sugárzás 78%-a visszaverődik róluk. Ha a természeti viszonyokat vesszük, a felhőtlen égbolt és a felhőkkel borított égbolt aránya alapján, ami a valóságban megfigyelhető, akkor a Föld egészének tükrözőképessége 43%.

Földi és légköri sugárzás. A napenergiát fogadó Föld felmelegszik, és maga is hősugárzás forrásává válik az űrbe. A földfelszín által kibocsátott sugarak azonban nagyon különböznek a nap sugaraitól. A Föld csak hosszú hullámú (λ 8-14 μ) láthatatlan infravörös (hő) sugarakat bocsát ki. A földfelszín által kibocsátott energiát ún földi sugárzás. A Föld sugárzása... éjjel-nappal. Minél magasabb a kibocsátó test hőmérséklete, annál nagyobb a sugárzás intenzitása. A földi sugárzást a napsugárzással azonos mértékegységekben határozzák meg, azaz kalóriában 1-től cm 2 felületek 1 perc alatt. A megfigyelések azt mutatták, hogy a földi sugárzás mennyisége kicsi. Általában eléri a 15-18 század kalóriát. De folyamatosan hatva jelentős hőhatást tud adni.

A legerősebb földi sugárzás felhőtlen égbolttal és jó átlátszóságú légkörrel érhető el. A felhőzet (különösen az alacsony felhőzet) jelentősen csökkenti a földi sugárzást, és gyakran nullára hozza azt. Itt elmondhatjuk, hogy a légkör a felhőkkel együtt jó „takaró”, amely megvédi a Földet a túlzott lehűléstől. A légkör egyes részei, mint a földfelszín egyes részei, a hőmérsékletüknek megfelelően energiát bocsátanak ki. Ezt az energiát hívják légköri sugárzás. A légköri sugárzás intenzitása függ a légkör kisugárzó részének hőmérsékletétől, valamint a levegőben lévő vízgőz és szén-dioxid mennyiségétől. A légköri sugárzás a hosszúhullámú csoportba tartozik. A légkörben minden irányba terjed; bizonyos mennyisége eléri a földfelszínt és elnyeli, másik része a bolygóközi térbe kerül.

RÓL RŐL a napenergia Földre érkezése és fogyasztása. A földfelszín egyrészt közvetlen és diffúz sugárzás formájában kap napenergiát, másrészt földi sugárzás formájában ennek az energiának egy részét elveszíti. A napenergia érkezése és fogyasztása eredményeként valamilyen eredmény születik, amely bizonyos esetekben pozitív, más esetekben negatív lehet. Mondjunk példát mindkettőre.

január 8. A nap felhőtlen. 1-én cm 2 20 nap alatt megkapta a földfelszínt ürülék közvetlen napsugárzás és 12 ürülék szórt sugárzás; ez összesen 32-t ad cal. Ugyanebben az időben a sugárzás miatt 1 cm? Földfelszín elveszett 202 cal. Ennek eredményeként számviteli nyelven a mérleg 170-es veszteséget mutat ürülék(negatív egyenleg).

július 6. Szinte felhőtlen az ég. 630 kapott közvetlen napsugárzásból ürülék, szórt sugárzástól 46 cal.Összességében tehát a Föld felszíne 1-et kapott cm 2 676 cal. 173 elveszett a földi sugárzás miatt cal. A mérleg 503 nyereséget mutat ürülék(az egyenleg pozitív).

A felhozott példákból többek között teljesen világos, hogy a mérsékelt övi szélességi körök miért hidegek télen és miért melegek nyáron.

Napsugárzás felhasználása műszaki és háztartási célokra. A napsugárzás kimeríthetetlen természetes energiaforrás. A Földön lévő napenergia mennyiségét ezzel a példával lehet megítélni: ha például a Szovjetunió területének csak 1/10-ére eső napsugárzás hőjét használjuk fel, akkor a munkával megegyező energiát kaphatunk. 30 ezer dnyeper vízerőműből.

Az emberek régóta arra törekednek, hogy a napsugárzás szabad energiáját szükségleteik kielégítésére használják fel. A mai napig számos különféle naperőmű jött létre, amelyek napsugárzással működnek, és széles körben alkalmazzák az iparban és a lakosság hazai igényeinek kielégítésére. A Szovjetunió déli vidékein a napsugárzás széles körben elterjedt felhasználása alapján működnek a napenergiával működő vízmelegítők, kazánok, sósvíz-sótalanító telepek, szoláris szárítók (gyümölcsszárítók), konyhák, fürdőházak, üvegházak, gyógyászati ​​célú berendezések. az ipar és a közművek. A napsugárzást széles körben használják üdülőhelyeken az emberek egészségének kezelésére és javítására.