A számítás a termikus egyensúlyt a mögöttes felszíni
Home | Rólunk | visszacsatolás
A hő egyensúlyt. Ennek eredményeként egy komplex energia cserét a földfelszín, a légkör és a bolygóközi térben, a fenti összetevők kap átlagosan annyi energiát a másik kettőre, mint veszít. Következésképpen sem a földfelszín vagy a légkör nem szenved semmilyen növekmény vagy csökkenő energia.
A hő egyensúly a föld felszínét.
Összhangban a energiamegmaradás törvényének, akkor legyen nulla. Jelentés nullával egyenlő magában foglalja az állandó elegendően hosszú ideig (évszázadok évezredek) éves átlaghőmérséklet a Földön. Ha a Föld elnyeli a napsugárzás nélkül hőveszteség, hőmérséklete lenne folyamatosan nőtt, de ez nem történik meg, mert a föld adott térbe elektromágneses sugárzás. Ha az előírtnál az átlagos értéket, és figyelmen kívül hagyja bármilyen változásról éves átlaghőmérséklet a Föld különböző években, ez lehetséges egyensúlyt a napsugárzás és a kimenő sugárzás a Föld.
A hőegyensúly a Föld rendszer - a légkör vázlatosan az ábra. 1.2.4. 100% a napsugárzás a légkörbe belépő, 70% a közvetlen sugárzással, amelyből 23% visszaverődik felhők, 20% -a felszívódik a légi, 27% esik a Föld felszínén, és felszívódik úgy, hogy 25%, és arról visszaverődő, 2%. A szórt sugárzás 30%, 8% -a megy az űrbe, és 22% jut a föld felszínén (20%, illetve 2% -a felszívódik tükröződik világ térben). Így a felső határa az atmoszféra űrbe elhagyó 23 + 8 + 4 = 35% sugárzás. Ez az érték 35% -nazyvayut albedót.
Ábra. 1.2.4. A hő egyensúly a Föld-rendszer - a légkörbe.
Atmosphere sugároz 157% az energia képezi, amely 102% vannak irányítva a felszínre, és a 55% megy az űrbe. A Föld felszínén a saját hosszúhullámú sugárzás veszít 117%, ebből 10% megy az űrbe, és 107% elnyelődik a légkörben. Ezen kívül, 23% -a hő fogyasztott elpárologtatás vízzel és 7% elvész hőcsere a légkörbe. Meg kell jegyezni, hogy a légkör és a földfelszín, külön-külön, bocsátanak ki sokkal több hőt, mint az időben, elnyeli a napsugárzást. De ez lényegében egy kölcsönös csere, „pumpáló” hosszúhullámú sugárzás.
A képen látható ábra. 1.2.4. I ábrából látható, hogy mind a tetején a hangulat, és a nagyon légkörben, és van egyenlő hő beáramlása, és visszatér a föld felszínét.
A napsugárzás, hogy eléri a föld felszínén is felszívódik, ez is át belsejébe a Föld, ha a módja, hogy megfeleljen képest az átlátszó anyag van; vagy lehet visszaverődik.
A visszaverő képesség a kimenő felületének függ annak az anyagot és a textúra, a beesési szög a beérkező sugárzás, valamint a hullámhossza. Albedó legtöbb szárazföldi felületek értéke 10-30%. Albedó nyugodt a víz felszíne kevesebb, mint 5%, ha a nap elutasították a zeniten legfeljebb 50 ° C. De ha lemegy a nap, és a szög a zeniten, és 80 ° C, a felszíni albedó víz meredeken növekszik, és 50% alatti. Másodlagos planetáris albedó világon, beleértve a felhőzet, közel 35% -os.
A csak egy része a Föld felszínét, ami nagymértékben átlátszó napsugárzás, a víz. Ez része a sugárzás, amely elérte a vízfelszínt, és arról visszaverődik, belép a vízoszlop, megtörik a felület közötti két közeg. Ezután, a felszívódás és eloszlik elsősorban szuszpendált részecskéket. A tengervíz, körülbelül 40% -ban mentes a szennyeződések kapott mennyiségű sugárzás éri a mélysége 1 m és 22% -depth 10 m. A hagyományos óceán víz, a megfelelő számok 35 és 10%. A part menti vizek zavarossá lesznek 23 és 0,5%. A felszívódás sebessége és szóródása napsugárzás különböző részein a spektrum jelentősen eltér. Infravörös és vörös fény hatol a sekélyebb mélységben. A tiszta óceán víz mélyebben hatol a kék fény, míg zavaros parti vizek zöld és sárga fény.
Ha az abszorpciós a napsugárzás és a felülete a szilárd föld az óceán víz, kezdenek fűtés. Hő lehet hővezetéssel vagy több, vagy folyékony - konvekció. Vezetőképes transzfer következik be viszonylag lassan, és a szilárd felület a föld a nap folyamán nem melegedett mélyebb, mint 0,5 m. Az óceán, a fő vezető folyamat a hőátadást lefelé van konvekciós. Amellett, hogy a termikus konvekció (amelyet úgy állítunk elő felületének a hűtésére az óceán), függőleges keveredés hatása alatt a szél és a hullámok turbulens áramlás, és nap a nyílt óceán általában felmelegszik réteget, hogy a mélysége 10 méter és több.
Felszívódás hőt vezet emelkedik a hőmérséklet, amelynek nagysága fordítottan arányos az adott hő az anyag, vagy meg kell változtatni az állapotát, mint ahogy az a vízzel. Fajhője a víz körülbelül ötször nagyobb, mint a keményfa vagy száraz talaj, de annak a ténynek köszönhető, hogy a víz sűrűsége is kisebb, a fajhője csak kétszer nagyobb, mint a fajhője azonos kőzettérfogatnak. Így, ha azonos mennyiségű vízzel és rock kap ugyanaz a hőmennyiség, akkor is, ha nem következik be, és a párolgási hőt víz egyenletesen oszlik, a víz hőmérséklete emelkedik az érték körülbelül két-szer kisebb, mint a sziklák. A különbségek még nagyobbak, ha ahelyett, hogy kőzetek száraz talaj.
Ha a Földön nem voltak óceánok és a légkör, a bejövő energiát a nap, hogy a Föld melegítjük olyan hőmérsékletre, amelyen az inverz sugárzás egyenlő lenne a bejövő sugárzásnak. Szerint a Stefan-Boltzmann törvény, az átlagos hőmérséklet a feketetest a Földön, amely eléréséhez szükséges ez az egyensúly 250 ° K (-23 ° C). Ezt nevezik a bolygó hőmérséklete a Földön. Ez a hőmérséklet jelentősen kisebb, mint az átlagos felületi hőmérséklete (288 ° K). Ez úgy történik, az oka, hogy az érzékelhető része által kibocsátott energia a föld felszínén elnyelődik, vagy visszaverődik a légkörbe a Föld felszínén.
Ábra. 1.2.5 azt mutatja, hogy a hullámhossz, amelynél a maximális a emissziós spektruma egy feketetest hőmérsékleten 285 ° K, közel az átlagos hőmérséklet a föld (Föld átlagos hőmérséklete 15 ° C-on, azaz a 288 ° C-on) van mintegy 10 mikron, és szinte minden kibocsátás lép fel hullámhosszon nagyobb, mint 4 um. (Összehasonlításképpen, a maximális a bejövő napsugárzás fordul elő a hullámhossza mintegy 0,5 mikron), ezért adott érték (4 u) vesszük a határ, amely elválasztja a „rövidebb” napsugárzást a „hosszú hullámú„sugárzás Földön.
Ábra. 1.2.5. Az intenzitás eloszlása a sugárzás által hullámhossz feketetest egy felületi hőmérséklete 285 ° K (ebben az esetben képviselő a Föld) és az abszorpciós említett sugárzás diagram gőzt, szén-dioxid és az ózon.
Néhány atmoszférikus gázok képesek elnyelni hosszúhullámú sugárzás: a vízgőz, szén-dioxid és az ózon. Ezek elnyelik gyakorlatilag az egész Föld hullámhosszúságú sugárzást 8 mikronnál kisebb és több mint 12 mikron. De ezen értékek között van „sugárzás ablak”, amelyen keresztül sugárzást bocsátanak az űrbe, tiszta ég alatt.
Felhők egyaránt felvenni, és a hosszú hullámú sugárzás. Gázok alkotó légkör elnyeli a kimenő sugárzás a Föld viszont bocsátanak ki minden irányban, beleértve az űrbe, de néhány energiát vissza a Földre. Így, úgy működnek, mint egy szigetelő réteggel a Föld körül, mint a üvegfalak az üvegház, így ilyen hatást a Föld hőmérséklete az úgynevezett üvegházhatást.
A szén-dioxid mennyisége a légkörben nőtt az elmúlt 70 évben 10%, beleértve ennek eredményeként a tüzelőanyag elégetése. Megítélése szerint bizonyos tudósok, hogy nagy hatással van az értéke az üvegházhatás, és ez lehet az oka, hogy a hőmérséklet-változás, a globális légkör.
Az egyensúlyt a bejövő és a kimenő sugárzást eredményeként elért a hőmérséklet-változások a föld. Ha a bejövő sugárzás növeli a hőmérséklet a föld emelkedik, ami viszont növekedéséhez vezet a nagysága a kimenő sugárzást. Következésképpen az egyensúly helyreáll a magasabb hőmérsékleten.
Amint a fentiekben említettük, az átlagos hőmérséklet a Föld hiányában az óceán és a légkör lenne 250 ° K-en, az egyenlítő lenne 270 ° K, a déli pólusa 150 ° K, míg a északi pólus 170 ° K. Tény, hogy a Föld felszínén jelentősen melegebb, és a hőmérséklet közötti kontraszt az Egyenlítő és a pólusok lényegesen kevesebb. És a magasabb hőmérséklet és az alacsonyabb ez ellentmond a pólus és az egyenlítő által meghatározott jelenléte az óceán és a légkör. Kisebb, mint az elméleti kontrasztok annak a ténynek köszönhető, hogy a légkör és az óceán képesek hőt az egyik területről a másik, ami hatással van az energia-egyensúly.
A nagy részét a beérkező sugárzás elnyelődik a felületen bolygónk, legyen szó akár a víz vagy a talajba, miután áthaladt a légkörbe. A Föld felszínén melegíti a légkörbe, mint a hosszú hullámhosszú sugárzást, és ennek eredményeként a hőátadási határán az óceán-atmoszférában vagy föld-atmoszférában, ami a fejlődését konvekciós a légkörben. Hőátadás önmagában vezethet egy nagyon kis hőátadó. Azonban, meg kell hőt csak keresztül továbbított csak egy vékony réteg kapacitása néhány milliméter vagy még kevesebb. További hőt során a függőleges mozgást a levegő, ami előfordulhat a termikus konvekciós vagy vízszintes mozgás eredményeként légáram egyenetlen felületen (turbulens konvekció). Ennek következtében, a felület közötti két közeg fogja támogatni egy bizonyos hőmérséklet-gradiens, és ezért a hőátadás kerül sor elég gyorsan.
Van egy másik nagyon fontos folyamat, amelyben a szoláris hő adódik át a légkörbe. Ez a párolgást a víz felszínén, és a nedvesség lecsapódásának a légkörben. Minden egyes gramm elpárolgott víz az óceán felszíni igényel körülbelül 103 2,47 joule hő, hogy a gőz kerül a formájában látens hő, és amely a légkörbe kerül során kondenzáció.
A próbálkozások száma határozza meg a hőmérleget az óceán készült. Bebizonyosodott, hogy a kiadás része a hő egyensúlyt a óceán szélességi 70 ° C-on. w. 70 ° S. w. 41% által meghatározott kimenő hosszúhullámú sugárzás, 5% fényáteresztés levegő és 54% bepárlással. Természetesen a különböző helyeken a világon, és a különböző évszakokban, ezek az adatok változhatnak észrevehetően, de általánosságban elmondható, hogy ez a víz elpárolgása eredményezi a legnagyobb hőveszteség, míg a szerepe a vezető hőátadás, majd konvektív folyamatok a légkörben a legkevésbé fontos .
Kifejezve igaz, ha a víz átlagos hőmérséklete a felület nagyobb, mint a levegő hőmérséklete fölé, és, ami még fontosabb, ha a víz gőznyomása az óceán felülete kisebb, mint a nyomás a telített gőz hőmérséklete levegőt, amelynek a felületi vizet. Ilyen körülmények között a víz elpárolgása történik. Ez azonban általános szabály, vannak fontos kivételek. Például, az a terület a Grand Banks tavaszi levegő hőmérséklet meghaladja a hőmérséklet a víz felszínén, ami a hőátadás a légkörből az óceán és az óceán felszíni és a közvetlenül felette a gőz kondenzációs bekövetkezik és a köd képződik. Következésképpen a felszíni víz egyre melegebb, és ezért kevésbé sűrű, és a fölötte lévő levegő lehűl, és azokat sokkal sűrűbbé válik. Mindkét környezetben eredményeként a termikus konvekciós elnyomják, hőátadás viszonylag lassú, kivéve, ha erős szél fúj.
Vízszintes hőtranszport - advekció - szükséges, hogy kompenzálja a hőveszteség sugárzás nagy szélességi és hőáram alacsonyabb szélességi (ábra 1.2.6.). Megváltoztatása a hiány és többlet az éves sugárzási egyensúly lép fel körülbelül 37 ° északi és déli szélesség. Ha hő advekció nem létezik, a hőmérséklet az egyenlítői övezetben növelné a 10 ° C-on, míg a poláros szélességi ők nem csökken nagyobb mértékben, mint 20 ° C-on Ez vezet jelentős növekedéséhez, borított jég és hó a Föld felszínén, ami viszont növekedését okozná az albedó a középső és a magasabb szélességi fokokon és a megfelelő területeket tovább hűtjük.
A legtöbb értékelések azt mutatják, hogy több mint 80% -át a hőátadás végbemegy olyan légkört, ahol az eredmény a globális folyamatok keringési forró levegő és gőz együtt látens kondenzációs hő átkerül a pólusok felé a föld.
A legutóbbi becslések a Föld termikus egyensúlyát, szerint végezzük mesterséges holdak, kimutatták azonban, hogy a régióban között az egyenlítő és a 70 ° N átlagosan 40% az energia átadása számlák óceán részesedése és 20 ° C-on. w. Ez a hozzájárulás eléri a 74%. Szél és az óceáni áramlatok, nem csak kiegyenlíti a hő egyensúlyt az alacsony és a magas szélességeken, de ők maguk függ az egyenetlen hőeloszlás a Föld felszínét. Ez egyenetlenség egy energiaforrás, amely támogatja a mozgásukat.
Ábra 1.2.6. Hosszú távú átlagos értéke beérkező sugárzást (rövid és hosszú hullámhosszú) és a kimenő sugárzást a Föld-légkör átlagos szélességi zónák (J. C. Johnson).