Солнечная радиация. Уравнение радиационного баланса.

Под солнечной радиацией мы понимаем весь испускаемый Солнцем поток радиации, который представляет собой электромагнитные колебания различной длины волны. Более длинные волны -радиоволны, более короткие -гамма-лучи, ионизируещее излучение не доходят до поверхности Земли, потому что задерживаются в верхних слоях атмосферы, в озоновом слое в частности. Озон распространен во всей атмосфере, но на высоте около 35 км формирует озоновый слой. Интенсивность солнечной радиации зависит в первую очередь от высоты солнца над горизонтом(Если солнце в зените, то путь солнечных лучей короче, чем их путь,если солнце находится у горизонта).За счет увеличения пути интенсивность солнечной радиации меняется. Интенсивность солнечной радиации зависит: под каким углом падают солнечные лучи, от этого зависит и освещаемая территория (при увеличении угла падения площадь освещения увеличивается). Тогда солнечная радиация приходится на большую поверхность, поэтому интенсивность уменьшается. Интесивность зависит от массы воздуха, через который проходит солнечные лучи. Интенсивность в горах будет выше чем над уровнем моря, потому что слой воздуха через который проходят солнечные лучи будет меньше чем над уровнем моря. Особое значение представляет влияние на интенсивность солнечной радиации состояние атмосферы, ее загрязнение. Если атмосфера загрязнена, то интенсивность солнечной радиации снижается (в городе интенсивность солнечной радиации в среднем на 12% меньше чем в сельской местности). Напряжение солнечной радиации имеет суточный и годовой фон(напряжение солнечной радиации меняется в течении суток, и зависит также от времени года). Наибольшая интенсивность солнечной радиации отмечается летом, меньшая -зимой. По своему биологическому действию солнечная радиация неоднородна: оказывается каждая длина волны оказывает различное действие на организм человека. В связи с этим солнечный спектр условно разделен на 3 участка: 1. ультрафиолетовые лучи, от 280 до 400 нм; 2. видимый спектр от 400 до 760 нм; 3. инфракрасные лучи от 760 до 2800 нм. При суточном и годовом годе солнечной радиации состав и интенсивность отдельных спектров подвергается изменениям. Наибольшим изменениям подвергаются лучи УФ спектра. Интенсивность солнечной радиации мы оцениваем исходя из так называемой солнечной постоянной. Солнечная постоянная -это количество солнечной энергии поступающей в единицу времени на единицу площади, расположенную на верхней границе атмосферы под прямым углом к солнечным лучам при среднем расстоянии Земли от Солнца. Эта солнечная постоянная измерена с помощью спутника и равна 1,94 калории\см2 в мин. Разность между приходящими к деятельному слою Земли и уходящими от него потоками лучистой энергии называют радиационным балансом деятельного слоя. Радиационный баланс состоит из коротковолновой и длинноволновой радиации. Он включает в себя следующие элементы, называемые составляющими радиационного баланса: прямая радиация S’; рассеянная радиация D; отраженная радиация Rk; излучение земной поверхности Ез; встречное излучение атмосферы Еа. Уравнение радиационного баланса имеет вид В = S' + D - Rk – Ез + Еа, где В – радиационный баланс. Уравнение радиационного баланса может быть записано в другом виде B = Q - Rk - Eэф, где Q – суммрная радиация; Еэф – эффективное излучение. В пасмурную погоду при отсутствии прямой радиации B = D - Rk - Eз + Ea или B = D - Rk - Eэф ночью В = Еа - Ез = - Eэф. Если приход радиации больше расхода, то радиационный баланс положителен и деятельный слой Земли нагревается. При отрицательном радиационном балансе этот слой охлаждается. Радиационный баланс днем обычно положителен, а ночью отрицателен. Примерно за 1-2 часа до захода Солнца он становится отрицательным, а утром в среднем за 1 час после восхода Солнца снова делается положительным. Ход радиационного баланса днем при ясном небе близок к ходу прямой радиации. В годовом ходе радиационный баланс имеет в холодное время года отрицательные значения, в теплое – положительные.

7.Физические характеристики воздуха.

Температура- это важнейшая характеристика. Определяется с помощью термометров и термографов. Международная стоградусная шкала Цельсия используется для измерения температуры. За ноль в ней принята температура замерзания воды, за 100 градусов- точка ее кипения.. температуры воздуха на земной поверхности меняются в пределах 150 градусов (около 60 выше 0 и около 90 ниже 0). Солнечные лучи проходят через воздух, мало нагревая его, и основное тепло воздух получает от подстилающей поверхности - земной или водной. Основной способ изображения структур воздуха на климатических картах- изотермы, то есть линии, соединяющие точки с одинаковой температурой. С помощью них выделают тепловые пояса (широтные пояса на земной поверхности с определенными условиями температурного режима). Параллель, на которой в данный момент температура самая высокая - термический экватор.

Влажность- количество пара, содержащегося в воздухе. абсолютная влажность воздуха - плотность пара в воздухе, то есть его масса на единицу объема воздуха(граммы на кубический метр). Упругость пара -давление, при котором устанавливается равновесие между жидкостью и паром или между твёрдым телом и газом при данной температуре в замкнутом объёме. В воздухе может содержаться тем больше пара, чем выше температура. Каждой температуре воздуха соответствует предельное количество пара, которое может в нем содержаться. Пар, содержащийся в воздухе в таком предельном количестве называется насыщающим паром, а парциальное давление создаваемое предельным для данной температуры количеством пара,- упругостью насыщающего пара. Относительная влажность воздуха - это отношение количества пара, содержащегося в воздухе, к максимальному его количеству, которое может содержаться при данной температуре, выраженное в процентах. при одной и той же температуре с увеличением абсолютной влажности увеличивается относительна и наоборот. А при одной и той же абсолютной влажности с повышением температуры относительная влажность уменьшается, с понижением температуры - увеличивается. Температура, при которой данное количество пара в воздухе становится насыщающим называется точкой росы. Влажность измеряют психрометром. Для определения относительной влажности используется гигрометр. водяной пар поступает в воздух вследствие испарения воды.

Давление воздуха равно давлению вышележащего столба воздуха с основанием, равным динице площади.Измеряется ртутным барометром, выражается в милиметрах ртутного столба. Единица измерения - Паскаль/Гектопаскаль. Нормальное давление воздуха -760 мм. рт.ст. С высотой давление убывает. Давление на картах изображается изобарами (линии,соед. точки с одинак. давл.). Барический рельеф.

8. Конденсация водяного пара. Облака и осадки

Конденсация пара. Облака . Водяной пар невидим. что мы называем в быту паром облачно, поднимающееся над кипящим чайником или изо рта человека при дыхании в холодную погоду не пар, а вода в жидком состоянии, находящаяся в воздухе в виде мельчайших взвешенных капелек. Когда увеличивается содержание пара в воздухе или понижается температура, относительная влажность, уже говорилось, увеличивается и воздух может достичь точки насыщения; дальнейшее понижение температуры сопровождается конденсацией пара (или его сублимацией (от латинского зидйто — высоко поднимаю, возношу), то есть переходом из газообразной фазы соответственно в жидкую или непосредственно в фазу лёд.

Правда, для этого Нужно ещё одно условие —— наличие в воздухе ядер конденсации — взвешенных частиц, твёрдых или жидких, вокруг которых происходила бы конденсации. Но это условие практически всегда соблюдено, поэтому воздух, перенасыщенный водяным паром, и, следовательно, относительная влажность более 100 % в природных условиях не наблюдаются. Конденсируясь, водяной пар образует ‚мельчайшие капель

ки, большое количество которых делает воздух непрозрачным, — возникает туман. При низкой температуре происходит сублимация и может образоваться ледяной туман, состоящий из ледяных кристаллов, часто в смеси о переохлаждёнными капельками воды (замёрзнуть им мешает поверхностное натяжение, особенно сильное при очень малом диаметре капель). Туман —- это признак того, что воздух насыщен водяным паром, что относительная влажность равна 100 % .

Облака представляют собой тот же туман, только расположенный на некоторой высоте над земной поверхностью -— от м до 6-8 км. Впрочем, иногда одно и то же скопление взвешенных водяных капелек может квалифицироваться и как туман, и как облако: в горах метеостанция, находящаяся на вершине или на склоне, может находиться в облаке, и там, глядя на это облако изнутри, зафиксируют туман; метеостанция же, расположенная в долине, видит это облако снаружи, над собой, и фиксирует как облако.

Облака бывают очень разнообразны по форме (рис. 5.7), они располагаются на разных высотах. Согласно международной классификации, облака разделяются на ‚десять родов, в каждом из которых выделяется несколько видов. Облака, кроме русских названий, имеют ещё и международные, латинские названия. Основные роды облаков — перистые (Сптиз), кучевьше (Ситиёиз) и слоистые (Ыгагиз); другие роды характеризуются по сочетанию Основных видов (например, перисто-слоистые), по высоте образования (здесь в латинском обозначении употребляют определение от высокий), по выпадающим осадкам (пйтёш, от ливень). Кроме облаков верхнего, среднего и нижнего ярусов, выделяются облака вертикального развития, распространяющиеся на очень большой диапазон высот (табл. 5.3). Полные и сокращённые латинские обозначения родов облаков пишут с заглавной буквы, видов —— со строчной.

Высоты ярусов указаны для умеренного пояса; в тропических широтах их границы смещены несколько вверх, в приполярных —— вниз. Совокупность облаков называется облачностью. Количественно облачность характеризуется в баллах по степени покрытия облаками видимого небосвода: 10 % соответствуют 1 баллу, 20 % —— 2 баллам и т. д.; 10 баллов —- это небо, полностью покрытое облаками. На метеостанциях отдельно фиксируют нижнюю облачность — покрытие неба облаками нижнего яруса и облаками вертикального развития, основания которых располагаются в пределах нижнего яруса; запись облачности 8/3 означает, что 80 % неба покрыто облаками, в том числе 30 % пок ывают облака нижнего яруса. Кроме того, у метеорологов существует знак Ё, озна

чающий, что всё небо покрыто облаками, по есть просветы, не составляющие в сумме одного балла.

Практически все облака образуются в тропосфере. Содержание водяного пара в стратосфере ничтожно, но есть два вида облаков, которые можно наблюдать лишь при особых условиях — на фоне тёмного неба, когда они освещены лучаМИ Солнца, находящегося ниже горизонта. Эти облака не входят в состав облачности в обычном понимании. На высотах 20—25 км образуются так называемые перламутровые облака, состоящие из переохлаждённых капелек воды. Близ верхней границы мезосферы, на высоте около 80 км, образуются серебристые облака; вероятно, они состоят из ледяных

кристаллов.

Атмосферные осадки – вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся непосредственно из воздуха на поверхность Земли. К ним относятся:

Дождь. Мельчайшие капельки воды, диаметром от 0,05 до 0,1 мм, из которых состоят облака, сливаясь друг с другом, постепенно увеличиваются, становятся тяжелыми и падают на землю в виде дождя. Чем сильнее восходящие струи воздуха от нагретой солнцем поверхности, тем крупнее должны быть падающие капли. Поэтому летом, когда приземный воздух нагрет землей и воздушные массы стремительно поднимаются вверх, выпадает обычно дождь в виде крупных капель, а весной и осенью — моросящие дожди. Если дождь выпадает из слоистых облаков, то такой дождь является обложным, а если из кунево-дождевых — ливневым. От дождя необходимо отличать морось. Этот вид атмосферных осадков обычно выпадает из слоистых облаков. Размер капель значительно меньше дождевых. Скорость их падения столь мала, что они кажутся взвешенными в воздухе.

Снег. Он образуется в том случае, когда облако находится в воздухе с температурой ниже 0°. Снег состоит из кристалликов различных форм. Больше всего снега выпадает на склонах вулкана Рейнир (штат Вашингтон, США) — в среднем ежегодно 14,6 м. Этого достаточно, чтобы засыпать 6-этажный дом.

Град. Он возникает при сильных восходящих потоках воздуха в теплое время года. Капельки воды, попадая на большую высоту с потоками воздуха, замерзают, и на них слоями начинают нарастать ледяные кристаллики. Капли тяжелеют и начинают опускаться вниз. При падении они увеличиваются в размерах от слияния с каплями переохлажденной воды. Иногда град достигает размера куриного яйца, обычно с различными слоями по плотности. Как правило, град выпадает из мощных кучево-дождевых облаков при грозе или ливне. Частота выпадения града различна: в умеренных широтах он бывает 10-15 раз в год, у экватора на суше, где значительно более мощные восходящие потоки, — 80-160 раз в год. Над океанами град выпадает реже. Град приносит большой материальный ущерб: уничтожает посевы, виноградники, а если градины отличаются крупным размером, то он может вызвать и разрушение домов, гибель людей. В нашей стране были разработаны методы определения градоопасных облаков и созданы службы борьбы с градом. Опасные облака «расстреливают» специальными химическими веществами.

Дождь, снег, град называют гидрометеоритами. Кроме них к атмосферным осадкам относятся и такие, которые осаждаются непосредственно из воздуха. К ним относятся роса, туман, иней и др.

Роса (лат. ros — влага, жидкость) — атмосферный осадок в виде капелек воды, осаждающихся на поверхности земли и наземных предметах при охлаждении воздуха. В этом случае водяной пар, охлаждаясь, переходит из газообразного состояния в жидкое и оседает. Чаще всего роса наблюдается ночью, вечером или рано утром.

Туман (тюрк, мрак) — это скопление мелких водяных капель или ледяных кристаллов в нижней части тропосферы, как правило, у поверхности земли. Туманы снижают видимость иногда до нескольких метров. Различают по происхождению туманы адвективные (в связи с охлаждением теплого влажного воздуха над более холодной поверхностью суши или воды) и радиационные (образующиеся в результате охлаждения земной поверхности). В ряде районов Земли часто бывают туманы на побережьях в местах прохождения холодных течений. Например, в Южной Америке на побережье Тихого океана располагается пустыня Атакама. Вдоль побережья проходит холодное Перуанское течение. Его холодные глубинные воды способствуют образованию туманов, из которых на побережье оседает морось — единственный источник влаги в пустыне Атакама.

Изморозь — рыхлые кристаллы льда, нарастающие на ветвях деревьев, проводах и других предметах обычно при намерзании капель переохлажденного тумана. Образуется зимой, чаще в тихую морозную погоду в результате сублимации водяного пара при понижении температуры воздуха.

Иней — тонкий слой ледяных кристаллов, образующихся в холодные, ясные и тихие ночи на поверхности земли, травах и предметах с отрицательной температурой, причем более низкой, чем температура воздуха. Кристаллы инея так же, как и кристаллы изморози, образуются путем сублимации водяного пара.