Тепловой баланс системы Земля-атмосфера

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ЗЕМЛИ -баланс энергии тепловых и радиац. процессов в атмосфере и на поверхности Земли. Осн. приток энергии в систему атмосфера - Земля обусловлен солнечным излучением в спектральном диапазоне от 0,1 до 4 мкм (коротковолновая радиация - КВР). Он характеризуется ср. энергией КВР, падающей на единичную площадку на верх. границе атмосферы З е м л и - и н с о л я ц и е й - Е ₀. В атмосфере часть этой энергии (E₁ - Е ₄ )поглощается облаками, аэрозолем и газами, часть (E ₄.) рассеивается и отражается в космос (см. рис.). (При рассмотрении Т. б. 3. обычно оперируют усреднёнными по времени и по поверхности, охватывающей Землю в пределах атмосферы, потоками энергии. через единичную площадку; пренебрегают толщиной атмосферы по сравнению с радиусом Земли.) До поверхности Земли доходит часть КВР, равная Е ₂. Часть КВР (E ₃) отражается поверхностью Земли и уходит в космос (т.о., Е₂-Е ₃ поглощается Землёй). Общий поток энергии КВР, уходящий в космос, равен АЕ ₀, где А - альбедо системы атмосфера-Земля.

Помимо КВР в Т. б. 3. существенную роль играет тепловое излучение атмосферы и поверхности Земли (длинноволновая радиация - ДВР, длины волн от 3 до 45 мкм). Поверхностью Земли поглощается противоизлучение атмосферы (часть ДВР атмосферы, направленная к Земле) F ₁. Энергия КВР и ДВР, поглощённая поверхностью Земли, расходуется на теплообмен с нижележащими слоями суши и гидросферы, турбулентный теплообмен с атмосферой, испарение воды и льда с поверхности Земли, создание океанич. циркуляции, переносящей тепло из низкоширотных в высокоширотные районы Земли, и на тепловое излучение поверхности Земли с потоком энергии F ₂.

Часть КВР (Е ₁ - Е ₄ )и поглощённая облаками, атм. газами и аэрозолем часть ДВР, излучённой поверхностью Земли (F ₃ ), а также выделившаяся в атмосфере при конденсации паров воды энергия расходуются на поддержание распределения темп-ры в атмосфере, на создание атм. циркуляции, переносящей явное и скрытое тепло из низкоширотных в высокоширотные районы Земли, на противоизлучение атмосферы (F ₁) и на излучение атмосферой ДВР в космос (F ₄ ). В космос уходит также часть ДВР поверхности Земли (F ₅ ). Общее кол-во уходящей в космос от планеты ДВР равно F ₀.

"Мгновенные" (не усреднённые) значения указанных величин существенно изменяются в течение суток, года и в зависимости от широты и долготы рассматриваемого района. В климатологии принято рассматривать среднегодовой глобальный Т. б. 3. Среднегодовые темп-ры поверхности Земли и атмосферы практически постоянны, что свидетельствует о нулевом Т, б, 3. Ур-ние среднегодового глобального Т. б, 3. записывается в виде равенства суммы поглощённой атмосферой и поверхностью Земли энергии КВР величине уходящей от планеты энергии ДВР:

Ур-ния теплового баланса поверхности Земли и теплового баланса атмосферы:

где Q ₁=88 Вт^.м ^-2- кол-во тепла, расходуемое на испарение воды с подстилающей поверхности Земли; Q ₂ = 17 Вт^.м^-2-кол-во тепла передаваемого поверхностью Т. б. З. определяет важнейшую для климатологии величину теплового излучения поверхности Земли - F ₂, соответствующую среднегодовой темп-ре поверхности Земли +14,2 °С. Эта темп-pa определяет климат Земли, F ₂ определяется поглощённой поверхностью Земли КВР (Е ₂- Е ₃ )и противоизлучением атмосферы F ₁. Удивительно то, что F ₁ больше величины поглощённой атмосферой КВР (Е ₁ - Е ₄ ). Это явление, наз. парниковым эффектом подстилающей поверхности, обусловливает возможность существования жизни на Земле. Характеристикой парникового эффекта является величина (F ₂ - F ₁ ), к-рую наз. эфф, излучением поверхности Земли.

При одной и той же величине инсоляции Е ₀ климат на Земле может быть и более тёплым, и более холодным в зависимости от изменения альбедо системы Земля - атмосфера и парникового эффекта.