Презентация Тепловой режим атмосферы Рожковой Д С 1

Презентация «Тепловой режим атмосферы» Рожковой Д. С. 1

Процессы нагревания и охлаждения атмосферы • Тепловым режимом атмосферы называют характер распределения и изменения температуры в атмосфере. Тепловой режим атмосферы определяется главным образом ее теплообменом с окружающей средой, т. е. с деятельной поверхностью и космическим пространством. 2

Процессы нагревания и охлаждения атмосферы За исключением верхних слоев, атмосфера поглощает солнечную энергию сравнительно слабо. Основной источник нагревания нижних слоев атмосферы — тепло, получаемое ими от деятельной поверхности. В дневные часы, когда приход радиации больше расхода, деятельная поверхность нагревается, становится теплее воздуха, и тепло передается от нее воздуху. Ночью деятельная поверхность теряет тепло излучением и становится холоднее воздуха. В этом случае воздух отдает тепло почве, в результате чего сам он охлаждается. 3

Процессы нагревания и охлаждения атмосферы Перенос тепла между деятельной поверхностью и атмосферой, а также в самой атмосфере осуществляется следующими процессами: • Молекулярная теплопроводность. Воздух, соприкасающийся с деятельной поверхностью, обменивается с ней теплом посредством молекулярной теплопроводности. • Турбулентная теплопроводность. Она возникает внутри атмосферы вследствие вихревого, хаотического движения воздуха, т. е. турбулентности. Ее условно можно разделить на динамическую и термическую. • Динамическая турбулентность — вихревое хаотическое движение, возникающее в результате появления силы трения между отдельными слоями воздуха и между движущимся воздухом и подстилающей поверхностью. • Термическая турбулентность, или тепловая конвекция, — упорядоченный перенос отдельных объемов воздуха в вертикальном направлении, возникающий при неравномерном нагревании различных участков поверхности. Над сушей тепловая конвекция развивается днем и летом, а над морем — ночью и зимой, когда водная поверхность теплее прилегающих слоев атмосферы. • Радиационная теплопроводность. Определенную роль в передаче тепла от почвы к атмосфере играет излучение поверхностью длинноволновой радиации, поглощаемой нижними слоями атмосферы. Радиационный поток тепла над сушей проявляется главным образом в ночные часы, когда турбулентность резко ослаблена, а тепловая конвекция отсутствует. • Конденсация (сублимация) водяного пара. При конденсации выделяется тепло, нагревающее воздух, особенно более высокие слои атмосферы, где образуются 4 облака.

Процессы нагревания и охлаждения атмосферы 5

Тепловой баланс земной поверхности Тепловой баланс Земли - соотношение прихода и расхода энергии (лучистой и тепловой) на земной поверхности и в атмосфере. Основным источником энергии для подавляющего большинства физических, химических и биологических процессов в атмосфере, гидросфере и в верхних слоях литосферы является Солнечная радиация, поэтому распределение и соотношение составляющих Теплового баланса характеризуют её преобразования в этих оболочках. 6

Уравнение Теплового баланса земной поверхности R + P + F 0 + LE = 0 R - разность между поглощённой коротковолновой солнечной радиацией и длинноволновым эффективным излучением с земной поверхности; Р - поток тепла между подстилающей поверхностью и атмосферой; F 0 - поток тепла между земной поверхностью и глубокими слоями литосферы или гидросферы. Он численно равен изменению теплосодержания водоёма за данный интервал времени и переносу тепла течениями в водоёме; LE - расход тепла на испарение, который определяется как произведение массы испарившейся воды Е на теплоту испарения L. 7

Уравнение Теплового баланса атмосферы Ra + Lr + P + Fa = ΔW. Ra - радиационный баланс; Lr - приход или расход тепла при фазовых преобразованиях воды в атмосфере (r — сумма осадков); Р - приход или расход тепла , обусловленного турбулентным теплообменом атмосферы с земной поверхностью; Fa - приход или расход тепла, вызванного теплообменом через вертикальные стенки столба. ΔW- величина изменения теплосодержания внутри столба. 8

Тепловой баланс земной поверхности • На единицу поверхности внешней границы атмосферы поступает поток солнечной радиации, равный около 250 ккал/см 2 в год, из которых около 1/3 отражается в мировое пространство, а 167 ккал/см 2 в год поглощает Земля. • Земной поверхности достигает коротковолновая радиация, равная 126 ккал/см 2 в год; 18 ккал/см 2 в год из этого количества отражается, а 108 ккал/см 2 в год поглощается земной поверхностью. • Атмосфера поглощает 59 ккал/см 2 в год коротковолновой радиации, то есть значительно меньше, чем земная поверхность. • Длинноволновое излучение Земли в мировое пространство равно 167 ккал/см 2 в год. Таким образом, поверхность Земли получает около 72 ккал/см 2 в год лучистой энергии, которая частично расходуется на испарение воды и частично возвращается в атмосферу посредством турбулентной теплоотдачи. 9

Схема теплового баланса Земли 10

Тепловой баланс земной поверхности Данные о составляющих Теплового баланса используются при разработке многих проблем климатологии, гидрологии суши, океанологии; они применяются для обоснования численных моделей теории климата. Материалы о Тепловом балансе играют большую роль в изучении изменений климата, их применяют также в расчётах испарения с поверхности речных бассейнов, озёр, морей и океанов, в исследованиях энергетического режима морских течений, для изучения снежных и ледяных покровов, в физиологии растений для исследования фотосинтеза. 11

Суточный ход температуры воздуха Температура на поверхности почвы имеет суточный ход. Минимум ее наблюдается примерно через полчаса после восхода солнца. К этому времени радиационный баланс поверхности почвы становится равным нулю – отдача тепла из верхнего слоя почвы эффективным излучением уравновешивается возросшим притоком суммарной радиации. Затем температура на поверхности почвы растет до 13– 14 ч и достигает максимума в суточном ходе. После этого начинается падение температуры. Радиационный баланс в послеполуденные часы и до вечера остается положительным. Температура на поверхности почвы падает с 13– 14 ч до утреннего минимума. Разность между суточным максимумом и суточным минимумом температуры называется суточной амплитудой температуры. 12

Суточный ход температуры воздуха Амплитуда суточных колебаний температуры воздуха зависит от: • погодных условий: в ясную погоду амплитуда больше, чем в пасмурную, т. к. облака днем задерживают солнечную радиацию, а ночью уменьшают потерю тепла земной поверхностью путем излучения. • времени года: зимние месяцы при малой высоте Солнца в средних широтах она понижается до 2. . . 3°С. • рельефа: на выпуклых формах рельефа амплитуда суточных колебаний меньше, а в вогнутых больше по сравнению с равнинной местностью. • физических свойств почвы: чем больше суточный ход на самой поверхности почвы, тем больше суточная амплитуда температуры воздуха над ней. • близости водных бассейнов: чем ближе к водоему, тем меньше амплитуда • растительного покрова: он уменьшает амплитуду. Особенно заметно уменьшает суточные амплитуды лес. 13

Годовой ход температуры воздуха Характеристикой годового хода температуры воздуха служит амплитуда годовых колебаний температуры воздуха. Она представляет разность между средними месячными температурами воздуха самого теплого и самого холодного месяцев в году. Годовой ход температуры воздуха в разных географических зонах различен в зависимости от широты и континентального местоположения. По средней многолетней амплитуде и по времени наступления экстремальных температур. На годовой ход температуры воздуха оказывает влияние также высота места над уровнем моря. С увеличением высоты годовая амплитуда уменьшается. 14

Годовой ход температуры воздуха Выделяют 4 типа: • Экваториальный тип; • Тропический тип; • Тип умеренного пояса; • Полярный тип; 15

Приборы для измерения температуры • Для измерения температуры воздуха в обычных условиях применяются 1). термометры ртутные или 2). спиртовые. При измерении температуры выше 0°С следует пользоваться ртутными термометрами, т. к. ртуть при нагревании расширяется равномерно, а спирт - неравномерно. При температуре ниже 0°С ртуть густеет, поэтому рекомендуется применять спиртовые термометры. 1). 2). 16

Приборы для измерения температуры 1). При необходимости регистрации температуры окружающего воздуха во времени, применяются термографы. Приемной частью термографов является изогнутая биметаллическая пластинка, связанная при помощи рычага и стрелки с пером. Запись температуры проводится на ленте, опоясывающей барабан. 1). 2). Термоанемометр используется как для определения температуры, так и для определения скорости движения воздуха. 17