Скачать презентацию Тепловий режим ґрунту та водойм 1 2 3 Скачать презентацию Тепловий режим ґрунту та водойм 1 2 3

LEK_5.pptx

  • Количество слайдов: 28

Тепловий режим ґрунту та водойм 1 2 3 4 5 Радіаційний баланс земної поверхні Тепловий режим ґрунту та водойм 1 2 3 4 5 Радіаційний баланс земної поверхні Тепловий баланс земної поверхні Нагрівання та охолодження ґрунту Нагрівання та охолодження водойм Добовий та річний хід температури поверхні ґрунту та водойм 6 Поширення коливань температури в глибину ґрунту і водойм

1. Радіаційний баланс земної поверхні Радіаційний баланс – це різниця між надходженням та витратою 1. Радіаційний баланс земної поверхні Радіаційний баланс – це різниця між надходженням та витратою сонячної, земної та атмосферної радіації В=І´+і-R+Еа-Ез І´ - інсоляція і – розсіяна Р R – відбита Р Еа – в-ня атмосфери Ез – в-ня Землі

Середні місячні та річні величини складових радіаційного балансу в Києві, МДж/м 2 Радіаційн ий Середні місячні та річні величини складових радіаційного балансу в Києві, МДж/м 2 Радіаційн ий 01 баланс та його складові М і с я ц і Рік 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 І 105 163 297 327 478 557 566 499 411 264 92 75 3834 І´ 25 54 130 193 297 356 344 297 205 105 25 17 2048 і 71 96 172 226 285 302 293 239 176 122 63 50 2095 Q 96 150 302 419 582 658 637 536 381 227 88 67 4143 R 59 71 80 71 101 117 113 109 80 46 29 33 909 А, % 61 47 26 17 19 18 18 20 21 21 33 49 22 В -17 8 105 197 293 327 247 155 59 0 -13 1689

Річні величини радіаційного балансу поверхні суходолу змінюються від значень менше -200 МДж/м 2 в Річні величини радіаційного балансу поверхні суходолу змінюються від значень менше -200 МДж/м 2 в Антарктиді до 3700 -4000 МДж/м 2 в тропічних широтах.

Радіаційний баланс поверхні океанів значно більший. На межі плаваючої криги він становить 600 -800 Радіаційний баланс поверхні океанів значно більший. На межі плаваючої криги він становить 600 -800 МДж/м 2, а найбільше його значення 5800 МДж/м 2 в середині тропічних широт океанів. Радіаційний баланс переходить від нічних від’ємних значень до денних додатних після сходу Сонця при його висоті 10 -15 О.

Величина відбитої радіації залежить від особливостей земної поверхні. Відношення кількості відбитої радіації до сумарної Величина відбитої радіації залежить від особливостей земної поверхні. Відношення кількості відбитої радіації до сумарної радіації називається альбедо - виражають в частках одиниці або у відсотках і характеризує відбивну здатність різних ділянок земної поверхні. Альбедо різних ділянок земної поверхні залежить від їх виду, кольору і вологості, стану рослинного покриву тощо. Альбедо водної поверхні дуже залежить від висоти Сонця: коли Сонце в зеніті, А=2%, коли його висота 450 – 5%, за висоти 50 – 35%. Тому середні значення альбедо Світового океану змінюється від 6% в екваторіальних широтах до 15 – 20% у високих

2. Тепловий баланс земної поверхні Діяльний шар – тонкий шар ґрунту та води, температура 2. Тепловий баланс земної поверхні Діяльний шар – тонкий шар ґрунту та води, температура якого зазнає добових і річних коливань. На суші товща діяльного шару знаходиться в межах 8 -13 м, а на морі вона становить 200 -300 м. При додатному радіаційному балансі тепло від діяльного шару передається в більш глибокі шари, а частина його випромінюється та поглинається повітрям. При від’ємному радіаційному балансі до діяльного шару тепло надходить як з глибин ґрунту, так і з повітря.

Отже, діяльний шар безперервно у різний спосіб отримує і втрачає тепло. Тобто, виконується закон Отже, діяльний шар безперервно у різний спосіб отримує і втрачає тепло. Тобто, виконується закон збереження енергії , який вказує на те, що алгебраїчна сума всіх надходжень та витрат тепла на земній поверхні повинна дорівнювати нулю. Її математично можна зобразити у вигляді рівняння теплового балансу: В+Р+Т+LМ=0 В – радіаційний баланс Р – турбулентний потік тепла між земною поверхнею і атмосферою Т – потік тепла між земною поверхнею та шарами ґрунту і води LМ – потік тепла, пов’язаний із фазовими перетвореннями води (L – питома теплота випаровування, М – маса води, що випарувалася або сконденсувалася)

3. Нагрівання та охолодження ґрунту Швидкість і ступінь нагрівання ґрунту залежить від його фізичних 3. Нагрівання та охолодження ґрунту Швидкість і ступінь нагрівання ґрунту залежить від його фізичних властивостей теплоємності і теплопровідності. - Питома теплоємність – це кількість тепла необхідна для нагрівання одиниці маси ґрунту на 10 С. Об’ємна теплоємність – кількість тепла необхідна для нагрівання одиниці об’єму ґрунту на 10 С.

Об’ємна теплоємність залежить від пористості і вологості ґрунту. Теплоємність води – 4190 Дж/(кг. К) Об’ємна теплоємність залежить від пористості і вологості ґрунту. Теплоємність води – 4190 Дж/(кг. К) Теплоємність повітря – 1, 26 Дж/(кг. К) ? Теплоємність сухих ґрунтів більша/менша від теплоємності вологих

Коефіцієнт теплопровідності – кількість тепла, яка проходить за одиницю часу крізь стовпчик ґрунту одиничної Коефіцієнт теплопровідності – кількість тепла, яка проходить за одиницю часу крізь стовпчик ґрунту одиничної площі та висоти, за умови одиничної різниці температури на верхній і нижній його межах. Коефіцієнт теплопровідності нерухомої води ? нерухомого повітря 0, 54 Дж/(м·с·К) 0, 02 Дж/(м·с·К) При проникненні в грунт води його теплопровідність збільшується / зменшується

Відношення коефіцієнта теплопровідності ґрунту до його об’ємної теплоємності називають коефіцієнтом температуропровідності. Ця величина показує, Відношення коефіцієнта теплопровідності ґрунту до його об’ємної теплоємності називають коефіцієнтом температуропровідності. Ця величина показує, наскільки швидко вирівнюється температура вище- і нижче розташованих шарів ґрунту. Тобто коефіцієнт температуропровідності – це величина, яка характеризує швидкість зміни температури в тому чи іншому середовищі

4. Нагрівання та охолодження водойм На відміну від ґрунту вода … Ø є прозорим 4. Нагрівання та охолодження водойм На відміну від ґрунту вода … Ø є прозорим тілом, тому короткохвильова енергія проникає на глибину від 10 до 100 м. Ø має об’ємну теплоємність води у 2 рази більшу. Для досягнення ними однієї і тієї ж температури вода повинна отримати більше тепла, ніж ґрунт. Ø На відміну від молекулярної теплопровідності ґрунту передача тепла у воді здійснюється за рахунок турбулентного перемішування.

Турбулентне перемішування зумовлює: Øперенесення тепла вглиб водойм у 1000 -10000 разів сильніше, ніж у Турбулентне перемішування зумовлює: Øперенесення тепла вглиб водойм у 1000 -10000 разів сильніше, ніж у ґрунті; Øшвидке вирівнювання температур; Øнагрівання та охолодження водойм до значно більших глибин; Øбільш повільну зміну температур.

Отже, існують такі відмінності у тепловому режимі ґрунту і водойм: q. Добові коливання температури Отже, існують такі відмінності у тепловому режимі ґрунту і водойм: q. Добові коливання температури у воді поширюються на глибину десятків метрів, а в ґрунті – менше одного метра. Річні коливання температури у воді розповсюджуються на сотню метрів, а в ґрунті – на 10 -20 м. q. Добові та річні коливання температури на поверхні ґрунту значно більші, ніж на поверхні води. Так, добові коливання температури ґрунту в помірних широтах становлять 15 -20 ОС, а над океанами – 0, 1 -0, 2 ОС, річні коливання відповідно 40 ОС і 5 -10 ОС.

5. Добовий та річний хід температури поверхні ґрунту та водойм Зміну будь-якої метеорологічної величини 5. Добовий та річний хід температури поверхні ґрунту та водойм Зміну будь-якої метеорологічної величини з часом прийнято називати ходом цієї величини. Різниця між максимальною і мінімальною температурою протягом доби називається амплітудою добового ходу температури. На величину добової амплітуди температури впливає багато чинників.

Природні чинники впливу на амплітуду добового ходу температури ґрунту v. Пора року. Улітку амплітуди Природні чинники впливу на амплітуду добового ходу температури ґрунту v. Пора року. Улітку амплітуди найбільші, взимку – найменші. Так, у Києві літні амплітуди досягають 300 С, а середні зимові 5 -100 С. v. Широта місця. Добова амплітуда діяльної поверхні залежить головним чином від висоти Сонця, яка зменшується зі збільшенням широти. Тому найбільші амплітуди спостерігаються в тропічних пустелях, де вдень велика сумарна радіація, а в ночі велике ефективне випромінювання призводить до сильного вихолоджування поверхні ґрунту. Найменші амплітуди спостерігаються в полярних широтах.

v. Хмарність. За хмарної погоди амплітуда температури поверхні ґрунту менша, ніж за ясної. Хмари v. Хмарність. За хмарної погоди амплітуда температури поверхні ґрунту менша, ніж за ясної. Хмари вдень не пропускають пряму сонячну радіацію, а вночі суттєво зменшують ефективне випромінювання. За ясної погоди спостерігається велика сумарна радіація вдень і велике ефективне випромінювання вночі. v. Колір ґрунту. Амплітуда зміни температури поверхні темних ґрунтів більша, ніж світлих, оскільки поглинальна і випромінююча здатності темних поверхонь більші, ніж світлих.

v. Теплоємність та теплопровідність ґрунту. Чим більша теплоємність ґрунту, тим він менше нагрівається вдень v. Теплоємність та теплопровідність ґрунту. Чим більша теплоємність ґрунту, тим він менше нагрівається вдень і охолоджується вночі, тобто тим менша амплітуда коливання його температури. Такий же характер залежності амплітуди від теплопровідності ґрунту. Так, торф’янисті ґрунти мають дуже малу теплопровідність і тому амплітуда температури їх поверхні досягає найбільших значень

v. Рослинний покрив зменшує амплітуду добового коливання температури поверхні ґрунту, оскільки він перешкоджає нагріванню v. Рослинний покрив зменшує амплітуду добового коливання температури поверхні ґрунту, оскільки він перешкоджає нагріванню його сонячними променями вдень і захищає від сильного випромінювання вночі. Нічне випромінювання відбувається з поверхні самих рослин, які й будуть вихолоджуватись, до того ж частина їхнього випромінювання буде спрямована до ґрунту. Тому ґрунт під рослинами вночі зберігає вищу температуру. Амплітуда буде зменшуватись переважно за рахунок значного зменшення максимальної температури вдень.

 Сніговий покрив захищає ґрунт від надмірної втрати тепла, оскільки завдяки малій теплопровідності, захищає Сніговий покрив захищає ґрунт від надмірної втрати тепла, оскільки завдяки малій теплопровідності, захищає його від проникнення до ґрунту низьких температур. Поверхня самого снігу вночі дуже охолоджується внаслідок великої випромінювальної здатності. За товщини снігового покриву 40 -50 см температура поверхні ґрунту під ним на 6 -70 С вища за температуру поверхні самого снігу. Ґрунт під таким снігом промерзає до 40 см, а без снігу – до глибини більше 100 см.

 Експозиція схилів. Південні схили хребтів та пагорбів нагріваються більше, ніж північні, оскільки сонячні Експозиція схилів. Південні схили хребтів та пагорбів нагріваються більше, ніж північні, оскільки сонячні промені зустрічаються з південним схилом під більшим кутом. Західні схили в умовах вологого клімату нагріваються більше за східні. Це пояснюється тим, що вранці, коли східні схили отримують найбільше тепла, значна його частина витрачається на випаровування роси. Західні ж схили нагріваються Сонцем у другій половині дня, коли поверхня ґрунту уже суха.

6. Поширення коливань температури в глибину ґрунту і водойм Добові та річні коливання температури 6. Поширення коливань температури в глибину ґрунту і водойм Добові та річні коливання температури поверхні ґрунту поступово розповсюджуються у глибші його шари. До розповсюдження тепла у ґрунті застосовується загальна теорія молекулярної теплопровідності, що була розроблена Фур’є, тому закони поширення тепла у ґрунті називаються законами Фур’є.

ØПерший закон Фур’є: період коливань температури не змінюється з глибиною. Отже, інтервал між двома ØПерший закон Фур’є: період коливань температури не змінюється з глибиною. Отже, інтервал між двома послідовними мінімумами або максимумами температури в середньому однаковий і становить у добовому ході 24 години, а в річному – 12 місяців. ØДругий закон Фур’є: якщо глибина зростає в арифметичній прогресії, то амплітуда коливань температури зменшується в геометричній прогресії. Наприклад, якщо амплітуда добових коливань на поверхні ґрунту дорівнює 16 ОС, то на глибині 20 см вона становить 4 ОС. На глибині 70 -100 см відмічається шар постійної добової температури. Від 15 -30 м знаходиться шар постійної річної температури.

ØТретій закон Фур’є: терміни настання максимальних і мінімальних температур як у добовому так і ØТретій закон Фур’є: терміни настання максимальних і мінімальних температур як у добовому так і в річному ході запізнюються з глибиною пропорційно їй. Так, добові екстремуми запізнюються на кожних 10 см в середньому на 2, 5 -3, 5 години, а річні на кожен метр глибини – на 20 -30 діб. ØЧетвертий закон Фур’є: глибини проникнення добових і річних коливань температури відносяться як квадратні крені з періодів коливань. Оскільки, період річних коливань у 365 разів більший від періоду добових коливань, то глибина проникнення річних коливань температури в 19 разів більша за глибину проникнення добових коливань температури в ґрунті.

Розподіл температури води з глибиною суттєво відрізняється від розподілу температури в ґрунті. В усьому Розподіл температури води з глибиною суттєво відрізняється від розподілу температури в ґрунті. В усьому шарі турбулентного перемішування (так званий квазіоднорідний шар) профіль температури близький до ізотермічного. Нижче квазіоднорідного шару температура води різко змінюється з глибиною. Цей шар називають шаром сезонного термоклину. В ньому розподіл температури з глибиною характеризується різким зниженням. Нижче сезонного термоклину (більше 300 м) температура води повільно знижується з глибиною, наближаючись до постійної (2 -4 ОС) протягом усього року.

7. Вічна мерзлота Мерзлими називають породи або ґрунти з від’ємною або нульовою температурою, в 7. Вічна мерзлота Мерзлими називають породи або ґрунти з від’ємною або нульовою температурою, в яких хоча б частина води перетворилася на лід. Виникає це явище внаслідок від’ємного радіаційного балансу взимку у високих та помірних широтах. Ø короткочасно мерзлі породи існують протягом годин, діб; Ø сезонно мерзлі – протягом місяців; Ø багаторічно мерзлі – протягом років, сотень, тисяч років.

Запитання для перевірки знань: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Рівняння теплового Запитання для перевірки знань: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Рівняння теплового балансу. Які величини впливають на цей показник? Чим визначається тепловий стан ґрунту? Від яких чинників залежить нагрівання та охолодження ґрунту? Що називають амплітудою добового та річного ходу температури поверхні ґрунту? Від яких чинників і як залежить амплітуда добового/річного ходу температури ґрунту? Які ви знаєте закони поширення тепла вглиб ґрунту? Як називають шар постійної добової / річної температури ґрунту? Чим відрізняється нагрівання водних басейнів від нагрівання ґрунту?