big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Тепловое равновесие на земной поверхности

Количество тепла, поступающее от солнца к земной поверхности ученые научились измерять давно, а вот определить расходные статьи теплового баланса стало возможным совсем недавно — всего лишь около четверти века тому назад. Теперь этот вопрос считается решенным. Там, где баланс не удается измерить, его рассчитывают, а там где нельзя рассчитать — измеряют. Более тысячи специальных актинометрических станций на земном шаре день за днем ведут наблюдение за солнечной радиацией, а многие сотни тысяч метеорологических станций в одни и те же часы измеряют температуру воздуха и почвы, влажность воздуха, ветер и другие элементы, необходимые для расчета расхода солнечного тепла и составления теплового баланса нашей планеты за каждые час, сутки, месяц, год. Большую работу в этой области проводит Главная геофизическая обсерватория в Ленинграде, являющаяся, как мы уже говорили, основной «бухгалтерией солнечного тепла» всей Земли.

Чтобы не отнимать время у читателя, мы не будем рассказывать, как это делается. Но обратить внимание на цифры, которые содержат необычайно емкую и очень интересную информацию, стоит. Несколько таких цифр мы взяли из Атласа теплового баланса и поместили, в табл. 2. В этой таблице приведен тепловой баланс поверхности континентов, океанов и всей Земли в целом.

Обратите внимание на эти цифры и попробуйте проанализировать их. Посмотрите, как неравномерно распределено тепло между континентами и насколько одинаково оно на всех океанах (исключая Арктический бассейн). Поверхность Европы и Северной Америки, оказывается, получает почти в два раза меньше солнечного тепла, чем Австралия или Африка, а тратит его на испарение почти столько же. Ясно, что на нагревание воздуха над этими континентами остается мало тепла. Поэтому и климат их холоднее.

А возьмите Антарктиду или Центральную Арктику. Их покрытые льдом и снегом поверхности вообще не получают в конечном итоге солнечного тепла. Несмотря на обилие солнца, каждый кв. см их поверхности ежегодно теряет от 4 до 7 ккал тепла. Можно себе представить, как охладились бы полярные области Земли и сколь низки были бы здесь температуры воздуха, если бы потери радиационного тепла не пополнялись теплом, приносимым воздушными течениями и выделяемым в процессе конденсации.

А посмотрите, как распределяется остаточная радиация на таких теплых материках, как Австралия и Южная Америка! Недаром один из них почти сплошь занят сухими степями и пустынями, а на другом воздух всегда влажен, как в оранжерее. Подобного рода таблицы и специальные карты составлены учеными Главной геофизической обсерватории не только для континентов и океанов, но и для различных географических широт южного и северного полушария за разные сезоны и месяцы года. Эти данные представляют интерес больше для специалистов разных областей географии и геофизики, и мы на них останавливаться не будем. Приведем лишь цифры средних годовых величин суммарной радиации (табл. 3), а также приходных (+) и расходных (—) статей теплового баланса поверхности для различных широт земного шара (ккал/см2мин).

Из таблицы видно, что на разных географических широтах в тепловом балансе Земля появляется еще одна статья. Это перенос тепла океаническими и морскими течениями. На эти течения как известно, не расходуется солнечное тепло. Они, как и воздушные течения, являются лишь механизмом, перераспределяющим тепло по земной поверхности. В экваториальной  зоне эта статья баланса, естественно будет расходной, достигает она по величине 25 процентов от остаточной радиации, а в высоких широтах, наоборот, представляет собой существенную статью прихода тепла. На океанах это тепло сравнимо по величине с остаточной радиацией, а иногда даже больше нее, а для,

всего пояса высоких широт равно примерно 1/3 от остаточной радиации. В целом для земного шара эта статья, конечно, равна нулю.

Чтобы лучше понять роль теплового баланса в жизни нашей планеты, следует прежде всего познакомиться с картами годовых величин различных составляющих теплового баланса поверхности Земли, в различных областях нашей планеты. Эти карты, заимствованные нами из Атласа теплового баланса, составленного группой ученых Главной геофизической обсерватории под руководством члена-корреспондента

Годовые суммы остаточной радиации на земной поверхности

Годовые величины суммарной радиации на земном шаре

АН СССР М. И. Будыко, показаны на рис. 6—9.

Тем, кто захочет повнимательнее рассмотреть приведенные таблицы и карты, они расскажут о многом. Прежде всего бросается в глаза, что остаточная радиация в умеренных широтах в 2—3 раза меньше, чем в тропических (рис. 7). В низких широтах над океанами она в 1,5—2 раза больше, чем над поверхностью суши, а в умеренных широтах это различие не наблюдается. В полярных широтах, несмотря, на большую суммарную радиацию, остаточная радиация вообще близка к нулю или даже отрицательна. Изолинии приходных и расходных статей теплового баланса в одних широтах идут параллельно широтным кругам, а на других образуют замкнутые области. Это своеобразные энергетические центры Земли. Каждая из них — предмет для раздумий и размышлений. Посмотрите, например, на карту суммарной радиации (рис. 6). Над тропиками континентов суммарная радиация оказывается в 1,5 и даже в 2 раза больше, чем над экватором (над океанами это уже не наблюдается).

Южная и Северная Африка и юго-западная часть Северной Америки — вот где, оказывается, расположены полюса солнечного тепла на Земле. Суммарная радиация здесь достигает 200 и более ккал/см2год. А остаточная радиация? (рис. 7). Она равна всего 60—70 ккал/см2год, то есть в 2 раза меньше, чем над рядом расположенными поверхностями океанов. И это понятно. Ведь на континентах вдоль тропических широт южного полушария проходят известные всему миру пояса пустынь: Сахара и Калахари в Африке, Патагония в Южной Америке, Западно-Австралийская пустыня в Австралии. Здесь ясное небо и сухой воздух, велика прямая радиация Солнца, но велико и излучение Земли.

Вдоль же экватора проходит наиболее влажная на Земле зона, где значительная облачность, часты и сильны осадки.

Пожалуй, наиболее интересной из всех карт теплового баланса является карта затрат тепла на испарение (рис. 8). Зоны максимальных затрат на него особенно четко ограничены и необычайно велики по размеру. Разделите каждую цифру, обозначенную на этой карте, на 0,6 ккал, и вы получите сумму испарения за год. Посмотрите, сколь неравномерны эти суммы даже над океанами. В экваториальной

Годовые затраты тепла на испарение на земной поверхности

Годовые затраты тепла на нагревание воздуха за счёт турбулентного обмена

зоне они составляют всего 1,0—1,3 м, а в тропической 2 и более метров в год. Полюс наибольшего испарения на Земле расположен у юго-восточного побережья Северной Америки, здесь годовая сумма испарения превышает 3 метра в год. А обратите внимание, насколько малы затраты тепла на испарение над отдельными областями континентов. Они в 10—20 раз меньше, чем над океанами.

Особый интерес представляет и рассмотрение карты годовых затрат тепла на нагревание воздуха (рис. 9). Хотя затраты по абсолютной величине не столь велики, как затраты на испарение, однако их распределение по земному шару весьма своеобразно. Если же учесть при этом, что эта составляющая баланса является основным фактором, формирующим температурный режим на Земле, то интерес к этой карте у читателя должен еще более повыситься. При рассмотрении карты прежде всего привлекают внимание ничтожные величины этой составляющей над океанами и морями в экваториальной и тропической зоне. Всего 0-5 ккал/см2год. Это значит, что различия между температурами зоны и воздуха в этой зоне очень малы, а следовательно, и температурный режим в течение года постоянен, он меняется лишь на 1—2 градуса.

Иные условия складываются над океанами в умеренных и высоких широтах северного полушария. Там, где в океане проходят теплые течения (Гольфстрим, Куро-Сиво и др.), затраты тепла на нагревание воздуха даже в среднем за год увеличиваются, по сравнению с низкими широтами, в 5—10 раз, а в зимние месяцы — еще больше. Они становятся сравнимыми уже с величинами остаточной радиации в этих широтах.

Иная картина там, где проходят холодные течения. Температуры воды и воздуха здесь различаются между собой меньше и сравнительно невысоки. Поэтому и турбулентный обмен очень слаб. То же самое происходит в умеренных и высоких широтах южного полушария, за исключением полярных широт. В полярных широтах, как мы сказали, турбулентный теплообмен является уже положительной статьей теплового баланса и практически основным источником, спасающим поверхность Земли от сильного выхолаживания.

Из анализа карт и таблиц можно сделать и целый ряд других интересных выводов, но мы предоставим возможность читателю самому подумать над этим.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.