big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Тепловое равновесие атмосферы и Земли как планеты

Рассказ об энергетических ресурсах нашей планеты был бы далеко не полным, если бы мы рассматривали их только на земной поверхности.

Земля представляет собой одно целое с атмосферой. Все процессы, происходящие на Земле и в атмосфере, так или иначе взаимосвязаны между собой и влияют друг на друга. Особенно это относится к балансу энергии и вещества. Атмосфера нагревается от земной поверхности, но и сама, в свою очередь, отдает тепло земной поверхности. Она, как огромный экран, предохраняет землю, с одной стороны, от вторжения из космоса нежелательной для развития жизненных процессов радиации, а с другой — от охлаждения за счет эффективного излучения.

Циркуляция атмосферы перераспределяет тепло по земному шару, нивелирует тепловой уровень нашей планеты, доставляет тепло тем областям, где его мало, и забирает оттуда, где оно в излишке.

Чтобы выдерживалось тепловое равновесие Земли как планеты, необходимо, чтобы тепловой баланс атмосферы был таким же, как тепловой баланс поверхности Земли, только с обратным знаком, то есть те же статьи баланса, которые для поверхности Земли являются приходными, для атмосферы были бы расходными и наоборот. Так оно и есть на самом деле. Вот как выглядит тепловой баланс атмосферы для Земли в целом (табл. 4).

Основная приходная статья теплового баланса для поверхности Земли — остаточная радиация - для атмосферы является главной расходной статьей.

Основное место в нагревании атмосферы занимает тепло, выделяемое при конденсации водяного пара во время образования облаков, а также тепло, отдаваемое земной поверхностью на ее нагревание путем турбулентного теплообмена. Ученые главной геофизической обсерватории Т. Г. Берляйд и К. Я. Винников рассчитали тепловой баланс атмосферы для различных географических широт планеты (табл. 5).

Как видно из таблицы, радиационное охлаждение атмосферы происходит примерно одинаково на всех широтах, исключая полярные области Земли, где атмосфера охлаждается сильнее всего (особенно над Антарктидой). Нагревается же атмосфера совершенно по-разному. В экваториальных и тропических широтах она нагревается на девять десятых за счет конденсационного тепла и только на одну десятую за счет турбулентного теплообмена. Тепла, получаемого атмосферой на этих широтах (особенно в северном полушарии), так много, что от 1/3 до 1/2 его уносится воздушными течениями в более высокие широты. В умеренных, широтах северного полушария приход тепла от конденсации и турбулентного обмена составляет соотношение 2:1, а в высоких широтах наоборот, основная роль в нагревании, атмосферы принадлежит адвекции, то есть теплу, приносимом воздушными течениями. Над умеренными широтами южного полушария, где небо очень часто целиком покрыто облаками, основная роль в нагревании атмосферы принадлежит теплу конденсации. Совершенно очевидно, что для того, чтобы получить представление о тепловом балансе нашей планеты в целой, достаточно алгебраически сложить его приходную и расходные составляющие на каждой из указанных широт (см. табл. 6).

Рассматривая эту таблицу, мы оцениваем тепловой бюджет нашей планеты за год, как бы находясь за ее пределами. Даже беглый взгляд на эту таблицу показывает, сколь различен тепловой баланс в разных зонах Земли.

Вид тепловых воздушных течений и облаков из космоса

Вид тепловых воздушных течений и облаков из космоса

По настоящему теплым поясом - на Земле оказывается лишь зона, расположенная от экватора до 40 градуса северной и южной широты. Даже так называемые умеренные широты Земли на самом деле являются холодными широтами. Расход солнечного тепла здесь больше прихода, а остаточная радиация имеет отрицательный знак.

Чем ближе к полюсам Земли, тем больше становятся потери радиационного тепла. В полярных районах они превышают уже 70 ккал/см2год, то есть в семь раз больше, чем в умеренных широтах. Основным источником тепла для этих широт служит тепло конденсации. Немало тепла приносят сюда воздушные и морские течения.

Для умеренных широт воздушные течения даже в северном полушарии играют уже второстепенную роль, а в южном они приносят только холод.

Но приведённые в табл. 6 данные дают лишь общее представление о тепловом балансе нашей планеты. Материалы, полученные в последнее время благодаря искусственным спутникам Земли, показывают, что, в действительности тепловое равновесие Земли поддерживается куда более сложным механизмом, чем тот, о котором мы только что рассказывали. Посмотрите на рис. 10, как выглядела, например, наша планета из космоса 21 сентября 1968 года в 11 часов дня по московскому времени. Снимок этот был сделан станцией «Зонд-5» с высоты 90 тысяч километров. На нем виден освещенный Солнцем диск Земли между 120 градусами западной и 60 градусами восточной долготы, то есть примерно между восточным побережьем Америки и Уралом. На снимке вся циркуляция атмосферы как на ладони, видно, сколь мощные потоки тепла захватываются огромными циклоническими вихрями и направляются к полюсам Земли, начиная от 40 широт северного и южного полушарий. А между этими широтами большей частью ясное небо (оно выглядит на снимке черным). Только белые кучевые облака ожерельем опоясывают зону экватора, как бы показывая нам, как велика здесь сила конвекции, да тонкая пелена перистых и высокослоистых облаков затянула умеренные широты европейского континента.

И это только один снимок. Серия подобных снимков, полученных из космоса с помощью метеорологических спутников Земли, позволяет проследить сложнейшую картину теплового состояния нашей планеты уже за длительные промежутки времени. Когда расшифровываешь эти снимки, прежде всего бросается в глаза наличие в тепловом поясе Земли громадных холодных озер и даже целых морей. Удивительнее всего то, что наблюдаются они над, казалось бы, самыми жаркими областями планеты — Сахарой, над пустынями Азии и Австралии. Особенно поражает море холода, расположенное над Сахарой. Это море было обнаружено и расчетами К. Я. Винникова, но выглядело оно у него менее глубоким и холодным, чем оказалось на самом деле. Как же объяснить существование таких областей холода над жарким поясом? Помните, в первой главе мы говорили о законе излучения черных тел, каким является и Земля. Оно прямую пропорционально четвертой степени абсолютной температуры их излучающей поверхности. В пустыне Сахаре, где, температура песка днём достигает 80 градусов. Это излучение примерно в полтора раза больше, чем в умеренных широтах. Да и облачность над пустынями отсутствует. Поэтому земная поверхность здесь беспрепятственно охлаждается днем и ночью. В целом за сутки, месяц или год потери тепла 3 пустынях значительно превышают его приход. Поэтому эти районы Земли, подобно полярным областям, и кажутся холодными. Помимо пустынь, озёра или очаги холода располагаются над обширными плоскогорьями и горными массивами. А вот районы умеренных широт, над которыми проходят морские и воздушные течения, кажутся из космоса теплыми горными цепями. Такое чередование морей холода и высоких тепловых гор создает над нашей планетой до удивления сложную картину теплового равновесия, которая беспрестанно меняется, но в то же время выглядит довольно постоянной.

Эта система воздушных гор, воздушных рек, озер и морей, непрерывно меняющаяся во времени и пространстве и порождает различного рода теплые и холодные струйные течения, возникновение разного рода атмосферных вихрей, образование настоящих воздушных фронтов,  на которых происходят поистине гигантские столкновения теплых и холодных масс воздуха, во время которых и выделяются те огромные массы энергии, питающие нашу атмосферу теплом, а иногда и, причиняющие нам неисчислимые бедствия.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.