Главный и единственный источник тепла на нашей планете – Солнце. Количество солнечной энергии, которое поступает на верхнюю границу атмосферы, практически постоянно. Известно, что солнечная активность меняется циклично с периодом изменений около 11 лет, однако, в годы максимума поток радиации может увеличиваться на 1-2%, это небольшие отклонения.
Солнечная постоянная
Ученые вычислили мощность солнечного излучения (она называется солнечная постоянная) − 1,36 киловатта на каждый квадратный метр поверхности Земли. Чтобы понять величину этой энергии, представьте, что 50 лампочек по 60 Вт освещают поверхность площадью один квадратный метр.
Такое огромное количество энергии приходит на верхнюю границу атмосферы. Сколько реально получает поверхность Земли? Попробуем разобраться. Озон поглощает 13% солнечной радиации, 36% отражается обратно в космос атмосферными газами, облаками, поверхностью Земли.
Получается, что на самом деле до поверхности Земли доходит 51% солнечной радиации или 0,69 киловатт на квадратный метр. Эта величина называется метеорологической солнечной постоянной.
Теплообмен явный и скрытый
Из-за различия физических свойств воздуха и почвы (плотность, теплопроводность) температура поверхности Земли выше, чем температура воздуха. Поэтому земная поверхность отдает свое тепло нижним слоям атмосферы, то есть атмосфера просто нагревается от земли как от батареи отопления. Это один вид теплообмена − явный.
Второй вид связан с испарением влаги с поверхности земли. При испарении воды расходуется огромное количество тепловой энергии. Еще один наглядный пример. Оказывается, чтобы вскипятить и полностью испарить двухлитровый чайник, потребуется 15% энергии, которую потребляет двухкомнатная квартира за целый месяц! Можно представить, сколько тепловой энергии требуется на испарение с поверхности рек, озер, морей, океанов. Вся испарившаяся с поверхности земли и океанов влага поступает в виде водяного пара в атмосферу, и там, достигнув определенной высоты, конденсируется, превращаясь в облака. Такой вид теплообмена − благодаря испарению − называется скрытым.
Сохраняется ли тепловой баланс
Если рассматривать средние за год потоки тепла, то, по подсчетам ученых, поток скрытого тепла в атмосферу в четыре раза больше явного потока тепла. Однако, атмосфера не только получает тепло, но и отдает. Как всякое нагретое тело, воздух излучает длинноволновую тепловую радиацию, и она уходит в космос. Это третий поток тепла, он всегда отрицательный.
Если рассматривать всю толщу атмосферы для Земли в целом, то потоки скрытого и явного тепла, поступающие в атмосферу, уравновешиваются потоком уходящей длинноволновой радиации. Это называется тепловой баланс атмосферы.
Однако, если посмотрим на разные районы Земли, то никакой баланс там не выдерживается. В экваториальной и тропической зонах атмосфера накапливает тепло (баланс положительный), а в умеренных широтах и за полярным кругом атмосфера отдает тепла больше, чем получает (баланс отрицательный).
Но мы знаем, что эти контрасты не накапливаются, а, наоборот, сглаживаются. Значит, должен существовать механизм переноса тепла от низких широт к высоким. Действительно, постоянно действующая система воздушных течений переносит избыточное тепло тропиков к полюсам. Это называется атмосферная циркуляция.
Спасибо, что дочитали статью! Если понравилось, не забудьте поставить палец вверх и подписаться на канал.