ПЕРЕНОС ДЛИННОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ. Распространение в атмосфере земного излучения и излучения самой атмосферы при наличии излучения и поглощения радиации в каждом объеме воздуха. Рассеянием для длинноволновой радиации можно пренебречь.[ ...]
Синоним: длинноволновое излучение.[ ...]
Максимум излучения в солнечном спектре лежит в желто-зеленой области видимого интервала длин волн (559 - 571 нм). Эта область практически не поглощается С02. Нагретые поверхности отдают тепловую энергию снова в атмосферу в виде длинноволнового излучения, которое интенсивно поглощается молекулами С02, что препятствует рассеиванию тепла, излучаемого Землей, затрудняет охлаждение земной поверхности и вызывает общее повышение температуры.[ ...]
Эффективное длинноволновое излучение земной поверхности составляет 21 единицу, из которых 15 единиц поглощается главным образом водяным паром и углекислым газом, а оставшаяся часть уходит в космическое пространство. Основной вклад в поток уходящей длинноволновой радиации вносит излучение облаками, водяным паром и углекислым газом. Уходящий с верхней границы атмосферы поток равен 70 единицам, что и требуется для баланса пришедшей солнечной радиации.[ ...]
АТМОСФЕРНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ. Собственное длинноволновое излучение атмосферы и облаков в области длин волн от 4 до 120 мкм и с максимумом около 14,5 мкм (при средней температуре 200 К). Основную роль в А. И. играет водяной пар. Большая часть атмосферного излучения (около 70%) достигает земной поверхности и называется встречным излучением атмосферы, другая часть (около 30%) направлена в мировое пространство и носит название уходящей радиации.[ ...]
Энергия солнечного излучения не только поглощается поверхностью Земли, но и отражается ею в виде потока длинноволнового излучения. Более светло окрашенные поверхности отражают свет более интенсивно, чем темные. Так, чистый снег отражает 80-95 %, загрязненный - 40-50, черноземная почва - 5-14, светлый песок - 35-45, полог леса - 10-18 %. Отношение отражаемого поверхностью потока солнечного излучения к поступившему называется альбедо.[ ...]
Идущий от поверхности поток уходящей длинноволновой радиации убывает с высотой и достигает минимума на уровне тропопаузы или в 2-километровом слое над ней [124]. Вклад стратосферы в величину Ri, согласно [467], не превышает 3—10 %, что позволяет автору [298] отождествлять величины Ri с излучением абсолютно черного тела при температуре на уровне тропопаузы с точностью ±20 %. Одной из важнейших проблем анализа данных по длинноволновому излучению, так же как и при исследовании альбедо, является его чувствительность к изменениям приземной температуры воздуха. Обзор таких связей, имеющих вид многомерных линейных зависимостей, приведен в [155, 308], где даются числовые значения эмпирических коэффициентов. Исследование обширного материала, приведенного в [51], позволило установить, что полиномы выше первой степени не улучшают аппроксимации Ri(Ta).[ ...]
Синонимы: уходящая радиация; уходящее длинноволновое излучение.[ ...]
На рис. 14.5 условно изображены два сорта излучения, одно — приходящее от Солнца, с максимумом по интенсивности в оптическом диапазоне, другое — уходящее от Земли. Уходящее излучение содержит как коротковолновое излучение, рассеянное и отраженное атмосферой и поверхностью Земли, так и длинноволновое, связанное с излучением самой планеты. Если взять за 100% излучение, которое приходит от Солнца, то примерно 31% от него отражается и рассеивается атмосферой сразу: 17% облаками, 6% поверхностью земли и 8% безоблачной атмосферой. Назад уходит примерно 31%, а 69% этого коротковолнового излучения поглощается атмосферой (4% поглощается облаками, а 22% — безоблачной атмосферой) и 43% Землей. В установившемся стационарном режиме атмосфера излучает во внешнее пространство те же 69% низкочастотного ИК излучения. Причем атмосфера излучает низкочастотное ИК излучение и вниз, в Землю (67 + 34 = 101%), а Земля излучает в атмосферу 115% ИК излучения + 29% энергии скрытым теплом и турбулентными потоками, что составляет 144% по энергии от падающего излучения. Хотя поток энергии от поверхности Земли превышает 100%, никакого противоречия с законом сохранения энергии здесь нет, поскольку Земля получает 43% по энергии высокочастотным излучением и 101% (67 + 34 = 101%) низкочастотным ИК излучением от атмосферы, что составляет те же 144%. Таким образом, между поверхностью Земли и атмосферой благодаря парниковому эффекту возникают встречные потоки энергии, которые дополнительно нагревают атмосферу и поверхность Земли.[ ...]
| То же, что на рис. 6.11, но для потоков длинноволнового излучения атмосферы А/ на ее границах для случаев А и В изменений содержания озона. |  |
Подстилающая поверхность расходует тепло на длинноволновое излучение. Расход этот пропорционалеп четвертой степени абсолютной температуры подстилающей поверхности. Но чем выше температура воды, тем выше и влагосодержание атмосферы. Когда увеличивается ее влагосодержание, она в ответ начинает тормозить то длинноволновое излучение, которое идет от поверхностных вод океана. Поэтому при теплой поверхности океана климат в прошлом всегда был благоприятным при неизменной деятельности Солнца. Отсюда вывод — по мере того как межокеаническая переброска теплых поверхностных вод Атлантики через Арктический бассейн в Тихий океан превысит 140 000 км3/год, еще больше выравняется разница температур между экватором и Северным полюсом. Разрыв между их тепловыми режимами будет сглаживаться не за счет понижения экваториальных температур, а исключительно за счет повышения температуры поверхностных вод Полярного бассейна и за счет более экономной отдачи тепла в межпланетное пространство.[ ...]
Углекислый газ играет определенную роль в поглощении длинноволнового излучения и поддержании “оранжерейного эффекта”, повышающего темпера-туру у поверхности Земли. Наблюдения и теоретические расчеты свидетельствуют о глобальном накоплении углекислого газа в связи со все увеличивающимися объемами сжигаемого топлива. Количество углекислого газа в атмосфере ежегодно увеличивается в среднем на 0,02% (содержание его в атмосфере уже к 2000 г. составит 0,0379%), что может отрицательно отразиться на климатических условиях — создается так называемый “парниковый эффект” из-за препятствия рассеивания тепла от поверхности Земли (изменение теплового баланса планеты).[ ...]
Другой энергетический компонент среды обитания — тепловое излучение. Оно исходит от всех поверхностей и тел, температура которых выше абсолютного нуля. Это не только почва, вода и растения, но и облака, излучающие вниз, на экосистемы, значительные количества тепловой энергии. Потоки длинноволнового излучения, разумеется, распространяются беспрестанно и во всех направлениях, а солнечный компонент имеет четкую направленность и поступает только днем. Следовательно, количество тепловой энергии, получаемой со всех сторон за сутки летом животным на открытом пространстве или листом растения, может в несколько раз превышать направленное прямо вниз излучение Солнца [в случае, рассмотренном Гейтсом (Gates, 1963), это соответственно 1660 и 670 кал-см 2]. Кроме того, тепловая энергия поглощается биомассой полнее, чем солнечное излучение. Большое экологическое значение имеют суточные колебания. В таких биотопах, как пустыни или высокогорные тундры, дневной поток энергии во много раз больше ночного, а в глубоководных зонах океана, в глубине тропического леса (и, конечно, в пещерах) общий поток излучения может на протяжении суток оставаться практически постоянным.[ ...]
В настоящее время большое внимание уделяется теории переноса длинноволнового излучения в облачности как совокупности облаков конечных горизонтальных размеров. В ряде работ [7, 14, 23, 27, 28] предлагается рассчитывать среднюю интенсивность длинноволновой радиации в разорванной облачности на основе решений уравнения переноса, полученных для сплошного однородного слоя, изолированного облака и ансамбля регулярно расположенных в пространстве облаков. Здесь на основе идей и методов, используемых в коротковолновой области спектра, получим и решим уравнения для средней интенсивности длинноволновой радиации [13, 30].[ ...]
Радиационно-активными примесями атмосферы в основном не задерживается длинноволновое излучение в диапазоне 8-13 мкм. Через это окно прозрачности и еще небольшие щелочки в газов о-паров ом экране Земли в Космос вырывается даже чуть больше тепла, чем поглощается извне. Это и обеспечивает в конце концов почти точный баланс прихода и расхода тепла на Земле.[ ...]
Вторым важнейшим компонентом радиационного баланса (1.1) является уходящее длинноволновое излучение системы Земля —■ атмосфера. В случае абсолютно черного тела излучение пропорционально четвертой степени температуры. Спектр излучения абсолютно черного тела следует из квантовой гипотезы Планка и весь лежит в диапазоне от 3,5 до 80 мкм. Длина волны, отвечающая максимуму в спектре, в соответствии с законом Вина составляет при 293 К 9,85 мкм. Земля, строго говоря, не является абсолютно черным телом/поэтому одной из важнейших становится задача параметризации коэффициента «серости» системы Земля — атмосфера. Количественной основой для этого могут служить спутниковые измерения уходящего излучения. Исторический обзор обработки и анализа спутниковых данных по радиационному длинноволновому излучению приводится в [155, 156]. В настоящее время имеется порядка 5—10 серий спутниковых измерений Ri продолжительностью более года. Зонально осреднен-ные значения уходящего излучения максимальны в зоне 10° с. ш. — 20° ю. ш. (240—265 Вт/ма) и минимальны в приполярных районах (135—170 Вт/м2). Амплитуды годового хода Ri составляют 5—6 Вт/м2 в экваториально-тропических широтах и 20—25 Вт/м2 в приполярных. Значения над океанами в среднем выше, чем над сушей, на 10—15%- В [156] приводится анализ поля длинноволнового излучения с помощью аппарата эмпирических ортогональных функций, позволивший выявить многие важные закономерности пространственной дифференциации. В многочисленных параметризациях, как правило, используются зависимости уходящего излучения от приземной температуры, облачности и влагосодержания атмосферы [51, 155, 225, 298, 308].[ ...]
Еще более неудовлетворительные результаты получаются при расчетах потоков длинноволнового излучения поверхности морей и океанов, а также потоков явного и скрытого тепла, в расчетные формулы которых также входит Ти, при использовании метеорологических наблюдений, производимых вахтенными штурманами. Для характеристики температуры водной поверхности они, как правило, используют температуру забортной воды, поступающей в систему охлаждения силовой установки судна. Эта температура может отличаться от Тп на 1—2°С и более. Существует проблема определения температуры излучающей поверхности для фунтов и различных растительных сообществ.[ ...]
Шулейкин [грименил формулу Онгстрема (6) для вычисления потерь на эффективное излучение водами Атлантического океана при составлении полного теплового баланса поверхности Северной Атлантики. В результате полный баланс, о котором будет речь ниже, оказался отрицательным даже в тропической зоне (разумеется, в зимнее время). Это заставило организовать в следующем рейсе «Седова» непосредственные измерения эффективного излучения. В мастерских Главной геофизической обсерватории были заказаны датчики длинноволнового излучения для установки на мачтах. Такой датчик, сконструированный Ю. Д. Янишевским, состоит из полосок манганина и константана шириной 0,45 мм, толщиной 0,019 мм и длиной 8 мм [1]. Нечетные спаи расположены на медных штифтах, изолированных в электрическом отношении от массивной металлической пластины, в которой они прикреплены. Эта пластина находится в тепловом контакте с корпусом и принимает температуру окружающего воздуха.[ ...]
Наряду с коротковолновой радиацией (0,17+0, 14 мкм) к земной поверхности поступает длинноволновое излучение атмосферы Е . Земная поверхность в свою очередь излучает длинноволновую радиацию Еэ в соответствии со своей температурой, 99% излучения земли и атмосферы имеет длины волн от 4 до 40 мкм.[ ...]
Механизм возникновения «парникового» эффекта чрезвычайно прост. Обычное солнечное излучение при безоблачной погоде и чистой атмосфере сравнительно легко достигает поверхности Земли, поглощается поверхностью почвы, растительностью, постройками и т. д. Нагретые поверхности отдают тепловую энергию снова в атмосферу, но уже в виде длинноволнового излучения в соответствии с законом Вина, согласно которому частота излучения с максимальной интенсивностью Кпах прямо пропорциональна абсолютной температуре Т: К,а ЬТ, где Ь — константа.[ ...]
Суть парникового эффекта заключается в том, что парниковые газы хорошо пропускают солнечное излучение, доходящее до поверхности Земли и нагревающее ее, и заметно поглощают отраженное тепловое (длинноволновое) излучение нагретой поверхности и нижних слоев атмосферы. Часть этого поглощенного теплового излучения возвращается атмосферой к поверхности Земли. Не будь этого эффекта, средняя температура земной поверхности была бы на 3,2...5,0°С ниже нынешних 14,5°С.[ ...]
В. П. интенсивно поглощает солнечную радиацию в красной и инфракрасной частях спектра, а также и длинноволновое излучение (см. поглощение радиации).[ ...]
Здесь (5зг — приходящая на верхнюю границу зоны коротковолновая радиация; а — альбедо; 1 — уходящее длинноволновое излучение — (ккал/см2 • мес) и — температура поверхности; — средняя равновесная температура, 0 С; в = 0,5 — балл облачности; А = 14,0, В = 0,14; А = 3,0, В =0,10 — размерные коэффициенты. Справа в уравнении баланса энергии (12) —меридиональный приток тепла в виде закона Ньютона, где (5 = 0,235 ккал/см2 • мес • град. Все коэффициенты в (12) и (13) определены на основе эмпирического материала. Считая меридиональные потоки тепла неизвестными, найдем их значения, при которых имеет место минимум скорости обмена энтропией с внешней средой для этой модели. В простейшем случае, когда северное, например, полушарие разбито на две широтные зоны равной площади, возможно несложное аналитическое решение поставленной задачи.[ ...]
Парниковый эффект. Он почти целиком создается из-за отражения к Земле парниковыми газами и парами воды уходящего длинноволнового излучения. Ныне среднеглобальная температура близка к 15°С, а могла бы быть -18°С, если бы планету не подогревали: пары воды на 20,6°К, С02 на 7,2°К, N20 на 1,4°К, СН4 на 0,8°К, 03 на 2,4°К и фреоны на 0,8°К. Температуры даются по шкале Кельвина, по которой неслучайно отсчет ведется от абсолютного нуля или от -273°С. Этим подчеркивается, что нашу планету в основном нагревает коротковолновая солнечная радиация, условно говоря, от абсолютного нуля до -18°С, а дообогревает ее, так называемое, противоизлучение атмосферы. Такой вариант определения величины парникового эффекта газообразных примесей атмосферы, равный 33,2°К разработан К.Я.Кондратьевым и Н.И.Москаленко (1987). Существуют и другие оценки.[ ...]
Закон Кирхгофа дает принципиальное качественное правило — «как тело поглощает, так и излучает». Многие газы, поглощая излучение лишь определенной длины волны, имеют при разреженном давлении линии поглощения, которые при повышении давления превращаются в полосы поглощения. Вне полос поглощения они прозрачны для излучения и, естественно, не излучают радиацию сами. В качестве примера можно привести водяной пар, озон, углекислый газ идр. Важным обстоятельством при этом является то, что водяной пар, например, практически прозрачен для коротковолновой солнечной радиации, но интенсивно поглощает длинноволновое излучение земной поверхности. Излучение земной поверхности формируется в результате нагревания ее в первую очередь коротковолновой солнечной радиацией.[ ...]
Тепловой режим водной поверхности в значительной степени определяется величиной радиационного баланса, равной сумме энергии коротковолнового и длинноволнового излучения, поглощаемого деятельным слоем водоема. Температура водной поверхности, определяющая упругость насыщения водяного пара и, следовательно, скорость испарения, зависит от величины радиационного баланса, теплообмена в воде, атмосфере и грунте (для мелководных водоемов), теплоты фазовых переходов (испарения и конденсации).[ ...]
Лондона, приведенным в монографии А. X. Хрги-ана, для северного полушария в среднем за год отражается в мировое пространство около 123 Вт/м2 и теряется за счет длинноволнового излучения около 226 Вт/м2, при этом поглощается атмосферой около 61 Вт/м2, а земной поверхностью — 165Вт/м2.[ ...]
Как известно, наиболее серьезными антропогенными причинами возможного изменения климата являются: увеличение в атмосфере углекислого газа и других газовых примесей, поглощающих длинноволновые излучения и влияющих на озоносферу Земли; выделение антропогенного тепла; выброс в атмосферу частиц веществ, формирующих слои стратосферных и тропосферных аэрозолей. Антропогенные аэрозоли изменяют отражательную способность атмосферы, а также, действуя в качестве ядер конденсации, влияют на процессы осадкообразования. Различные способы землепользования, изменение растительности ведут к изменению альбедо Земли. Однако недостаточно изучить эти процессы в целом, необходим регулярный мониторинг этих воздействий в пространстве и во времени, а также мониторинг эффектов, вызываемых ими.[ ...]
Из физически разумного предположения о возрастании концентрации водяного пара с увеличением температуры следует, что молено ожидать увеличения водности, возрастание которой приводит к росту альбедо облаков, но мало сказывается на их длинноволновом излучении, за исключением перистых облаков, которые не являются абсолютно черными. Это уменьшает нагревание атмосферы и поверхности солнечным излучением и, следовательно, температуру и дает пример отрицательной облачнорадиационной обратной связи. Оценки величины параметра X данной обратной связи изменяются в широких пределах от 0 до 1,9 Вт-м 2-К 1 [38, 40]. Следует отметить, что недостаточно детальное описание физических, оптических и радиационных свойств облаков, а также неучет их пространственной неоднородности является одним из основных источников неопределенности в исследованиях по проблеме изменения глобального климата.[ ...]
Регулярные исследования радиационного баланса различных слоев атмосферы осуществляются путем актинометрического радиозондирования. При актинометрическом радиозондировании измеряются в темное время суток разности потоков восходящего и нисходящего длинноволнового излучения, т.е. эффективное излучение на стандартных изобарических уровнях. Потоки коротковолновой радиации измеряются лишь путем самолетного и аэростатного зондирования.[ ...]
Использовали данные о температуре подаваемых на очистку стоков за последние пять лет, предшествовавших модернизации станции. На температуру в реакторе влияют следующие факторы. Положительное влияние оказывают температура подаваемого стока, солнечное излучение, механическая энергия и энергия, выделяющаяся в биологическом процессе. Температурные потери связаны с испарением и конвекцией, вызванной ветрами, длинноволновым излучением, таянием выпавшего снега и поглощением в почве. Эти явления были промоделированы с тем, чтобы предсказать температуру в аэротенке в зимний период времени.[ ...]
Значение углекислого газа атмосферы для географической оболочки не ограничивается его участием в создании органического вещества. Важные последствия имеет свойство углекислого газа пропускать коротковолновую солнечную радиацию и поглощать часть теплового длинноволнового излучения, что создает так называемый парниковый эффект, выраженный в повышении температуры воздуха вблизи поверхности Земли.[ ...]
Несмотря на непрерывное облучение, Земля (вместе с ее атмосферой) находится в состоянии радиационного равновесия: она теряет столько же радиации, сколько и получает ее. Если принять за 100 единиц поток солнечной радиации на границе атмосферы, то уходящая радиация (длинноволновое излучение земной поверхности атмосферы, уходящее в Космос) составит 70 единиц, остальные 30 единиц приходятся на отраженную и рассеянную коротковолновую солнечную радиацию, выходящую за границы атмосферы.[ ...]
Суть парникового эффекта состоит в следующем. Солнечные лучи проникают сквозь земную атмосферу к поверхности Земли. Однако накопление в атмосфере диоксида углерода, оксидов азота, метана, паров воды, фторхлор-углеводородов (фреонов) приводит к тому, что тепловое длинноволновое излучение Земли поглощается атмосферой. Это приводит к накоплению избыточной теплоты в приземном слое воздуха, т. е. нарушается тепловой баланс планеты. Такой эффект подобен тому, который мы наблюдаем в покрытых стеклом или пленкой парниках. В результате температура воздуха у земной поверхности может возрасти.[ ...]
К настоящему времени деятельность человека значительно влияет на состав воздуха планеты и приводит прежде всего к созданию парникового эффекта, т. е. к увеличению содержания в нем парниковых газов. Эти газы, будучи прозрачными для коротковолновых солнечных лучей, плохо пропускают длинноволновые излучения, уходящие обратно в космическое пространство. В результате нижний слой атмосферы и поверхность Земли нагреваются. Рост средней температуры за последние полтора века показан на рис. 9.3.[ ...]
В тропосфере находится большая часть космической и антропогенной пыли, водяного пара, азота, кислорода и инертных газов. Она практически прозрачна для проходящей через нее коротковолновой солнечной радиации. Вместе с тем содержащиеся в ней пары воды, озон и углекислый газ достаточно сильно поглощают тепловое (длинноволновое) излучение нашей планеты, в результате чего происходит некоторое нагревание тропосферы. Это приводит к вертикальному перемещению потоков воздуха, конденсации водяного пара, образованию облаков и выпадению осадков.[ ...]
Что касается характера распространения в застройке отраженной и излучаемой поверхностями радиации, то их тепловое действие проявляется на • следующих расстояниях от поверхности: при юго-восточной и южной ориентации — 4—5 м; юго-западной —7— 8 м; западной — 9—10 м; северо-западной — 5—6 м. Радиус действия теплового длинноволнового излучения нагретых поверхностей несколько больше. Так, при западной ориентации поверхности он достигает 15—16 м.[ ...]
Плотность В. П. относительно воздуха при равных значениях температуры и давления 0,623. Давление (упругость) В. П. для состояния па сыщения зависит от температуры (см. упругость насыщения). Удельная теплоемкость В. П. при 100° и 760 мм рт. ст. — 0,487 кал/г-град. В. П. интенсивно поглощает солнечную радиацию в красной и инфракрасной частях спектра, а также и длинноволновое излучение (см. поглощение радиации).[ ...]
Эта реакция вблизи от земной поверхности протекает в незначительной степени, так как для ее осуществления требуется УФ-излу-чение с длиной волны больше 290 нм, а интенсивность этих лучей около земли крайне невелика. При взаимодействии пестицидов, содержащих в своем составе ароматические компоненты, с соответствующими твердыми веществами или растворителями область поглощения УФ-лучей сместится в длинноволновую область (ба-тохромный сдвиг), что обеспечивает достаточную интенсивность околоземного длинноволнового излучения.[ ...]