Дать определение радиационного баланса и его составляющих.

 

Задание № 1

Дать определение радиационного баланса и его составляющих.

Суммарная солнечная радиация, поступившая на земную поверхность, частично отражается обратно. Отношение отраженной радиации к суммарной, выраженное в процентах, называется альбедо. Альбедо характеризует отражательную способность поверхности и зависит от ее цвета, влажности и других свойств.
Наибольшей отражательной способностью обладает свежевыпавший снег – до 90%. Альбедо песков 30-35%, травы – 20%, лиственного леса – 16-27%, хвойного – 6-19%; сухой чернозем имеет альбедо 14%, влажный – 8%. Альбедо Земли как планеты принимают равным 35%.
Поглощая радиацию, Земля сама становится источником излучения. Тепловое излучение Земли – земная радиация – является длинноволновым, т.к. длина волны зависит от температуры: чем выше температура излучающего тела, тем короче длина волны испускаемых им лучей. Излучение земной поверхности нагревает атмосферу и она сама начинает излучать радиацию в мировое пространство (встречное излучение атмосферы) и к земной поверхности. Встречное излучение атмосферы тоже длинноволновое. В атмосфере встречаются два потока длинноволновой радиации – излучение поверхности (земная радиация) и излучение атмосферы. Разность между ними, определяющая фактическую потерю теплоты земной поверхностью, называется эффективным излучением, оно направлено в Космос, т.к. земное излучение больше. Эффективное излучение больше днем и летом, т.к. зависит от нагрева поверхности. Эффективное излучение зависит от влажности воздуха: чем больше в воздухе водяных паров или капелек воды, тем излучение меньше (поэтому зимой в пасмурную погоду всегда теплее, чем в ясную). В целом для Земли эффективное излучение равно 190 кДж/см² в год (наибольшее в тропических пустынях – 380, наименьшее в полярных широтах – 85 кДж/см² в год).

 

Земля одновременно получает радиацию и отдает ее.

Разность между получаемой и расходуемой радиацией называется радиационным балансом, или остаточной радиацией. Приход радиационного баланса поверхности составляет суммарная радиация (Q) и встречное излучение атмосферы. Расход – отраженная радиация (R_k) и земное излучение. Разность между земным излучением и встречным излучением атмосферы – эффективное излучение (Е_эф) имеет знак минус и является частью расхода в радиационном балансе:
R_б(В)= Q - E_эф - R_k

Радиационный баланс распределяется зонально: уменьшается от экватора к полюсам. Наибольший радиационный баланс свойственен экваториальным широтам и составляет 330-420 кДж/см² в год, в тропических широтах он снижается до 250-290 кДж/см² в год (объясняется возрастанием эффективного излучения), в умеренных широтах радиационный баланс уменьшается до 210-85 кДж/см² в год, в полярных широтах его величина приближается к нулю. Общая особенность радиационного баланса в том, что над океанами на всех широтах радиационный баланс выше на 40-85 кДж/см², т.к. альбедо воды и эффективное излучение океана меньше.

Приходную часть радиационного баланса атмосферы (R_б) составляют эффективное излучение (Е_эф) и поглощенная солнечная радиация (R_п), расходная часть определяется атмосферной радиацией, уходящей в космос (Е_а):
-R_{б =} Е_эф - Е_а + R_п

Радиационный баланс атмосферы отрицательный, а поверхности – положительный. Суммарный радиационный баланс атмосферы и земной поверхности равен нулю, т.е. Земля находится в состоянии лучистого равновесия.

2.Вычислить интенсивность радиационного баланса:

hо, в град.=57 град.; S=0,80 кВт/м2; Д =0,43 кВт/м2; Е эф.=0,10 кВт/м2;

А =22%; КПИ фар=1,8 %;

B=Q-Rk-Eэф

 

a)Q=S’+D=0,672 +0,43=1,102кВт/м2

b) S’= S*sin ho=0,80*0,84=0,672 кВт/м2

c) Rк=-A*Q/100= -0,242кВт/м2

d) B= Q-Rк-Eэф= 1,102-(-0,242)-0,1=1.244кВт/м2

3. Вычислить интенсивность ФАР, затрачиваемой на фотосинтез:

Часть лучистой энергии солнца, которую растения усваиваютв процессе фотосинтеза, называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР).

 

Q фар =0,43*S’+0,57*D=0,43*0,672+0,57*0,43=0,289+0,245=0,534кВт/м2

Задание 4