Длинноволновое излучение земной поверхности и атмосферы

Верхние слои почвы, лед, вода, снежный покров излучают длинноволновую радиацию, которая называется собственным излучением поверхности. Её можно рассчитать по формуле:

,

где: - коэффициент Стефана-Больцмана.

При среднегодовой температуре земного шара 15 °С (288 К) Е = 0,42 кВт/м². Столь быстрая отдача тепла земной поверхностью приводила бы к быстрому её охлаждению, если бы этому не препятствовал обратный процесс – поглощение солнечной и атмосферной радиации земной поверхностью.

Испускаемая Землёй радиация имеет длины волн 4 – 120 мкм, является инфракрасной и глазом не воспринимается.

Атмосфера, поглощая некоторую часть приходящей к ней солнечной радиации (» 15 %) и большую часть излучения земной поверхности, сама становится источником излучения инфракрасной радиации. Большая часть (»70 %) атмосферной радиации приходит к земной поверхности, её называют встречным излучением (Е_a), остальная часть уходит в мировое пространство, эту часть называют уходящим излучением (Е_¥).

Земная поверхность поглощает встречное излучение практически полностью (95 – 99 %). Это излучение является для земной поверхности важным источником тепла в дополнение к поглощенной солнечной радиации.

Встречное излучение увеличивается с возрастанием облачности. Для равнинных станций умеренных широт Е_a = 0,21–0,28 кВт/м², для экваториальной части (для атмосфера прогрета о богата водяным паром) - Е_a = 0,38–0,42 кВт/м².

Встречное излучение можно рассчитать, используя формулу Брента:

Е_a = s×T⁴×(Д + G×Öe),

где: Д и G константы; Д = 0,61; G = 0,05;

е – парциальное давление водяного пара, ГПа.

В атмосфере длинноволновая радиация поглощается главным образом двумя компонентами – СО₂ и Н₂О.

Так как встречное излучение всегда меньше земного, Земля теряет тепло за счёт положительной разности между собственным и встречным излучением. Разность между собственным и встречным излучением атмосферы называется эффективным излучением (Е_е).

Эффективное излучение в ясные дни составляет 0,1 кВт/м². С возрастанием облачности эффективное излучение уменьшается.

В умеренных широтах земная поверхность через эффективное излучение теряет около половины количества тепла, которое она получает от поглощённой радиации.

Поглощая земное излучение и посылая встречное излучение к земной поверхности, атмосфера существенно уменьшает охлаждение поверхности земли в ночное время суток. Днем оно практически не препятствует нагреву земной поверхности. Это влияние атмосферы на тепловой режим земной поверхности получило название тепличного эффекта (парниковый эффект).