Что такое адиабатические изменения температуры воздуха и сухоадиабатический градиент.

Постоянная для воздуха величина γ _a, которая показывает возможные изменения температуры при адиабатическом подъеме, называется сухоадиабатическим градиентом температуры. Значение сухоадиабатического градиента равно 0,01 ⁰С/м или 10 ⁰С/км. Это значит, что адиабатический подъем частицы ведет к ее охлаждению на 1 градус на каждые 100 м подъема, а адиабатическое опускание частицы ведет к ее нагреву на 1 градус на каждые 100 м спуска.

14. Что такое потенциальная температура, для чего ее применяют и как она изменяется с высотой при разной устойчивости атмосферы?

15. Что такое влажно-адиабатический процесс? Что больше сухо- или влажно-адиабатический градиент?

.

Это означает, что в теплом воздухе, где насыщающая влажность велика, влажноадиабатический градиент значительно меньше сухоадиабатического. Чем холоднее воздух, тем меньше насыщающая влажность и меньше различия градиентов.

16. В чем различия солнечной и земной радиации радиация (Почему лампочка светит, а батарей отопления – нет). Что такое солнечная постоянная?

Земная поверхность имеет температуру около 3000 К. Поэтому ее тепловое излучение приходится на диапазон длин волн, сильно отличающийся от солнечной радиации. По закону Вина, максимальная длина волны солнечного излучения λ= 2988/5870=0,5 мкм. Это видимый свет. Для излучения Земли λ= 2988/300≈10 мкм. Это невидимый, инфракрасный диапазон длин электромагнитных волн

Представив Солнце шаром с радиусом r _с = 7∙10⁵ км, можно определить полный поток солнечной радиации во всех направлениях 4π r _с ²∙;σ Т _c⁴. Считая, что в космическом вакууме солнечная радиация не изменяется, можно утверждать, что на орбиту Земли с радиусом r _з в каждой точке поступает от Солнца поток радиации, равный 4π r _з ²∙I ₀, величина I ₀ представляет собой поток солнечной радиации на верхней границе атмосферы и называется солнечной постоянной.

Приравнивая поток радиации с верхней оболочки Солнца и на расстоянии орбиты Земли, можно получить ее значение I ₀ =(r _c / r _з ) ² σ Т _c⁴ = 1380 Вт/м².

17.Перечислить основные законы излучения. Указать тот из них, который позволяет вычислить полный поток радиации от солнца.

Закон Кирхгоффа. В условиях локального термодинамического равновесия любое тело поглощает только часть α_λ потока энергии B _λ (T), излучаемой абсолютно черным телом, и излучает поток энергии ε_λ, т.е. ε_λ = α_λ B _λ(T). Из этого следует, что поглощаемое абсолютно черным телом излучение R _λ равно его собственному излучению B _λ (T), к оторое зависит только от его температуры. Это значит, что температура абсолютно черного тела устанавливается в результате радиационного равновесия:

.

Закон Планка. Монохроматическое излучение B _λ (T) абсолютно черного тела при температуре Т зависит от длины волны по закону:

.

Закон Вина: По длине волны, на которую приходится максимум B _λ (T), можно определить температуру излучающего тела. Формула связи приведена на рис.36. Там же помещены значения длин волн максимального излучения для каждой температуры излучающего тела. Закон Вина объясняет желтовато-белый цвет солнца, а также других тел, температура которых формирует тепловое излучение видимого глазу диапазона ЭМВ.

Полный поток излучения абсолютного черного тела B(T) может быть получен путем интегрирования функции Планка B _λ (T) по всем длинам волн. Величина B(T) определяется законом Стефана ‑ Больцмана: поток излучения абсолютного тела зависит от его температуры по формуле:

18. Как получается значение солнечной постоянной?

Представив Солнце шаром с радиусом r _с = 7∙10⁵ км, можно определить полный поток солнечной радиации во всех направлениях 4π r _с ²∙;σ Т _c⁴. Считая, что в космическом вакууме солнечная радиация не изменяется, можно утверждать, что на орбиту Земли с радиусом r _з в каждой точке поступает от Солнца поток радиации, равный 4π r _з ²∙I ₀, величина I ₀ представляет собой поток солнечной радиации на верхней границе атмосферы и называется солнечной постоянной.

Приравнивая поток радиации с верхней оболочки Солнца и на расстоянии орбиты Земли, можно получить ее значение I ₀ =(r _c / r _з ) ² σ Т _c⁴ = 1380 Вт/м².

21. Какие процессы влияют на ослабление солнечной и земной радиации в атмосфере. Почему днем ясное небо имеет голубой цвет, а на закате – красный

Атмосфера содержит множество хаотически расположенных препятствий – флуктуаций плотности воздуха, частиц атмосферного аэрозоля, капелек и снежинок. По отношению к свету атмосфера является мутной средой

Наиболее важным процессом воздействия атмосферы на солнечную радиацию является рассеяние. Это процесс изменения направления распространения излучения, которое воспринимается нами как несобственное свечение среды.

Эффект этого рассеяния зависит от высоты солнца. Если солнце высоко (день), то самые короткие волны – фиолетовые и голубые. Именно поэтому безоблачное небо днем кажется голубым. Если солнце низко (закат), то голубые волны поглощаются за линией горизонта, а до наблюдателя доходят только оранжевые и красные лучи. Они рассеиваются и определяют цвет неба.

22. Почему ледяные поля и облака белые, а небо голубое?

Если световые волны попадают на частицы атмосферного аэрозоля, размер которых сравним с длиной волны, то зависимость потока рассеянной радиации от длины волны исчезает. Поэтому белый свет после рассеяния остается белым. Этот вид рассеяния объясняет белый цвет облаков, не дающих дождя. Он называется рассеянием Ми.

24. Как влияет альбедо на радиационный баланс и какие факторы влияют на альбедо?

Энергия отраженной радиации определяется по альбедо. Значения альбедо установлены для разных видов подстилающих поверхностей не только для отдельных длин ЭМВ, но и для всего потока солнечной радиации. Особенно велико альбедо снега, льда и облаков.

25. В чем заключается «парниковый эффект»? Какой газ определяет его величину в атмосфере Земли

Противоизлучение атмосферы уменьшает потерю тепла земной поверхностью и приводит к возникновению парникового эффекта. Именно парниковый эффект объясняет, почему же у поверхности Земли температура в среднем близка к 284 К. Суть парникового эффекта можно уяснить, используя простейшее описание процесса переноса длинноволновой радиации в атмосфере, которую для краткости можно назвать моделью Симпсона – Гуди

26. Что такое излучение земли, противоизлучение атмосферы и эффективное излучение? В чем их различие по значениям в Сахаре или в Антарктиде?

Разность между излучением подстилающей поверхности E_S и противоизлучением атмосферы E_а называется эффективным излучением E_эф:

.

Эффективное излучение характеризует чистую потерю энергии земной поверхностью при излучении. Его характерное значение составляет примерно25 % от излучения черного тела при температуре подстилающей поверхности. Оно зависит от температуры и влажности воздуха: с ростом температуры растет, а с ростом влажности уменьшается. Вследствие зависимости от температуры эффективное излучение имеет суточный и годовой ход, но поскольку оно значительно меньше суммарной радиации и, главное, зависит от абсолютной температуры в четвертой степени, то и суточный ход его мал и не так сильно влияет на энергетический баланс поверхности, как суточный ход суммарной радиации.

Принято считать эффективное излучение положительным, если оно направлено вверх (подстилающая поверхность нагревает атмосферу). Бывают случаи, когда атмосфера теплее, чем подстилающая поверхность и эффективное излучение отрицательно, т.е. направлено вниз. Это возможно при сильных инверсиях температуры, но наблюдается редко. Обычно значение эффективного излучения положительно.