ЛЕДНИКИ. 2 страница

Известно, что земная ось наклонена к плоскости орбиты, по которой Земля вращается вокруг Солнца, поэтому Северное и Южное полушария нагреваются неравномерно в зависи­мости от времён года, что тоже влияет на температуру воздуха. В любой точке Земли темпе­ратура воздуха изменяется в течение суток и в течение года. Она зависит от того, как высоко стоит Солнце над горизонтом, и от продолжительности дня. В течение суток самая высокая температура наблюдается в 14—15 часов, а самая низкая — вскоре после восхода Солнца.

Изменение температуры от экватора к полюсам зависит не только от географической широты мест - «а та, но и от планетарного переноса тепла из низких широт в высокие, от распределения на поверхности планеты материков и океанов, которые по-разному нагрева­ются Солнцем и по-разному отдают тепло, а также от положения горных хребтов и океани­ческих течений. Например, Северное полушарие теплее Южного, потому что в южной по­лярной области находится крупный материк Антарктида, покрытый ледяным панцирем.

На картах температуру воздуха над земной поверхностью показывают с помощью изо­терм — линий, соединяющих точки с одинаковой температурой. Изотермы близки к парал­лелям только там, где пересекают океаны, и сильно изгибаются над материками. На основе карт изотерм на планете выделяют тепловые пояса. Жаркий пояс расположен в экваториаль­ных широтах между среднегодовыми изотермами +20 °С. Умеренные пояса находятся к се­веру и югу от жаркого и ограничены изотермами + 10 °С. Два холодных пояса лежат между изотермами + 10 "С и 0 "С, а у Северного и Южного полюсов находятся пояса мороза.

С высотой температура воздуха убывает в среднем на 6°С при подъёме на 1 км.

Осенью и весной нередко случаются заморозки — понижение температуры воздуха но­чью ниже О °С, в то время как среднесуточные температуры держатся выше нуля. Заморозки чаще всего происходят в ясные тихие ночи, когда на данную территорию поступают доста­точно холодные воздушные массы, например, из Арктики. При заморозках воздух значи­тельно охлаждается у земной поверхности, над холодным слоем воздуха оказывается тёп­лый, и происходит температурная инверсия — повышение температуры с высотой. Она час­то наблюдается в полярных областях, где в ночные часы земная поверхность сильно охлаж­дается.

Погода на Земле очень переменчива, иногда всего за сутки можно испытать на себе её непостоянный характер: в начале дня ежиться от утренней прохлады, днём мучиться от жа­ры, а вечером промокнуть под дождём. Погодой называют состояние атмосферы в опреде­лённом месте в данный момент или в течение некоторых промежутков времени. Она харак­теризуется несколькими показателями — количеством солнечной радиации, температурой воздуха и его влажностью, атмосферным давлением, силой и направлением ветра, облачно­стью, осадками. Погода зависит от того, на какой широте находится данное место, от време­ни года и времени суток, от перемещения воздушных масс, формирования циклонов, анти­циклонов и атмосферных фронтов.

Современные научные исследования позволяют предсказывать погоду. На основе пока­заний, полученных с всемирных метеорологических станций, морских судов, самолётов, ис­кусственных спутников Земли, создаются синоптические (от греч. synoptikos - способный всё обозреть) карты. Прогноз погоды необходим не только для того, чтобы знать, какую одежду надеть и взять ли с собой зонтик. Он нужен работникам сельского хозяйства, без него не мо­жет обойтись транспорт и некоторые другие отрасли промышленности.

Воздух постоянно передвигается, поэтому в районах, где встречаются воздушные массы, обладающие разными свойствами, формируются атмосферные фронты — переходные зоны на границе соприкосновения двух воздушных масс. Они сильно наклонены к земной поверх­ности и распространяются на тысячи километров при ширине в десятки километров. Вверх 1ти зоны обычно поднимаются на несколько километров, а иногда простираются до страто­сферы. Воздушные массы, разделённые поверхностью фронта, расположены так, что холод­ный воздух лежит под тёплым в виде клина. Если линия фронта перемещается по земной по­верхности в сторону более холодного воздуха, то фронт называют тёплым.

При прохождении холодного фронта линия фронта перемещается в сторону тёплого воздуха, который отходит или вытесняется вверх более холодным клином.

Циклоном (от греч. kyklon - вращающийся, кружащийся) называется атмосферный вихрь с низким давлением в центре. В циклоне ветры дуют от периферии к центру, в Северном по­лушарии против часовой стрелки, а в Южном - по часовой стрелке. В течение года в умерен­ных широтах формируются сотни циклонов. В высоту они могут распространяться от 2 до 20 ими достигать в диаметре 2— 3 тысяч километров, охватывая территорию нескольких евро­пейских стран. Циклоны перемещаются чаще всего с запада на восток, в направлении общего переноса воздуха. Они движутся со скоростью 30—40 км/ч и за сутки преодолевают большие расстояния.

Перед приближением циклона на западе появляются перистые облака, давление падает. Постепенно усиливаются ветер и облачность. Для передней части циклона характерны обложные осадки, связанные с восходящими движениями воздуха, — тёплый воздух в центре циклона вытесняется вверх более холодным воздухом, окружающим его. Летом циклоны приносят похолодание, а зимой — оттепели.

В низких широтах образуются тропические циклоны. Они меньше по размеру, чем циклоны умеренных широт, но характеризуются более высокими скоростями ветра.

Между циклонами развиваются антициклоны (от греч. anti — против и kyklon — вращающийся) - атмосферные вихри с высоким давлением в центре. В антициклонах ветер направлен из центра к периферии и отклоняется в Северном полушарии по часовой стрелке, а в Южном против часовой стрелки. В антициклоне преобладают движения воздуха, поэтому

устанавливается малооблачная и сухая погода. Летом в антициклоне безоблачно и жарко, а зимой - мороз. Антициклоны - устойчивые образования, над определённой территорией они могут сохраняться дольше циклонов, существующих от нескольких суток до 1—2 недель, а иногда и дольше. Большие массы воздуха в тропосфере, соизмеримые по размерам с матери­ком или океаном и обладающие более или менее одинаковыми свойствами (температурой, влажностью, прозрачностью, содержанием пыли и т.п.), называются воздушными массами. Они простираются вверх на несколько километров, достигая границ тропосферы.

Воздушные массы перемещаются из одних районов земного шара в другие, определяя климат и погоду на данной территории. Каждая воздушная масса обладает свойствами, ха­рактерными для района, над которым она сформировалась. Перемещаясь на другие террито­рии, она несёт с собой свой режим погоды. Но проходя над территорией с иными свойства­ми, воздушные массы постепенно изменяются, трансформируются, приобретая новые каче­ства.

В зависимости от регионов образования различают четыре типа воздушных масс: аркти­ческие (в Южном полушарии - антарктические), умеренные, тропические и экваториальные. Все типы делятся на подтипы, обладающие своими характерными свойствами. Над матери­ками формируются континентальные воздушные массы, а над океанами — океанические. * * Смещаясь вместе с поясами атмосферного давления в течение года, воздушные массы зани­мают не только постоянные пояса своего пребывания, но по сезонам господствуют в сосед­них, переходных климатических поясах.

В процессе общей циркуляции атмосферы воздушные массы всех типов связаны между собой. Воздушные массы, которые перемещаются с более холодной земной поверхности на более тёплую и которые имеют более низкую температуру, чем окружающий воздух, назы­вают холодными воздушными массами. Они приносят похолодание, но сами прогреваются снизу от тёплой земной поверхности, при этом образуются мощные кучевые облака и выпа­дают ливневые дожди. Особенно сильные похолодания происходят в умеренных широтах при вторжении холодных масс из Арктики и Антарктиды. Холодные воздушные массы ино­гда достигают южных районов Европы и даже Северной Африки, но чаще всего задержива­ются горными хребтами Альп. В Азии арктический воздух свободно распространяется на обширные территории, до горных хребтов южной Сибири. В Северной Америке горные хребты расположены меридианально, поэтому холодные арктические воздушные массы про­никают до Мексиканского залива.

Схема циркуляции атмосферы была бы относительно простой, если бы не вращение Земли. Теплый воздух поднимался бы над экватором и охлаждался по мере движения к по­люсам. Вблизи полюсов остывший воздух опускался бы и непосредственно над земной по­верхностью перемещался к экватору.

Основные особенности циркуляции. Воздух, поднимающийся вблизи экватора и направляющийся к полюсам, отклоняется под воздействием силы Кориолиса. Рассмотрим этот процесс на примере Северного полушария (то же самое происходит и в Южном). При движении к полюсу воздух отклоняется к востоку, и оказывается, что он поступает с запада. Таким образом формируются западные ветры. Часть этого воздуха охлаждается при расши­рении и излучении тепла, опускается и течет в обратном направлении, к экватору, отклоня­ясь вправо и образуя северо-восточный пассат. Часть воздуха, которая движется к полюсу, в умеренных широтах формирует западный перенос. Воздух, опускающийся в полярной об­ласти, движется к экватору и, отклоняясь к западу, в полярных областях формирует восточ­ный перенос. Это лишь принципиальная схема циркуляции атмосферы, постоянной состав­ляющей которой являются пассаты.

Ветровые пояса. Под воздействием вращения Земли в нижних слоях атмосферы формируются несколько основных ветровых поясов.

Основные пояса ветров в атмосфере образуются благодаря вращению Земли вокруг сво­ей оси. Стрелками показаны направления ветров в приземном слое атмосферы. В Северном полушарии вращение Земли отклоняет устремляющиеся на юг ветры к западу, а направляю­щиеся на север - к востоку.

Литература: 1осн.[132-147], 2 доп.[152-176]

Контрольные вопросы:

1. Задачи современной метеорологии

2. Прикладные отрасли метеорологии

3. Климатология - раздел метеорологии

Тема лекции 13- Атмосфера. Идеальная и реальная атмосфера. Электри­ческое поле Атмосферы.

Более привычная, наиболее изученная и наиболее понятная из газопламенных оболочек Земли - атмосфера, или воздушная оболочка. Она является связующим звеном в приповерх­ностном пространстве Земли, расположенной между поверхностью суши и океанов внизу и ионосферой в верхней части.

Атмосфера - воздушная оболочка Земли, связанная с ней силой тяжести, вещественно- энергетическим обменом и принимающая участие в ее суточном вращении и годовом движе­нии по орбите. Воздух сжимаем, поэтому с увеличением высоты плотность ее убывает, а атмосферное давление понижается. Недавно предполагалось, что земная атмосфера кончается ни высоте 2000...3000 км, но из наблюдений с помощью спутников и других космических ап­паратов создалось впечатление, что вокруг атмосферы Земли существует еще земная корона, простирающаяся более чем до 20 ООО км. Плотность газа в земной короне мала, но в межпланетарном пространстве концентрация частиц (преимущественно протонов и электронов) по крайней мере в десять раз меньше.

Общая масса атмосферы составляет 5" 10¹⁵т. При этом половина массы воздуха находится и нижних 5 км, 75% - нижних 10 км и 95% - в нижних 20 км.

Схема строения земной атмосферы:

I - тропосферные облака нижнего яруса; 2 - перистые облака; 3 – перламутровые

облака; 4 - серебристые облака; 5 - метеоры; 6 - болид; 7 - полярные сияния;

8 - метеорологическая ракета; 9 - геофизическая ракета

В атмосфере выделяется несколько основных слоев.

Тропосфера простирается до высоты 8...10 км в полярных широтах и до 16...18 км в меж­тропических; содержит 4/5 атмосферного воздуха и почти весь водяной пар; характеризуется понижением температуры с высотой в средней на 0,65°С на каждые 100 м. В результате при среднегодовой температуре воздуха у поверхности Земли на экваторе +26°С, на северном полюсе -23°С и на южном полюсе -76°С, среднегодовая температура воздуха у верхней гра­ницы тропосферы над экватором снижается до -70°С, а над северным полюсом достигает зимой —65°С, а летом —45°С. Кроме того, в тропосфере происходит сильное развитие турбу­лентности и конвекции с образованием облаков. В тропосфере часто встречаются темпера­турные инверсии, формируются воздушные массы и фронты, а также протекают процессы, определяющие погоду т климат.

Тонкий переходной слой к стратосфере мощностью от сотен метров до 2...3 км называют тропопаузой.

Стратосфера простирается над тропопаузой до высоты 45.„55 км. Газовый состав ее сходен с тропосферой, но в стратосфере содержится меньше водяного пара и больше озона. Озоновый слой приурочен к высотам 25...70 км при максимуме содержания озона на высотах 25...30 км. По другим источникам, максимальное содержание озона в стратосфере отмечает­ся на высотах 21...24 и 28...31 км (это - средние и приблизительные данные, так как широт- j*» пые и сезонные перераспределения озона очень сложны). Содержащееся в озоновом слое ко­личество Оз невелико: в приземных условиях атмосферы (при давлении 760 мм рт. ст. и тем­пературе +20°С) он образовал бы слой толщиной всего 3 мм.

Формирование и функционирование озонового слоя атмосферы Земли поддерживается множеством природных процессов: атмосферных, ионосферных и геомагнитных возмуще­ний, солнечно-земных (электромагнитных излучений и взаимосвязи с ионосферой) и вулка­нических проявлений, геомагнитных микро — и макропульсаций, сейсмических проявлений (вещественных инжекций и влияния на электрорежим атмосферы).

В целом озоносодержание в стратосфере представляет собой процесс непрерывной гене­рации и диссоциации озона.

Фотогенерация озона протекает в ходе поглощения солнечного ультрафиолета. Распреде­ление его по широтам и долготам очень неравномерно. Основные области его естественной генерации - экваториальные, в которых спектральные условия оптимальны. В результате по­глощения ультрафиолетовой радиации Солнца с длинами волн 0,15...0,29 мкм происходит понижение температуры от -40... -80°С у нижней границы до 0°С у верхней.

Экологическое значение озонового слоя связано с его поглотительными функциями для климата Земли и ее биосферы.

Исходя из идеи «живой Земли», которая косвенно и явно выносилась в научную среду целым рядом исследователей (Чижевский, 1924; Вернадский, 1965; Тейяр де Шарден, 1965; Шипунов, 1980; Дмитриев, 1988, 1989 и др.), озоносфера рассматривается как общепланетарный механизм контроля биоты в пространстве и времени, поскольку она является макси­мально чувствительным образованием биосферы в солнечно-земных связях и несет в себе тончайшие возможности передаточного звена в режиме «Земля > Космос», «Космос > Земля».

Озоновый слой следует назвать чувствительным органом биосферы, реагирующим на ес­тественные и техногенные условия существования динамического равновесия, сдвигаемого в сторону интенсивного наращивания или убывания Oj. Биосферное значение озонового слоя складывается из двух основных функций: предохранительного влияния (на состав жизнен­ных форм на Земле) и сигнальной роли (в биосфере и в масштабе всей Солнечной системы).

Предохранительное влияние озонового слоя на живые организмы определяется его экра­нирующей защитой от солнечного ультрафиолета. Разрушение этого слоя и, следовательно, снижение его защитной роли губительно для организмов. Эта функция озонового слоя ши­роко известна.

Сигнальная роль озонового слоя в целом для Солнечной системы может быть изложена на уровне некоторой системы предположений и базируется на гипотезе о системном значе­нии биосферы, а именно: жизненный самоподдерживающийся процесс на Земле имеет функ­циональную нагрузку в Солнечной системе. Процессы поддержания и сохранения жизнен­ных форм на Земле идут на принципах прямой и обратной связи. Озоновый слой - это обще­биосферный показатель развития и стабилизации живых форм посредством последователь­ной фильтрации сигналов.

Озоносфера интерпретируется как одно из передаточных звеньев в солнечно-земных взаимосвязях и может служить интегральным показателем состояния биосферы.

В стратосфере наблюдаются перламутровые облака, скорость ветра до 80...100 м/с и струйные течения.

Тонкий переходный слой к мезосфере называется стратопаузой.

Мезосфера — средний слой атмосферы, располагается над стратопаузой до высоты 80...85 км. Характеризуется понижением средней температуры воздуха с высотой от 0°С у нижней границы до -90°С у верхней.

Термосфера - слой верхней атмосферы, расположенный над мезосферой до высоты 800...1000 км. Характеризуется чрезвычайной разреженностью воздуха, благодаря чему час­тицы под действием ультрафиолетового излучения Солнца разгоняются, не сталкиваясь, до скоростей, соответствующих в приземном слое очень высоким температурам. В результате температура в термосфере быстро растет, достигая на высоте 200...300 км величин более 1500°С, а в верхней термосфере - около 2000 °С.

Термосферу, или, во всяком случае, ее нижнюю часть, называют еще ионосферой благо­даря высокому содержанию молекулярных и атомных ионов и свободных электронов. Ионизация происходит под воздействием ультрафиолетовой солнечной радиации и придает высо­кую электропроводность этой сильно разреженной сфере.

Экзосфера - внешний, наиболее разреженный слой атмосферы, расположенный над термосферой. В отношении верхней границы экзосферы нет единого мнения: одни ученые считают, что верхняя граница экзосферы совпадает с верхней границей атмосферы; другие называют верхнюю часть экзосферы земной короной.

Экзосфера характеризуется постоянством температуры (около 2000°С) на всем своем напряжении до высоты 20 000 км. Плотность воздуха здесь столь мала, а температура настолько высока, что длина среднего свободного пробега частиц очень велика, и частицы, движущиеся вертикально вверх, могут без столкновения с другими частицами вылетать из атмосферы. Так происходит диссипация (ускользание) наиболее легких частиц (атомов водо­рода и гелия) в мировое пространство.

Естественный газовый состав воздуха. Состав сухого воздуха (без водяного пира) у земной поверхности по объему следующий: азот 78,08%, кислород 20,95%, аргон 0,91%, углекислый газ 0,03%, другие газы (неон, гелий, метан, криптон, водород, оксид азота, озон, ксенон, аммиак, перекись водорода, йод, радон) составляют всего 0,01%.

Кроме названных компонентов фактически воздух содержит в приземном слое влагу в газообразном, жидком или твердом состоянии (почти от 0 до 4%).

Природные процессы в атмосфере

Атмосфера поглощает и рассеивает солнечную радиацию, сама излучает длинноволновую инфракрасную, поглощает инфракрасную радиацию земной поверхности; обменивается теплом с земной поверхностью путем теплопроводности и фазовых переходов воды. В самой атмосфере тепло распространяется преимущественно с помощью турбулентного обмена, радиационных процессов и фазовых переходов воды.

В приземный слой воздуха (нижние 500... 1000 м) непрерывно поступает водяной пар путем испарения с водных поверхностей и влажной почвы, а также в результате транспирации растениями.

Между подстилающей поверхностью и атмосферой происходит непрерывный кругово­рот воды. Причем в атмосфере водяной пар конденсируется, возникают туманы и облака, из последних могут выпадать осадки.

Процессы циркуляции. От земной поверхности водяной пар распространяется вверх, а воздушными течениями переносится из одних регионов в другие. В атмосфере возникает общая циркуляция и ряд местных (локальных) циркуляции. Общая циркуляция атмосферы приводит к обмену воздуха между различными широтами и областями Земли. Она осуществ­ляется в форме циклонической деятельности, т.е. с помощью атмосферных возмущений - ци­клонов и антициклонов. Под влиянием радиационных условий и циклонической деятельно­сти происходит расчленение тропосферы на отдельные воздушные массы с резко разграни­чивающими их переходными зонами - фронтами. Образование последних в свою очередь поддерживает циклоническую деятельность.

Взаимодействие теплового режима с влагооборотом. Может возникать состояние на­сыщения воздуха влагой, особенно при понижении температуры воздуха. Тогда водяной пар переходит в жидкое или твердое состояние и образуются облака. Облака могут снова испа­ряться - тогда они рассеиваются или из них могут выпадать осадки. Водяной пар сильно по­глощает длинноволновую инфракрасную радиацию, которую излучает земная поверхность. Сам он излучает инфракрасную радиацию, большая часть которой идет к земной поверхно­сти. Таким образом влажный воздух способствует уменьшению ночного охлаждения земной поверхности и нижних слоев воздуха.

Атмосфера обладает электрическим полем. В верхних слоях атмосферы, начиная со стратосферы, происходят различные фотохимические реакции, приводящие к образованию озона, диссоциации молекул кислорода, азота и других газов и к ионизации атмосферы. Ио­низация в меньшей степени происходит и в тропосфере. Вследствие этого атмосфера облада­ет электропроводностью.

В воздухе образуются легкие аэроионы вследствие потери молекулами воздуха электро­на или присоединения свободного электрона, а затем к заряженной молекуле могут присое­диняться другие заряженные молекулы. Чистый воздух лесных массивов содержит 700... 1500 отрицательных аэроионов в 1 см³, близ водопадов, у морского берега во время прибоя их число возрастает до 50... 100 тыс. в 1 см³. Отрицательные аэроионы благотворно действуют на общее самочувствие человека, на кровяное давление, повышают внимательность, трудо­способность, улучшают функциональное состояние нервной системы.

В воздух попадают естественные аэрозольные примеси: это жидкие или твердые части­цы - пыль почвенного происхождения, дым от лесных пожаров и вулканических изверже­ний, частицы морской соли, разбрызгиваемые при волнении морской воды, бактерии, пыль­ца, споры, космическая пыль из межпланетного пространства или возникающая при сгора­нии метеоритов. Крупные аэрозольные частицы играют в атмосфере роль ядер конденсации. Аэрозольные примеси переносятся воздушными течениями на огромные расстояния: песча­ная пыль пустынь Африки и Юго-Западной Азии выпадала в Южной и Средней Европе; дым и пепел при взрыве вулкана Кракатау и других крупных извержениях распространялись в высоких слоях атмосферы на большие расстояния, окутывая весь земной шар.

Упругие волны в атмосфере передают звук, а также возникают различные атмосферно- оптические явления при прохождении света сквозь атмосферу и отражении и преломлении его капельками и кристаллами, взвешенными в атмосфере.

Литература: 2 осн. [194-198], 3 осн. [17-20], 3 доп. [36 47]

Контрольные вопросы:

1. Атмосфера.

2. Структура атмосферы

3. Природные процессы в атмосфере

Тема лекции 14- Солнечная радиация - альбедо. Радиационный и тепло­вой баланс. Оранжерейный (парниковый) эффект.

Солнце - самая близкая к Земле звезда - излучает электромагнитные волны разной дли­ны. Одни из них представляют собой свет; другие — инфракрасные лучи, несущие тепло; третьи — целый ряд лучей, невидимых человеческим глазом: гамма-лучи, рентгеновские, ультрафиолетовые и радиоволны. Земная атмосфера лучше всего пропускает видимый свет и радиоволны коротковолнового диапазона, а губительные для жизни ультрафиолетовые, рентгеновские и гамма-лучи поглощаются атмосферой.

Для нашей планеты Солнце - единственный источник тепла и света, от Луны и звёзд поступает ничтожно малое количество радиации. Лучистая энергия Солнца нагревает поверхность Земли, а от нее нагреваются нижние слои атмосферы. Солнечные лучи, проходящие через атмосферные слои, нагревают их значительно меньше. Радиацию, которая доходит до Земли непосредственно от светила, не рассеивается и не поглощается в атмосфере, называют прямой солнечной радиацией.

Атмосферный воздух содержит мельчайшие частички жидких и твёрдых примесей — пылинки, капельки воды, кристаллы, частички солей. Наталкиваясь на эти препятствия, некоторые солнечные лучи рассеиваются в атмосфере. Эту часть солнечной радиации называют рассеянной. Около 25% энергии от общего потока солнечной радиации превращается в атмосфере в рассеянную.

Вся прямая и рассеянная радиация Солнца, достигшая Земли, составляет суммарную точную радиацию. Её количество зависит от угла падения солнечных лучей, продолжительности дня, облачности и прозрачности атмосферы. В тропических широтах годовая величина суммарной солнечной радиации составляет около 200 ккал/ см2, а в полярных облас­ти - 50ккал/см2.

Небольшое количество солнечной радиации поглощается молекулами атмосферных газов и примесями, а та радиация, что всё же достигает поверхности планеты, частично поглощается земной поверхностью, а частично отражается и уходит обратно в атмосферу.

Воздушная оболочка Земли поглощает 15-20% радиации, приходящей от светила.

Солнечные лучи, падающие на водную гладь, белый снег или кроны деревьев, нагревают их но разному, потому что поверхности различного цвета и структуры поглощают лучи неодинаково. Например, тёмная поверхность вспаханной почвы нагревается быстрее, чем свежевыпавший белый снег. Отношение количества отражённой радиации к общему количеству радиации, падающей на данную поверхность, называется альбедо поверхности. Это отношение выражается в процентах. Для яркого белого снега альбедо составляет 80-90%, а для тёмной пашни - 5-10%. Интересно, что в высоких широтах во время полярного дня на земную поверхность приходится больше солнечной радиации, чем в это же время на экваторе. Однако из-за того, что большая часть солнечных лучей отражается белым снегом, полярные области нагреваются очень слабо.

Термин «радиация» означает электромагнитное излучение, к которому относят видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, но не включают радиоактивное излучение. Каждый объект в зависимости от своей температуры испускает разные лучи: менее нагретые тела - главным образом инфракрасные, горячие тела - красные, более горячие белые (т.е эти цвета будут преобладать при восприятии нашим зрением). Еще более горячие объекты испускают голубые лучи. Чем сильнее нагрет объект, тем больше он излучает световой энергии.

В 1900 немецкий физик Макс Планх разработал теорию, объясняющую механизм излучение нагретых тел. Эта теория, за которую в 1918 он был удостоен Нобелевской премии, стала одним из краеугольных камней физики и положила начало квантовой механике. Но не всякое световое излучение испускается нагретыми телами. Существуют и другие процессы, вызывающие свечение, например флюоресценция.

Хотя температура внутри Солнца составляет миллионы градусов, цвет солнечного света определяется температурой его поверхности (ок. 6000° С). Электрическая лампа накаливания испускает световые лучи, спектр которых существенно отличается от спектра солнечного света, так как температура нити накала в лампочке составляет от 2500° С до 3300°С.

Преобладающим типом электромагнитного излучения облаков, деревьев или людей яв­ляется инфракрасное излучение, невидимое для человеческого глаза. Оно является основным способом вертикального обмена энергией между земной поверхностью, облаками и атмо­сферой.

Метеорологические спутники оснащены специальными приборами, которые выполняют съемку в инфракрасных лучах, испускаемых в космическое пространство облаками и земной поверхностью. Более холодные, чем земная поверхность, облака излучают меньше и, следо­вательно, выглядят в инфракрасных лучах темнее, чем Земля. Большое преимущество ин­фракрасной фотосъемки заключается в том, что ее можно проводить круглосуточно (ведь облака и Земля излучают инфракрасные лучи постоянно).

Угол инсоляции. Величина инсоляции (приходящей солнечной радиации) меняется во времени и от места к месту в соответствии с изменением угла, под которым солнечные лучи падают на поверхность Земли: чем выше Солнце над головой, тем она больше. Изменения этого угла определяются в основном обращением Земли вокруг Солнца и ее вращением во­круг своей оси.

Обращение Земли вокруг Солнца не имело бы большого значения, если бы земная ось была перпендикулярна плоскости орбиты Земли. В этом случае в любой точке земного шара в одно и то же время суток Солнце поднималось бы на одинаковую высоту над горизонтом и проявлялись бы только небольшие сезонные колебания инсоляции, обусловленные измене­нием расстояния от Земли до Солнца. Но земная ось отклоняется от перпендикуляра к плос­кости орбиты, и из-за этого меняется угол падения солнечных лучей в зависимости от поло­жения Земли на орбите.

РАВНЫЕ ПОТОКИ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ представлены полосами А, Б и В. Из-за кривизны земной поверхности энергия потоков А и В распределяется на большие площади, в то время как энергия потока Б концентрируется на меньшей. Таким образом, на территории, на которую приходится поток Б, будет теплее, чем там, куда поступают потоки А и В. На ри­сунке изображено положение Земли 21 июня, когда лучи Солнца на Северном тропике пада­ют отвесно.

Для практических целей удобно считать, что Солнце во время годичного цикла смеща­ется к северу в период с 21 декабря по 21 июня и к югу - с 21 июня по 21 декабря. В местный полдень 21 декабря вдоль всего Южного тропика. Солнце «стоит» прямо над головой. В это время в Южном полушарии солнечные лучи падают под наибольшим углом. Такой момент в Северном полушарии носит название «зимнего солнцестояния». В ходе кажущегося смеще­ния к северу Солнце пересекает небесный экватор 21 марта (весеннее равноденствие). В этот день оба полушария получают одинаковое количество солнечной радиации. Наиболее север­ного положения Солнце достигает 21 июня. Этот момент, когда в Северном полушарии сол­нечные лучи падают под наибольшим углом, называется летним солнцестоянием. 23 сентяб­ря, в осеннее равноденствие, Солнце вновь пересекает небесный экватор.

Дата добавления: 2014-12-16