Процеси нагрівання та охолодження атмосферного повітря

Атмосферне повітря мало нагрівається безпосередньо сонячним промінням, оскільки поглинання сонячної радіації в атмосфері незначне. Головним джерелом нагрівання для атмосферного повітря є земна поверхня. Вдень, коли інсоляція переважає над випромінюванням, земна поверхня нагрівається, стає значно тепліша повітря, і тепло починає передаватись від ґрунту до повітря. В нічні години ґрунт втрачає тепло за рахунок випромінювання та стає холодніше повітря. Тоді повітря також починає охолоджуватися, віддаючи тепло ґрунту та верхнім більш холодним шарам атмосфери.

Процеси нагрівання й охолодження повітря, а також розповсюдження в ньому тепла відбуваються значно складніше, ніж в ґрунті.

Передача тепла від ґрунту до повітря може відбуватися по різному:

1. Шляхом молекулярної теплопровідності. Відомо, що повітря володіє дуже поганою теплопровідністю, тому цим шляхом нагрівається лише незначний приземний його шар, і в розповсюдженні тепла від ґрунту до повітря теплопровідність відіграє незначну роль.

2. У результаті випромінювання ґрунту. Довгохвильове теплове випромінювання ґрунту поглинається нижніми шарами повітря, вони, у свою чергу, випромінюють і нагрівають сусідні, таким чином, іде нагрівання все більш високих шарів.

3. За допомогою теплової конвекції. Теплова конвекція є важливим фактором передачі тепла від ґрунту до повітря. Конвекцією називають перенесення окремих об’ємів повітря за вертикальним напрямком.

Теплова конвекція може бути невпорядкованим рухом струмків окремих невеликих об’ємів повітря та вихрів за вертикальним напрямком або впорядкованим потужним потоком великої маси повітря, спрямованим знизу уверх з великою швидкістю, інколи до 10 м/сек і більше. Над суходолом теплова конвекція розвивається при наявності нерівномірного нагрівання ґрунту й інтенсивної інсоляції підстилаючої поверхні в денні години.

Природна поверхня суші ніколи не буває цілком рівною й однорідною. Окремі нерівності утворюють похилі поверхні, які поглинають різну кількість сонячної радіації; різноманітний склад ґрунту, різниця в кольорі та вологості також створюють неоднакові умови нагрівання. Повітря, що дотикається до неоднорідної поверхні виявляється неоднаково нагрітим. У результаті більш теплі його потоки, так як вони менш щільні, починають підніматися уверх, а сусідні – менш нагріті – опускатися вниз. Відбувається перемішування повітря та перенесення тепла у вертикальному напрямку.

4. За допомогою турбулентності. Турбулентністю називають невпорядкований рух окремих невеликих мас повітря всередині загальної повітряної течії. Турбулентність обумовлена великою рухливістю середовища. Повітря рідко буває у стані спокою; завдяки тертю об земну поверхню та внутрішньому тертю під час руху, в ньому виникає значна кількість невеликих вихрів, що переміщуються в різних напрямках. Повітряні течії завжди більш чи менш турбулентні. Чим більше швидкість всього потоку, тим більше турбулентність. У результаті турбулентності відбуваються перемішування повітря та теплообмін у вертикальному напрямку. Таким чином, конвекція та турбулентність створюють обмін, внаслідок якого тепло завжди переноситься від більш нагрітих шарів повітря до менш нагрітих.

Вертикальний обмін спостерігається і вдень, і вночі. Вдень потік тепла спрямований звичайно вгору й обмін відрізняється інтенсивністю, оскільки до турбулентності приєднується теплова конвекція. Вночі потік тепла спрямований вниз, до ґрунту, й обмін слабшає, так як конвекція припиняється, а турбулентність зменшується із-за послаблення вітру.

Перераховані процеси (молекулярна теплопровідність, променеве випромінювання й обмін) розрізняються по своєму значенню в передачі тепла в атмосферу. Данні показують, що потік тепла, обумовлений теплообміном, майже в 500 000 раз більше потоку, обумовленого променевим випромінюванням. Отже, головну роль в передачі тепла від ґрунту до повітря відіграють турбулентний і конвективний обмін.

Велике значення має перенесення тепла в прихованому виді разом з водяною парою, що надходить в атмосферу внаслідок випаровування. Під час конденсації водяної пари ця прихована теплота звільнюється та йде на нагрівання повітря.

Тепло може переноситися повітряними течіями в горизонтальному напрямку із одного місця в інше. Такий процес називається адвекцією.

Дата добавления: 2014-01-04