2.5 Радиационный баланс земной поверхности
Поступающая на земную поверхность коротковолновая радиация трансформируется в длинноволновую. В результате верхние слои почвы, воды и снега, а также растения излучают радиацию в инфракрасной части спектра. Эта радиация называется собственным излучением земной поверхности.
По закону Стефана-Больцмана излучение абсолютно черной поверхности
Поскольку излучение земной поверхности по своим параметрам мало отличается от излучения абсолютно черного тела, Земля, величина Es может быть рассчитана по формуле (2.9). При T=288К=150С, Es=0,42кВт/м2.
Атмосфера нагревается как за счет солнечной радиации, так и за счет собственного излучения земной поверхности. Кроме того, она получает тепло за счет теплопроводности от земной поверхности, а также при конденсации водяного пара. Атмосфера, так же как и земная поверхность, излучает инфракрасную радиацию примерно в том же диапазоне длин волн.
Около 70% радиации, излучаемой атмосферой, поступает на земную поверхность, ее называют встречным излучением Ea. Остальная часть радиации атмосферы уходит в мировое пространство. Земная поверхность поглощает 95-99% встречного излучения.
Основной субстанцией, поглощающей земное излучение в атмосфере и образующей встречное излучение является водяной пар. Он поглощает излучение значительной части инфракрасного спектра.
Встречное излучение всегда меньше земного. Разность между собственным излучением и встречным называется эффективным излучением
Ee=Es-Ea, (2.11), где Ee – эффективное излучение, а Es и Ea собственное и встречное соответственно.
Эффективное излучение представляет собой чистую потерю энергии с земной поверхности. Ночью в безоблачную погоду эффективное излучение особенно велико.
Встречное излучение измеряется пиргеометрами и балансомерами. Величину собственного излучения Земли можно вычислить по формуле Стефана-Больцмана, эффективное излучение – по формуле (2.10).
В умеренных широтах земная поверхность в среднем теряет половину количества тепла, получаемой ей в процессе поглощения радиации. Атмосфера поглощает земное излучение и отражает его. Встречное излучение препятствует охлаждению земной поверхности ночью и не мешает нагреванию ее днем. Такое явление называется тепличным эффектом.
Радиационный баланс земной поверхности представляет собой разность между поглощенной радиацией и эффективным излучением
Ночью радиационный баланс отрицателен. После восхода Солнца до высоты 10-150 он становится положительным, а перед заходом, когда Солнце опускается до той же высоты, что и утром, он вновь становится отрицательным. При наличии снегового покрова, альбедо в значительной мере возрастает. В этом случае радиационный баланс земной поверхности становится положительным только, когда Солнце поднимется на 20-250 выше линии горизонта.
