Radiační bilance atmosféry
Radiační bilance zohledňuje transformaci a chování sluneční radiační energie při interakci s atmosférou a podložním povrchem, vlastní záření atmosféry a podložního povrchu.
Radiační bilance spodního povrchu (na spodní hranici atmosféry), atmosféry a systému Země-atmosféra (na horní hranici atmosféry) je konečnou charakteristikou všech radiačních procesů. Tedy procesy spojené se vstupem, výstupem a interakcí optického záření s různými složkami atmosféry a Země.
Pro radiační bilanci podkladového povrchu R n má rovnice tvar
kde a jsou toky (nebo součty za časové období) příchozího přímého a rozptýleného záření; E 3 a E a - toky (nebo množství) protizáření zemského povrchu a atmosféry; % albeda podkladového povrchu.
Úloha různých komponent je patrná z obrázku, který představuje výsledky pozorování v pouštní oblasti poblíž Taškentu (42° severní šířky, září).
Denní variace složek radiační bilance podkladového povrchu: 1 – přímé záření; 2 – radiační bilance; 3 – rozptýlené záření; 4 – odražené záření; 5 – záření z podkladového povrchu.
Kladná bilance Rn během dne a záporná bilance v noci jsou v létě typické pro všechny části zeměkoule. V zimě na severu a částečně v mírných zeměpisných šířkách zůstává tato radiační bilance nepřetržitě negativní. Tato zóna zahrnuje zeměpisné šířky, ve kterých Slunce v poledne nevychází nad 11°; těch. v prosinci leží hranice zóny na 56°, v lednu - 58°, v únoru - 66 ○ severní šířky.
Roční cyklus se vyznačuje výraznou šířkovou závislostí způsobenou vysokou nadmořskou výškou Slunce. V pásmu od 40°N. až 40°S měsíční hodnoty radiační bilance na souši i na moři jsou vždy kladné s maximem v červenci. Ve vyšších zeměpisných šířkách a v zimě je radiační bilance negativní s minimem v prosinci. Podle výpočtů M.I. Budyko (1956), střední-
Roční hodnota radiační bilance zemského povrchu je obecně kladná a rovná se 68 kcal/cm 2 -rok (90 W/m 2).
Oblačnost mění nejen vstupní složku radiační bilance (přímé a difúzní záření), ale i výstupní složku (záření podložního povrchu a odražené záření). V důsledku toho zvýšení oblačnosti znamená pokles kladných hodnot během dne a pokles záporných hodnot v noci.
Zvýšení oblačnosti ze 3 na 8 bodů snižuje hodnotu o 20 %.
Zvýšení albeda z 10 na 80 % (sníh) snižuje hodnotu třikrát.
Pro radiační bilanci atmosféry se rovnice liší od předchozí (pro ) a má tvar
Protiradiační toky zemského povrchu a atmosféry
nyní tvoří kreditní stranu rozvahy. Množství je část přímého a rozptýleného záření absorbovaného atmosférou (příchozí). Hodnota udává záření atmosféry a pod ní unikajícího povrchu do vesmíru. Tvoří výdajovou část radiační bilance atmosféry. Ne všechny komponenty lze měřit přímo. Proto se hodnota získá výpočtem.
Radiační bilance systému Země-atmosféra je určena součtem
.
Hodnota pro jednotlivé regiony může být kladná nebo záporná, ale pro zeměkouli jako celek se blíží nule. To je vysvětleno skutečností, že tepelný režim zeměkoule jako celku udržuje stav blízký stacionárnímu.
Kladná průměrná roční bilance podkladové plochy = 90 W/m 2 je tedy vyvážena zápornou průměrnou roční bilancí ve stejné hodnotě.
Diagram průměrného ročního rozložení toku příchozího slunečního záření a podílů absorbovaných, rozptýlených, odražených a odcházejících toků krátkovlnného záření je uveden na obrázku podle výpočtů Schneidera a Denista (1975)
Průměrná roční distribuce průtoku se bere jako 100 konvenčních jednotek.
Z uvedeného rozdělení toku vyplývá:
1. Atmosférou prošlo 41 jednotek přímého záření a 39 jednotek bylo rozptýleno (na hranici stratosféra-troposféra).
2. 17 jednotek přímého slunečního záření bylo rozptýleno molekulami a aerosolem, 22 jednotek bylo absorbováno hydrosférou a 2 byly odraženy (vyšly nahoru). Celkem 41 jednotek;
3. 39 rozptýlených jednotek bylo rozděleno tímto způsobem: 19 jednotek bylo rozptýleno oblačností nahoru, 5 jednotek bylo pohlceno mraky, ze zbývajících 15 jednotek bylo 14,5 absorbováno v hydrosféře, 0,5 bylo odraženo a šlo nahoru;
4. ze 17 jednotek rozptýlených molekulami a aerosolem stouplo 6 jednotek zpětným rozptylem aerosolem, 10,5 jednotek bylo absorbováno hydrosférou a 0,5 jednotek bylo odraženo (těchto 0,5 jednotek a předchozích 15 jednotek představovalo 1 jednotku odraženého záření );
5. ze systému odešlo celkem 19+6+1+2=28 jednotek;
6. takže: 47 jednotek bylo absorbováno ve vodě, 5 jednotek bylo absorbováno mraky, 3 jednotky byly absorbovány ozonem ve stratosféře, 17 jednotek bylo absorbováno vodou a prachem v troposféře, celkem 72 jednotek;
7. Těchto 72 jednotek je přesně to, co chybí ve vystupující radiaci, je jich 28;
Pokud nyní do tohoto diagramu zahrneme tok odcházejícího dlouhovlnného záření (chybějících 72 konvenčních jednotek), dostaneme diagram globální radiační bilance Země jako planety.
Jak je patrné z diagramu, průměrný roční tok odcházejícího krátkovlnného záření mimo atmosféru sestává z velké části z toho, který se odráží od mraků (19 jednotek). A v menší míře toky zpětně rozptýlené atmosférickým aerosolem (6 jednotek) a odražené spodním povrchem (3 jednotky).
Zónové rozložení radiační bilance Země je v současné době měřeno s uspokojivou přesností pomocí umělých družic Země. Z těchto údajů vyplývá, že při kladných průměrných ročních hodnotách v rovníkové zóně nad oceány jsou systematicky vyšší než nad pevninou.
Regionální rysy radiační bilance zemského povrchu, atmosféry a Země jako celku spočívají v jejich vysoké časoprostorové variabilitě, způsobené výraznými variacemi složek. Regionální sledování posledně jmenovaného se proto ukazuje jako mimořádně důležité pro interpretaci klimatických změn v jednotlivých regionech i na celé planetě.
