Bilanțul de radiații al atmosferei

Bilanțul de radiații ține cont de transformarea și comportamentul energiei radiante solare la interacțiunea cu atmosfera și suprafața subiacentă, radiația proprie a atmosferei și suprafața subiacentă.

Bilanțul de radiații al suprafeței subiacente (la limita inferioară a atmosferei), a atmosferei și a sistemului Pământ-atmosfera (la limita superioară a atmosferei) este caracteristica finală a tuturor proceselor de radiație. Adică procese asociate cu intrarea, ieșirea și interacțiunea radiațiilor optice cu diferite componente ale atmosferei și ale Pământului.

Pentru bilanţul de radiaţii al suprafeţei subiacente R n ecuaţia are forma

unde și sunt fluxurile (sau sumele pe o perioadă de timp) ale radiațiilor directe și împrăștiate primite; E 3 și E a - fluxuri (sau cantități) de contraradiații ale suprafeței și atmosferei terestre; Un % albedo din suprafața subiacentă.

Rolul diferitelor componente este vizibil din figură, care prezintă rezultatele observațiilor într-o zonă deșertică din apropiere de Tașkent (42°N, septembrie).

Variaţia zilnică a componentelor bilanţului de radiaţii al suprafeţei subiacente: 1 – radiaţie directă; 2 – balanța radiațiilor; 3 – radiații împrăștiate; 4 – radiația reflectată; 5 – radiația de la suprafața subiacentă.

Un sold R n pozitiv în timpul zilei și un sold negativ pe timp de noapte sunt tipice pentru toate părțile globului vara. În timpul iernii în nord și parțial în latitudinile temperate, acest bilanț al radiațiilor rămâne negativ non-stop. Această zonă include latitudinile la care Soarele nu răsare peste 11° la prânz; acestea. în decembrie limita zonei se află la 56°, în ianuarie - 58°, în februarie - 66 ○ N. latitudine.

Ciclul anual se caracterizează printr-o dependență latitudinală distinctă datorită altitudinii mari a Soarelui. În zona de la 40°N. până la 40°S valorile lunare ale balanței radiațiilor pe uscat și pe mare sunt întotdeauna pozitive, cu un maxim în iulie. La latitudini mai mari și iarna, bilanţul radiaţiilor devine negativ cu un minim în decembrie. Conform calculelor lui M.I. Budyko (1956), mediu-

Valoarea anuală a bilanţului de radiaţii al suprafeţei terestre este în general pozitivă şi egală cu 68 kcal/cm 2 -an (90 W/m 2).

Nebulozitatea modifică nu numai componenta de intrare a balanței radiațiilor (radiația directă și difuză), ci și componenta de ieșire (radiația suprafeței subiacente și radiația reflectată). Ca urmare, o creștere a tulburării implică o scădere a valorilor pozitive în timpul zilei și o scădere a valorilor negative noaptea.

O creștere a tulburării de la 3 la 8 puncte reduce valoarea cu 20%.

O creștere a albedo de la 10 la 80% (zăpadă) reduce valoarea cu un factor de trei.

Pentru bilanţul de radiaţii al atmosferei, ecuaţia diferă de cea anterioară (pentru ) şi are forma

Fluxuri de contraradiații ale suprafeței și atmosferei pământului

acum constituie partea de credit a bilanţului. Cantitatea este partea din radiația directă și împrăștiată absorbită de atmosferă (intrat). Valoarea denotă radiația atmosferei și suprafața subiacentă care scapă în spațiul cosmic. Constituie partea de cheltuială a balanței radiațiilor atmosferice. Nu toate componentele pot fi măsurate direct. Prin urmare, valoarea se obține prin calcul.

Bilanțul de radiații al sistemului Pământ-atmosfera este determinat de suma

.

Valoarea pentru regiuni individuale poate fi pozitivă sau negativă, dar pentru întregul glob este aproape de zero. Acest lucru se explică prin faptul că regimul termic al globului în ansamblu menține o stare aproape staționară.

În consecință, soldul mediu anual pozitiv al suprafeței subiacente = 90 W/m 2 este echilibrat de un sold mediu anual negativ de aceeași valoare.

O diagramă a distribuției medii anuale a fluxului de radiație solară de intrare și a cotelor fluxurilor absorbite, împrăștiate, reflectate și de ieșire ale radiației cu unde scurte este prezentată în figură conform calculelor lui Schneider și Denist (1975).

Distribuția medie anuală a debitului este considerată ca 100 de unități convenționale.

Din distribuția debitului prezentată rezultă:

1. 41 de unități de radiație directă au trecut prin atmosferă și 39 de unități au fost împrăștiate (la limita stratosferă-troposferă).

2. 17 unități de radiație solară directă au fost împrăștiate de molecule și aerosoli, 22 de unități au fost absorbite de hidrosferă și 2 au fost reflectate (au urcat). Total 41 unitati;

3. 39 de unități împrăștiate au fost împărțite astfel: 19 unități au fost împrăștiate în sus de nori, 5 unități au fost absorbite de nori, din restul de 15 unități, 14,5 au fost absorbite în hidrosferă, 0,5 au fost reflectate și au mers în sus;

4. din 17 unități împrăștiate de molecule și aerosoli, 6 unități au crescut din cauza retroîmprăștierii de către aerosoli, 10,5 unități au fost absorbite de hidrosferă și 0,5 unități au fost reflectate (aceste 0,5 unități și precedentele 15 unități au însumat 1 unitate de radiație reflectată );

5. un total de 19+6+1+2=28 unități au părăsit sistemul;

6. deci: 47 unităţi au fost absorbite în apă, 5 unităţi au fost absorbite de nori, 3 unităţi au fost absorbite de ozon în stratosferă, 17 unităţi au fost absorbite de apă şi praf în troposferă, pentru un total de 72 de unităţi;

7. Aceste 72 de unități sunt tocmai ceea ce lipsește în radiația de ieșire, sunt 28 de unități;

Dacă includem acum în această diagramă fluxul de radiație de undă lungă de ieșire (cele 72 de unități convenționale lipsă), vom obține o diagramă a balanței radiațiilor globale a Pământului ca planetă.

După cum se poate observa din diagramă, fluxul mediu anual de radiație de unde scurte de ieșire dincolo de atmosferă constă în mare parte din cel reflectat de nori (19 unități). Și într-o măsură mai mică, fluxurile retroîmprăștiate de aerosolul atmosferic (6 unități) și reflectate de suprafața subiacentă (3 unități).

Distribuția zonală a balanței radiațiilor Pământului este măsurată în prezent cu o acuratețe satisfăcătoare folosind sateliți artificiali de pe Pământ. Din aceste date rezultă că, cu valori medii anuale pozitive în zona ecuatorială peste oceane, acestea sunt sistematic mai mari decât pe uscat.

Caracteristicile regionale ale bilanțului de radiații ale suprafeței terestre, atmosferei și Pământului în ansamblu constau în variabilitatea lor spațio-temporală ridicată, cauzată de variații semnificative ale componentelor. Prin urmare, monitorizarea regională a acestora din urmă se dovedește a fi extrem de importantă pentru interpretarea schimbărilor climatice în regiuni individuale și pe întreaga planetă.