Тепловий баланс поверхні Землі

Сонячна радіація, поглинена поверхнею суші, перетворюється в тепло. Частина цього тепла витрачається на нагрівання приземного шару атмосфери, рослин, на випаровування води, а частина тепла передається в нижні шари грунту. Тепловий режим земної поверхні в основному обумовлений радіаційним балансом, тобто залежить від приходу радіації, величини альбедо і ефективного випромінювання. Якщо радіаційний баланс негативний, то верхній шар охолоджується і тоді тепло з глибини грунту надходить до її поверхні. Це викликає охолодження грунту на глибині.

Для процесів нагрівання та охолодження грунту певне значення мають також випаровування і концентрація водяної пари на її поверхні. При випаровуванні тепло витрачається на цей процес, тому відбувається охолодження поверхні грунту.

Прихід і витрата тепла на земній поверхні характеризується рівнянням теплового балансу, в яке входять наступні основні складові: радіаційні потоки, сума яких дорівнює радіаційному балансу В, турбулентний потік тепла від підстильної поверхні до атмосфери? у потік тепла від підстильної поверхні до нижележащей поверхні А, витрата тепла на випаровування LE, де L – прихована теплота пароутворення,? – швидкість випаровування.

Прихід сонячної радіації, радіаційний і тепловий баланс є найважливішими факторами клімату. Знання про прихід і поглинанні сонячної радіації і її подальших перетвореннях на земній поверхні і в атмосфері дозволяють пояснити закономірності формування клімату і розподілу його по земній кулі. Зміна теплових потоків в перебігу доби слідують за ходом радіаційного балансу.

Оскільки прихід сонячної радіації неоднаковий протягом доби і року, то температура грунту теж змінюється.

Між поверхнею грунту і її нижчележачими шарами відбувається безперервний обмін теплом. Передача тепла в грунті здійснюється в основному за рахунок молекулярної теплопровідності. Коли поверхня ґрунту тепліша нижчих шарів (день, літо), потік тепла спрямований від поверхні вглиб грунту. Цей тип розподілу температури в грунті називають типом інсоляції (характерний позитивний радіаційний баланс).

Коли поверхня ґрунту холодніша нижчих шарів, потік тепла спрямований з глибини до поверхні. Такий тип розподілу температури в грунті називають типом випромінювання. Він спостерігається при негативному балансі (взимку, вночі).

Тепловий баланс для поверхні Землі

Тепловий режим грунту залежить від її теплофізичних характеристик, основними з яких є теплоємність і теплопровідність. Розрізняють об’ємну і питому теплоємність грунту. Об’ємною теплоємністю називають кількість тепла, що вимагається для нагрівання 1 м куб. грунту на 1 С. Питомою теплоємністю називають кількість тепла, що вимагається для нагрівання 1 кг ґрунту на 1 С . Об’ємну теплоємність висловлюють в питому – Дж / (кг · К). Між об’ємної і питомої теплоємності існує співвідношення.

Об’ємна теплоємність мінеральних частин грунту знаходиться переважно в межах 2,0-2,5 Дж / (м куб. · К), але біля води і повітря вона різниться більш ніж в 3 тисячі разів. Тому теплоємність грунту залежить не стільки від її мінерального складу, скільки від співвідношення повітря і води, що знаходяться в ґрунтових порах.

Здатність грунту передати тепло від шару до шару називається теплопровідністю. Чисельно дорівнює кількості тепла, що проходить за 1 секунду через перетин 1 м кв. шару завтовшки 1 м при різниці температур на кордонах шару в 1 С.

Оскільки коефіцієнт теплопровідності повітря в грунті майже в 25 разів менше ніж води, то і теплопровідність грунту, як і її теплоємність залежить від вологості ґрунту. При замерзанні грунту її теплопровідність збільшується, так як теплопровідність льоду майже в 4 рази більше теплопровідності води.

Однією з проблем сучасних досліджень в метеорології є розробка методів і засобів вимірювань, що сприяють зменшенню похибки оцінки теплопровідності зволожених грунтів. Для оцінки залежності? F (w) (w – вологість ґрунту) найбільш перспективним в даний час є нестаціонарний метод циліндричного зонду постійної потужності.

Ставлення коефіцієнта теплопровідності до об’ємної теплоємності ґрунту називається коефіцієнтом температуропровідності. Цей коефіцієнт характеризує швидкість розподілу тепла в грунті.

Теплофізичні характеристики грунту залежать від її кольору, щільності, структури. Великий вплив на температурний режим грунту надає рельєф. Ступінь нагрівання та охолодження грунту в значній мірі залежить від форми рельєфу, орієнтації схилів і їх крутизни. У порівнянні з горизонтально розташованими ділянками, південні схили в північній півкулі отримують більше тепла, а північні менше.

У південній півкулі залежність зворотна. Рослинний покрив затінює поверхню грунту, поглинаючи значну частина сонячної радіації. Але в той же час він зменшує охолодження грунту, викликаного її ефективним випромінюванням.

Все ж в цілому грунт під рослинним покривом влітку холодніший, ніж оголений, а взимку тепліший. Тепловий режим грунту в зимовий період значною мірою обумовлений сніговим покривом. Теплопровідність снігу дуже мала, що знижує теплообмін між грунтом і атмосферою. Тому глибина промерзання грунту зменшується зі збільшенням висоти снігового покриву.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься.