Эффективное излучение, радиационный и тепловой баланс земной поверхности. Закономерности распространения тепла вглубь почвы. Пожарная опасность леса. Расчет температуры поверхности различных фоновых образований на основе радиационного баланса Земли.
Аннотация к работе
Энергия, излучаемая Солнцем, носит название солнечной радиации. Радиационным балансом деятельного слоя Земли называется разность между приходящей и уходящей от него потоками лучистой энергии. Радиационный баланс земной поверхности оказывает существенное влияние на процессы испарения и снеготаяния, образование туманов и заморозков. Между поверхностью почвы и ее нижележащими слоями происходит непрерывный обмен теплом. Когда поверхность почвы теплее нижележащих слоев (день, лето), поток тепла направлен от поверхности в глубь почвы.Количество энергии, излучаемое телом через единичную поверхность в единицу времени во всех направлениях, в пределах полусферы, назовем потоком излучения, или потоком лучистой энергии - потоком радиации. Под потоком излучения будем понимать также количество энергии, которое проходит черед единичную поверхность в единицу времени, хотя эта энергия поступила от других тел, не связанных с рассматриваемой поверхностью. Лучистую энергию в метеорологии обычно измеряют в тепловых единицах - калориях (1 калл = 4.1868 дж) единицей потока излучения обычно служит 1 кал/см2*мин [1]. Величина представляет собой поток излучения, отнесенный к единичному интервалу длин волн, вблизи данной длины волны ; она носит название монохроматического потока радиации, или излучательной - лучеиспускательной способности тела и измеряется в кал/см2*мин*мк. Пусть на тело падает монохроматический поток радиации часть которого поглощается телом, отражается и проходит сквозь него.Земля и атмосфера, как и любое другое тело, излучают энергию. Следует отметить, что ни земную поверхность, ни тем более атмосферу нельзя рассматривать как абсолютно черные тела. Однако изучение спектров длинноволновой радиации различных поверхностей показало, что с вполне достаточной степенью точности земную поверхность можно считать серым телом. Таким образом, формула для потока излучения земной поверхности может быть записана на основе закона Кирхгофа в следующем виде: (10) где Т0 - температура земной поверхности, - относительный коэффициент излучения или поглощения. Поток излучения земной поверхности значительно меньше потока излучения Солнца (Bc << B0), но B0 оказывается вполне сравнимым с величиной потока солнечной радиации F?, поступающего на поверхность Земли.Приток тепла в виде лучистой энергии является важнейшей составной частью общего притока тепла, под влиянием которого изменяется термический режим атмосферы и земной поверхности. Радиационный баланс изменяется в зависимости от широты, времени года, суток, погодных условия и т.д. Приходная часть радиационного баланса R земной поверхности состоит из поглощающих частей прямой солнечной и рассеянной радиации, а также части излучения атмосферы . Таким образом, или (12) где r - альбедо и B - эффективное излучение земной поверхности, i-поток рассеянной радиации, (количество солнечной радиации, рассеянной в атмосфере, поступающей на 1 см2 горизонтальной поверхности в минуту). Суточный ход температуры воздуха обусловлен изменением притока тепла к земной поверхности и атмосфере в течение суток.Наблюдения показывают, что на суше суточные колебания распространяются до глубины 1 - 2 м, годовые - на слой в несколько десятков метров. Связь тепловых режимов атмосферы и деятельного слоя Земли осуществляется с помощью, так называемого уравнения теплового баланса земной поверхности. В последующие годы уравнение теплового баланса широко использовано многими исследователями для изучения различных свойств приземного слоя атмосферы, вплоть до оценки тех изменений, которые произойдут под влиянием активных воздействий, например на ледяной покров Арктики [6]. Остановимся на выводе уравнения теплового баланса земной поверхности. Солнечная радиация, поступившая к земной поверхности, поглощается на суше в тонком слое, толщину которого обозначим через (Рис.В уравнениях теплового баланса наряду с температурой воздуха входят температура почвы или воды, удельная влажность воздуха и радиационный баланс земной поверхности. Вследствие этого для получения замкнутого решения необходимо в общем случае привлечь уравнения притока тепла в почве, турбулентной диффузии водяного пара и переноса радиации в атмосфере. При увлажнении почвы часть почвенного воздуха замещается водой, теплопроводность которой примерно в 20 раз больше теплопроводности воздуха, вследствие чего почвы растет при увеличении ее влажности. Приводя такие же рассуждения, как и при выводе уравнения турбулентной теплопроводности в воздухе, придем к следующему уравнению теплопроводности или притока тепла в почве: (23) где - плотность почвы, с* - ее удельная теплоемкость, - глубина, отсчитываемая по вертикали вниз от земной поверхности. Аналогично для : (28) где , и , - новые постоянные интегрирования; Для их определения используем два условия при : а) равенство температур воздуха и почвы на земной поверхностиДля снятия данных было выбрано 3 места, различных по своим характеристикам (Рис.
План
Оглавление
Введение
1. Литературный обзор
1.1 Поток лучистой энергии - поток радиации
1.2 Эффективное излучение земной поверхности
1.3 Радиационный баланс земной поверхности и атмосферы
1.4 Уравнение теплового баланса земной поверхности
1.5 Температура земной поверхности, закономерности распространения тепла вглубь почвы
1.6 Пожарная опасность леса
Постановка задач
2. Методика эксперимента
Экспериментальные результаты и обсуждение
2.1 Выбор территорий для снятия данных
2.2 Получение полученных зависимостей с фактической температурой воздуха на момент измерения
2.3 Сравнение полученных экспериментальных данных с теоретическими данными
Выводы
Список литературы
Приложение 1
Приложение 2
Введение
Энергия, излучаемая Солнцем, носит название солнечной радиации. Солнечная радиация является практически единственным источником энергии для Земли и атмосферы.
Радиационным балансом деятельного слоя Земли называется разность между приходящей и уходящей от него потоками лучистой энергии. Радиационный баланс земной поверхности оказывает существенное влияние на процессы испарения и снеготаяния, образование туманов и заморозков.
Тепловой режим земной поверхности в основном обусловлен радиационным балансом. Между поверхностью почвы и ее нижележащими слоями происходит непрерывный обмен теплом. Передача тепла в почве осуществляется в основном за счет молекулярной теплопроводности. Когда поверхность почвы теплее нижележащих слоев (день, лето), поток тепла направлен от поверхности в глубь почвы. Этот процесс происходит при положительном радиационном балансе. Когда поверхность холоднее нижележащих слоев, поток тепла направлен из глубины к поверхности. Этот процесс наблюдается при отрицательном радиационном балансе (зимой, ночью).
Часто встречаются ситуации, когда информация о тепловом портрете местности и его динамическом изменении крайне необходима, но местность может иметь большую площадь или находиться далеко, что создает трудность для наблюдения. В таком случае на помощь приходит дистанционный метод измерения и суточное или сезонное наблюдение за местностью, с последующим занесением всех данных в базу.
Нам необходимо знать закономерности динамического изменения теплового портрета местности. Это позволит использовать полученные данные: в геологоразведке (разные породы имеют разную тепловую инерцию), в сейсморазведке (с помощью теплового портрета рисуются разломы, например, в Саянах), в военном деле (ночная разведка военной техники), в сельском хозяйстве (определение сроков посевов). радиационный тепловой земной поверхность