Главная  Движущие cилы в атмосферe 

[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130

Силы, движущие атмосферe. Эта книга о ветрах, течениях и распределении тепла в атмосфере и океане. Так как все это вызвано Солнцем, то в настоящей главе рассматриваются некоторые важнейщие процессы, которые определяют, как атмосфера и океан реагируют на излучение, идущее от Солнца. В идеале хотелось бы вывести этот отклик во всех его деталях, исходя из знания соответствующих свойств Земли, ее океана и атмосферы, однако это непростое дело. Кратчайший путь решения этой проблемы - использование численных моделей, однако последние все еще полагаются до некоторой степени на наблюдения реальной системы, например для определения влияния процессов (скажем, связанных с отдельным облаком), масштаб которых мал по сравнению с сеткой, используемой в модели.

Цель численных моделей - включить эффекты всех процессов, которые играют суи1,ествеиную роль в определении отклика системы океан - атмосфера. Цель же этой главы - рассмотреть только самые основные процессы и показать, как может быть достигнуто состояние равновесия. Одним из таких основных процессов является поглощение излучения иекото\шиЕ газами (главным образом водяным паром, углекислым газом и озоном), вследствие чего рассматривается парниковый эффект , Поле плотности, создаваемое одними лишь процессами излучения, находится в состоянии динамического равновесия, так как воздух вблизи поверхности более теплый и легкий, чем воздух сверху. Следовательно, имеет место вертикальная конвекция, и нижний слой атмосферы перемешивается. Вычисление установившегося равновесия, когда действуют оба процесса - конвекции и излучения- обсуждается в разд. 1.5. Однако эти вычисления не учитывают изменений нолей по горизонтали, которые, безусловно, чрезвычайно важны, так как несут ответственность за ветры и течения - главный предмет этой книги, Краткое обсуждение эффектов нзменеш1Й в горизонтальном направлении дается в разд. 1.6. Наконец, так как солнечная радиация служит источником энергии для системы атмосфера - океан, то в разд. 1.7 обсуждаются вариации приходящего излучения.



1.2. КОЛИЧЕСТВО ЭНЕРГИИ, ПОЛУЧАЕМОЕ ЗЕМЛЕЙ

Энергия, исходящая от Солнца, воспринимается в виде излучения; почти вся энергия приходится на длины волн между 0,2 и 4 мкм. Около 40 % энергии приходится на видимую часть спектра (0,4-0,67 мкм). Средний поток энергии Солнца на расстоянии среднего радиуса орбиты Земли называется солнечной постоянной S, имеющей величину

5= 1,376 кBт/м. (1.2.1)

(Для потока энергии используется много различных единиц. Связь между ними дается в прило}кении 1.) Другими словами, диск диаметром в 1 м в космосе может собирать достаточно солнечной энергии, чтобы обеспечить работу электронагревателя в 1 кВт! Так как орбита Земли является скорее эллиптической, чем круговой, фактически приходящая энергия испытывает сезонные вариации ±3,5% (Кондратьев, 1969, разд. 1.1, [411]); максимальное количество энергии приходится на начало января.

Полная энергия, получаемая от Солнца в единицу времени, равна

nRS, (1.2.2)

где R - радиус Земли. Так как площадь поверхности Земли равна 4я/?2, то среднее количество энергии, получаемое единицей площади поверхности Земли в единицу времени, дается формулой

I 5 = 344 Вт/м. (1.2.3)

Если бы ось Земли не была наклонена, то средний поток приходящей энергии менялся бы от я;-5 на экваторе до нуля на полюсах. Однако наклон земной оси (23,5°) приводит к сезонному изменению в распределении приходящего потока энергии. Если сделать оценки этих изменений, то получается, что средний поток, приходящий в течение года, меняется с широтой как показано иа рис. 1.1. Не вся энергия, падающая на Землю, поглощается. Часть ее а отражается или рассеивается, безвозвратно уходя в пространство, так что действительно поглощаемый средний поток энергии равен

1(1 а)5 = 240 Вт/м. (1,2.4)

Количество отраженной и рассеянной энергии составляет около 100 Вт/м на всех широтах, как показано на рис. 1.1. (Неясно, почему эта величина так мало зависит от широты.) Число а



1.2. Количество энергии, получаемое Землей 13

называется альбедо Земли и имеет величину [741] порядка

а = 0,3. (1.2.5)

Аиалогичио, альбедо а можно определить для данного места и данного времени как ту часть приходящей радиации, которая отражается или рассеивается. Отраженный свет позволяет фотографировать Землю из космоса, и такие фотографии (см. рис. 1.2, который является результатом комбинации многих таких фотографий и дает среднюю отражающую способность) по-


90° 60

60 90

ОеЗер

Рис. 1.1. Радиациоипый баланс Земли. Верхняя сплошная линия показывав1 средний поток солнечной энергии, достигающий внешней границы атмосферы. 1-1ижней сплошной линией показано среднее количество поглощаемой солнечной энергии, а штриховой линией -уходящей в пространство радиации. Обе нижние кривые представляют усредненные результаты спутниковых измерений между июнем 1974 г. и февралем 1978 г. и взяты пз [862]. Значения даны в ваттах иа квадратный мотр. Горизонтальный масн1таб таков, что расстояния между отметками широт пропорциональны заключеш1ым между ними площадям поверхности Земли, т. е. он линеен относительно синуса широты.

казывают, что альбедо меняется очень сильно в завмсимости от того, велика ли облачность, покрыта ли земля льдом или снегом. Марс, не имеющий облачного покрова, имеет альбедо, равное примерно половине альбедо Земли, в то время как альбедо Венеры, полиостью покрытой облаками, равно удвоенному альбедо Земли. Количественная оценка степени влияния облаков, льда и снега на альбедо может быть получена на основе спутниковых измерений (рис. 1.3). Минимальное значение альбедо, вероятно, близко к его величине при отсутствии облаков и снега, когда эти условия реализуются. Для суши величина альбедо обычно около 0,15 с бгЗльшими значениями в пустынных регионах (0,2-0,3) и в регионах, покрытых льдом; в некоторых областях Антарктики она достигает 0,6. Сравнение минимального



[ 1 ] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130

© 2011 - 2020 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено