Keling, atmosfera bilan birga Yerning faol qatlamining issiqlik rejimini ko'rib chiqaylik. Faol qatlam tuproq yoki suv qatlami bo'lib, uning harorati kunlik va yillik tebranishlarni boshdan kechiradi. Kuzatishlar shuni ko'rsatadiki, quruqlikda kunlik tebranishlar 1 - 2 m chuqurlikka, yillik tebranishlar esa bir necha o'n metrli qatlamgacha cho'ziladi. Dengiz va okeanlarda faol qatlamning qalinligi quruqlikdagidan o'nlab marta katta. Atmosferaning termal rejimlari va Yerning faol qatlami o'rtasidagi bog'liqlik issiqlik balansi tenglamasi yordamida amalga oshiriladi. yer yuzasi. Bu tenglama birinchi marta 1941 yilda A.A. tomonidan havo haroratining sutkalik o'zgarishi nazariyasini yaratish uchun ishlatilgan. Dorodnitsyn. Keyingi yillarda issiqlik balansi tenglamasi ko'plab tadqiqotchilar tomonidan faol ta'sirlar ta'sirida sodir bo'ladigan o'zgarishlarni baholashgacha, masalan, Arktika muz qoplamida atmosfera sirt qatlamining turli xususiyatlarini o'rganish uchun keng qo'llanildi. . Keling, yer yuzasi uchun issiqlik balansi tenglamasini chiqarishga to'xtalib o'tamiz. Yer yuzasiga yetib kelgan quyosh nurlari quruqlikda yupqa qatlamda yutiladi, uning qalinligi (1-rasm) bilan belgilanadi. Quyosh nurlari oqimidan tashqari, yer yuzasi atmosferadan infraqizil nurlanish oqimi shaklida issiqlik oladi va u o'z nurlanishi orqali issiqlikni yo'qotadi.
Guruch. 1.
Tuproqda bu oqimlarning har biri o'zgarib turadi. Agar qalinlikning elementar qatlamida (tuproqning sirtidan chuqurligigacha o'lchanadigan chuqurlik) F oqimi dF ga o'zgargan bo'lsa, unda biz yozishimiz mumkin.
bu yerda a - yutilish koeffitsienti, tuproq zichligi. Oxirgi munosabatni dan to oralig'ida integratsiyalash orqali biz hosil bo'lamiz
bu yerda oqim F(0) da oqimga nisbatan e marta pasaygan chuqurlik. Radiatsiya bilan bir qatorda issiqlik almashinuvi tuproq yuzasining atmosfera bilan turbulent almashinuvi va tuproq ostidagi qatlamlar bilan molekulyar almashinuv orqali sodir bo'ladi. Turbulent almashinuv ta'sirida tuproq teng miqdorda issiqlikni yo'qotadi yoki oladi
Bundan tashqari, suv tuproq yuzasidan bug'lanadi (yoki suv bug'lari kondensatsiyalanadi), bu issiqlik miqdorini iste'mol qiladi.
Qatlamning pastki chegarasi orqali molekulyar oqim shaklda yoziladi
bu erda tuproqning issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti, uning solishtirma issiqlik sig'imi va molekulyar issiqlik tarqalish koeffitsienti.
Issiqlik oqimi ta'sirida tuproqning harorati o'zgaradi va 0 ga yaqin haroratlarda muz eriydi (yoki suv muzlaydi). Tuproq qalinligining vertikal ustunida energiyani saqlash qonuniga asoslanib, biz quyidagilarni yozishimiz mumkin:
(19) tenglamada chap tomondagi birinchi atama vaqt birligida tuproqning sm 3 issiqlik miqdorini o'zgartirish uchun sarflangan issiqlik miqdorini, muzning erishi uchun sarflangan ikkinchi issiqlik miqdorini ifodalaydi (). O'ng tomonda, yuqori va pastki chegaralar orqali tuproq qatlamiga kiradigan barcha issiqlik oqimlari "+" belgisi bilan, qatlamdan chiqadiganlari esa "-" belgisi bilan olinadi. Tenglama (19) qalin tuproq qatlami uchun issiqlik balansi tenglamasidir. Bunday holda umumiy ko'rinish bu tenglama cheklangan qalinlikdagi qatlam uchun yozilgan issiqlik oqimi tenglamasidan boshqa narsa emas. Undan havo va tuproqning issiqlik rejimi haqida qo'shimcha ma'lumotni (issiqlik oqimi tenglamasi bilan solishtirganda) olish mumkin emas. Biroq, issiqlik balansi tenglamasining bir nechta maxsus holatlarini ko'rsatish mumkin, agar u mustaqil ravishda ishlatilishi mumkin differensial tenglamalar chegara holati. Bu holda issiqlik balansi tenglamasi yer yuzasining noma'lum haroratini aniqlashga imkon beradi. Bunday maxsus holat quyidagilar bo'ladi. Qor yoki muz bilan qoplanmagan quruqlikda, yuqorida aytib o'tilganidek, qiymat juda kichik. Shu bilan birga, molekulyar yo'l uzunligi tartibida bo'lgan kattaliklarning har biriga nisbati juda katta. Natijada, muzning erishi jarayonlari bo'lmaganda quruqlik uchun tenglamani etarli darajada aniqlik bilan yozish mumkin:
(20) tenglamadagi dastlabki uchta hadning yig'indisi yer yuzasining radiatsiya balansi R dan boshqa narsa emas. Shunday qilib, er yuzasi uchun issiqlik balansi tenglamasi shaklni oladi:
Atmosfera va tuproqning issiqlik rejimini o'rganishda chegara sharti sifatida (21) shakldagi issiqlik balansi tenglamasidan foydalaniladi.
YERNING ISILIK BALANSI
Yer balansi, yer yuzasida, atmosferada va Yer-atmosfera tizimidagi energiyaning kirib kelishi va chiqishi (radiatsion va issiqlik) nisbati. Atmosfera, gidrosfera va litosferaning yuqori qatlamlaridagi fizik, kimyoviy va biologik jarayonlarning katta qismi uchun energiyaning asosiy manbai quyosh radiatsiyasidir, shuning uchun issiqlik energiyasining tarkibiy qismlarining taqsimlanishi va nisbati. uning bu qobiqlardagi o'zgarishlarini xarakterlang.
T.b. Ular energiyaning saqlanish qonunining alohida formulalarini ifodalaydi va Yer yuzasining bir qismi (er yuzasi T.b.) uchun tuzilgan; atmosferadan o'tadigan vertikal ustun uchun (T.b. atmosfera); atmosfera va litosfera yoki gidrosferaning yuqori qatlamlari (T. B. Yer-atmosfera tizimi) orqali o'tadigan bir xil ustun uchun.
Tenglama T.b. yer yuzasi: R + P + F0 + LE 0 - er yuzasi elementi va uning atrofidagi fazo o'rtasidagi energiya oqimlarining algebraik yig'indisi. Bu oqimlar radiatsiya balansini (yoki qoldiq nurlanishni) o'z ichiga oladi R - so'rilgan qisqa to'lqinli quyosh radiatsiyasi va er yuzasidan uzoq to'lqinli samarali nurlanish o'rtasidagi farq. Ijobiy yoki salbiy qiymat radiatsiya balansi bir nechta issiqlik oqimlari bilan qoplanadi. Er yuzasining harorati odatda havo haroratiga teng bo'lmagani uchun uning ostidagi sirt bilan atmosfera o'rtasida issiqlik oqimi P sodir bo'ladi.Shunga o'xshash issiqlik oqimi F 0 yer yuzasi bilan litosfera yoki gidrosferaning chuqur qatlamlari o'rtasida kuzatiladi. . Bunday holda, tuproqdagi issiqlik oqimi molekulyar issiqlik o'tkazuvchanligi bilan belgilanadi, suv omborlarida issiqlik almashinuvi, qoida tariqasida, tabiatda ko'proq yoki kamroq turbulentdir. Kollektor yuzasi va uning chuqur qatlamlari orasidagi issiqlik oqimi F 0 son jihatdan ma'lum vaqt oralig'ida suv omboridagi issiqlik tarkibining o'zgarishiga va suv omboridagi oqimlar orqali issiqlikni uzatishga teng. T.dagi asosiy qiymat b. er yuzasi odatda bug'lanish LE uchun issiqlik iste'moliga ega bo'lib, u bug'langan suv massasi E va bug'lanish issiqligining mahsuloti sifatida aniqlanadi L. LE qiymati er yuzasining namlanishiga, uning haroratiga, havo namligiga bog'liq. va er yuzasidan atmosferaga suv o'tkazish bug'ining tezligini belgilaydigan sirt havo qatlamidagi turbulent issiqlik almashinuvining intensivligi.
Tenglama T.b. atmosfera quyidagi shaklga ega: Ra + Lr + P + Fa D W.
T.b. atmosfera uning radiatsiya balansi R a dan iborat; atmosferadagi suvning fazaviy o'zgarishlari paytida kiruvchi yoki chiquvchi issiqlik Lr (g - umumiy yog'ingarchilik); atmosferaning er yuzasi bilan turbulent issiqlik almashinuvi tufayli P issiqlikning kirib kelishi yoki chiqishi; tartibli atmosfera harakatlari va makroturbulentlik bilan bog'liq bo'lgan ustunning vertikal devorlari orqali issiqlik almashinuvi natijasida F a issiqlikning kelishi yoki yo'qolishi. Bundan tashqari, tenglamada T. b. atmosfera ustun ichidagi issiqlik miqdori o'zgarishining kattaligiga teng bo'lgan DW atamasini o'z ichiga oladi.
Tenglama T.b. Yer-atmosfera tizimi mos keladi algebraik yig'indi tenglamalar shartlari T. b. yer yuzasi va atmosfera. T.ning tarkibiy qismlari b. Yer sharining turli mintaqalari uchun yer yuzasi va atmosfera meteorologik kuzatuvlar (aktinometrik stansiyalarda, maxsus meteorologik stansiyalarda, yerning meteorologik yo‘ldoshlarida) yoki iqlimiy hisob-kitoblar bilan aniqlanadi.
T. b. komponentlarining oʻrtacha kenglik qiymatlari. okeanlar, quruqlik va Yer uchun yer yuzasi va T. b. atmosfera 1, 2-jadvallarda keltirilgan, bu erda T. b shartlarining qiymatlari. issiqlik kelishiga to'g'ri kelsa, ijobiy hisoblanadi. Ushbu jadvallar o'rtacha yillik sharoitlarni nazarda tutganligi sababli, ular atmosfera issiqlik tarkibidagi o'zgarishlarni tavsiflovchi atamalarni o'z ichiga olmaydi va yuqori qatlamlar litosfera, chunki bu shartlar uchun ular nolga yaqin.
Sayyora sifatida Yer uchun atmosfera bilan birga T. b. sxemasi. shaklda ko'rsatilgan. Birlik yuzasiga tashqi chegara Atmosfera yiliga o'rtacha 250 kkal/sm2 ga teng quyosh radiatsiyasi oqimini oladi, shundan taxminan dunyo fazosi, va yiliga 167 kkal/sm 2 Yer tomonidan so‘riladi (rasmdagi o‘q Q s). Qisqa to'lqinli nurlanish yiliga 126 kkal/sm 2 ga teng er yuzasiga etib boradi; Bu miqdorning yiliga 18 kkal/sm2 i aks ettiriladi va yiliga 108 kkal/sm2 yer yuzasi tomonidan so‘riladi (o‘q Q). Atmosfera yiliga 59 kkal/sm2 qisqa to'lqinli nurlanishni o'zlashtiradi, ya'ni yer yuzasidan sezilarli darajada kamroq. Yer yuzasining samarali uzoq to'lqinli nurlanishi yiliga 36 kkal/sm 2 (o'q I), shuning uchun er yuzasining radiatsiya balansi yiliga 72 kkal/sm 2 ni tashkil qiladi. Yerdan kosmosga uzoq to'lqinli nurlanish yiliga 167 kkal/sm 2 ga teng (o'q Is). Shunday qilib, Yer yuzasi yiliga taxminan 72 kkal/sm2 nurlanish energiyasini oladi, u qisman suvning bug'lanishiga sarflanadi (LE doirasi) va turbulent issiqlik almashinuvi orqali qisman atmosferaga qaytariladi (o'q P).
Jadval 1 . - Yer yuzasining issiqlik balansi, kkal/sm 2 yil
Kenglik, darajalar
O'rtacha Yer
70-60 shimoliy kenglik
0-10 janubiy kenglik
Bir butun sifatida Yer
T.ning tarkibiy qismlari haqidagi maʼlumotlar b. iqlimshunoslik, quruqlik gidrologiyasi va okeanologiyaning ko'plab muammolarini ishlab chiqishda foydalaniladi; ular iqlim nazariyasining raqamli modellarini asoslash va ushbu modellardan foydalanish natijalarini empirik tekshirish uchun ishlatiladi. T. b. haqidagi materiallar. iqlim o'zgarishini o'rganishda muhim rol o'ynaydi, ular sirtdan bug'lanishni hisoblashda ham qo'llaniladi daryo havzalari, koʻllar, dengizlar va okeanlar, dengiz oqimlarining energiya rejimini oʻrganishda, qor va muz qoplamini oʻrganishda, oʻsimliklar fiziologiyasida transpiratsiya va fotosintezni oʻrganishda, hayvonlar fiziologiyasida tirik organizmlarning issiqlik rejimini oʻrganishda. . T. haqida maʼlumotlar b. sovet geografi A. A. Grigoryev asarlarida geografik rayonlashtirishni o‘rganishda ham foydalanilgan.
Jadval 2. - atmosferaning issiqlik balansi, kkal/sm 2 yil
Kenglik, darajalar
70-60 shimoliy kenglik
0-10 janubiy kenglik
Bir butun sifatida Yer
Lit.: Yer sharining issiqlik balansi atlasi, ed. M. I. Budiko, M., 1963; Budyko M.I., Iqlim va hayot, L., 1971; Grigoryev A. A., Geografik muhitning tuzilishi va rivojlanishi naqshlari, M., 1966 yil.
M.I. Budiko.
Buyuk Sovet Entsiklopediyasi, TSB. 2012
Shuningdek, lug'atlar, entsiklopediyalar va ma'lumotnomalarda bu so'zning talqinlari, sinonimlari, ma'nolari va erning issiqlik balansi nima ekanligini ko'ring:
- YER
Qishloq xoʻjaligi - ehtiyojlari uchun berilgan yerlar Qishloq xo'jaligi yoki ular uchun mo'ljallangan ... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
REREATSION MAQSADI – aholining uyushgan ommaviy dam olishi va turizmi uchun mo‘ljallangan va foydalaniladigan, belgilangan tartibda ajratilgan yerlar. Ularga … - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TABIATDAN FOYDALANISH - qo'riqxona yerlari (ovchilikdan tashqari); taqiqlangan va urug'lantirishni muhofaza qilish zonalari; himoya funktsiyalarini bajaradigan o'rmonlar egallagan erlar; boshqa… - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TABIY QO‘QIQQALAR FONDATI – qo‘riqxona yerlari, tabiat yodgorliklari, tabiiy (milliy) va dendrologik, botanika bog‘lari. Z.p.-z.f.ning tarkibi. bilan er uchastkalarini o'z ichiga oladi ... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
ZARAR - YERNING ZARARiga qarang... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
SALOMATLIK MAQSADLARI - tabiiy shifobaxsh omillari (mineral buloqlar, dorivor loy konlari, iqlimiy va boshqa sharoitlar), qulay... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
JAMOATDA FOYDALANISH - shaharlarda, qishloqlarda va qishloqlarda aholi punktlari- aloqa yo'llari sifatida foydalaniladigan yerlar (maydonlar, ko'chalar, xiyobonlar, ... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
STANDART NARX - qarang YERNING NARXI... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
QO'SHILMALAR - qarang SHAHAR YERLARI... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
MUNITIPALizatsiya - qarang. - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
Oʻrmon fondi – oʻrmon bilan qoplangan yerlar va boshqalar. o'rmon bilan qoplanmagan, lekin o'rmon va o'rmon xo'jaligi ehtiyojlari uchun ... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TARIXIV MADANIY AHAMIYATI - tarixiy va madaniy yodgorliklar, diqqatga sazovor joylar, shu jumladan e'lon qilingan (va qaysi) erlar ... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
REZIRA - egalik qilish, egalik qilish, foydalanish va ijaraga berilmagan barcha yerlar. yer, egalik, egalik ... kiradi. - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TEMIR YO'L TRANSPORTI - korxona va muassasalarga doimiy (cheksiz) foydalanish uchun bepul berilgan federal ahamiyatga ega erlar. temir yo'l transporti topshiriqni bajarish uchun ... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
MUDOFIYA EHTiyojlari uchun - turar joy va doimiy faoliyat yuritish uchun berilgan yerlar harbiy qismlar, muassasalar, harbiy ta'lim muassasalari, Qurolli Kuchlar tizimidagi korxona va tashkilotlar... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
SHAHAR - qarang SHAHAR YERLARI... - YER Iqtisodiy atamalar lug'atida:
SUV fondi — tundra va oʻrmon-tundra zonalari, gidrotexnika va boshqa suv xoʻjaligi inshootlari bundan mustasno, suv omborlari, muzliklar, botqoqliklar egallagan yerlar; A… - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
MEHNAT RESURSLARI - mehnat resurslari mavjudligi va ulardan foydalanish, ularning to'ldirilishi va pensiyaga chiqishi, bandligi, unumdorligi... hisobga olingan holda balansi. - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
PASSIV SAVDO - PASİV SAVDO BALANSINI ko'ring... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
AKTİV SAVDO - FAOL SAVDO... ga qarang. - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
SAVDO - SAVDO BALANSIGA qarang; TAShQI SAVDO… - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
Joriy operatsiyalar - davlatning sof eksporti tovar va xizmatlar eksporti hajmiga, importdan tashqari sof... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
KONSOLIDAT - qarang. - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
BALANCE - qarang BALANCE BALANS... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TAHOMLANGAN - sm. - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
ajralish - qarang ajralish balansi... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
ISH VAQTI - korxona xodimlarining ish vaqti resurslari va ulardan foydalanishni tavsiflovchi balans turli xil turlari ishlaydi Taqdim etilgan... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TO'LOV JORIY BALANS qarang... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
JORI AMALIYATLAR UCHUN TO‘LOV BALANSI – JORI AMALIYATLAR UCHUN TO‘LOV BALANSI... qarang. - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TO‘LOV PASİV. PASİV TO‘LOV BALANSINI ko‘ring... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TAShQI SAVDODA TO'LOV - qarang TAShQI SAVDODA TO'LOVLAR BALANSI... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TO'LOV FAOL - FAOL TO'LOV BALANSINI ko'ring... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TO'LOV - qarang TO'LOV... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
KLIRING HISOBLAR UCHUN TO‘LOVLAR – to‘lov majburiyatlari yoki o‘zaro da’volar bo‘yicha naqd pulsiz hisob-kitoblar qoldig‘i... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
PASİV SAVDO (TO'LOV) - qarang PASİV SAVDO (TO'LOV) ... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
ASOSIY FOYDALAR - mavjud asosiy vositalarni, ularning eskirishi va chiqib ketishini hisobga olgan holda, yangidan kiritilgan aktivlarni solishtiruvchi balans... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
Tarmoqlararo - qarang. - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
MATERIAL - qarang MATERIAL... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
TUQASH - qarang TUQASH ... - BALANS Iqtisodiy atamalar lug'atida:
DAROMAD VA XARAJATLAR - moliyaviy balans, uning bo'limlarida ma'lum bir davrdagi daromadlar va xarajatlarning manbalari va miqdorlari ko'rsatilgan... - BALANS katta Sovet ensiklopediyasi, TSB:
(frantsuzcha tarozi, so'zma-so'z - tarozi, lotincha bilanx - ikkita tortish kosasiga ega), 1) muvozanat, muvozanat. 2) Ko'rsatkichlar tizimi ... - YER
Qadimgi rus hududlari eski shaharlar yaqinida shakllangan. Ko'pincha shahardan juda muhim masofada joylashgan Z. uning aholisining mulki bo'lgan va har doim ... - BALANS V Ensiklopedik lug'at Brokxauz va Evfron:
Buxgalteriya balansi. B.ning buxgalteriya hisobida debet va kredit oʻrtasida balans oʻrnatiladi va B.ning kirish schyoti, agar ular bilan tijorat kitoblari ochilgan boʻlsa va... farqlanadi. - BALANS Entsiklopedik lug'atda:
I a, ko‘plik yo'q, m 1. Har qanday faoliyat yoki jarayonning o'zaro bog'liq ko'rsatkichlarining nisbati. B. ishlab chiqarish va iste'mol qilish. Savdo balansi ...
Radiatsiya balansi Yer yuzasi tomonidan so'rilgan va chiqariladigan nurlanish energiyasining kirib kelishi va chiqishi o'rtasidagi farqni ifodalaydi.
Radiatsiya balansi - ma'lum hajmdagi yoki ma'lum bir sirtdagi nurlanish oqimlarining algebraik yig'indisi. Atmosferaning radiatsiya balansi yoki Yer-atmosfera tizimi haqida gapirganda, ular ko'pincha atmosferaning pastki chegarasida issiqlik almashinuvini belgilaydigan er yuzasining radiatsiya balansini anglatadi. U so'rilgan jami quyosh radiatsiyasi va er yuzasining samarali nurlanishi o'rtasidagi farqni ifodalaydi.
Radiatsiya balansi - bu Yer yuzasi tomonidan so'rilgan va chiqariladigan nurlanish energiyasining kirib kelishi va chiqishi o'rtasidagi farq.
Radiatsiya balansi eng muhim iqlim omilidir, chunki tuproq va unga qo'shni havo qatlamlarida haroratning taqsimlanishi uning qiymatiga juda bog'liq. Unga bog'liq jismoniy xususiyatlar Yer bo'ylab harakatlanadigan havo massalari, shuningdek, bug'lanish va qor erishi intensivligi.
Er yuzasida radiatsiya balansining yillik qiymatlarining taqsimlanishi bir xil emas: tropik kengliklarda bu qiymatlar 100...120 kkal/(sm2) va maksimal (140 kkalgacha) ga etadi. /(sm2 yil)) Avstraliyaning shimoli-g'arbiy sohillarida kuzatiladi ). Cho'l va qurg'oqchil hududlarda radiatsiya balansining qiymatlari bir xil kengliklarda etarli va haddan tashqari namlik bo'lgan joylarga nisbatan pastroqdir. Bu havoning yuqori quruqligi va past bulutliligi tufayli albedoning ko'payishi va samarali nurlanishning ko'payishi bilan bog'liq. Mo''tadil kengliklarda radiatsiya balansining qiymatlari umumiy radiatsiyaning pasayishi tufayli kenglik oshgani sayin tezda pasayadi.
O'rtacha yiliga Yer sharining butun yuzasi uchun radiatsiya balansining yig'indisi ijobiy bo'lib chiqadi, doimiy muz qoplami bo'lgan hududlar (Antarktida, Markaziy Grenlandiya va boshqalar) bundan mustasno.
Radiatsiya balansi bilan o'lchanadigan energiya qisman bug'lanishga sarflanadi, qisman havoga o'tadi va nihoyat, ma'lum miqdorda energiya tuproqqa kiradi va uni isitish uchun ketadi. Shunday qilib, issiqlik balansi deb ataladigan er yuzasi uchun jami issiqlik kirishi va chiqishi quyidagi tenglama sifatida ifodalanishi mumkin:
Bu erda B - radiatsiya balansi, M - Yer yuzasi va atmosfera orasidagi issiqlik oqimi, V - bug'lanish uchun issiqlik iste'moli (yoki kondensatsiya paytida issiqlik chiqishi), T - tuproq yuzasi va chuqur qatlamlar orasidagi issiqlik almashinuvi.
16-rasm - Quyosh radiatsiyasining Yer yuzasiga ta'siri
O'rtacha, bir yil davomida tuproq havoga qancha issiqlik beradi, shuning uchun yillik xulosalarda tuproqdagi issiqlik almashinuvi nolga teng. Bug'lanish natijasida yo'qolgan issiqlik Yer shari yuzasida juda notekis taqsimlanadi. Okeanlarda ular miqdoriga bog'liq quyosh energiyasi okean yuzasiga, shuningdek, tabiatga kelish okean oqimlari. Issiq oqimlar bug'lanish uchun issiqlik sarfini oshiradi, sovuq oqim esa uni kamaytiradi. Qit'alarda bug'lanish uchun issiqlik iste'moli nafaqat quyosh radiatsiyasi miqdori, balki tuproqdagi namlik zaxiralari bilan ham belgilanadi. Bug'lanishning kamayishiga olib keladigan namlik etishmovchiligi mavjud bo'lganda, bug'lanish uchun issiqlik sarfi kamayadi. Shuning uchun cho'l va yarim cho'llarda ular sezilarli darajada kamayadi.
Atmosferada rivojlanayotgan barcha jismoniy jarayonlar uchun deyarli yagona energiya manbai quyosh radiatsiyasidir. asosiy xususiyat atmosferaning radiatsiya rejimi deb atalmish. issiqxona effekti: atmosfera qisqa to'lqinli quyosh nurlarini zaif singdiradi (uning katta qismi er yuzasiga etib boradi), lekin uzoq to'lqinli nurlanishni (to'liq infraqizil) saqlaydi. termal nurlanish erning issiqlik o'tkazuvchanligini sezilarli darajada kamaytiradigan er yuzasi bo'sh joy va uning haroratini oshiradi.
Atmosferaga kiradigan quyosh radiatsiyasi atmosferada qisman asosan suv bug'lari bilan so'riladi; karbonat angidrid, ozon va aerozollar va aerozol zarralari va atmosfera zichligidagi tebranishlar bilan tarqaladi. Quyoshning nurlanish energiyasining atmosferada tarqalishi tufayli nafaqat to'g'ridan-to'g'ri quyosh nurlanishi, balki tarqoq nurlanish ham kuzatiladi, ular birgalikda umumiy radiatsiyani tashkil qiladi. Yer yuzasiga etib, umumiy radiatsiya undan qisman aks ettirilgan. Yoritilgan nurlanish miqdori pastki sirt deb ataladigan aks ettirish bilan belgilanadi. albedo. Yutilgan nurlanish tufayli er yuzasi qiziydi va atmosferaga yo'naltirilgan o'zining uzun to'lqinli nurlanish manbai bo'ladi. O'z navbatida, atmosfera ham er yuzasiga (atmosferaning qarshi nurlanishi deb ataladigan) va kosmosga (chiquvchi radiatsiya deb ataladigan) yo'naltirilgan uzun to'lqinli nurlanishni chiqaradi. Er yuzasi va atmosfera o'rtasidagi ratsional issiqlik almashinuvi samarali radiatsiya - er yuzasining o'z nurlanishi va u tomonidan so'rilgan atmosferaning qarshi nurlanishi o'rtasidagi farq bilan belgilanadi. Yer yuzasi tomonidan yutilgan qisqa to‘lqinli nurlanish va samarali nurlanish o‘rtasidagi farq radiatsiya balansi deyiladi.
Quyosh radiatsiyasi energiyasining er yuzasida va atmosferada yutilishidan keyin o'zgarishi Yerning issiqlik balansini tashkil qiladi. Atmosfera uchun issiqlikning asosiy manbai quyosh radiatsiyasining asosiy qismini o'zlashtiradigan yer yuzasidir. Atmosferada quyosh nurlanishining yutilishi atmosferadagi issiqlikni uzoq to'lqinli nurlanish orqali kosmosga yo'qotishdan kamroq bo'lganligi sababli, radiatsion issiqlik iste'moli er yuzasidan atmosferaga turbulent ko'rinishdagi issiqlik oqimi bilan to'ldiriladi. issiqlik almashinuvi va atmosferada suv bug'ining kondensatsiyasi natijasida issiqlikning kelishi. Butun atmosferadagi kondensatsiyaning umumiy miqdori yog'ingarchilik miqdoriga, shuningdek, er yuzasidan bug'lanish miqdoriga teng bo'lganligi sababli, kondensatsiya issiqligining atmosferaga kelishi son jihatdan er yuzidagi bug'lanish uchun yo'qolgan issiqlikka tengdir. sirt.
Yutilgan quyosh nurlanishi va samarali radiatsiya o'rtasidagi farq radiatsiya balansini yoki er yuzasining qoldiq nurlanishini tashkil qiladi (B). Erning butun yuzasi bo'ylab o'rtacha hisoblangan radiatsiya balansini B = Q * (1 – A) - E eff yoki B = Q - R k – E eff formulasi sifatida yozish mumkin. 24-rasmda radiatsiya va issiqlik balansida ishtirok etadigan har xil turdagi nurlanishlarning taxminiy foizi ko'rsatilgan. Ko'rinib turibdiki, Yer yuzasi sayyoramizga kiradigan barcha nurlanishning 47% ni o'zlashtiradi va samarali nurlanish 18% ni tashkil qiladi. Shunday qilib, butun Yer yuzasida o'rtacha radiatsiya balansi ijobiy va 29% ni tashkil qiladi.
Guruch. 24. Yer yuzasining radiatsiya va issiqlik balanslari sxemasi (K. Ya. Kondratiev bo'yicha)
Yer yuzasida radiatsiya balansining taqsimlanishi juda murakkab. Ushbu taqsimotning qonuniyatlarini tushunish juda muhim, chunki qoldiq nurlanish ta'siri ostida er osti yuzasi va troposferaning harorat rejimi va umuman Yer iqlimi shakllanadi. Bir yil davomida yer yuzasining radiatsiya balansi xaritalarini tahlil qilish (25-rasm) quyidagi xulosalarga olib keladi.
Yer yuzasi radiatsiya balansining yillik yig'indisi Antarktida va Grenlandiya muzlik platolaridan tashqari deyarli hamma joyda ijobiydir. Uning yillik qiymatlari asosiy omil - umumiy radiatsiyaga muvofiq ekvatordan qutblarga zonaviy va tabiiy ravishda kamayadi. Bundan tashqari, ekvator va qutblar orasidagi radiatsiya balansi qiymatlaridagi farq umumiy radiatsiya qiymatlaridagi farqdan kattaroqdir. Shuning uchun radiatsiya balansining zonalligi juda aniq ifodalangan.
Radiatsiya balansining navbatdagi qonuniyati uning quruqlikdan okeanga o'tish davrida uzilishlar va qirg'oq bo'ylab izoliyalarning aralashishi bilan ortishidir. Bu xususiyat ekvatorial-tropik kengliklarda yaxshiroq ifodalanadi va asta-sekin qutbga qarab tekislanadi.Okeanlar ustidagi radiatsiya balansining kattalashishi suv albedosining pastligi, ayniqsa ekvatorial-tropik kengliklarda va okean yuzasi haroratining pastligi tufayli samarali nurlanishning kamayishi bilan izohlanadi. va havodagi sezilarli namlik va bulutlilik.Radiatsiya balansining ortib borayotgan qiymatlari va sayyoradagi Okeanning katta maydoni (71%) tufayli u Yerning issiqlik rejimida etakchi rol o'ynaydi. Va okeanlar va qit'alarning radiatsiya balansidagi farq ularning barcha kengliklarda bir-biriga doimiy va chuqur o'zaro ta'sirini belgilaydi.
Guruch. 25. Yil davomida yer yuzasining radiatsiya balansi [MJ/(m 2 Xyear)] (S.P.Xromov va M.A.Petrosyantslar boʻyicha)
Ekvatorial-tropik kengliklarda radiatsiya balansidagi mavsumiy o'zgarishlar unchalik katta emas (26, 27-rasm). Buning oqibati yil davomida haroratning ozgina o'zgarishi. Shuning uchun yil fasllari haroratning borishi bilan emas, balki yillik yog'ingarchilik rejimi bilan belgilanadi. Ekstratropik kengliklarda radiatsiya balansidagi sifat o'zgarishlar ijobiydan musbatgacha bo'ladi salbiy qiymatlar bir yil davomida. Yozda, mo''tadil va qisman baland kengliklarning keng hududlarida radiatsiya balansining qiymatlari sezilarli bo'ladi (masalan, iyun oyida Arktika doirasi yaqinidagi quruqlikda ular tropik cho'llardagi kabi) va uning kengliklar bo'ylab o'zgarishi. nisbatan kichik. Bu harorat rejimida va shunga mos ravishda, bu davrda interlatitudinal aylanishning zaiflashuvida namoyon bo'ladi. Qishda, katta kengliklarda radiatsiya balansi manfiy bo'ladi: eng sovuq oyning nol radiatsiya balansi chizig'i quruqlik bo'ylab taxminan 40 ° kenglik bo'ylab, okeanlar ustidan esa 45 ° bo'ylab o'tadi. Har xil termobarik sharoitlar qishda mo''tadil va subtropik kenglik zonalarida atmosfera jarayonlarining faollashishiga olib keladi. Mo''tadil va qutb kengliklarida qishda salbiy radiatsiya balansi qisman ekvatorial-tropik kengliklardan havo va suv massalari bilan issiqlik oqimi bilan qoplanadi. Past kengliklardan farqli o'laroq, mo''tadil va yuqori kengliklarda yil fasllari radiatsiya balansiga qarab, birinchi navbatda, issiqlik sharoitlari bilan belgilanadi.
Guruch. 26. Iyun oyi uchun yer yuzasining radiatsiya balansi [10 2 MJ/(m 2 x M es.) |
Barcha kengliklardagi tog'larda radiatsiya balansining taqsimlanishi balandlikning ta'siri, qor qoplamining davomiyligi, yon bag'irlarning insolyatsiya ta'siri, bulutlilik va boshqalar bilan murakkablashadi. Umuman olganda, tog'larda umumiy radiatsiya qiymatining oshishiga qaramay. , qor va muzning albedosi hamda samarali nurlanish ulushining ortishi va boshqa omillar tufayli u yerda radiatsiya balansi pastroq.
Yer atmosferasi o'ziga xos radiatsiya balansiga ega. Radiatsiyaning atmosferaga kirishi ham qisqa to'lqinli quyosh nurlanishini, ham uzoq to'lqinli er usti radiatsiyasini yutish hisobiga sodir bo'ladi. Radiatsiya atmosfera tomonidan er usti radiatsiyasi bilan to'liq qoplanadigan qarshi nurlanish va chiquvchi radiatsiya tufayli iste'mol qilinadi. Mutaxassislarning hisob-kitoblariga ko'ra, atmosferaning radiatsiya balansi salbiy (-29%).
Umuman olganda, Yer yuzasi va atmosferaning radiatsiya balansi 0 ga teng, ya'ni Yer radiatsiyaviy muvozanat holatidadir. Biroq, Yer yuzasida radiatsiyaning haddan tashqari ko'pligi va atmosferada uning etishmasligi bizni savol berishga majbur qiladi: nega ortiqcha radiatsiya bilan Yer yuzasi yonmaydi va nima uchun atmosfera uning etishmasligi bilan? mutlaq nol haroratgacha muzlamaysizmi? Gap shundaki, Yer yuzasi va atmosfera o'rtasida (shuningdek, Yer va suvning yuzasi va chuqur qatlamlari o'rtasida) issiqlik uzatishning radiatsion bo'lmagan usullari mavjud. Birinchisi, molekulyar issiqlik o'tkazuvchanligi va turbulent issiqlik almashinuvi (H), bu vaqt davomida atmosfera isitiladi va issiqlik unda vertikal va gorizontal ravishda qayta taqsimlanadi. Er va suvning chuqur qatlamlari ham isitiladi. Ikkinchisi faol issiqlik almashinuvi bo'lib, u suvning bir faza holatidan ikkinchisiga o'tganda sodir bo'ladi: bug'lanish paytida issiqlik so'riladi va suv bug'ining kondensatsiyasi va sublimatsiyasi paytida bug'lanishning yashirin issiqligi (LE) chiqariladi.
Bu issiqlik uzatishning radiatsion bo'lmagan usullari bo'lib, er yuzasi va atmosferaning radiatsiya balansini muvozanatlashtiradi, ikkalasini ham nolga keltiradi, balki sirtning haddan tashqari qizishi va er atmosferasining haddan tashqari sovishini oldini oladi. Yer yuzasi suvning bug'lanishi natijasida radiatsiyaning 24% ni yo'qotadi (va atmosfera, shunga mos ravishda, bulutlar va tumanlar ko'rinishidagi suv bug'larining keyingi kondensatsiyasi va sublimatsiyasi tufayli bir xil miqdorni oladi) va atmosferaga tushganda radiatsiyaning 5% ni yo'qotadi. yer yuzasidan isitiladi. Hammasi bo'lib, bu yer yuzasida ortiqcha va atmosferada etishmayotgan radiatsiyaning bir xil 29% ni tashkil qiladi.
Guruch. 27. Dekabr oyi uchun yer yuzasining radiatsiya balansi [10 2 MJ/(m 2 x M es.)]
Guruch. 28. Er yuzasining kunduzgi issiqlik balansining tarkibiy qismlari (S.P.Xromov bo'yicha)
Yer yuzasi va atmosferadagi barcha issiqlik oqimlarining algebraik yig‘indisi issiqlik balansi deyiladi; Shunday qilib, radiatsiya balansi issiqlik balansining eng muhim tarkibiy qismidir. Er yuzasi uchun issiqlik balansi tenglamasi quyidagi shaklga ega:
B – LE – P±G = 0,
Bu erda B - er yuzasining radiatsiya balansi, LE - bug'lanish uchun issiqlik yo'qotilishi (L - o'ziga xos issiqlik bug'lanish, £ - bug'langan suv massasi), P - pastki sirt va atmosfera o'rtasidagi turbulent issiqlik almashinuvi, G - pastki sirt bilan issiqlik almashinuvi (28-rasm). Kunduzi va yozda faol qatlamni isitish uchun sirt tomonidan issiqlik yo'qotilishi uning chuqurlikdan er yuzasiga kechasi va qishda qaytishi bilan deyarli to'liq qoplanadi, shuning uchun yuqori qatlamlarning o'rtacha uzoq muddatli yillik harorati. Jahon okeanining tuprog'i va suvi doimiy hisoblanadi va deyarli har qanday sirt uchun G nolga teng deb hisoblanishi mumkin. Shuning uchun uzoq muddatli xulosada quruqlik yuzasi va Jahon okeanining yillik issiqlik balansi bug'lanish va uning ostidagi sirt va atmosfera o'rtasidagi issiqlik almashinuviga sarflanadi.
Issiqlik balansining Yer yuzasi bo'ylab taqsimlanishi radiatsiya balansiga qaraganda ancha murakkab bo'lib, unga ta'sir qiluvchi ko'plab omillar: bulutlilik, yog'ingarchilik, sirt isishi va boshqalar. turli kengliklar Issiqlik balansi qiymatlari bir yo'nalishda yoki boshqasida 0 dan farq qiladi: yuqori kengliklarda u salbiy, past kengliklarda esa ijobiy. Shimoliy va janubiy qutb mintaqalarida issiqlikning etishmasligi uning tropik kengliklardan asosan okean oqimlari va havo massalari yordamida o'tkazilishi va shu bilan er yuzasining turli kengliklari o'rtasida issiqlik muvozanatini o'rnatishi bilan qoplanadi.
Atmosferaning issiqlik balansi quyidagicha yoziladi: –B + LE + P = 0.
Ko'rinib turibdiki, Yer yuzasi va atmosferaning bir-birini to'ldiruvchi issiqlik rejimlari bir-birini muvozanatlashtiradi: Yerga kiradigan barcha quyosh nurlari (100%), aks ettirish (30%) va radiatsiya (70%) tufayli Yer nurlanishining yo'qolishi bilan muvozanatlanadi, shuning uchun, umuman olganda, termal Yerning muvozanati, radiatsiya balansi kabi, 0 ga teng. Yer radiatsiyaviy va issiqlik muvozanatida bo'lib, uning har qanday buzilishi sayyoramizning haddan tashqari qizishi yoki sovishiga olib kelishi mumkin.
Issiqlik balansining tabiati va uning energiya darajasi geografik konvertda va birinchi navbatda troposferaning issiqlik rejimida sodir bo'ladigan aksariyat jarayonlarning xususiyatlari va intensivligini aniqlash.
Keling, avvalo yer yuzasi va tuproqning eng yuqori qatlamlari va suv omborlarining issiqlik sharoitlariga to'xtalib o'tamiz. Bu zarur, chunki atmosferaning pastki qatlamlari tuproq va suvning yuqori qatlamlari bilan radiatsiyaviy va radiatsiyaviy bo'lmagan issiqlik almashinuvi orqali eng ko'p isitiladi va soviydi. Shuning uchun atmosferaning quyi qatlamlarida haroratning o'zgarishi birinchi navbatda er yuzasi haroratining o'zgarishi bilan belgilanadi va bu o'zgarishlarni kuzatib boradi.
Yer yuzasi, ya'ni tuproq yoki suv yuzasi (shuningdek, o'simlik, qor va muz qoplami) doimiy ravishda issiqlikni turli yo'llar bilan qabul qiladi va yo'qotadi. Yer yuzasi orqali issiqlik yuqoriga atmosferaga, pastga esa tuproq yoki suvga o'tadi.
Birinchidan, atmosferadan umumiy radiatsiya va qarshi nurlanish er yuzasiga keladi. Ular sirt tomonidan ko'proq yoki kamroq so'riladi, ya'ni ular tuproq va suvning yuqori qatlamlarini isitish uchun ketadilar. Shu bilan birga, yer yuzasi o'z-o'zidan nurlanadi va shu bilan birga issiqlikni yo'qotadi.
Ikkinchidan, issiqlik er yuzasiga yuqoridan, atmosferadan, issiqlik o'tkazuvchanligi bilan keladi. Xuddi shunday issiqlik ham yer yuzasidan atmosferaga chiqadi. Issiqlik o'tkazuvchanligi bilan issiqlik ham yer yuzasidan tuproq va suvga o'tadi yoki tuproq va suvning chuqurligidan yer yuzasiga keladi.
Uchinchidan, er yuzasi havodan suv bug'lari kondensatsiyalanganda issiqlik oladi yoki aksincha, undan suv bug'langanda issiqlikni yo'qotadi. Birinchi holda, yashirin issiqlik chiqariladi, ikkinchisida issiqlik yashirin holatga o'tadi.
Har qanday vaqtda, xuddi shu vaqt ichida yuqoridan va pastdan qabul qilingan issiqlik miqdori er yuzasini yuqoriga va pastga qoldiradi. Agar boshqacha bo'lsa, energiyaning saqlanish qonuni bajarilmaydi: energiya er yuzasida paydo bo'ladi yoki yo'qoladi deb taxmin qilish kerak edi. Biroq, masalan, yuqoridan kelganidan ko'ra ko'proq issiqlik yuqoriga ko'tarilishi mumkin; bu holda, ortiqcha issiqlik uzatish tuproq yoki suv chuqurligidan sirtga issiqlik kelishi bilan qoplanishi kerak.
Demak, er yuzasidagi barcha issiqlik oqimlarining algebraik yig'indisi nolga teng bo'lishi kerak. Bu yer yuzasining issiqlik balansi tenglamasi bilan ifodalanadi.
Bu tenglamani yozish uchun, avvalo, biz yutilgan nurlanish va samarali nurlanishni radiatsiya balansiga birlashtiramiz.
Havodan issiqlikning kelishi yoki havoga chiqishini issiqlik o'tkazuvchanligi bilan P deb belgilaymiz. Tuproq yoki suvning chuqur qatlamlari bilan issiqlik almashinuvi orqali bir xil daromad yoki iste'mol A deb ataladi. Bug'lanish paytida issiqlik yo'qolishi yoki uning er yuzasiga kondensatsiya paytida kelishi LE bilan belgilanadi, bu erda L - bug'lanishning o'ziga xos issiqligi va E - bug'langan yoki kondensatsiyalangan suvning massasi.
Yana shuni aytishimiz mumkinki, tenglamaning ma'nosi er yuzasidagi radiatsiya balansi radiatsiyaviy bo'lmagan issiqlik uzatish orqali muvozanatlanadi (5.1-rasm).
Tenglama (1) har qanday vaqt davri uchun, shu jumladan ko'p yillik davr uchun amal qiladi.
Er yuzasining issiqlik balansi nolga teng bo'lganligidan sirt harorati o'zgarmasligini anglatmaydi. Issiqlik uzatish pastga yo'naltirilganda, yuqoridan yuzaga keladigan va undan chuqurroq bo'lgan issiqlik, asosan, tuproq yoki suvning eng yuqori qatlamida (faol qatlam deb ataladigan) qoladi. Bu qatlamning harorati va shuning uchun er yuzasining harorati ortadi. Aksincha, issiqlik er yuzasi orqali pastdan yuqoriga, atmosferaga o'tkazilganda, issiqlik birinchi navbatda faol qatlamdan chiqib ketadi, buning natijasida sirt harorati pasayadi.
Har qanday joyda kundan-kunga va yildan-yilga faol qatlam va yer yuzasining o'rtacha harorati ozgina o'zgaradi. Bu shuni anglatadiki, kunduzi tuproqqa yoki suvga kunduzi shunchalik ko'p issiqlik kiradi va kechasi uni tark etadi. Ammo shunga qaramay, yoz kunida pastdan keladigan issiqlikdan ko'ra bir oz ko'proq issiqlik pastga tushadi. Shuning uchun tuproq va suv qatlamlari va shuning uchun ularning yuzasi kundan-kunga qiziydi. Qishda esa teskari jarayon sodir bo'ladi. Tuproq va suvdagi issiqlik oqimi va oqimining bu mavsumiy o'zgarishlari yil davomida deyarli muvozanatlanadi va yer yuzasi va faol qatlamining o'rtacha yillik harorati yildan-yilga kam o'zgaradi.
Yerning issiqlik balansi- er yuzasida, atmosferada va Yer-atmosfera tizimida kiruvchi va chiquvchi energiya (nurli va issiqlik) nisbati. Atmosfera, gidrosfera va litosferaning yuqori qatlamlaridagi fizik, kimyoviy va biologik jarayonlarning aksariyati uchun energiyaning asosiy manbai quyosh radiatsiyasidir, shuning uchun issiqlik balansi tarkibiy qismlarining taqsimlanishi va nisbati uning bu o'zgarishlarni tavsiflaydi. chig'anoqlar.
Issiqlik balansi energiyaning saqlanish qonunining o'ziga xos formulasi bo'lib, Yer yuzasining bir qismi uchun tuzilgan (er yuzasining issiqlik balansi); atmosferadan o'tadigan vertikal ustun uchun (atmosferaning issiqlik balansi); atmosfera va litosfera yoki gidrosferaning yuqori qatlamlari (Yer-atmosfera tizimining issiqlik balansi) orqali o'tadigan bir xil ustun uchun.
Yer yuzasining issiqlik balansi tenglamasi:
R + P + F0 + LE = 0. (15)
Yer yuzasi elementi va uning atrofidagi fazo o'rtasidagi energiya oqimlarining algebraik yig'indisini ifodalaydi. Ushbu formulada:
R - radiatsiya balansi, so'rilgan qisqa to'lqinli quyosh radiatsiyasi va yer yuzasidan uzoq to'lqinli samarali nurlanish o'rtasidagi farq.
P - pastki sirt va atmosfera o'rtasida paydo bo'ladigan issiqlik oqimi;
F0 - issiqlik oqimi yer yuzasi va litosfera yoki gidrosferaning chuqur qatlamlari o'rtasida kuzatiladi;
LE - bug'lanish uchun issiqlik iste'moli, bug'langan suv massasi E va bug'lanish issiqligi L issiqlik balansining mahsuloti sifatida aniqlanadi.
Bu oqimlar radiatsiya balansini (yoki qoldiq nurlanishni) o'z ichiga oladi R - so'rilgan qisqa to'lqinli quyosh nurlanishi va yer yuzasidan uzoq to'lqinli samarali nurlanish o'rtasidagi farq. Radiatsiya balansining ijobiy yoki salbiy qiymati bir nechta issiqlik oqimlari bilan qoplanadi. Er yuzasining harorati odatda havo haroratiga teng bo'lmagani uchun uning ostidagi sirt bilan atmosfera o'rtasida issiqlik oqimi P sodir bo'ladi.Shunga o'xshash issiqlik oqimi F0 yer yuzasi bilan litosfera yoki gidrosferaning chuqur qatlamlari orasida kuzatiladi. Bunday holda, tuproqdagi issiqlik oqimi molekulyar issiqlik o'tkazuvchanligi bilan belgilanadi, suv omborlarida issiqlik almashinuvi, qoida tariqasida, tabiatda ko'proq yoki kamroq turbulentdir. Kollektor yuzasi va uning chuqur qatlamlari orasidagi issiqlik oqimi F0 son jihatdan ma'lum vaqt oralig'ida suv omboridagi issiqlik tarkibining o'zgarishiga va suv omboridagi oqimlarning issiqlik uzatilishiga teng. Er yuzasining issiqlik balansida muhim ahamiyatga ega, odatda bug'lanish LE uchun issiqlik iste'moli bo'lib, u bug'langan suv massasi E va bug'lanish issiqligi L mahsuloti sifatida aniqlanadi. LE qiymati namlikning namlanishiga bog'liq. er yuzasi, uning harorati, havo namligi va havoning sirt qatlamidagi turbulent issiqlik almashinuvining intensivligi, bu suv bug'ining er yuzasidan atmosferaga o'tish tezligini belgilaydi.
Atmosfera issiqlik balansi tenglamasi quyidagi shaklga ega:
Ra + Lr + P + Fa = DW, (16)
Bu erda DW - atmosfera ustunining vertikal devori ichidagi issiqlik miqdori o'zgarishining kattaligi.
Atmosferaning issiqlik balansi uning radiatsiya balansi Ra dan iborat; atmosferadagi suvning fazaviy o'zgarishlari paytida kiruvchi yoki chiquvchi issiqlik Lr (g - umumiy yog'ingarchilik); atmosferaning er yuzasi bilan turbulent issiqlik almashinuvi tufayli P issiqlikning kirib kelishi yoki chiqishi; tartibli atmosfera harakatlari va makroturbulentlik bilan bog'liq bo'lgan ustunning vertikal devorlari orqali issiqlik almashinuvi natijasida kelib chiqqan issiqlik Fa kelishi yoki yo'qolishi. Bundan tashqari, atmosfera issiqlik balansi tenglamasi ustun ichidagi issiqlik tarkibining o'zgarishiga teng bo'lgan DW atamasini o'z ichiga oladi.
Yer-atmosfera tizimining issiqlik balansi tenglamasi yer yuzasi va atmosferaning issiqlik balansi tenglamalari shartlarining algebraik yig'indisiga mos keladi. Yer sharining turli mintaqalari uchun yer yuzasi va atmosferaning issiqlik balansining tarkibiy qismlari meteorologik kuzatuvlar (aktinometrik stantsiyalarda, maxsus issiqlik balansi stantsiyalarida, Yerning meteorologik yo'ldoshlarida) yoki iqlimiy hisob-kitoblar bilan aniqlanadi.
Okeanlar, quruqlik va Yer uchun er yuzasining issiqlik balansi va atmosferaning issiqlik balansi tarkibiy qismlarining o'rtacha kenglik qiymatlari issiqlik balansi a'zolarining qiymatlari ijobiy deb hisoblangan jadvallarda keltirilgan. agar ular issiqlik kelishiga to'g'ri keladigan bo'lsa. Ushbu jadvallar o'rtacha yillik sharoitlarga tegishli bo'lganligi sababli, ular atmosfera va litosferaning yuqori qatlamlaridagi issiqlik tarkibidagi o'zgarishlarni tavsiflovchi atamalarni o'z ichiga olmaydi, chunki bu shartlar uchun ular nolga yaqin.
Sayyora sifatida Yer uchun atmosfera bilan birgalikda issiqlik balansi diagrammasi shaklda keltirilgan. Atmosferaning tashqi chegarasi sirtining birligi yiliga o'rtacha 250 kkal/sm2 ga teng quyosh nurlanishi oqimini oladi, shundan taxminan 1/3 qismi kosmosda aks etadi va har yili 167 kkal/sm2. yil Yer tomonidan so'riladi
Issiqlik almashinuvi bir xil bo'lmagan harorat maydoni tufayli kosmosda issiqlik uzatishning o'z-o'zidan qaytarilmas jarayoni. IN umumiy holat Issiqlik o'tkazuvchanligi boshqa fizik kattaliklar maydonlarining notekisligi, masalan, kontsentratsiyalar farqi (diffuziya issiqlik effekti) bilan ham yuzaga kelishi mumkin. Issiqlik uzatishning uch turi mavjud: issiqlik o'tkazuvchanligi, konveksiya va radiatsion issiqlik uzatish (amalda issiqlik uzatish odatda bir vaqtning o'zida barcha 3 tur tomonidan amalga oshiriladi). Issiqlik almashinuvi tabiatdagi ko'plab jarayonlarni belgilaydi yoki ularga hamroh bo'ladi (masalan, yulduzlar va sayyoralar evolyutsiyasi, Yer yuzasidagi meteorologik jarayonlar va boshqalar). texnologiyada va kundalik hayotda. Ko'p hollarda, masalan, quritish, bug'lanish bilan sovutish, diffuziya, issiqlik uzatish jarayonlarini o'rganishda massa uzatish bilan birga ko'rib chiqiladi. Ikki sovutish suvi o'rtasidagi issiqlik almashinuvi ularni ajratuvchi mustahkam devor orqali yoki ular orasidagi interfeys orqali issiqlik almashinuvi deb ataladi.
Issiqlik o'tkazuvchanligi issiqlik (energiya) uzatish turlaridan biri termal harakat mikropartikullar) tananing ko'proq isitiladigan qismlaridan kamroq isitiladigan qismlarga o'tadi, bu esa haroratni tenglashtirishga olib keladi. Issiqlik o'tkazuvchanligi bilan tanadagi energiya almashinuvi energiyaning yuqori energiyaga ega bo'lgan zarrachalardan (molekulalar, atomlar, elektronlar) to'g'ridan-to'g'ri energiyaga ega bo'lgan zarrachalarga o'tkazilishi natijasida sodir bo'ladi. Agar zarrachalarning o'rtacha erkin yo'li l masofasida issiqlik o'tkazuvchanligi haroratining nisbiy o'zgarishi kichik bo'lsa, u holda issiqlik o'tkazuvchanlikning asosiy qonuni (Furye qonuni) bajariladi: zichlik issiqlik oqimi q harorat gradienti T gradientiga proportsional, ya’ni (17)
Bu erda l - issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti yoki oddiygina issiqlik o'tkazuvchanligi, gradusga bog'liq emas T [l ga bog'liq. agregatsiya holati modda (jadvalga qarang), uning atom va molekulyar tuzilishi, harorat va bosim, tarkibi (aralashma yoki eritma holatida).
Tenglamaning o'ng tomonidagi minus belgisi issiqlik oqimining yo'nalishi va harorat gradienti o'zaro qarama-qarshi ekanligini ko'rsatadi.
Q qiymatining F tasavvurlar maydoniga nisbati o'ziga xos issiqlik oqimi yoki issiqlik yuki deb ataladi va q harfi bilan belgilanadi.
(18)
Ba'zi gazlar, suyuqliklar uchun issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti l qiymatlari va qattiq moddalar da atmosfera bosimi Jadvallardan 760 mmHg tanlanadi.
Issiqlik uzatish. Ikki sovutish suvi o'rtasidagi issiqlik almashinuvi ularni ajratuvchi mustahkam devor orqali yoki ular orasidagi interfeys orqali. Issiqlik uzatish issiqroq suyuqlikdan devorga issiqlik uzatishni, devordagi issiqlik almashinuvini, devordan sovuqroq harakatlanuvchi muhitga issiqlik uzatishni o'z ichiga oladi. Issiqlik uzatishda issiqlik uzatishning intensivligi issiqlik uzatish koeffitsienti k bilan tavsiflanadi, son jihatdan suyuqliklar orasidagi harorat farqi 1 K bo'lgan vaqt birligi uchun devor yuzasi birligi orqali o'tkaziladigan issiqlik miqdoriga teng; k o'lchami - Vt/(m2․K) [kkal/m2․°S)]. Issiqlik uzatish koeffitsientining teskarisi bo'lgan R ning qiymati issiqlik uzatishning umumiy issiqlik qarshiligi deb ataladi. Masalan, bir qavatli devorning R
,
bu erda a1 va a2 issiq suyuqlikdan devor yuzasiga va devor yuzasidan sovuq suyuqlikka issiqlik uzatish koeffitsientlari; d - devor qalinligi; l - issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti. Amalda uchraydigan ko'p hollarda issiqlik uzatish koeffitsienti eksperimental tarzda aniqlanadi. Bunda olingan natijalar nazariyaga o'xshash usullar yordamida qayta ishlanadi
Radiatsion issiqlik uzatish - Radiatsion issiqlik almashinuvi moddaning ichki energiyasini radiatsiya energiyasiga aylantirish, radiatsiya energiyasini uzatish va uni moddaga singdirish jarayonlari natijasida sodir bo'ladi. Radiatsion issiqlik uzatish jarayonlarining borishi aniqlanadi nisbiy pozitsiya issiqlik almashinadigan jismlar fazosida, bu jismlarni ajratuvchi muhitning xossalari. Radiatsion issiqlik uzatish va issiqlik uzatishning boshqa turlari (issiqlik o'tkazuvchanligi, konvektiv issiqlik uzatish) o'rtasidagi sezilarli farq shundaki, u yo'q bo'lganda sodir bo'lishi mumkin. moddiy muhit, issiqlik almashinuvi yuzalarini ajratish, chunki u elektromagnit nurlanishning tarqalishi natijasida yuzaga keladi.
Shaffof bo'lmagan jism yuzasiga radiatsiya issiqlik almashinuvi jarayonida tushadigan nurlanish energiyasi va tushayotgan nurlanish oqimining qiymati bilan tavsiflanadi Qpad qisman tana tomonidan so'riladi va qisman uning yuzasidan aks etadi (rasmga qarang).
Qabsning yutilgan nurlanish oqimi quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:
Qabs = A Qpad, (20)
Bu erda A - tananing singdirish qobiliyati. Shaffof bo'lmagan tana uchun
Qpad = Qab + Qotp, (21)
Bu erda Qotr - tananing yuzasidan aks ettirilgan nurlanish oqimi, bu oxirgi qiymat quyidagilarga teng:
Qotr = (1 - A) Qpad, (22)
bu erda 1 - A = R - tananing aks ettirish qobiliyati. Agar jismning yutilish qobiliyati 1 bo'lsa va shuning uchun uning aks ettirish qobiliyati 0 ga teng bo'lsa, ya'ni jism unga tushadigan barcha energiyani o'ziga singdirsa, u holda u absolyut qora jism deyiladi.Har qanday jismning harorati absolyut noldan farqli bo'lgan energiya chiqaradi. tananing isishi uchun. Bu nurlanish tananing o'z nurlanishi deb ataladi va o'zining Qgeneral radiatsiyasining oqimi bilan tavsiflanadi. Tananing sirt birligiga to'g'ri keladigan ichki nurlanish ichki nurlanish oqimining zichligi yoki tananing emissiyasi deb ataladi. Ikkinchisi, Stefan-Boltzmann radiatsiya qonuniga muvofiq, tana harorati to'rtinchi darajaga mutanosibdir. Jismning nurlanish kuchining bir xil haroratdagi absolyut qora jismning nurlanish kuchiga nisbati emissiya darajasi deyiladi. Barcha jismlar uchun qoralik darajasi 1 dan kichik. Agar ba'zi jismlar uchun u nurlanishning to'lqin uzunligiga bog'liq bo'lmasa, unda bunday jism kulrang deb ataladi. Kulrang jismning radiatsiya energiyasini to'lqin uzunliklari bo'yicha taqsimlash tabiati mutlaqo qora jismniki bilan bir xil, ya'ni Plankning nurlanish qonuni bilan tavsiflanadi. Kulrang jismning qoralik darajasi uning singdirish qobiliyatiga teng.
Tizimga kiritilgan har qanday jismning sirti aks ettirilgan Qotr nurlanish oqimlarini va o'zining Qcob nurlanishini chiqaradi; Tananing yuzasidan chiqib ketadigan energiyaning umumiy miqdori samarali nurlanish oqimi Qeff deb ataladi va quyidagi munosabat bilan aniqlanadi:
Qeff = Qotr + Qcob. (23)
Tana tomonidan so'rilgan energiyaning bir qismi tizimga o'z nurlanishi shaklida qaytadi, shuning uchun radiatsion issiqlik uzatish natijasi o'z va so'rilgan nurlanish oqimlari o'rtasidagi farq sifatida ifodalanishi mumkin. Kattalik
Qpez = Qcob - Qabl (24)
hosil bo'lgan nurlanish oqimi deb ataladi va radiatsion issiqlik almashinuvi natijasida tananing qancha energiya olishini yoki vaqt birligida yo'qotishini ko'rsatadi. Olingan nurlanish oqimi ham shaklda ifodalanishi mumkin
Qpez = Qeff - Qpad, (25)
ya'ni jami sarf-xarajat va radiatsiyaviy energiyaning tananing yuzasiga to'liq kelishi o'rtasidagi farq sifatida. Shuning uchun, buni hisobga olgan holda
Qpad = (Qcob - Qpe) / A, (26)
radiatsion issiqlik uzatishni hisoblashda keng qo'llaniladigan ifodani olamiz:
Radiatsion issiqlik uzatishni hisoblash vazifasi, qoida tariqasida, ma'lum bir tizimga kiritilgan barcha sirtlarda hosil bo'lgan radiatsiya oqimlarini topishdir, agar harorat va optik xususiyatlar bu sirtlarning barchasi. Bu muammoni hal qilish uchun oxirgi munosabat bilan bir qatorda, ma'lum bir sirtdagi Qpad oqimi va radiatsion issiqlik uzatish tizimiga kiritilgan barcha sirtlardagi Qeff oqimlari o'rtasidagi munosabatni aniqlashtirish kerak. Ushbu munosabatni topish uchun o'rtacha burchakli nurlanish koeffitsienti tushunchasi qo'llaniladi, bu radiatsiya issiqlik almashinuvi tizimiga kiritilgan ma'lum bir sirtning yarim sharsimon (ya'ni yarim sharning barcha yo'nalishlarida chiqariladigan) nurlanishining qaysi qismi ushbu sirtga tushishini ko'rsatadi. Shunday qilib, radiatsion issiqlik uzatish tizimiga kiritilgan har qanday sirtdagi Qpad oqimi barcha sirtlarning (shu jumladan, agar u konkav bo'lsa) Qeff mahsulotlarining yig'indisi sifatida aniqlanadi. yon bag'irlari radiatsiya.
Radiatsion issiqlik uzatish taxminan 1000 ° C va undan yuqori haroratlarda sodir bo'ladigan issiqlik uzatish jarayonlarida muhim rol o'ynaydi. larda keng tarqalgan turli sohalar texnologiya: metallurgiya, issiqlik energetikasi, atom energetikasi, raketasozlik, kimyo texnologiyasi, quritish texnologiyasi, quyosh texnologiyasi.
