Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 27
Текст из файла (страница 27)
В самом деле, пока поперечное сечение облака невелико, выполняется неравенство (!3.!2). Но как только площадь сечения облака увеличится настолько, что будет выполняться неравенство (!3.13),сила плавучести будет направлена вниз (ЬТ.сЯ). Под влиянием отрицательной силы плавучести происходит смена восходящего движения в облаке на нисходящее. Нисходящее же движение в свою очередь способствует более быстрому выпадению осадков и увеличению их интенсивности. Кроме рассмотренных в этой главе методов частицы и слоя, предложены другие методы анализа устойчивости атмосферы (в частности, основанные на понятии числа Ричардсона, на теории турбулентных струй и др.).
Н. Н, Калитин П917 г.) Раздел Й Радиационный режим атмосферы . Глава 6. Ослабление солнечной радиации Глава 5. Солнечная радиация Основные законы излучения. Солнце и солнечная постоянная. Распределе- ние солнечной радиации по земному шару при отсутствии атмосферы Поглощение солнечной радиации в атмосфере Земли. Рассеяние солнечной радиации в атмосфере.
Законы ослабления солнечной ргщиацин в земной атмосфере. Прямая солнечная радиация. Рассеянная радиация. Суммарная радиация. Альбедо Таким образом, солнечиьы лучи, солнечная радиация, являются для Земли единственным практически важным источником энергии (тепла). И сам человек, существование которого обусловлено поглощением растительной и животной пищи, всем своим бытием обязан солнечньгм яу. чам. Почти все процессы, происходящие иа земле, в атмосфере и в воде.
обусловлены иаличагм солнечной энергии. Глава 7. Излучение Земли и атмосферы Излучение земной поверхности. Излучение атмосферы. Полуэмпирические формулы для излучения атмосферы и эффективного излучения зеыной поверхности. Влияние облачности на встречное и эффективное излучение. Суточный и годовой ход эффектквного излучения Глава 8.
Радиационный баланс земной поверхности и атмосферы Радиационный баланс земной поверх- ности. Радиационный баланс атмо- сферы и системы земная поверх- ность †атмосфе 122 Солнечная радиация (22 Радяациояаыц ремам атмосферы Глава 5 Солнечная радиация Энергия, излучаемая Солнцем, носит название солнечной радиации. Поступая на Землю, солнечная радиация в большей своей части превращается в тепло. Практически солнечная радиация является единственным источником энергии для Земли и атмосферы.
По сравнению с солнечной энергией значение других источников энергии для Земли ничтожно мало. Например, температура Земли в среднем с глубиной возрастает (прнмерно на 1 'С на каждые 35 м). Благодаря этому поверхность Земли получает некоторое количество тепла из внутренних частей.
Подсчитано, что в среднем 1 см' земной поверхности получает из внутренних частей Земли около 220 Дж в год. Это количество в 5000 раз меньше тепла, получаемого от Солнца. Некоторое количество тепла Земля получает от звезд и планет, но и оно во много раз (приблизительно в 30 млн.) меньше тепла, поступающего от Солнца.
Количество энергии, посылаемой Солнцем на Землю, огромно. Так, мощность потока солнечной радиации, поступающей на плошадь в 10 км', составляет в летний безоблачный день (с учетом ослабления атмосферой) 7 — 9 млн. кВт. Это больше, чем мощность Красноярской ГЭС. Количество лучистой энергии, поступающей от Солнца за 1 с на площадь 15Х!5 км (это меньше площади Ленинграда) в околополуденные часы летом, превышает мощность всех электростанций Советского Союза в 1970 г. (166 млн.
кВт). В Средней Азии приход только прямой солнечной радиации в среднем за год превышает 4,1868 10" кДж(км-'. Лучистая энергия, поступающая на плошадь ЗОХЗО км за год, достигает 3,8Х Х10" кДж. Это больше количества энергии, выработанной в СССР в 1972 г. (3,1 ° !Ото кДж). Из этого огромного количества энергии непосредственно используется человеком лишь ничтожно малая часть. В последнее время все более настойчиво подчеркивается мысль о необходимости использования солнечной радиации в качестве основного источника энергии на Земле.
Современные достижения химии дают основание допустить, что в не столь отдаленном будущем удастся разрешить проблему фотосинтеза вне растений. Если коэффициент использования солнечной энергии будет поднят до 20 Р(р (это примерно вдвое больше, чем максимальный к. п. д. фотосинтеза в растениях), то, согласно оценкам, на площади 10' км' при среднем значении потока солнечной радиации 7,1 10" кДж(кма в год (такне значения характерны для юга Европы и Северной Африки) можно получить количество энергии (энергетический урожай), равное 1,4 ! О" кДж в год.
В результате сжигания всех добытых на Земле в !970 г. горючих ископаемых (уголь, нефть, газ) получено 2,3.10" кКж. Таким образом, использование солнечной радиации позволило бы увеличить энергетические ресурсы Земли примерно в 60 раз. Отметим, что проблема обеспечения человечества энергией в будущем вызывает озабоченность уже сегодня: запасы горючих ископаемых на Земле небезграничны. Если допустить, что темпы роста добычи топлива (приблизительно удвоение ее за каждые 20 лет) сохранятся н в будущем, то, как показывают оценки, через 80 в 140 лет будут исчерпаны все запасы горючих ископаемых.
Темпы добычи нефти и газа еше более высоки: онн удваиваются примерно каждые 10 лет. К тому же мировые запасы нефти и газа примерно в 5 раз меньше, чем угля. Если так будет продолжаться, то эти важнейшие для транспорта и химии источники сырья будут исчерпаны еще при жизни нынешнего поколения молодых людей. «Таким образом,— отмечает академик Н. Н. Семенов,— над человечеством нависает настоящая катастрофа — энергетический голод. МЫ вЂ” люди, живущие сейчас,— бездумно расходуем запасы ценнейшего сырья, которое понадобится будущим поколениям людей для обеспечения производства химических препаратов, органических материалов, моющих средств и т. п.
Поэтому нашей задачей... является решение вопроса об иных, новых, более эффективных путях обеспечения человечества энергиейр. Такими новыми источниками энергии могут служить термоядерные реакции и Солнце. Однако получение атомной энергии ограничено залежами урана, а также возможностью перегрева земной поверхности и атмосферы в результате выделения тепла в термоядерных реакторах. Никаких ограничений не существует в отношении использования солнечной радиации, которую акад.
Н. Н. Семенов считает основным источником энергии на Земле в будущем. 1 Основные понятия и законы излучения Всякое излучение сопровождается потерями энергии излучающего тела. В метеорологии в основном рассматривается температурное, нли тепловое, излучение. Энергия излучения составляет часть внутренней энергии излучающего тела. При излучении запас внутренней энергии в теле уменьшается, что приводит к понижению температуры, Но излучающее тело в свою очередь поглощает энергию, идущую к нему со стороны всех других окружающих тел.
Радианиаииыа рожны ааыоеьеаы 725 Сеаиееиаи радааиии Изменение теплового состояния тела при наличии одного лишь лучистого теплообмена определяется разностью между излучаемой и поглощаемой энергией. Простейшими свойствами обладает так называемое равновесное тепловое излучение, при котором тело излучает столько же энергии, сколько и поглощает. Тепловое состояние тела в этом случае не изменяется.
В реальных условиях излучение, как правило, носит неравновесный характер. Но если изменение температуры тела происходит медленно, то законы излучения будут близки к законам равновесного излучения. Как и для других видов энергии, единицей лучистой энергии в СИ служит джоуль (Дж). Основной количественной характеристикой поля излучения служит поток лучистой энергии. Пусть через площадку иЯ поверхности тела в единицу времени излучается во все стороны количество лучистой энергии 7(Ф.
Количество энергии, излучаемой телом через единичную поверхность в единицу времени во всех направлениях (в пределах полусферы), носит название поверхностной плотности лучистого потока или энергетической светимости (при поступлении энергии от других тел — энергетической освещенности). В дальнейшем эту величину будем называть кратко †лучист потоком или потоком радиации. Обозначив этот поток через Р, запишем Под потоком радиации будем понимать также количество энергии, которое проходит через единичную поверхность в единицу времени, хотя эта энергия поступила от других тел (не связанных с рассматриваемой поверхностью).
Единицей потока радиации в системе СИ служит Дж»'(ма.с) или Вт/ма. Для полной энергетической характеристики потока лучистой энергии небходимо указать распределение энергии по длинам волн. Для этого выделим в общем потоке элементарный участок в интервале длин волн от Х до ),+дХ. Количество энергии 7(Фа в интервале от ». до Х+дХ, излучаемой с поверхности с(о. пропорционально йо и Ж.: (1.2) с!Ф» = Р» Ж. ~Ю. Величина Ра характеризует плотность распределения лучистой энергии по длинам волн вблизи данной длины волны 1. Она носит название спектральной плотности потока радиации или излучательной способности тела; ее единица — Вт»'(ма мкм), Величину Рл часто называют также монохроматическим потоком.
Полный поток радиации Р всех длин волн, очевидно, выразится интегралом Р= Г)Р, Ю.. а Пусть на тело падает монохроматическнй поток радиации Р„, часть которого поглощается телом (Р'„), часть отражается (Р",) и часть проходит сквозь него (Р',"). Очевидно, Р,'+ Р»,+ Р;,'= Р;. (1.4) Разделив обе части этого равенства на Рм получим Р». Р». Р».
' + —.' + — '= — 1. Рх Рх Г» (1. 5) Первый член в левой части этого соотношения называют поглощательной способностью тела или относительным коэффициентом поглощения (а, = Р' 7Ра), второй — отражательной способностью и или альбедо (га = Р",/Рх) и третий — относительным коэффициентом пропускания (да = Р,'")Р»). Следовательно, а» + га + с(„= 1.
Из соотношения (1.7) следует, что если тело хорошо отражает лучистую энергию, то плохо ее поглощает, и наоборот. В случае непрозрачного тела из общего потока Р», часть его, равная Р» и».Р7. (!.8) Эти величины безразмерны и изменяются от О до 1. Коэффициенты поглощения, отражения и пропускания зависят в общем случае от длины волны. Оконное стекло, например, прозрачно только для видимых лучей, а для ультрафиолетовых и инфракрасных почти непрозрачно. Это свойство тел называется селекгивностью (избирательностью) поглощения (отраасения, пропускания).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
