Радиационные пояса. Понятие о солнечной радиации

Все жизненные процессы на Земле связаны с тепловой энергией. Главным источником от которого Земля и атмосфера получают тепловую энергию является Солнце. Оно излучает энергию в виде разнообразных лучей - электромагнитных

волн, распространяющихся со скоростью 300000 километров в секунду (км / с). Такие излучения называются солнечной радиацией, которая состоит из лучей различной длины, которые несут к Земле

свет и тепло.

Солнечная радиация бывает прямой и рассеянной. Радиация, которая приходит непосредственно от Солнца в виде прямых солнечных лучей при безоблачном небе называют прямой. Она несет наибольшее количество света и тепла. Но проходя через атмосферу, солнечные лучи частично рассеиваются, отклоняются от первоначального пути вследствие отражения от молекул воздуха, капель воды, пылинок и превращаются в лучи, которые расходятся во всех направлениях. Такая радиация называется рассеянной. Поэтому свет бывает и в таких местах, куда прямая солнечная радиация не проникает (теневая часть гор, скал, леса, зданий). Всю солнечную радиацию, которая поступает на Земную поверхность называют суммарной.

Земная поверхность частично поглощает солнечную радиацию, а часть ее отражает. Радиация, поглощенная земной поверхностью называется поглощенной, а отраженная - отраженной. Отношение отраженной солнечной радиации к суммарной выраженное в процентах называется альбедо. Альбедо зависит от цвета поверхности. Так наибольшее значение альбедо имеет для снега (так белый цвет отражает солнечные лучи) - 80-90%, всего для черной пашни - 5-10%

Земная поверхность, поглощая солнечную радиацию, нагревается сама и нагревает воздух. Больше нагреваются низшие слои воздуха, непосредственно примыкающих к земной поверхности. Поэтому с высотой температура воздуха снижается в среднем на 0,6 ° на каждые 100 метров подъема. Это общая закономерность для тропосферы. Однако бывают случаи, когда воздух, находящийся выше имеет высокую температуру. Это явление называется температурной инверсией. Температурная инверсия связана с прохождением атмосферных фронтов. Механизм атмосферных фронтов вынесен в отдельную тему.

Количество суммарной солнечной радиации напрямую зависит от угла падения солнечных лучей. Чем ближе эта величина к 90о, тем больше солнечной энергии получает земная поверхность.

В свою очередь угол падения солнечных лучей определяется ее географической широтой. Угол падения солнечных лучей снижается с удалением от экватора к полюсам.

В связи с таким неравномерным распределением тепла на Земле выделяют 5 тепловых поясов: один жаркий, два умеренных и два холодных.

Именно солнечная радиация является определяющим фактором формирования температуры. Изотермы - это линии на карте (преимущественно климатической или синоптической), соединяющих точки с одинаковой температурой воздуха. На Земном шаре абсолютный максимум температуры был зафиксирован вблизи города Триполи (Ливия) - +58 оС. Самую низкую температуру в Северном полушарии вблизи поселка Ойм `якон - 70оС, а Земного шара в целом - вблизи российской станции" Восток "в Антарктиде - 89,2 оС.

Амплитуда - это разница между высокой и низкой температурой в данном месте за определенный период.

Условия нагрева воды и суши значительно отличаются. Теплоемкость воды вдвое выше, чем на суше. Это означает, что при поступлении равенстве тепла суша нагревается вдвое быстрее, а при охлаждении происходит обратное: вода охлаждается вдвое медленнее. На суше тепло сосредоточивается в верхнем ее слое, а в воде солнечные лучи сразу нагревают значительную ее часть, чему способствует и вертикальное перемещение воды. Как следствие вода впитывает тепла значительно больше, чем суша, удерживает его дольше и расходует равномерно. Итак, вода медленно нагревается и медленно остывает. тепловых поясов: один жаркий, два умеренных и два холодных.

>> Строение и состав атмосферы. Солнечная радиация

Глава 5

Атмосфера Земли. Климатообразующие факторы

§ 1. Строение и состав атмосферы. Солнечная радиация

Атмосфера (от греч. atmos - пар) - внешняя воздушная оболочка Земли, состоящая из смеси различных газов: азота (78,08 %), кислорода (20,95 %), аргона (0,93 %) и углекислого газа (0,03 %). В состав воздуха также входят в небольшом количестве инертные газы: гелий, неон, ксенон, криптон, водород, озон и другие, которые в общей сложности составляют около 0,01 %. Кроме того, в воздухе содержатся водяные пары и некоторое количество пыли.

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

Солнечная радиация (солнечное излучение) – это вся совокупность солнечной материи и энергии, поступающей на Землю. Солнечная радиация состоит из следующих двух основных частей: во-первых, тепловой и световой радиации, представляющей собой совокупность электромагнитных волн; во-вторых, корпускулярной радиации.

На Солнце тепловая энергия ядерных реакций переходит в лучистую энергию. При падении солнечных лучей на земную поверхность лучистая энергия снова превращается в тепловую энергию. Солнечная радиация, таким образом, несет свет и тепло.

Солнечная радиация – это важнейший источник тепла для географической оболочки. Вторым источником тепла для географической оболочки является тепло, идущее от внутренних сфер и слоев нашей планеты.

В связи с тем, что в географической оболочке один вид энергии (лучистая энергия) эквивалентно переходит в другой вид (тепловая энергия), то лучистую энергию солнечной радиации можно выражать в единицах тепловой энергии – джоулях (Дж).

Прямые солнечные лучи, пронизывающие атмосферу при безоблачном небе, называются прямой солнечной радиацией . Часть солнечных лучей от соприкосновения с молекулами газов и аэрозолями рассеивается и переходит в рассеянную радиацию . На земную поверхность рассеянная радиация поступает уже не от солнечного диска, а от всего небосвода и создает повсеместную дневную освещенность. От нее в солнечные дни светло и там, куда не проникают прямые лучи, например под пологом леса. Наряду с прямой радиацией рассеянная радиация также служит источником тепла.

В целом же (с участием суточного хода высоты Солнца и облачности неба) на рассеянную радиацию приходится около 25 % всего потока солнечных лучей.

На земную поверхность, таким образом, поступает прямая и рассеянная радиация. В совокупности прямая и рассеянная радиация образуют суммарную радиацию, которая определяет тепловой режим тропосферы.

Поглощая и рассеивая радиацию, атмосфера значительно ее ослабляет. Величина ослабления зависит от коэффициента прозрачности, показывающего, какая доля радиации доходит до земной поверхности. Если бы тропосфера состояла бы только из газов, то коэффициент прозрачности был бы равен 0,9, то есть она бы пропускала бы 90 % идущей к Земле радиации. Но в воздухе всегда присутствуют аэрозоли, снижающие коэффициент прозрачности до 0,7 – 0,8. Прозрачность атмосферы изменяется вместе с изменением погоды.

Так как плотность воздуха падает с высотой, то слой газа, пронизываемого лучами, нельзя выражать в км толщины атмосферы. В качестве единицы измерения принята оптическая масса, равная мощности слоя воздуха при вертикальном падении лучей.

Ослабление радиации в тропосфере легко наблюдать в течение суток. Когда Солнце находится около горизонта, то его лучи пронизывают несколько оптических масс. Их интенсивность при этом так ослабевает, что на Солнце можно смотреть незащищенным глазом. С поднятием Солнца уменьшается число оптических масс, которые проходят его лучи, и интенсивность лучей возрастает.

Количество лучистой энергии, приходящее на единицу земной поверхности, зависит прежде всего от угла падения солнечных лучей. На одинаковые площади на экваторе, в средних и высоких широтах приходится различное количество радиации.

Солнечная инсоляция (освещение) сильно ослабляется облачностью. Большая облачность экваториальных и умеренных широт и малая облачность тропических широт вносят значительные коррективы в зональное распределение лучистой энергии Солнца.

Распределение солнечного тепла по земной поверхности показывается на карте суммарной солнечной радиации.

Температура. Показатели теплового режима воздуха

Основными показателями температуры воздуха являются следующие:

1.Средняя температура суток.

2.Среднесуточная температура по месяцам.

3.Средняя температура каждого месяца.

4.Средняя многолетняя температура месяца. Все средние многолетние данные выводятся за длительный период (не менее 35 лет). Чаще всего пользуются данными января и июля. Самые высокие многолетние месячные температуры наблюдаются в Сахаре (до + 36,5 0 С) и в Долине Смерти (до +39 0 С). Самые низкие температуры фиксируются на станции Восток в Антарктиде (до – 70 0 С).

5.Средняя температура каждого года.

6.Средняя многолетняя температура года. Самая высокая среднегодовая температура зафиксирована на метеостанции Даллол в Эфиопии и составила +34,4 0 С. На юге Сахары многие пункты имеют среднегодовую температуру +29-30 0 С. Самая низкая среднегодовая температура зарегистрирована на плато Стейшн и составила – 56,6 0 С.

7.Абсолютные минимумы и максимумы температуры за любой срок наблюдений – сутки, месяц, год, ряд лет. Абсолютный минимум для всей земной поверхности был отмечен на станции Восток в Антарктиде в августе 1960 г и составил – 88,3 0 С, для северного полушария – в Оймяконе в феврале 1933 года (-67,7 0 С).

Самая высокая для всей Земли температура наблюдалась в сентябре 1922 года в Эль-Азии в Ливии (+57,8 0 С). Второй рекорд жары +56,7 0 С был зарегистрирован в Долине Смерти. На третьем месте по данному показателю находится пустыня Тар (+53 0 С).

В море самая высокая температура воды +35,6 0 С отмечена в Персидском заливе. Озерная вода больше всего нагревается в Каспийском море (до +37,2 0 С).

Распределение тепла по земной поверхности

Основная закономерность в распределении тепла по земной поверхности – зональность – позволяет выделить тепловые (температурные) пояса. Тепловые пояса не совпадают с поясами освещения, образующимися по астрономическим законам, т.к. тепловой режим зависит не только от освещения, но и от ряда других факторов.

По обе стороны от экватора, приблизительно до 30 0 с.ш. и ю.ш., находится жаркий пояс , ограниченный годовой изотермой 20 0 С.

В средних широтах находятся умеренные температурные пояса . Они ограничены изотермами 10 0 С самого теплого месяца. С этими изотермами совпадает граница распространения древесных растений (наименьшие средние температуры, при которых вызревают семена деревьев составляют 10 0 С; при меньшей месячной сумме температур леса не возобновляются).

В субполярных широтах простираются холодные пояса , полярными границами которых являются изотермы 0 0 С самого теплого месяца. Они в общих чертах совпадают с зонами тундр.

Вокруг полюсов находятся пояса вечного мороза , в которых температура любого месяца ниже 0 0 С. Здесь лежат вечные снега и льды.

Жаркий пояс, несмотря на свою большую площадь, в тепловом отношении довольно однороден. Средняя температура года изменяется от 26 0 с на экваторе до 20 0 С на тропических пределах. Годовые и суточные амплитуды незначительны. Сравнительно однородны в термическом отношении пояса холодный и вечного мороза в силу небольших пределов. Умеренные пояса, охватывающие широты от субтропических до субполярных, термически весьма неоднородны. Здесь годовая температура на одних широтах достигает 20 0 С, а на других даже температура самого теплого месяца не превышает 10 0 С. Выявляется хорошо выраженная дифференциация умеренных поясов. Северный умеренный пояс в связи с его континентальностью (материковостью) дифференцируется и в долготном направлении: в годовом ходе температур здесь ясно сказываются приморское и внутриматериковое положение.

В умеренных поясах в самом первом приближении выделяются субтропические широты, термический режим которых обеспечивает произрастание субтропической растительности, умеренно-теплые широты, где тепло обеспечивает существование широколиственных лесов и степей, и бореальные широты с суммой тепла, достаточной только для распространения хвойных лесов и мелколиственных деревьев.

При общем сходстве температурных поясов обоих полушарий ясно выступает тепловая диссиметрия Земли относительно экватора. Термический экватор смещен к северу относительно географического, северное полушарие теплее южного, в южном полушарии ход температуры океанический, в северном – материковый; Арктика теплее Антарктики.

Климатические особенности Земли определяются в основном величиной поступающей солнечной радиации на ее поверхность, особенностями атмосферной циркуляции. Количество солнечной радиации, поступающей на Землю, зависит от географической широты.

Солнечная радиация

Солнечная радиация - вся совокупность солнечного излучения, поступающего на поверхность Земли. Кроме видимого солнечного света, она включает невидимые ультрафиолетовое и инфракрасное излучения. В атмосфере солнечная радиация частично поглощается, частично рассеивается облаками. Различают прямую и рассеянную солнечную радиацию. Прямая солнечная радиация - солнечная радиация, доходящая до земной поверхности в виде параллельных лучей, исходящих непосредственно от Солнца. Рассеянная солнечная радиация - часть прямой солнечной радиации, рассеянной молекулами газов, поступающая на земную поверхность от всего небесного свода. В пасмурные дни рассеянная радиация является единственным источником энергии в приземных слоях атмосферы. Суммарная солнечная радиация включает прямую и рассеянную солнечную радиацию и достигает поверхности Земли.

Солнечная радиация - это важнейший источник энергии атмосферных процессов - формирования погоды и климата, источник жизни на Земле. Под влиянием солнечной радиации нагревается земная поверхность, а от нее - атмосфера, испаряется влага, происходит круговорот воды в природе.

Земная поверхность, поглощая солнечную радиацию (поглощенная радиация), нагревается и сама излучает тепло в атмосферу. Поглощенная земной поверхностью радиация расходуется на нагрев почвы, воздуха, воды. Нижние слои атмосферы в значительной мере задерживают земное излучение. Основную часть поступающей на земную поверхность радиации поглощает пашня (до 90 %), хвойный лес (до 80 %). Часть солнечной радиации отражается от поверхности (отраженная радиация). Наибольшей отражательной способностью обладают свежевыпавший снег, поверхность водоемов, песчаная пустыня.

Распределение солнечной радиации на Земле зонально. Она убывает от экватора к полюсам в соответствии с уменьшением угла падения солнечных лучей на земную поверхность. На поступление солнечной радиации на поверхность Земли влияют также облачность, прозрачность атмосферы.

Материки по сравнению с океанами получают больше солнечной радиации благодаря меньшей (на 15-30 %) облачности над ними. В Северном полушарии, где основная часть Земли занята материками, суммарная радиация выше, нежели в Южном океаническом полушарии. В Антарктиде, где чистый воздух и высокая прозрачность атмосферы, поступает большое количество прямой солнечной радиации. Однако из-за высокой отражательной способности поверхности Антарктиды температура воздуха отрицательная.

Тепловые пояса

В зависимости от количества солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли, на земном шаре выделяют 7 тепловых поясов: жаркий, два умеренных, два холодных и два пояса вечного мороза. Границами тепловых поясов являются изотермы. Жаркий пояс с севера и юга ограничен средними годовыми изотермами +20 °С (рис. 9). Два умеренных пояса к северу и югу от жаркого пояса ограничены со стороны экватора средней годовой изотермой +20 °С, а со стороны высоких широт - изотермой +10 °С (средней температурой воздуха самых теплых месяцев - июля в Северном и января в Южном полушариях). Северная граница совпадает примерно с границей распространения лесов. Два холодных пояса к северу и югу от умеренного пояса в Северном и Южном полушариях лежат между изотермами +10 °С и 0 °С самого теплого месяца. Два пояса вечного мороза ограничены изотермой 0 °С самого теплого месяца от холодных поясов. Царство вечных снегов и льдов простирается к Северному и Южному полюсам.

Распределение температуры воздуха на Земле

Так же как и солнечная радиация, температура воздуха на Земле изменяется зонально от экватора к полюсам. Эту закономерность наглядно отражают карты распределения изотерм самого теплого (июля - в Северном полушарии, января - в Южном) и самого холодного (января - в Северном полушарии, июля - в Южном) месяцев в году. Самой «теплой» параллелью является 10° с. ш. - термический экватор, где средняя температура воздуха +28 °С. Летом он смещается к 20° с. ш., зимой приближается к 5° с. ш. Большая часть суши находится в Северном полушарии, соответственно термический экватор сдвигается к северу.

Температура воздуха на всех параллелях Северного полушария выше, чем на аналогичных параллелях Южного полушария. Средняя годовая температура в Северном полушарии составляет +15,2 °С, а в Южном полушарии - +13,2 °С. Это связано с тем, что в Южном полушарии океан занимает большую площадь, и, следовательно, больше тепла тратится на испарение с его поверхности. Кроме того, охлаждающее влияние на Южное полушарие оказывает материк Антарктида, покрытый вечными льдами.

Средняя годовая температура в Арктике на 10-14 °С выше, чем в Антарктиде. Это в значительной степени определяется тем, что Антарктида покрыта обширным ледниковым панцирем, а большая часть Арктики представлена Северным Ледовитым океаном, куда проникают теплые течения из более низких широт. Например, отепляющее влияние на Северный Ледовитый океан оказывает Норвежское течение.

По обе стороны экватора располагаются экваториальные и тропические широты, где средняя температура зимой и летом очень высокая. Над океанами изотермы распределяются равномерно, почти совпадают с параллелями. У побережий материков они сильно искривляются. Это объясняется неодинаковым нагреванием суши и океана. Кроме того, на температуру воздуха у побережий оказывают влияние теплые и холодные течения, преобладающие ветры. Особенно это заметно в Северном полушарии, где расположена большая часть суши. (Проследите распределение температур по тепловым поясам с помощью атласа.)

В Южном полушарии распределение температур более равномерно. Однако здесь есть свои горячие области - пустыня Калахари и Центральная Австралия, где температура января поднимается выше +45 °С, а июля падает до –5 °С. Полюсом холода является Антарктида, где был зафиксирован абсолютный минимум –91,2 °С.

Годовой ход температуры воздуха обусловлен ходом солнечной радиации и зависит от географической широты. В умеренных широтах максимум температур воздуха наблюдается в июле в Северном полушарии, в январе - в Южном, а минимум - в январе в Северном полушарии, в июле - в Южном. Над океаном максимумы и минимумы запаздывают на месяц. Годовая амплитуда температур воздуха возрастает с широтой местности. Наибольших значений она достигает на континентах, значительно меньших - над океанами, на морских побережьях. Самая маленькая годовая амплитуда температур воздуха (2 °С) наблюдается в экваториальных широтах. Самая большая (более 60 °С) - в субарктических широтах на материках.

Количество солнечной радиации, поступающей на Землю, зависит от угла падения солнечных лучей, облачности и прозрачности атмосферы. Так же как и солнечная радиация, температура воздуха на Земле распределяется зонально и понижается от экватора к полюсам.

Сухое лето. Животный мир. Смена растительности. Отличительные особенности тундры. Саванны. Арктические и антарктические пустыни. Обезьяны. Природные зоны. Зональные комплексы. Разнообразие птиц. Дикие животные. Конкретизировать понятия. Причина зональности. Экваториальные леса. Количество наземных животных. Число копытных. Огромное число видов растений и животных. Леса умеренных широт. Природные зоны Земли.

«Широтная зональность и высотная поясность» - Черноземные почвы. Географическая оболочка Земли. Природная зона. Путешественник. Какие почвы характерны для природной зоны степей. Климатический пояс. Преобладание пресмыкающихся. Смешанные леса. Какие почвы характерны для природной зоны тайги. Тундра. Подзолистые почвы. Путешественник, совершивший перелет из Волгоградской области в Вологодскую область. Высокое плодородие почв.

«Природные зоны и их особенности» - Тундра. Природные зоны Земли. Животные широколиственного леса. Дриада. Природные зоны Евразии. Растения широколиственного леса. Арктические пустыни. Лиственница. Изменение числа видов растений. Заяц. Пушица. Животные тундры. Белка. Животные степи. Степь. Сосна обыкновенная. Смена природных зон на равнинах. Бурый медведь. Растения степей. Тайга. Карликовая береза. Пустыня. Ель европейская. Растения пустынь.

«Основные природные зоны» - Пингвины и моржи. Сильные ветры. Распространение влажных тропических лесов в мире. Влажные тропические леса. Степи. Тундра. Животный мир. Животные активны летом преимущественно ночью. Природные зоны Земли. Тайга. Пустыни. Постоянно дующие ветры. Пустыни занимают более 16,5 млн км. Бурый медведь. Акация. Белый медведь. Молодой джейран. Дикие олени. Фауна природной зоны. Животные. Саванны. Крупные травоядные животные.

«Природные зоны Земли» - Папоротники. Вечнозеленые леса и кустарники. Тунис. Содержание углекислого газа. Пустыни. Климат пустынь. Растения пустынь. Растительный мир саванн. Пустыня Гоби. Климат Средиземноморья. Густая растительность. Большая песчаная пустыня. Растительность джунглей. Климат. Амазония. Особенность джунглей. Леса Экваториальной Африки. Симметричные древесные стволы. Влажные леса Южной Америки. Средиземноморье (Испания).

«Географическая зональность» - Единство географической системы. Радиационные пояса. Набор зон. Зональность тепловых условий. Географ С.В. Калесник. Тепловые пояса. Степные, полупустынные и пустынные зоны. Географические зоны. Климатические пояса. Зональность постепенно исчезает. Географические пояса делят на секторы. Расположение зон. Закон целостности географической оболочки. Географические пояса. Семь климатических поясов. Компонент географической оболочки.