Jakie są wzorce rozkładu temperatury powietrza na Ziemi i od czego to zależy?

Klimat jest typowym dla danego obszaru okresem wieloletniej pogody. Czy możemy mówić o klimacie całej Ziemi jako całości, jeśli jest zimno w Petersburgu i gorąco w Soczi; są powodzie w Indiach i susze na Saharze? Jednak w rzeczywistości wszystko zależy od tego, jaką wartość przywiązujemy do tych lub innych różnic. Rzeczywiście, ściśle rzecz biorąc, nawet w dwóch sąsiednich dzielnicach Petersburga temperatura powietrza jest inna. Nie przeszkadza nam to jednak mówić, że Petersburg jest zimnym miastem, a Soczi jest ciepłe. Spróbujmy dowiedzieć się, jakie są przyczyny różnicy w temperaturze powietrza na Ziemi.

Oczywiste jest, że niewielkie różnice temperatur w mieście nie mają znaczenia w porównaniu z różnicami między średnią temperaturą miast z różnych stref klimatycznych. W ten sam sposób, mówiąc o Ziemi jako całości, możemy zaniedbać różnice między jej regionami w porównaniu z bardziej znaczącymi różnicami między tą i innymi planetami Układu Słonecznego. Dlatego całkiem rozsądnie jest mówić o globalnym klimacie globu i jego cechach: temperaturze, całkowitym opadzie, ciśnieniu itp.

Jakie są wzorce rozkładu temperatury powietrza na Ziemi?

Istnieje powszechne, a ponadto jedyne źródło energii dla całej Ziemi - Słońca. Zwróć uwagę, że stosunkowo niedawno, pod koniec ubiegłego wieku, nauka przylgnęła do innych idei. Uważano, że dla Ziemi bardzo ważnym źródłem ciepła jest jego podpowierzchnia, a sama energia słoneczna nie wystarcza do utrzymania temperatury sprzyjającej życiu.

Jakie są w rzeczywistości rozkłady temperatury powietrza na Ziemi? Kiedy naukowcy nauczyli się kwantyfikować przepływ energii na naszej planecie, okazało się, że strumień ciepła z wnętrza Ziemi to tylko kilka dziesięciotysięcznych nadchodzącej energii słonecznej i nie ma to żadnego istotnego wpływu na kształtowanie się klimatu planety. Jedynym znaczącym źródłem energii dla niego jest promieniowanie słoneczne, a zatem rozsądne jest, aby najpierw mówić o klimacie Ziemi jako całości, a dopiero potem potraktować jej poszczególne obszary jako przypadki szczególne.

Ważne funkcje

Jak powstaje globalny klimat? Zanim przejdziemy do rozmowy na ten temat, należy zauważyć, że chodzi tylko o długotrwały reżim temperatury i opadów. Wiadomo, że klimat charakteryzuje się nie tylko tymi dwoma wielkościami. Jest wiele innych: ciśnienie atmosferyczne, kierunek i prędkość wiatru, itp.

Tylko te cechy klimatu, które mają znaczący wpływ na organizmy żywe mają poważne znaczenie ekologiczne: przede wszystkim rośliny, jako dostawcy głównej ilości biomasy. Dla nich najważniejsza jest temperatura, opady i zachmurzenie.

Rola atmosfery w rozkładzie temperatury powietrza na Ziemi również nie może być zminimalizowana. Jego skład ma kluczowe znaczenie. Pozostałe cechy klimatu są ważne z punktu widzenia geofizyki, ale mówiąc o ekologii, można je zaniedbać.

Uzależnienie od Słońca

Jaki rodzaj fizycznych procesów określa temperaturę powierzchni Ziemi i powierzchniowej warstwy powietrza? Które z nich są ważniejsze? Wreszcie, jakie są wzorce rozkładu temperatury powietrza na Ziemi?

Przede wszystkim jasne jest, że temperatura zależy od całkowitej ilości ciepła dostarczanego przez słońce. Dzięki platformie, prostopadłej do promieni i położonej w średniej odległości od Ziemi, przepływa strumień energii 1,37 kW / m². Ta wartość nazywa się stałą słoneczną. Ile energii dociera do całego globu w ciągu sekundy? Oczywiście jest równa iloczynowi stałej słonecznej przez powierzchnię dysku Ziemi.

Jednak nie cała ta energia jest absorbowana przez ziemię. Część tego odbija się z powierzchni z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Ta energia nazywa się albedo. Jego wartość zależy zarówno od natury promieniowania, jak i od właściwości samej powierzchni i może przyjmować wartości od 0 (dla absolutnie czarnego ciała, pochłaniające całą energię na nie padającą) do 1 (dla absolutnie białego, co odzwierciedla wszystko).

Odbicie słoneczne i absorpcja

Przeciętne albedo całej Ziemi jako całości powinno zależeć od tego, ile jej powierzchni zajmują woda, śnieg, lód, lasy, pola, pustynie itp. Innymi słowy, zależy to od struktury powierzchni Ziemi. Na szczęście sprzęt zainstalowany na sztucznych satelitach pozwala bezpośrednio zmierzyć średnie albedo planety, bez wchodzenia w skomplikowane obliczenia. Okazuje się, że wynosi ona 0,30. Oznacza to, że około 30% energii słonecznej docierającej do Ziemi jest odbijane z powrotem do przestrzeni kosmicznej, a 70% jest absorbowane i przechodzi w celu ogrzania powierzchni.

Na marginesie zauważamy, że większość energii słonecznej odbija się od górnej granicy chmur o wartości albedo bliskiej 100%. Każdy, kto latał samolotem, wie, jak olśniewające białe chmury wyglądają z góry. Dlatego średnie albedo planety w znacznym stopniu zależy od tego, ile jest pokryta chmurami.

Promieniowanie cieplne

Ponieważ promieniowanie słoneczne przybywa na Ziemię nieustannie, staje się jasne, że jest z niego jakiś rodzaj energii (w przeciwnym razie temperatura planety stale wzrastałaby, a ponadto bardzo szybko). Takie usunięcie rzeczywiście istnieje i jest realizowane za pomocą własnego promieniowania cieplnego.

Ponieważ temperatura powierzchni planety jest znacznie niższa niż słońce, jej promieniowanie cieplne występuje w zakresie podczerwieni, niewidocznym dla oczu. Całkowita ilość energii emitowanej z powierzchni Ziemi w jednostce czasu jest określana proporcjonalnie do czwartej potęgi jego temperatury absolutnej. Oczywiście całkowite promieniowanie całej naszej planety będzie równe tej wartości pomnożonej przez powierzchnię kuli ziemskiej.

Biorąc pod uwagę rozkład temperatur powietrza na Ziemi, możemy stwierdzić, że globalny klimat planety jest dość stabilny. Jest to możliwe tylko pod warunkiem, że strumień promieniowania słonecznego pochłonięty przez ziemię jest równy promieniowaniu cieplnemu samej planety. Okazuje się, że jest to najprostszy model globalnego klimatu planety. Stąd można uzyskać wartość tak zwanej temperatury równowagi promieniowania (-18 ° C). Byłoby tak, gdyby powierzchnia ziemi nie miała atmosfery. Skąd się bierze różnica między tą temperaturą a rzeczywistością? Chodzi o cechy wzajemnego oddziaływania gazów atmosferycznych z promieniowaniem. Dokładnie od tego zależy temperatura powietrza na Ziemi.