Понять небо - [3]

Солнечная радиация не нагревает воздух сама по себе, а нагревает землю, которая передает тепло нижним слоям воздуха. Мы измеряем этот прогрев термометром в единицах Цельсия (С) или Фаренгейта (F). Вода замерзает при 0 °C или 32°F и закипает при 100 °C или 212°F. Формула перевода: 9/5С + 32 = F.

По стандарту температура замеряется термометром, расположенным в хорошо вентилируемом белом боксе на расстоянии 1,5 -2м от поверхности с короткой травой.

СОЛНЕЧНОЕ ТЕПЛО

Большая часть солнечной радиации проходит сквозь воздух. Это тепло нагревает непосредственно воздух только на 0,2–0,5 °C за день в зависимости от количества водяных паров и загрязнения атмосферы. Много солнечной радиации поглощается или отражается назад от облаков. Количество отраженных лучей зависит от облачности в данный день. Только около 43 % солнечных лучей доходит до земли, как показано на рис. 5.

Рис. 5.Солнечное тепло

Судьба их зависит от того, на что они попадут на земной поверхности. Склоны, ориентированные на юг, поглощают больше тепла, чем горизонтальная поверхность и, особенно, чем северные склоны. Вогнутые поверхности поглощают больше тепла, чем плоские или выпуклые.

Деревья и трава отражают зеленый свет, в то время, как песок около 20 % достигающей его радиации. Снег и лед отражают от 40 % до 90 %, а темные поверхности, такие как асфальтовые площадки или вспаханные поля — только 10–15 %.

Вся радиация, которая поглощается поверхностью, включается в процесс нагрева. Некоторое количество тепла распространяется вглубь земли, остальное работает на нагрев атмосферы, когда тепло распространяется в ней путем переноса или поднятия вверх нагреваемых землей слоев воздуха. Часть тепла идет на нагрев воды, которая позже отдает его в атмосферу, как водяные пары, конденсирующиеся в облака.

Поверхность земли влияет на то, как тепло поглощается и отдается в воздух. Например, нагретый песок легко отдает тепло, в то время, как вода прогревается глубоко и не отдает тепло, пока температура не поднимется до определен ной величины. В основном, воздух нагревается от более прогретой поверхности земли.

Теперь становится ясно, что различные поверхности по-разному поглощают и отдают тепло. Мы будем это изучать детально в 9 главе, что очень важно для понятия термической активности. Можно сделать вывод, что солнечные лучи каждый день нагревают нашу атмосферу, и это является основой для парящих условий и формирования погоды в целом.

ОХЛАЖДЕНИЕ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Точно так же, как воздух нагревается от получившей за день тепло земной поверхности, так и остывает ночью. Когда солнце заходит, тепло отдается землей в пространство в виде инфракрасного излучения. Это излучение проходит через сухой воздух с небольшим поглощением. Постепенно, в течение ночи, земля и воздух возле нее остывают.

Если ночью дует ветер, он перемешивает слои воздуха и процесс остывания проходит быстрее. Если есть облака или влажность, они рассеивают тепловое излучение, некоторую часть которого отражают назад вниз, чем замедляют остывание. Ночью происходит выпадение росы и инея. В ночное время тепло воздуха и земли изменяется так, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Тепловое излучение

СУТОЧНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

Суточные изменения прогрева земли очень важны для определения пилотами погоды: атмосфера спокойная или условия парящие. Нам нужно понимать, что солнечное излучение начинается с восходом солнца и увеличивается до максимума в полдень (по местному времени), а затем снижается до нуля с заходом солнца.

Пока прогрев превышает отдачу тепла, идет нагревание поверхности. Поверхность имеет максимальную температуру через некоторое время после полудня, около 15:00 (рис. 7). Это обычно время максимальной термической активности.

Рис. 7.Суточный цикл прогрева

СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

На рисунке 8 мы видим сезонные различия солнечной активности. Пик прогрева в течение дня приходится на полдень, но он намного меньше зимой (когда солнце дольше отсутствует) и максимальный летом. Время равноденствия, когда солнце над экватором. Естественно, что наибольшее количество тепла получают районы, близкие к экватору. Во время всех этих различных тепловых циклов, максимум температуры земли и термической активности соответствует показанному на рисунке 7.

Очень важно помнить и это видно на графике (рис. 8), что различные склоны обогреваются по-разному. Например, во время равноденствия восточные склоны в 8:00 получают столько же тепла, сколько и горизонтальная поверхность в полдень, а западные склоны в 16:00. Причина сезонных изменений в количестве солнечного тепла двояка: наклон земной оси относительно плоскости орбиты вращения земли вокруг солнца и эллиптическая форма этой орбиты.

Рис. 8.Сезонный прогрев

Эта особенность проиллюстрирована рисунком 9. Здесь мы видим, что когда земля наклонена северным полушарием от солнца, то это полушарие получает меньшее количество солнечного света и освещено меньшее время каждые сутки. То есть в северном полушарии зима, а в южном лето. На другой стороне орбиты в северном полушарии лето, а в южном зима. Интересный факт, когда северное полушарие отклонено от солнца, земной шар находится ближе к нему (рис. 9) и наоборот. Результатом этого является то, что в северном полушарии зимы мягче, а лето не такое жаркое. Так не было всегда, о чем свидетельствуют археологические изыскания.