Радиационный баланс природных поясов

Том 2

Радиационный баланс подстилающей поверхности равен разности поглощенной земной поверхностью суммарной радиации и эффективного излучения:

B = (S’ + D — R) — (Eз — bEa) = Q(1-Ak) — Eэф

где S ‘ — прямая солнечная радиация; D — рассеянная радиация; Q — суммарная солнечная радиация; R — отраженная радиация; Ak — альбедо подстилающей поверхности, Ез — собственное излучение земной поверхности; b— относительный коэффициент поглощения длинноволновой радиации подстилающей поверхностью; E а — встречное излучение атмосферы; Еэф — эффективное излучение подстилающей поверхности.

Количество поглощенной радиации в значительной степени определяется величиной альбедо — отражательной способностью земной поверхности. Альбедо, измеренные на актинометрических станциях (зимой площадка покрытая снегом, летом — травой) не характеризуют в полной мере отражательных свойств больших территорий. В зимний период разница в альбедо открытых снежных участков и леса, покрытого снегом, составляет от 15 до 30%. В бесснежный период альбедо зеленой травы незначительно отличается от альбедо леса, поэтому даже в районах с большими лесными массивами различия между поглощенной радиацией открытых участков (метеорологических площадок) и реальной подстилающей поверхности находится в пределах основной ошибки вычисления месячных сумм поглощенной радиации. В целом за год земной поверхностью поглощается от 50% (в Арктике) до 80%( в южных районах) от поступающей суммарной радиации. Большая часть годового количества поглощенной радиации приходится на период с апреля по сентябрь. В северных районах это оставляет 90–95 % от годовой суммы, в южных– 70–80 %.

Земная поверхность, нагретая в результате поглощения солнечной радиации, становится источником собственного излучения, направленного в атмосферу. В свою очередь атмосфера, нагревающаяся за счет турбулентного теплообмена с земной поверхностью, также излучает тепловую радиацию, направленную к земной поверхности (противоизлучение атмосферы). Разность между собственным излучением земной поверхности и поглощенной земной поверхностью частью противоизлучения атмосферы называется эффективным излучением. Распределение годовых сумм эффективного излучения близко к широтному, увеличение с севера на юг происходит в диапазоне 800–1800 МДж/км 2 .

Радиационный баланс изменяется под действием факторов, влияющих на его основные составляющие. Ночью значения радиационного баланса, определяемые только эффективным излучением, зависят от температуры подстилающей поверхности, облачности и стратификации атмосферы. Днем основная составляющая радиационного баланса — суммарная радиация — зависит от высоты солнца, облачности и альбедо подстилающей поверхности.

Ночью радиационный баланс имеет отрицательные значения. Переход от отрицательных значений к положительным происходит в среднем через 1 час после восхода солнца и обратный переход от положительных значений к отрицательным — за 1час 30мин до захода солнца. В зимние месяцы на севере отрицательный радиационный баланс наблюдается в течение суток.В годовом ходе смена знака радиационного баланса связана с датами образования и разрушения устойчивого снежного покрова. На островных полярных станциях (до 75–77°с.ш.) отрицательный радиационный баланс наблюдается в течение 7–8 мес., в умеренных широтах 3–4 мес. (с ноября по февраль), на юге (до 45–46°с.ш.) — в течение 1–2 мес. (декабрь-январь), а еще южнее радиационный баланс положителен в течение всего года.

Читайте также:  Бразилия объекты неживой природы

Радиационный баланс открытых участков земной поверхности (метеорологических площадок) наиболее близко характеризует условия мест жилья и хозяйственной деятельности человека, но он отличается от радиационного баланса реальной поверхности (например, лесных массивов). Так, радиационный баланс хвойных лесов на 50–60% выше, чем открытой площадки. Для лиственных лесов эти различия меньше. Лесостепи, степи и другие нелесные поверхности по своим отражательным способностям близки к метеорологическим площадкам, поэтому данные актинометрических наблюдений можно использовать для оценки радиационного баланса полей зерновых культур.

В зимние месяцы (для большей территории России это период с ноября по февраль) радиационный баланс имеет отрицательные значения и его распределение по территории сильно отличается от широтного. В январе нарушение зональности связано с наличием в умеренных широтах двух обширных областей, для которых характерно некоторое уменьшение отрицательных значений радиационного баланса. Одна из них расположена на северо-западе Европейской части России, где увеличение радиационного баланса связано с большой облачностью под влиянием западного переноса влажных воздушных масс. Вторая область находится в Восточной Сибири, где рост радиационного баланса связан с преобладанием в зимние месяцы антициклональной циркуляции, способствующей образованию инверсий.

Граница нулевого радиационного баланса в январе и декабре проходит на широте 45–46°с.ш. по Краснодарскому краю. В ноябре и феврале на Европейской части России нулевая изолиния поднимается до 50°с.ш., а на Азиатской части она проходит по югу Приморского края.

Переходный сезон от зимы к лету включает март, апрель и май. Распределение радиационного баланса по территории в эти месяцы определяется главным образом свойствами подстилающей поверхности (альбедо). В марте к северу от 60°с.ш. радиационный баланс еще остается отрицательным, а в апреле отрицательные значения баланса сохраняются лишь на побережье северных морей. В мае радиационный баланс имеет положительный знак на всей территории, значения его по сравнению с апрелем резко возрастают. На крайнем севере происходит увеличение от нулевых значений до 80 МДж/м 2 , а в умеренных широтах от 100–120 до 280–320 МДж/м 2 . Наряду с общим увеличением радиационного баланса как в апреле, так и в мае отмечается наличие значительного градиента (около 20 МДж/м 2 на 1° широты) в поясе 55–62°с.ш. (апрель) и в поясе 65–73°с.ш. (май). Это связано с большими различиями в альбедо подстилающей поверхности из-за разного времени схода снежного покрова. Как видно из представленных графиков суточного хода, от зимы к весне резко возрастает интенсивность радиационного баланса в дневные часы.

В летние месяцы изменение радиационного баланса по территории России в целом характеризуется увеличением его с севера на юг. В июне наименьшие месячные значения баланса (менее 240 МДж/м 2 ) отмечаются в северных прибрежных районах востока Европейской части России и Западной Сибири. При продвижении к югу отмечается резкое возрастание радиационного баланса.

Читайте также:  Дикая природа русского севера

На Азиатской части России уже на широте 72°с.ш. его значения достигают 320 МДж/м 2 и более. На Европейской части такие значения отмечаются на широте около 60°с.ш. Максимальные величины (360 МДж/м 2 ) радиационного баланса в июне характерны для южных районов. В июле радиационный баланс изменяется по территории в пределах 280–360 МДж/м 2 .

В августе месячные суммы радиационного баланса убывают и составляют 160 МДж/м 2 в северных районах и 280 МДж/м 2 в южных. На юге Краснодарского края радиационный баланс еще достаточно высок и его значения составляют 320 МДж/м 2 .

Осенью в отличие от весенних месяцев, изменение баланса по всей территории происходит более равномерно и распределение его в сентябре и октябре близко к широтному. В сентябре радиационный баланс хотя и положительный, но его абсолютные значения резко уменьшаются по сравнению с летними месяцами. Особенно это проявляется на севере, где величина баланса в этом месяце составляет 40 МДж/м 2 , что в четыре раза меньше, чем в августе. В октябре вдоль 60-градусной параллели проходит граница между северными районами с отрицательным радиационным балансом и с положительным. Наибольшие значения 120 МДж/м 2 отмечаются на юге Приморского края.

В ноябре радиационный баланс отрицательный практически на всей территории России, лишь к югу от 50°с.ш. он сохраняет небольшие положительные значения. Широтный характер распределения в отличие от предыдущих месяцев нарушается в связи с особенностями циркуляционных процессов и характером подстилающей поверхности. Рост радиационного баланса происходит не с севера на юг, а с северо-востока на юго-запад.

Содежание раздела
  1. Климатическое районирование
  2. Сеть метеостанций
  3. Продолжительность солнечного сияния
  4. Общая и нижняя облачность
  5. Суммарная солнечная радиация
  6. Прямая солнечная радиация
  7. Радиационный баланс
  8. Температура воздуха
  9. Минимальная температура воздуха
  10. Максимальная температура воздуха
  11. Температура воздуха ниже 0°С
  12. Температура воздуха ниже +8°С
  13. Температура воздуха выше 30°С
  14. Температура воздуха ниже –30°C
  15. Температура подстилающей поверхности
  16. Атмосферное давление
  17. Ветровой режим
  18. Относительная влажность воздуха
  19. Атмосферные осадки
  20. Снежный покров
  21. Гололедно-изморозевые отложения
  22. Туманы
  23. Метели
  24. Грозы
  25. Современные изменения климата
  26. Агроклиматическое районирование

Источник

3.1.3. Главные закономерности зональной дифференциации земной поверхности

Широтная зональность сказывается буквально на всех компонентах ландшафта. Однако степень ее проявления в разных компонентах ландшафта неодинакова и распределяется по убывающей в таком порядке: климат – растительность – животный мир – почвы – воды – рельеф – горные породы. Рассмотрим основные закономерности зонального распределения природных процессов и компонентов:

1) Зональность радиационного баланса;

Первым непосредственным результатом зонального распределения лучистой энергии Солнца является зональность радиационного баланса земной поверхности, вследствие чего отчетливо выделяются экваториальный, тропические, умеренные и полярные и др. географические пояса (всего 13).

Поступление солнечной радиации уменьшается от экватора к полюсам. В идеальном варианте – в соответствии со следующей закономерностью:

Читайте также:  Классный час береги природу человек

где S – количество солнечной радиации, поступающей к земной поверхности на конкретной широте;

S0 – количество солнечной радиации, поступающей на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам;

Теоретически следовало бы ожидать, что радиационный баланс максимален на экваторе, но этот максимум смещается на пространство между 20 и 30° с.ш. Причина: на этих широтах атмосфера наиболее прозрачна для солнечных лучей. А над экватором в атмосфере много облаков, которые задерживают, рассеивают и поглощают коротковолновую радиацию.

2) Зональность теплового баланса;

Вся лучистая энергия, которая достигает Земной поверхности, преобразуется в тепловую энергию. Основная закономерность в распределении тепла по земной поверхности – зональность – позволяет выделить тепловые (температурные) пояса. Выделяют семь тепловых поясов: жаркий, два умеренных, два холодных и два вечного мороза.

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 (схема 2).

Схема 2. Зональное распределение тепла на земной поверхности

Границами тепловых поясов являются изотермы. По обе стороны от экватора, приблизительно до 3° с.ш. и ю.ш., находится жаркий пояс, ограниченный годовой изотермой +20 0 С (ареал распространения дикорастущих плодоносящих пальм. В средних широтах находятся умеренные температурные пояса, ограниченные изотермами +10 0 С самого теплого месяца. С этими изотермами совпадает граница распространения древесных растений. Два холодных пояса лежат между изотермами +10 0 С и 0 0 С. 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.

3) Зональность воздушных масс и циркуляции атмосферы;

Важнейшие следствия неравномерного широтного распределения тепла – зональность воздушных масс и циркуляции атмосферы.

Под влиянием неравномерного нагрева и испарения формируются воздушные массы. Они различаются по плотности, влагосодержанию, температурным свойствам. Выделяют четыре основных зональных типа воздушных масс:

экваториальные (теплые и влажные);

тропические (жаркие и сухие);

бореальные (прохладные и влажные);

арктические или антарктические (холодные и сухие).

Неодинаковый нагрев и вследствие этого различная плотность воздушных масс вызывают их перемещение – циркуляцию (схема 3). Если бы Земля не вращалась, то нагретый воздух поднимался бы вверх от приэкваториальных широт и растекался к полюсам. То есть в северном полушарии постоянно дули бы северные ветры, а в южном – южные. Но отклоняющее действие вращения Земли (сила Кориолиса) вносит в эту схему существенные поправки. В результате в тропосфере образуется несколько циркуляционных зон:

экваториальная (низкое давление, штили);

тропическая (высокое давление, восточные ветры);

умеренная (пониженное давление, западные ветры);

полярная (высокое давление, восточные ветры);

еще по три переходных зоны – субарктическая, субтропическая, субэкваториальная. Всего 13 циркуляционных зон.

Схема 3. Распространение давления и ветров на земном шаре

Источник

Оцените статью