8/17/2019 Ogrevanje Zemlje in atmosfere http://slidepdf.com/reader/full/ogrevanje-zemlje-in-atmosfere 1/41 4. OGREVANJE ZEMLJE IN ATMOSFERE Energija Sonca: Temeljni vir za vremenske in podnebne procese na Zemlji. 4.1 ENERGIJA, TEMPERATURA, TOPLOTA – temeljni pojmi Energija: Količina, ki določa zmožnost telesa ali sistema, da opravlja delo. Potencialna energija: Uskladiš č ena koli č ina energije, ki dolo č a koli č ino dela, ki ga je nek objekt sposoben opraviti. Kineti čna energija: Energija, ki je posledica gibanja telesa (odvisna od hitrosti in mase telesa). Sončevo sevanje (radiacija): Energija, ki jo oddaja Sonce z elektromagnetnim valovanjem. Prvi zakon termodinamike: Energije ne moremo ustvariti in ne uni čiti, lahko se samo spreminja iz ene oblike v drugo s pomoč jo fizikalnih in kemičnih procesov. Temperatura zraka: Mera za kineti č no energijo zraka (za povpre č no hitrost atomov in molekul zraka). Notranja energija atmosfere (oceanov): Potencialna in kinetična energija molekul, ki sestavljajo atmosfero (oceane). Toplota: Energija, ki se prenese iz enega telesa na drugega zaradi temperaturne razlike med njima.
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Energija: Količina, ki določa zmožnost telesa ali sistema, da opravlja delo.
Potencialna energija: Uskladiščena količina energije, ki določa količino dela, ki ga je nek objekt sposoben opraviti.
Kinetična energija: Energija, ki je posledica gibanja telesa (odvisna od hitrosti inmase telesa).
Sončevo sevanje (radiacija): Energija, ki jo oddaja Sonce z elektromagnetnimvalovanjem.Prvi zakon termodinamike: Energije ne moremo ustvariti in ne uničiti, lahko se
samo spreminja iz ene oblike v drugo s pomoč jo fizikalnih in kemičnihprocesov.
Temperatura zraka: Mera za kinetično energijo zraka (za povprečno hitrostatomov in molekul zraka).Notranja energija atmosfere (oceanov): Potencialna in kinetična energija
molekul, ki sestavljajo atmosfero (oceane).Toplota: Energija, ki se prenese iz enega telesa na drugega zaradi temperaturne
Specifična toplota in vpliv vodnih površin na podnebje
Specifična toplota (c): Toplota, ki je potrebna, da se enota mase segreje za enostopinjo.Specifična toplota vode (ca): 1 [1 cal (4,2 J) za 1 g tekoče vode za 1 K]
Specifi č na toplota nekaterih snovi na Zemljinem površju
0,19Granit
0,19Kremenčev pesek
0,24Suhi zrak (morski nivo)
0,33Peščena ilovica 0,50Led
0,60Blato
1,00Voda
c (cal/g x K)Snov
Voda:- Počasi se segreva, počasi ohlaja.
- Velika sposobnost skladiščenja toplote.- Pomemben modifikator vremena in
podnebja.
- Oceanska (maritimna) podnebja: Morja imajo prevladujoč vpliv na podnebnerazmere.
- Celinska (kontinentalna) podnebja: Vpliv morja na podnebje ni izrazit.
Toplota, ki se porablja ali sprošča pri faznih spremembah snovi.- Latentna toplota kondenzacije: Toplota, ki se sprosti ob prehodu pare v
kapljevino (pri kondenzaciji).
- Latentna toplota evaporacije: Toplota, ki je potrebna za spremembo izkapljevine v plinasto stanje (pri izhlapevanju).
- Talilna toplota: Toplota, ki je potrebna za prehod snovi iz trdnega agregatnegastanja v kapljevino.
- Toplota zmrzovanja: Toplota, ki jo odda kapljevina ob prehodu v trdno snov.- Toplota sublimacije: Toplota, ki je potrebna za direktni prehod snovi iz trdega
v plinasto agregatno stanje.
Pomen:- Pomemben vir energije v atmosferi.- Kondenzacija vodne pare – energijski vir
za nevihtne pojave.- Blaženje temperaturnih ekstremov med
ekvatorialnimi in polarnimi predeli (vodna para iztropskega pasu lahko z vetrovi zaide v polarni pas,kjer se kondenzira).
C), λmax= 10 µm, DV (terestrično) sevanje- Zemlja seva samo v IR-spektru: λ = 5 – 25 µm
Temperatura sevalnega ravnovesja Zemlje
- Povp. temperatura pri kateri se vzdržuje sevalno ravnovesje med absorbiranimKV sevanjem Sonca in emitiranim DV sevanjem Zemlje (Zemlja kot “črno telo”izseva toliko energije kolikor jo prejme): -18 0C.
- Zemljina atmosfera se ne obnaša kot “črno telo” (absorbira določene spektre DV
→ Sončevo sevanje se absorbira v Zemljinem površju in ga ogreje.→ Molekule zraka, ki pridejo v dotik s površjem, pridobijo energijo s kondukcijo.→ Zaradi gostega zraka tik nad površjem prihaja do trkov molekul z več energije s
tistimi z manj energije in s tem do prenosa energije ter dviga povprečnetemperature zraka.
→ Ko se zrak tik nad površjem (nekaj cm debel sloj) konduktivno ogreje, postaneredkejši od zraka nad njim in se začne dvigati, na njegovo mesto prihajahladnejši zrak.
→ S konvekcijo se toplota prenaša navzgor in se razporedi skozi debelejšo plastatmosfere.
- Posledica absorbicije je višja temperatura ozračja.- Del absorbiranega sevanja se izseva proti Zemljinem
površju (protisevanje atmosfere), del v vesolje.- Atmosferski efekt tople grede: Absorbcijskeznačilnosti atmosfere so podobne kot pri vrtnarskihsteklenjakih.
- Atmosfersko okno: Območ je med 8 in 11 µm, kjer
ne vodna para, ne CO2 ne absorbirata IR sevanja.- Oblačnost “zapre atm. okno” in okrepi efekt tople grede.
- Ob podvojitvi koncentracije CO2 (2/2 21. st.) naj bi se temperatura Zemljinegapovršja povečala za 1,5 do 6 0C → podnebne spremembe.- Ne dovolj jasni in raziskani povratni učinki oceanov na podnebni sistem.
Aktualno spreminjanje podnebja:
- Porast temperatur na kopnem in oceanih (1906-2005): +0,74 ± 0,18 0C.- Dvig morske gladine: +1,8 mm/leto (raztezanje morske vode, taljenje ledu)- Taljenje permafrosta.
- Spreminjanje prostorske in časovne razporeditve padavin.
- Več ja pogostost vremenskih ujm.- Premikanje mej podnebnih tipov.
Insolacija (incoming solar radiation): vpadanje Sončevega sevanja na Zemljinopovršje (Sončevo obsevanje, Sončev obsev, sončno obsevanje)
Solarna konstanta:- Energija, ki jo prejme enota površine pravokotna na smer Sončevega sevanja
na zgornji meji atmosfere: 1367 ± 0,1% W/m2 (2 kal/cm2 /min)
- Variiranje solarne konstante (→ podnebna nihanja in spremembe):Dnevne in tedenske variacije: do ±0,4 %Sezonske variacije (različna oddaljenost Zemlje od Sonca: ±3,3 %
- Posledica razlik v prejeti energiji Sončevega sevanja zaradi geografske širine.- V višjih GŠ se enak snop Sončevih žarkov razporedi na več ji površini.- Pasovi: Ekvatorialni (0 – 100 GŠ)
Albedo (odbojnost, koeficient odboja)- Razmerje med vpadlim in odbitim sevanjem, odvisno od barve površja- Povprečni albedo Zemljinega površja (3/4 voda, veliko gozda): 4 %
30Zemlja in atmosfera
(z oblačnostjo)
15 - 20Tundra
75 - 95Svež sneg15 - 20Listopadni gozd
60 - 90Debeli oblaki14 - 18Mestne površine
45 - 70Star sneg4 -18Iglast, tropski gozd
30 - 40Morski led5 -15Temna prst
25 - 30Puščave10 - 100Voda, nizko Sonce
16 - 20Travniki3 -10Voda, visoko SonceAlbedo (%)Tip površjaAlbedo (%)Tip površja
Razporeditev dolgovalovnega sevanja Zemlje in njene atmosfere
Razporeditev izgub DV sevanja sistema Zemlja-atmosfera je podobna sliki prejeteenergije Sončevega obsevanja – izgube energije so največ je tam, kjer je prejetaenergija največ ja:
Nizke geografske širine (240 – 260 W/m2)Največ v tropskih in subtropskih predelih z obsežnimi anticikloni (260 - 280 W/m2)
Srednje geografske širine (220 – 240 W/m2) Visoke geografske širine (160 – 220 W/m2)
Neto sevanje (razlika med prejeto energijo in izgubami sevanja)
- Energijski pribitek (suficit): nizke GŠ med 200 S in JGŠ)- Ničelno stanje: okoli 300 S in JGŠ- Energijski primanjkljaj (deficit): srednje in visoke GŠ (do okoli 125 W/m2)- Izravnava globalne energijske bilance Zemlje: Zaradi razlik v porazdelitvi
energije potekajo energijski tokovi (splošna cirkulacija atmosfere in oceanov) vpoldnevniški smeri iz nizkih GŠ proti visokim GŠ.
- Transport energije je največ ji v srednjih GŠ
Spreminjanje razmerja med prejetoenergijo Son č evega sevanja inizgubami z DV sevanje v poldnevniškismeri (W/m2)
Zemlja in njena atmosfera vzdržujeta iz leta v leto energetsko ravnotežje – vvesolje izsevata toliko energije, kolikor jo prejmeta.
Poenostavljen prikaz letne energijske bilance Zemlje:- Zemlja kot homogeno telo (zanemarimo razporeditev morja in kopna)
- Bilanco Zemlje določata KV sevanje Sonca in DV sevanje Zemlje in njene atmosfere- Povprečne vrednosti oblačnosti, vlažnosti, motnosti atmosfere in albeda- Daljše časovno obdobje (izpovprečenje dnevnih in letnih nihanj)
• Zgornja meja atmosfere
- Ponor energije: 100 enot- Izguba energije: 30 enot (albedo Zemljinega površja 4, oblakov 20 in atmosfere 6 enot)
70 enot (DV sevanje atmosfere 64, DV sevanje površja 6 enot)Skupaj 100 enot