Атмосферные процессы сопровождаются перераспределением огромных количеств энергии (в конечном счете все виды энергии – тепло). Для нашей планеты существуют три потенциальных источника тепловой энергии: лучистая энергия Солнца (солнечная радиация), энергия звезд и солнечная, отраженная от Луны, и, наконец, внутреннее тепло остывающей Земли, поступающее на поверхность в результате тектонических процессов с термальными водами, гейзерами и пр. Энергия звезд и внутреннее тепло Земли ничтожно мало по сравнению с солнечной радиацией, поэтому лучистую энергию Солнца рассматривают как единственный источник всех энергетических процессов на Земле.
Радиоастрономия - это отрасль астрономии. Она изучает небесные объекты с радианами, которые они излучают. Первым, кто использовал телескоп для наблюдения за небом, был итальянский Галилео Галилей. Сегодня наиболее распространенные истории не наблюдаются непосредственно.
Это имеет большое преимущество перед глазами: пластина или фотографическая пленка накапливаются мало-помалу. После нескольких часов экспозиции можно фотографировать менее яркие. Но излучаемая пластина или пленка записывает только очень небольшую часть излучаемого света. Вот почему сегодня гораздо более чувствительные электронные устройства. Изображение появляется на экране около телескопа или за тысячи километров.
Распределение энергии в спектре Солнца по длинам волн неравномерно. Его можно аппроксимировать законом Планка. Около 99% солнечной энергии приходится на длины волн γ от 0,1 до 4 мкм. Эти волны называются короткими. Только один процент солнечной энергии приходится на длинные волны (γ > 4 мкм). В коротковолновом участке солнечного спектра можно выделить ультрофиолетовые волны (0,1 - 0,4 мкм), видимые волны (0,4 - 0,78 мкм) и ближние инфракрасные волны (0,78 - 4 мкм). На видимый участок солнечного спектра приходится почти половина энергии, излучаемой Солнцем. В видимом участке спектра самые короткие фиолетовые волны, а самые длинные – красные.
Глазные и оптические приборы чувствительны к свету. Но они также излучают невидимое излучение: радио, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение. Самые холодные излучатели излучают в основном инфракрасное излучение; самыми горячими являются рентгеновские и ультрафиолетовые источники. Радиоволны захватываются с земли с помощью радиотелескопов. Другое излучение более или менее останавливается атмосферой.
В среднем, 77% солнечной энергии электромагнитного излучения, перехваченной трансдермального Земля-атмосфера энергии излучения находит свое отражение в более высоких уровнях атмосферы, а остальные полученные на поверхности Земли. Только излучение, которое не поглощается или не отражается земной атмосферой, достигает Земли. Излучения, достигающие Земли, находятся в частотных областях, составляющих «атмосферные окна». Электромагнитное излучение с длиной волны от 300 до 750 мм не поглощается в атмосферу и не достигает поверхности Земли.
На ультрафиолетовую часть приходится около 5%, видимую – 52% и на инфракрасную – 43 %. В видимом участке спектра самые короткие фиолетовые волны. Максимум солнечного излучения приходится на волны длиной 0,47 мкм, что соответствует сине-голубому участи солнечного спектра. Самые длинные волны – красные.
У поверхности Земли на ультрафиолетовую часть спектра приходится около 1 %, видимую – около 40 % и инфракрасную – около 60 %. Максимум излучения здесь приходится на длины волн около 0,56 мкм, что соответствует желто-зеленому участку спектра.
Герцянское излучение с длиной волны от 1 см до 30 м является герцзианским окном или окном радио. Несколько планет, которые посещались космическими зондами Кроме этого, все, что мы знаем о звездах из-за света и другого излучения, испускаемого звездами, которые приходят к нам. Для этого астрономы создали специализированные инструменты исследования света. Спектроскоп, например, позволял изучать свет, излучаемый звездами и отражаемый планетами. Когда свет проходит через спектроскоп, создается радужная полоса, пересекаемая сияющими полосами, называемыми спектром тела.
Солнечная радиация в атмосфере поглощается преимущественно озоном (ультрафиолетовые лучи), водяным паром и углекислым газом, также облаками и твердыми частицами примесей. В солнечном спектре у Земли не наблюдаются волны короче 0,29 мкм.
Атмосферный воздух – оптически неоднородная среда, рассеивающая лучистую энергию Солнца. В результате чего, например, освещаются места, куда не проникают прямые солнечные лучи. Рассеяние лучистой энергии в атмосфере происходит двояко: на молекулах и в аэрозоле. Интенсивность молекулярного и аэрозольного рассеяния различны. В результате этого процентное содержание лучей различной длины волн постоянно меняется, меняется и цвет небесной сферы, солнечного диска и пр. Электромагнитное коротковолновое излучение Солнца поступает к земной поверхности в виде прямой радиации, рассеянной и суммарной.
Асеномисты также используют спектрографы для захвата спектров звезд, которые они наблюдают. Фотометр позволяет измерять интенсивность света, полученного от пепельниц, и вычитать температуры. Телескоп и телескоп имеют трубу, в которой есть оптическая система, называемая линзой, ориентированной на небо. Цель для каждого объекта различна: одно из заднего стекла состоит из стеклянной линзы, а телескоп - зеркалом, в котором отражены световые лучи. Поставив глаз за увеличительное стекло, окуляр, мы непосредственно наблюдаем полученное изображение.
5. Теплообмен океана и атмосферы.
Температура поверхности Земли в среднем составляет 15° (288 К). Имея такую температуру, Земля излучает в атмосферу в основном длинноволновую инфракрасную (тепловую) радиацию. Длина волны, на которую приходится максимум энергии, составляет 10 мкм.
Атмосфера поглощает значительную часть длинноволнового излучения земной поверхности. Основными поглотителями длинноволновой радиации являются углекислый газ (СО 2) и особенно вода (Н 2 О), поскольку воды в атмосфере много. Облака состоят из жидкой (капли), твердой (кристаллы) и газообразной (водяной пар) воды. Они интенсивно поглощают длинноволновое излучение Земли, действуя как изоляционный слой, подобно стеклянным стенкам парника. Такое воздействие носит название парникового эффекта.
Кроме того, мы можем захватывать или даже записывать и анализировать его с помощью электронных устройств. Характеристики астрономического инструмента зависят от размеров линзы: чем выше она, тем меньше лучей менее ярких объектов; Кроме того, объектив большого диаметра позволяет легко отделить близкие точки и соблюдать более подробные сведения. Для этого астрономы используют телескопы, оснащенные огромными зеркалами.
Радиоволны захватываются на земле с помощью специальных телескопов для радиотелескопов. Их зеркало больше не является оптическим элементом, а гораздо большей металлической поверхностью. Интенсивность радиоволн настолько слаба, что их необходимо усилить до их принятия и изучения. Так же, как и в оптике, наиболее эффективными инструментами являются те, которые имеют самую высокую поверхность захвата. Конечно, невозможно построить гигантские радиотелескопы с квадратными квадратными размерами. Но можно добиться одинаково хороших результатов, вводя в действие ряд удаленных инструментов.
Тепловое состояние земной поверхности может характеризоваться, таким образом, разностью между теплом поглощенным и эффективным излучением. Эта разность называется радиационным балансом . Радиационный баланс может быть как положительным, так и отрицательным. Он переходит от положительных дневных к отрицательным ночным значениям перед заходом Солнца при высотах его 10–15°. Наличие снежного покрова увеличивает этот угол до 20–25°. Радиационный баланс моря на 10–20 % больше баланса суши за счет меньших значений альбедо воды, так как эффективное излучение этих поверхностей практически одинаково. Среднее многолетнее значение радиационного баланса равно нулю.
Кроме того, несколько связанных антенн могут быть соединены сотнями или тысячами километров; они не все работают одновременно, но записывают сигналы, которые они захватывают и сразу объединяют. Это очень обширная базовая методика интерферометрии. Наиболее важной группой электромагнитного излучения чужеродного происхождения является солнечная радиация от солнца.
Солнце излучает самое электромагнитное излучение в видимом поле. Это излучение испускается фотосферой, толщиной в сотни километров, которая очерчивает солнечный шар. Материя проецируется в корону, и ускоренные частицы атомов до очень высоких скоростей вытесняются в межпланетное пространство. Эти явления сопровождаются рентгеновским излучением, радиоволнами, а в случае более сильных лучей видимого света. Когда они достигают около Земли и попадают в атмосферу над полярными регионами, они создают полярные ауры.
Большая часть солнечной энергии поглощается земной поверхностью, которая вследствие своей физической неоднородности (океан, суша, различия в рельефе, холодные и теплые течения и т. д.) нагревается неодинаково. Различно будет нагреваться и атмосферный воздух, прилегающий к этой поверхности. Более теплые объемы воздуха (как более легкие) будут подниматься вверх, а более холодные – опускаться вниз. Перемещения воздуха за счет различий плотности будут носить турбулентный характер и тем интенсивнее, чем быстрее падает температура воздуха с высотой. Такая турбулентность носит название термической турбулентности, или конвекции . Таким образом, тепло от ПП к атмосфере передается наряду с молекулярной и конвективной теплопроводностью.
Они также распространяют распространение радиоволн по всему миру. Иногда они даже вызывают сбои в сетях распределения электроэнергии. Радиоволны, излучаемые Солнцем, имеют длины волн, которые увеличиваются с высотой эмиссионного слоя. Таким образом, фотосфера испускает миллиметровые длины, хромосферу на сантиметровых длинах и корону на декаметровых и метрических длинах. Коронка с температурой в 000 градусов Кельвина также излучает рентгеновское излучение.
Другая группа электромагнитного излучения чужеродного происхождения - это синхротронное излучение. Синхротронное излучение испускается световыми электронами ближнего света, которые описывают спиральные движения вдоль линий поля очень интенсивных магнитных полей в некоторых звездных образованиях. Синхротронное излучение впервые было идентифицировано в оптическом и радиоизлучении небесного объекта тусклого света, называемого туманными крабами.
Влияние радиационных факторов на перевозимые грузы.
В тропических широтах днем корпус судна в результате поглощения солнечной радиации сильно перегревается. Непосредственно на палубных перекрытиях температура может достигать 60-70°С. Это оказывает заметное воздействие на грузы, чувствительные к высоким температурам. Изменяется температурно-влажностный режим и в трюмах под палубой. В ночное время, при отрицательном радиационном балансе, корпус судна может стать холоднее наружного воздуха. Тогда температура охлаждающихся поверхностей может опуститься ниже точки росы трюмного воздуха. Такие колебания особенно велики в трюмах, расположенных над ватерлинией.
Электроны с высокой энергией и высокими, происходящим в звездных образованиях и тормозятся в поле ядер, обнаруженных в веществе состоит галактика производит другой тип излучения под названием тормозного излучения. Зрелищная прогрессия радиоастрономии обусловлена все более совершенствуемыми радиотелескопами. Он имеет антенну с отражателем, которая меняет ее, систему радиоприемника и записывающее оборудование. Некоторые из самых важных астрономических открытий в улитское время связаны с радиотелескопами.
Поскольку они напоминали звезды, а первые, которые были обнаружены, излучали многочисленные радиоволны, их называли квазарами. Это название является аббревиатурой английской фразы «квазизвездные астрономические радиоисточники», что означает квазизвездные астрономические радиостанции. Астрономы искали причину, по которой квазары излучают так много энергии. Считается, что у них есть черная дыра в их центре с массой порядка миллионов раз больше, чем у Солнца. Перед тем, как проглотить черную дыру, окружающий газ образует турбину и становится очень жарким.
6. Температурные градиенты и стратификация атмосферы. Все метеорологические элементы изменяются в пространстве и во времени, т. е. являются функциями координат точки и времени. Пространственное распределение метеорологических элементов называют полями этих элементов. Изменчивость метеорологического элемента в пространстве удобно характеризовать градиентом этого поля. Градиентом метеорологического поля называется падение данной величины по нормали к поверхности равного значения этой величины, рассчитанное на единицу расстояния.
Следовательно, он излучает очень интенсивное излучение, соответствующее фантастической энергии, исходящей из квазаров. Астрономы полагают, что квазары - самые дальние звезды, которые известны сегодня. Действительно, лучи их спектра всегда сильно смещены в красный. Из-за расстояния квазары должны предоставлять информацию о прошлом вселенной. Их свет пробежал миллиарды лет в космос, прежде чем они дошли до нас; она говорит с нами о Вселенной, так как сейчас миллиарды лет.
Поверхностный красный взрыв, но не полностью разрушенный взрывом. Это только развязывает ядро, которое сделано из железа. Он страдает фантастическим сжатием и сводится к размеру небольшой сферы диаметром всего 20 км, но весит до 500 миллионов тонн на кубический сантиметр. Что касается звезды, вещество становится настолько сжатым, что атомы измельчаются. Он сводится к смеси атомных частиц, называемых нейтронами. Нейтронные звезды такие маленькие и светлые, что они могут остаться незамеченными. Однако астрономы идентифицировали некоторые пульсары, потому что они излучают излучение, поступающее к нам в виде периодических импульсов.
Для
практических целей нецелесообразно
оперировать пространственными градиентами
метеорологических элементов, а находят
их проекции на горизонтальную (уровенную)
поверхность – горизонтальный градиент
и вертикальную ось – вертикальный
градиент. Вертикальный температурный
градиент -–- обозначается γ и единицей измерения
для него является градус температуры
на 100 м высоты. Горизонтальный температурный
градиент -
измеряется в градусах на градус меридиана
(примерно 100 км).
Поэтому пульсары - это нейтронные звезды, которые очень быстро вращаются вокруг своих собственных осей, излучая пучок радиоволн или другое излучение в определенном направлении. Когда Земля пересекает его, это можно заметить. Затем он исчезает и может быть замечен снова, когда звезда совершила полный тур, через долю секунды или несколько секунд спустя.
Таким образом были обнаружены сотни нейтронных звезд. Они называются пульсарами, потому что их излучение происходит с очень регулярными интервалами, как если бы эти звезды пульсировали. Определение Виды излучения Значения лучистой энергии Законы радиационной энергии Прямые считывающие приборы и регистраторы, используемые для определения интенсивности излучения из атмосферы Измерение прямого солнечного излучения Измерение диффузного и глобального излучения Измерение отраженного излучения и альбедо Измерение эффективного излучения Измерение баланса радиационное.
Падение температуры с высотой в среднем составляет 0,65°С на 100 м высоты. Уменьшение температуры с высотой объясняется наличием снежных шапок на вершинах гор даже в экваториальных широтах. Это является основной причиной того, что абсолютный минимум температуры на поверхности Земли (-89°С) наблюдается именно в южном полушарии, в центре Антарктиды, где высота над уровнем моря составляет более 4000 м. В северном полушарии абсолютный минимум темпертуры составляет -69°С. Наблюдается он в Якутии, примерно на уровне моря.
Ссылки: Стери Кюлаш, Метеорология. Типы излучения. Атмосфера Земли - это пространство, в пределах которого происходит действие широкого спектра потоков излучения, которые в основном происходят в работе Солнца. В спектр солнечного излучения входят несколько видов излучения: электромагнитное, корпускулярное и т.д. на практике наиболее распространенными понятиями об атмосферном излучении являются.
Относительно понятия отраженного излучения также является альбедо. Альбедо на самом деле является отношением между отраженным и глобальным излучением, выраженным в процентах. Пиргелиометрическая трубка, трубка с крышкой на одном конце, крышка, через которую проникают солнечные лучи, проникающие в две марганцевые лопасти; имеет переменные размеры. - крепеж на самом деле представляет собой круглую металлическую опору, снабженную отверстиями, в которых крепежные винты будут закреплены. - опорная опора также играет роль обеспечения «пин-станции» пихелиометра с помощью системы, состоящей из трех крепежных винтов, которые обеспечивают ориентацию в соответствии с широтой, углом наклона оси Земли и видимым положением Солнца на небесном склепе в так что лучи солнца падают перпендикулярно земной поверхности. - приемная ячейка состоит из двух чрезвычайно тонких пластинок и неявно с повышенной «чувствительностью» по отношению к действию солнечной радиации.
Стратификация атмосферы и погода .
При условии, если подстилающая поверхность теплая, а воздух холодный, температура с высотой быстро падает (более 1°С на 100 м высоты) в атмосфере развиваются вертикальные движения. Такая стратификация (распределение температуры с высотой) называется неустойчивой (рис.5).
Теплый воздух поднимается вверх, возникает термическая конвекция. Возможно образование и развитие конвективной облачности со всеми сопутствующими явлениями (ливневыми осадками, градом и т.д.).
Неустойчиво стратифицирован воздух в экваториальных широтах. В умеренных широтах неустойчивая стратификация наблюдается в тыловых частях циклонов и граничащих с ними антициклонов. Видимость там хорошая за исключением зоны выпадающих осадков.
При инверсионном распределении температуры с высотой стратификация воздуха устойчивая . Инверсия может образовываться непосредственно у поверхности Земли в результате радиационного охлаждения самого нижнего слоя воздуха, либо в некотором удаленном от поверхности Земли слое (рис.4). Причиной устойчивой стратификации может быть адвекция (горизонтальный перенос) теплой воздушной массы над слоем холодного воздуха или же результат опускания и нагревания воздуха. Такой устойчивый слой в атмосфере образует как бы потолок для конвекции, через который она пробиться не может. Под инверсией скапливаются примеси, ядра конденсации, водяные пары, принесенными сюда конвективными токами из нижних слоев атмосферы. Инверсия является верхним пределом, ниже которого образуется слоистая или слоисто-кучевая облачность.
Стратификация атмосферы будет устойчивой и при изотермии , то есть при постоянстве температуры с высотой, и даже при падении температуры с высотой, если это падение меньше, чем 1°С на 100 м высоты. Устойчивая стратификация препятствует развитию вертикальных движений. В таких условиях невозможно образование и развитие конвективной облачности . В холодное время года при устойчивой стратификации образуются туманы. Во все времена года с такой стратификацией связано ухудшение видимости, увеличение концентрации примесей в атмосфере.
Излучение Солнца - солнечная радиация - является основным источником тепловой энергии, получаемой земной поверхностью и атмосферой. Земля получает от Солнца 1,36-10 24 кал тепла в год. Этого количества достаточно было бы, чтобы растопить слой льда толщиной 35 см, сплошь покрывающий Землю при 0°.
Поток тепловой лучистой энергии Солнца, достигающий земной атмосферы, отличается большим постоянством. Его интенсивность, равную 1,98 кал/см 2 мин, называют солнечной постоянной. Как было установлено раньше, количество солнечной радиации, получаемое поверхностью, зависит от угла падения лучей. Так как в течение года и суток высота Солнца меняется, то меняется и угол падения солнечных лучей на земную поверхность, а следовательно, и количество получаемого солнечного тепла.
Радиацию, приходящую к земной поверхности непосредственно от Солнца, называют прямой. Проходя через атмосферу, солнечная радиация частью поглощается, превращаясь в тепловую энергию. Встречаясь с молекулами газа и взвешенными в атмосфере частичками, солнечные лучи отклоняются от прямолинейного направления и рассеиваются. Такая радиация называется рассеянной. Она является причиной рассеянного дневного света.
Количество поглощенной и рассеянной радиации зависит от толщины атмосферы через которую проходят солнечные лучи, и от ее прозрачности. Прозрачность атмосферы - величина переменная и зависит от содержания в воздухе водяного пара и взвешенных частиц.
Всю солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности, прямую и рассеянную, называют суммарной радиацией. Ее интенсивность выражается формулой
где I - интенсивность прямой радиации, i - интенсивность рассеянной радиации, h - высота Солнца.
Соотношение между прямой и рассеянной радиацией изменяется в зависимости от облачности, запыленности атмосферы и высоты Солнца. При ясном небе доля рассеянной радиации не превышает 10% , при облачном - рассеянная радиация может быть больше прямой. При малой высоте Солнца суммарная радиация состоит почти полностью из рассеянной.
Распределение суммарной радиации по земной поверхности не строго зонально, так как она зависит от облачности и прозрачности атмосферы. В малооблачной тропической пустыне годовое количество суммарной радиации достигает 200-220 ккал/см 2 , в полярных странах ее значение падает до 60 ккал/см 2 .
Солнечная радиация, попадая на земную поверхность, частично поглощается в верхнем слое почвы или воды и частично отражается обратно в атмосферу. Отношение количества радиации, отраженной от поверхности, к количеству радиации, падающей на эту поверхность, называется альбедо . Альбедо зависит от цвета, влажности, шероховатости и других свойств поверхности. Свежевыпавший снег имеет альбедо более 80%, верхняя поверхность облаков - 50-75%, пустыня 30-35%, луговая растительность - около 20%, лес - около 15%, свежевспаханная пашня - менее 10%. Альбедо водной поверхности меняется от 2 до 80% , в зависимости от высоты Солнца и волнения.
Чем выше температура излучающего тела, тем короче длина волн его излучения. Поэтому солнечная радиация коротковолновая (от 0,1 до 4 мк), а земная - длинноволновая (от 4 до 100 мк). Земная радиация в значительной степени задерживается атмосферой (водяным паром, углекислым газом, озоном). Поглощая часть солнечной и земной радиации, атмосфера излучает тепловую энергию в мировое пространство и к земной поверхности. Последнее называется встречным излучением. Разность между излучением земной поверхности и встречным излучением определяет фактическую потерю тепла земной поверхностью и называется эффективным излучением. Способность атмосферы пропускать коротковолновое излучение Солнца и задерживать длинноволновое излучение Земли называют оранжерейным эффектом. Благодаря оранжерейному эффекту средняя температура земной поверхности на 38° выше, чем она была бы при отсутствии атмосферы.
Земная поверхность одновременно получает и отдает радиацию. Разность между приходом радиации (поглощенной суммарной радиацией) и ее расходом (эффективным излучением) называется радиационным балансом земной поверхности. Радиационный баланс определяется из уравнения
где А - альбедо, 1 Э - эффективное излучение.
Радиационный баланс для всей Земли положительный, кроме ледяных плато Антарктиды и Гренландии. На море он больше, чем на суше, так как альбедо суши выше, чем моря. Положительное значение радиационного баланса не означает, что земная поверхность непрерывно нагревается. Избыток поглощенной радиации уравновешивается передачей тепла в воздух и расходом тепла на испарение воды.