地球的能量平衡
热力学(能源)方法研究冻土的形成和发展有一个不断增长的意义。然而^现在,的内部和外部参数影响冻层的状态和主要热力学函数(热力学能、焓熵)还没有彻底研究。这就是为什么研究者关心的战略努力研究热力学条件下冻土的发展指向确定的热力和water-thermal余额冻结层。
冻土是一种行星现象以来,其区域范围和发展依赖于地球的一般状态及其变化由行星热(能量)的平衡。每个人都应该记住,地面热量平衡依赖于区域,区域和地方流入的能量分布,将受制于geological-geographical设置。因此,能量平衡的地面应该是研究行星,区域、区域和地方的方面。
热状态的地球表面是由能源从外部和内部的热量来源。根据当前的概念,外部能量效应在地球是由以下行使:
1)辐射能量(电磁场太阳和星星的拦截了地球(1025年J”
2)微粒,包括中微子逃脱,辐射的太阳和星星(1018年j”1);
3)陨石坠落到地球的能量;
4)月球的引力效应、太阳和其他天体bo-dies(1020 1年)。
从外部来源的能量的流入增加了地球的内能。内部的能源可以任意定义为那些因:
1)核反应(1021年J - *);
2)重力流程地球内部(1020年J - *);
3)在地球自转速率变化(1020年J“*);
4)放热的化学反应(1019 1年)。从长远来看,地球内部能量的降低辐射的能源从内部到外部空间。
能源的力量千差万别。同时外部能量行动100000倍(由五大数量级)的内部来源。这导致的结论是,许多的基本能源过程发生在地球的表面,包括温度场的形成的上部地壳,是来自太阳的辐射能量的流入。地面作为一个热厨房的热量交换的主要过程发生在周围的地球和太空之间。的温度制度在表面形成的关键因素是影响温度场的动态的岩石圈以及靠近地面的空气的温度。动力可以由计算平衡率的流入和流出的能源。
因此,地球在太阳短波的流动辐射(波长度约0.5 / / m)。平行束太阳光提供的边界气氛约1.4 kj m”2 s - 1的热。地球表面仅接收太阳辐射的一部分。其余部分由云层反射进入太空,或扩散和吸收大气中。的太阳能到达地球表面的直接辐射,< 2 dir,大气中扩散,qdii。由于地球的球形表面获得不同数量的单位面积上的直接太阳辐射。除此之外,由于地球的自转,其发行量绕太阳的倾向以及旋转轴黄道平面,太阳能流入的量与单位面积具有明显的日常和年度变化,由于多年和many-century变化的地球轨道上的元素,也有many-century变化。
受到地球表面辐射的一部分(< 2 dir + qdit)反映,而其余部分被吸收。的比值反映了辐射整个流入辐射的一部分是由地表反照率。总平均地球的反照率作为一个地球= 0.37 - -0.40。地球自然表面的价值在广泛的范围内变化,从0.05的水面0.95新雪。的短波太阳辐射地球表面吸收从而可以以以下形式:(Qdir + qdi () (1 - a)。然而,这并不是整个流入能量平衡的一部分。大量热量的形式收到长波辐射的表面加热大气(红外辐射以最大能量害怕乐队的8 - 10缸),因为表面的任何激烈的身体辐射能量比例绝对温度的四次方的表面(I = fij4))。的大气和辐射的能量被地球表面吸收由/来表示。流入的部分资产应包括热从地球内部到达地表,q。然而,这个组件的值比其他人要少得多,通常不考虑。
流入的部分提供能量的平衡对于大多数过程发生在地球表面和下面的地面。首先流入的部分平衡保持温度在地球表面,大大不同于0 K。因此,项目支出radiation-thermal平衡的地球表面是由,首先,长波辐射能量的总量的地球,作为加热身体,回馈到外部空间,它。它和/之间的区别通常被称为有效长波辐射气候学的地球表面(/ ef = - / a)。通过讨论的指标和假设的底层表面辐射平衡R之间的差异可吸收短波辐射地球表面的和即将离任的长波辐射方程将采取以下形式:
至于其他基本和better-studied过程,蒸发(冷凝)表面(LE是潜在的产物热蒸发冷凝和蒸发或冷凝水分),与环境空气湍流换热表面,p和热量流动进入土壤,B在夏天期间这些过程导致能量损失在B在土壤表面流热在冬季是指向表面,应该属于流入平衡的一部分。这通常是有效的湍流换热p。因此,热的形式或radiation-thermal平衡地球表面的大部分依赖于特定的时间平衡。
在气候学radiation-thermal平衡方程通常是在条款的形式,包括分组根据换热的方式,而不是他们属于流入或支出项目的平衡:一个部分包含的组件辐射换热,另一个组件与对流和传导有关传热机制:
(Gdir + < Zdif) (l -«)——“ef = R =勒+ p + B (10.2)
左边的术语,表示为R,辐射平衡,而右边的一个是热的平衡。
的每个成员radiation-thermal平衡是不可或缺的特征。他们代表的能量到达表面或离开它在一定时期(年、半年、月、10天,等等)。个别成员的可变性和整个形式的平衡在很大程度上取决于这个时间间隔。因此,举例来说,如果结果是计算一年,然后B的值(政权稳定对段附近)几乎是等于零,可以排除计算;勒和p值,然而,属于支出项目的平衡。如果半年的平衡计算,那么B变得比较与其他成员的平衡。如果每月计算,所有条款radiation-thermal平衡有明显的年变化,即他们成为年度周期时间的函数。这是一个年度的结果变化的入射太阳辐射表面依法类似正弦。第一个成员的关键作用radiation-thermal平衡带来的影响主要是天文因素从而体现。其余的传入和支出的余额相等的相互影响和制约。 Each of the balance components has its 'earth' factors (geological, geophysical, geographical), which determine their variability. But with the change of even one component of the balance the remaining ones respond and are modified until a new balance is established.
这种关系的机理是基于每个组件的依赖的资产(除了,可能第一个成员),在地球表面的温度的平衡计算。因此,表面温度isurf换热是一个客观指数水平表面上,即价值流入越大或支出的平衡,是表面温度就越高。让我们考虑一个例子为了说明。让我们假设地球表面有平衡的流入和支出的部分在一定温度下的平衡。在给定时刻表面的润湿条件改变,E值增加。因此,平衡增加的支出部分,而流入的部分保持不变。这将导致表面温度的降低,这又会改变许多组件的radiation-thermal平衡。但最本质的改变,减少,将红外。因此,支出将会减少,将建立一个新的平衡,但在一个较低水平的热量交换——tsurf价值较低。
在春季期间吸收辐射的数量增加和传入的一部分radiation-thermal平衡方程超过它的输出部分。由于表面温度增加,所有组件的平衡变化取决于温度。首先,红外增加,支出往往等于传入的。因此,遵循正弦(每年)变化的吸收辐射值的正弦变化地球表面的温度。应该注意的是,热力学平衡很快的建立了辐射换热,但表面温度快速波动受阻的高惯性底层地面的温度场。这个温度场演示了本身的惯性的循环热。因此,近地表温度波动表现出滞后的相对变化吸收太阳辐射。这些变化的价值和滞后的价值不仅取决于入射辐射的波动的振幅,但也由底层地面的热物特征(2 C Qph)。
如果radiation-thermal平衡不仅被认为是行星和纬向规模,而且在区域和各级地方政府,每个人都应该记住,平衡方程应该代表一个特定的能量守恒定律的公式。这些方程可以被编译为一层表层和不同量的岩石圈、水圈或大气能量(热量)可以以不同的方式到达。特别是,传热流动的水,需要考虑可能发生的有关水平衡和热。水平衡方程,例如,土地表面,使平等的表达水平面上的传入和传出的水分在考虑或一定数量的一个特定的时期内。对于地表这个方程可以表示如下:
r是降水;e是蒸发和冷凝的区别在地球表面水分;/径流;b在地上水分含量的变化。重要的是侧传热考虑空气或水的运动的热力平衡的考虑的水圈或大气区域。然而,inad等同测量精度就有必要在实践中采取热估计平衡,忽略的许多方面研究甚少。
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