2. Тепловой баланс атмосферы.

Солнечная радиация является основным источником энергии на Земле. Солнечная радиация характеризуется солнечной постоянной – это полный поток энергии, поступающий за 1 мин на 1 см² площади перпендикулярной к направлению солнечных лучей и измеренной за пределами атмосферы. (8,2 Дж/см²*мин = 4310 Дж/см²*год)

Среднее количество радиации, поступающей в верхние слои атмосферы составляет 1050 кДж/см²*год. Из этого количества 350 кДж/см²*год отражается атмосферой и поверхностью Земли в межпланетное пространство. Земная поверхность поглощает 450 кДж/см²*год, атмосфера – 250 кДж/см²*год.

Основное количество энергии солнца поступает в виде коротковолновой радиации. максимум приходится на длину волны 0,47 мкм.

Н аиболее жесткие УФ лучи задерживаются озоновым экраном. Основная часть солнечной энергии проходит через верхние слои и частично поглощается в тропосфере парами Н₂О, СО₂, О₂, аэрозолями и частичками пыли. Радиация, поглощенная подстилающей атмосферу поверхностью возвращается в виде длинноволнового ИК излучения, а также расходуется на испарение Н₂О и создание турбулентных потоков воздуха. При конденсации водяных паров происходит выделение теплоты, идущей на разогрев атмосферы. Часть переизлученной земной поверхностью длинноволновой радиации проходит через атмосферу и рассеивается в космосе, но основное количество длинноволновой радиации поглощается молекулами Н₂О и СО₂, что приводит к дополнительному нагреву воздуха. Тепловая энергия вновь излучается по направлению к земной поверхности, в результате чего возникает парниковый эффект.

Циркуляция атмосферы вызвана неравномерностью нагревания атмосферы в различных широтах. Она зависит от угла падения солнечных лучей. Некоторые из воздушных течений устойчивы, а другие постоянно меняют свое направление. Прежде всего происходит вертикальное перемещение воздушных масс. На экваторе воздух нагревается, поднимается вверх и на больших высотах поворачивает к полюсам, вблизи тропиков опускается, и такое движение воздуха определяет пассатную ячейку. В результате у поверхности Земли направление пассатов от субтропиков к экватору.

Муссоны – движение воздуха между океаном и материком.

В верхних слоях тропосферы и атмосферы возникают струйные течения, в которых скорость воздуха достигает 150 м/с. Ширина течений несколько сотен км. Кроме общих течений в нижних слоях возникают многочисленные местные циркуляции – бризы.

Большую роль в приземном слое воздуха играют процессы турбулентной диффузии. Они приводят к быстрому вертикальному перемещению теплоты и химических соединений в тропосфере. В стратосфере роль турбулентной диффузии снижается более чем в 15 раз. Это происходит из-за температурной инверсии, поскольку более высокие слои воздуха имеют большую температуру, чем нижележащие слои воздуха. Температурная инверсия может быть и в приземных слоях из-за натекания теплого воздуха на холодные нижерасположенные слои; сжатие и разогревание больших масс воздуха в антициклонах; безветренное состояние атмосферы при сильном охлаждении поверхности Земли и прилегающего слоя воздуха.

Развитие температурных инверсий препятствует вертикальному движению воздуха и рассеиванию загрязняющих веществ в атмосфере.