ПОГЛОЩЕНИЕ ЭНЕРГИИ ПОВЕРХНОСТЬЮ ЗЕМЛИ


Помимо колебаний интенсивности потока радиации на внешней границе атмосферы есть ряд чисто земных условий изменения количества энергии, участвующей в процессах на поверхности Земли. Не вся падающая радиация поглощается и переходит в тепло. Часть ее отражается зеркально, без изменения длины волн. «Отношение количества отраженной радиации к общему количеству радиации, падающей на данную поверхность, называется альбедо поверхности» (Хромов, 1968). Величина альбедо существенно зависит от физических свойств поверхности, в том числе от ее шероховатости и угла падения радиации. Чем меньше шероховатость и угол падения, тем больше альбедо. Так, свежевыпавший в безветренную погоду снег отражает практически полностью радиацию Солнца, едва поднимающегося над горизонтом в полярных районах весной. Спутниковые и наземные актинометрические наблюдения показали, что при вертикальном падении солнечной радиации альбедо водной поверхности А 0?0,03/0,04; влажные свежевспаханные черноземы обладают А0?0,05; поверхности с растительным покровом имеют А0 = 0,13/0,25, в пустынях А0 = 0,25-0,30 и (более. В среднем бесснежная подстилающая поверхность суши, на которую солнечная радиация падает вертикально, характеризуется А0 = 0,15/0,17. Но следует помнить, что такой показатель справедлив лишь для последних 400 млн. лет, когда на суше сформировался растительный покров. Для 9/10 геологической истории Земли этот показатель был примерно вдвое больше, как в пустынях с самыми суровыми природными условиями,— порядка А0 = 0,3.
Снежный покров отличается высоким альбедо. Даже старый снег отражает около половины падающей радиации. Наземные и плавучие морские и озерные льды имеют альбедо около 0,50-0,60, реальное альбедо водяной поверхности со льдами заметно меньше, так как она редко бывает сплошь покрыта льдами. Осредненные показатели альбедо морей с дрейфующими льдами характеризуют области сплошных лаковых льдов со снегом на поверхности в дни весеннего равноденствия Ао = 0,80, со сплоченностью льдов около 8 баллов — А0 = 0,50 и акватории с дрейфующими льдами вплоть до южной границы их распространения —А0 = 0,30. Наземные льды без снежного покрова наблюдаются летом. Весной и осенью они покрыты снегом, и потому их альбедо определяется снегом. Для высоких широт оно также близко к А0 = 0,80. В эпохи материковых оледенений, когда в умеренных широтах на больших площадях распространяются покровные ледники, альбедо этих ледяных полей достигало высоких значений только в зимние месяцы. Весной же, когда Солнце поднималось над горизонтом на 30— 40°, альбедо заметно снижалось. Актинометрические наблюдения на ледниках показывают, что для этих условий следует принимать А0-0,50, а на их окраинах, где на поверхности ледников накапливается вытаивающая морена, А0 = 0,30.
Географическое расположение областей с разными величинами альбедо определяется на основании наблюдений актинометрических станций, а также с помощью интерпретации карт растительного покрова. В каждом из методов есть свои трудности. На актинометрических станциях обычно определяется альбедо площадки, покрытой растительностью (в основном травянистой), площадью до нескольких квадратных метров. Альбедо кустарников, лесов измерялись в немногих точках, на специальных вышках. Общее число таких станций на Земле не превышает нескольких десятков. Экстраполяция их результатов на поверхность планеты достаточно условна. Их данные скорее всего следует воспринимать как показатели альбедо определенного типа растительности. Однако карты растительного покрова отличаются несравненно большей дробностью характеристик, нежели описание растительности при актинометрических наблюдениях. Между тем при актинометрических исследованиях далеко не всегда понятно, какой именно тип растительности был объектом наблюдений. Приведение данных об альбедо на определенную дату для Земли в целом представляет собой достаточно трудоемкую задачу. И в нашем исследовании ее можно считать решенной лишь в самом предварительном виде. Показанные области распространения различных альбедо характеризуют состояние поверхности Земли приблизительно на конец марта.
Применение ортографической проекции для карт альбедо земной .поверхности, освещенной Солнцем, позволяет вычислять значение этого параметра для любого участка в пределах данного полушария. Причем вычисление это можно осуществить без введения сложных коэффициентов, основанных на сферических функциях, учитывающих отклонение потока радиации от вертикали. Дело в том, что ортографическая проекция строится методом пучка параллельных линий, проходящих через узлы градусной сетки земного сфероида и тем самым проектирующих эти узлы на перпендикулярную им плоскость. Точно так же земная поверхность освещается солнечными лучами, параллельными на расстоянии радиуса земной орбиты. Из наблюдений известно, что даже при нахождении Солнца на горизонте ни одна естественная поверхность на Земле не отражает полностью падающей на нее радиации — 100% альбедо не наблюдалось. Следовательно, если в пределах ортографической сетки подсчитывать площади с тем или иным значением альбедо, то дефицит измеренной площади на карте по отношению к его истинной площади на земной поверхности автоматически отразит уменьшение количества падающей радиации из-за несовпадения ее потока в данной точке с вертикалью. Из-за шероховатости естественных поверхностей их альбедо возрастает медленнее, непропорционально синусу отклонения угла падения от вертикали. Иначе говоря, на краях ортографической градусной сетки картометрические расчеты дают скорее завышенные результаты и тем самым несколько снижают расчетное количество поглощаемой радиации, т. е. гарантируют от ошибки преувеличения. Подсчет площадей с разными альбедо в пределах отдельных трапеций, по широтным поясам, полушариям или всей поверхности Земли, освещенной Солнцем в данный момент, позволяет найти как пространственную дифференциацию этого свойства планеты, так и его режимные характеристики.
Солнце находится над экватором в плоскости центрального меридиана градусной сетки. Одно из полушарий соответствует нулю часов мирового времени, другое— 12 часам. Их альбедо равны соответственно 0,07 и несколько более — 0,11. Более детальные подсчеты по северному и южному полушариям дают соответственно А = 0,08-0,14 и А = 0,06-0,08. Из сопоставления этих данных видно, что в течение суток Земля получает энергию не равномерно, а с некоторой пульсирующей ритмичностью — то несколько больше, то меньше. Такой режим обусловливает суточную ритмичность циркуляционных процессов, прежде всего в самых подвижных оболочках планеты — в атмосфере и гидросфере. Эта ритмичность не похожа на бегущую приливную волну, хотя высота ее тоже непостоянна из-за систематического хода суммарной приливообразующей силы вследствие изменения взаиморасположения Солнца, Луны и Земли . Уменьшение поглощения к мировому полдню должно как бы ослаблять динамическое напряжение в атмосфере и способствовать возникновению потоков, переносящих тепло из более нагретых областей в менее нагретые. Эти потоки должны распространяться вдоль параллелей в пульсирующем режиме.
Сопоставление альбедо земной поверхности северного и южного полушарий показывает, что неравномерность поглощения энергии особенно сильно повышается к северу от экватора, где альбедо за сутки изменяется вдвое сильнее, чем к югу от него. Это означает, что пульсация западно-восточного переноса в северном полушарии выражена значительно ярче, чем в южном; что атмосферные вихри здесь возникают чаще, межширотный обмен воздушными массами должен быть интенсивнее. Прямое подтверждение этим рассуждениям можно найти при анализе облачности. Ведь перемещение облачных систем указывает на наличие мощных потоков в атмосфере (Сватков, 1974).
Исследование распределения суши среди обширных водных пространств Земли позволяет (сначала хотя бы очень приблизительно) судить об интенсивности атмосферной циркуляции и. вычислять теоретическую температуру планеты но так называемой без атмосферной модели. Хотя такие результаты довольно далеки от реальных климатических условий, они все же независимый источник информации о природных условиях минувших геологических эпох.
Более точное представление о поглощении солнечной радиации Землей возникает при учете альбедо облачности, значение которой изменяется от нескольких до 80% в зависимости от ее типа и мощности. Осреднение экспериментальных, определений спектральных яркостных характеристик облачного покрова показывает его среднее альбедо равным около 50%. Площадь облачного покрова на Земле составляет — по наземным наблюдениям— около 54% ее поверхности, причем над водной поверхностью облаков больше. Предполагается, что в среднем облачность на Земле примерно постоянна и отражает около 27% падающей радиации. Среднее альбедо безоблачных участков Земли (46% поверхности) приближается к 0,09, что обеспечивает отражение около 4% падающей радиации. Примерно столько же отражает атмосфера. Суммируя приведенные величины, можно считать, что Земля как планета отражает около Уз или несколько больше падающей радиации (А 0,34), но величина этого отражения непостоянна и сильно зависит от распределения на ее поверхности суши и океанов. Для малых периодов, например суток, распределение и состояние поверхности играет решающую роль; для года и его частей существенное значение имеет непостоянство облачности, что обнаружено прямыми наблюдениями интегральной отражательной способности Земли по освещенности теневой части лунного диска солнечным светом, отраженным Землей в сторону своего спутника . Для многолетних периодов замечено колебание альбедо Земли в зависимости от интенсивности и частоты хромосферных вспышек на Солнце.
Если же обратиться к прошедшим геологическим эпохам, к гигантским отрезкам времени, то здесь решающая роль в поглощении Землей солнечной энергии, по-видимому, принадлежит распределению на Земле суши и океанов. При современной изученности палеогеографических условий отражение от облаков и атмосферы во все времена приходится принимать за постоянную величину. Лишь косвенные качественные соображения на основе палеоботанических и минералогических данных позволяют высказывать соображения — не более! — о господстве облачных погод в некоторые геологические периоды. На облачность должна оказывать влияние скорость вращения планеты, которая, как известно, за последние 400 млн. лет заметно уменьшилась — длительность суток с девона увеличилась на четыре часа. Ведь с ней тесно связана скорость струйных течений и положение их в атмосфере. Однако в данном исследовании принять во внимание эту зависимость не представляется возможным — еще слишком мало наблюдений, слишком сложны зависимости. То же самое приходится говорить о связи климата с обращениями полярности геомагнитного поля. Полученные к настоящему .времени палеомагнитные данные пока как будто не дают оснований связывать с ними крупные колебания климата типа «оледенение — межледниковье» среднего плейстоцена. Все это пока исключает возможность количественной оценки облачности по геологическим периодам.

Навигация

Предыдущая статья: ←

Оставить свой комментарий

Пожалуйста, зарегистрируйтесь, чтобы комментировать.

Поиск
Поделись интересным!
Рубрики
Яндекс.Метрика

Посетите наши страницы в социальных сетях!

ВКонтакте.      Facebook.      Google Plus.      Twitter.      YouTube.      Одноклассники.      RSS.
Вверх
© 2017    Копирование материалов сайта разрешено только при наличии активной ссылки   //    Войти