Bilans energetyczny Bilans energetyczny atmosferyatmosfery

Fizyka IV Fizyka IV 

Prezentacje przygotowaPrezentacje przygotowałłPawePawełł DDęębskibski229008229008

2013/2014

Pojecie bilansu energetycznego na gPojecie bilansu energetycznego na góórnej rnej granicy atmosfery.granicy atmosfery.

Bilans energetyczny caBilans energetyczny całłej planty okreej planty okreśślony jest przez lony jest przez strumiestrumieńń promieniowania spromieniowania słłonecznego padajonecznego padająącego i cego i odbijanego przez atmosferodbijanego przez atmosferęę oraz promieniowania oraz promieniowania ddłługofalowe emitowane przez powierzchniugofalowe emitowane przez powierzchnięę ziemi i ziemi i atmosferatmosferęę. . W skali klimatycznej (kilkadziesiW skali klimatycznej (kilkadziesiąąt lat) bilans ten jest w t lat) bilans ten jest w przybliprzybliżżeniu reniu róówny zero. wny zero. Niezerowa wartoNiezerowa wartośćść bilansu bilansu śświadczywiadczyłła by, a by, żże Ziemia e Ziemia znacznie ogrzewaznacznie ogrzewałła lub ocha lub ochłładzaadzałłaby siaby sięę. . Badania klimatyczne pokazujBadania klimatyczne pokazująą, , żże obserwowane e obserwowane wspwspóółłczesne ocieplenie jest rzczesne ocieplenie jest rzęędu 1C/100 lat.du 1C/100 lat.Do wywoDo wywołłania jego potrzeba niezbilansowana energii na ania jego potrzeba niezbilansowana energii na poziomie upoziomie ułłamka procenta strumienia promieniowania amka procenta strumienia promieniowania ssłłonecznego dochodzonecznego dochodząącego do gcego do góórnych granic atmosfery. rnych granic atmosfery.

4πR2σT4

πR2Fo AA - planetarne albedo – stosunek strumienia promieniowania odbitego do padającego.

Fo stała słoneczna

Model klimatu - zerowe przybliżenie bez atmosfery

Ziemia temp. TπR2Fo stała

słoneczna

R

PojPojęęcie rcie róównowagi radiacyjnejwnowagi radiacyjnejW stanie równowagi energia docierającą od Słońca jest równoważona przez emisję promieniowania długofalowego w przestrzeń kosmiczną

Równanie to określa średnią temperaturę radiacyjnąpowierzchni Ziemi:

42o

2o

2 TR4AFRFR σπ+π=π

4 o

4)A1(FT

σ−

=

σTe4

Fo AA - planetarne albedo

Fo stała słoneczna

Model klimatu - zerowe przybliżenie z atmosferą

4e

2o

2o

2 TR4AFRFR σπ+π=π

Ponieważ mamy atmosferępromieniowanie emitowane przez powierzchnię Ziemi jest przez niączęściowo absorbowane i remitowane.

Ziemia temp. T

atmosfera

efektywna emisja w kosmos

PojPojęęcie temperatury efektywnejcie temperatury efektywnej

K2554

)A1(FT 4 oe ≈

σ−

=

W rzeczywistych warunkach albedo planetarnego wynosi około 30% (A=0.3) a równowaga radiacyjna określa średniątemperaturę efektywną.

Temperatura efektywna jest niższa od średniej temperatury panującej obecnie na przy powierzchni Ziemi o około 33 K.

Głównym zjawiskiem odpowiedzialnym za wyższą temperaturęna Ziemi jest efekt cieplarniany.

Temperatura efektywną określa temperaturę warstwy atmosfery, która efektywnie wypromieniowanie energię w kosmos.

Jeśli założyć, że atmosfera jest przeźroczysta dla promieniowania to temperatura efektywna określa temperaturępowierzchni Ziemi.

Kilka uwag do modelu.Kilka uwag do modelu.

ZaZałłoożżenie, enie, żże w przypadku przee w przypadku przeźźroczystej atmosfery roczystej atmosfery albedo planetarne wynosialbedo planetarne wynosiłłoby tyle co obecnie jest oby tyle co obecnie jest grubym przybligrubym przybliżżeniem gdyeniem gdyżż chmury majchmury mająą najwinajwięększy kszy wkwkłład na wartoad na wartośćść albeda .albeda .Obecnie albedo samej powierzchni Ziemi wynosi okoObecnie albedo samej powierzchni Ziemi wynosi okołło o 14% jednak gdyby na Ziemi by14% jednak gdyby na Ziemi byłło o 33 K cho o 33 K chłłodniej odniej (temperatura powietrza by(temperatura powietrza byłłaby raby róówna temperaturze wna temperaturze efektywnej) znaczefektywnej) znacząąco zwico zwięększykszyłł by siby sięę zasizasięęg lodowcg lodowcóów i w i pokrywy pokrywy śśnienieżżnej co wpnej co wpłłynynęłęłoby na wyoby na wyżższe albedo. sze albedo. Przedstawiony model opisu systemu klimatycznego Przedstawiony model opisu systemu klimatycznego widzianego z kosmosu. Przytoczony bilans energii na widzianego z kosmosu. Przytoczony bilans energii na ggóórnej granicy atmosfery mimo, rnej granicy atmosfery mimo, żże nie uwzgle nie uwzglęędnia dnia atmosfery jest dokatmosfery jest dokłładnie taki sam jak w przypadku adnie taki sam jak w przypadku atmosfery. atmosfery. W rzeczywistoW rzeczywistośści tylko strumienie radiacyjne w bilansie ci tylko strumienie radiacyjne w bilansie majmająą nieco innnieco innąą interpretacjinterpretacjęę. .

ZmiennoZmiennośćść albeda Ziemi na galbeda Ziemi na góórnej granicy atmosferyrnej granicy atmosfery

8

Bilans promieniowania Bilans promieniowania -- dziedzieńń

Fa

AIFFFI a ++=+ ]FA)I-1[(21F a+=

]TA)I-1[(21T 4

a4 σεσ +=

4 4aT

21A)I-1(

21T εσ

+=I

F

AI

F

4TF σ=

Przykład: A=0.0, I=1000W/m2, ε=0.5, Ta=255K

T=317K

Dla A=0.8 T=250K

A- albedo

Bilans promieniowania Bilans promieniowania -- nocnoc

2FFFFa =+=Promieniowanie zaniedbywanie małe

F

F

4a4 4a 2

TT21T εε ==

Ta=255K

T=222K

Fa

ZrZróóżżnicowanie bilansu energii w zalenicowanie bilansu energii w zależżnonośści od ci od szerokoszerokośści geograficznejci geograficznej

Wynika gWynika głłóównie z:wnie z:rozkrozkłładu promieniowania sadu promieniowania słłonecznego dochodzonecznego dochodząącego cego do danej szerokodo danej szerokośści geograficznejci geograficznejzmian albeda powierzchni ziemizmian albeda powierzchni ziemizmian temperatury powierzchni ziemi (efekt zmian temperatury powierzchni ziemi (efekt sprzsprzężężenia zwrotnego)enia zwrotnego)rozkrozkłładu zachmurzeniaadu zachmurzenia

ŚŚrednie dobowa wartorednie dobowa wartośćść promieniowania spromieniowania słłonecznego na onecznego na szczycie atmosfery jako funkcja szerokoszczycie atmosfery jako funkcja szerokośści geograficznej i ci geograficznej i miesimiesiąąca. Linia przerywana oznacza szerokoca. Linia przerywana oznacza szerokośćść geograficzngeograficznąągdzie wystgdzie wystęępuje gpuje góórowanie Srowanie Słłoońńca (ca (HartmannHartmann, 1994). , 1994).

13

PytaniaPytania1. Co to jest albedo?2. Co to jest temperatura efektywna i podaj jej wzór?

Bibliografia:http://ocean.am.gdynia.pl/p_k_p/pkp_13/Budzik‐pkp13.pdfhttp://pl.wikipedia.org/wiki/Sta%C5%82a_s%C5%82oneczna http://pl.wikipedia.org/wiki/Efekt_cieplarnianyhttp://geografia.na6.pl/bilans‐cieplny‐ziemi