BilansEnergii id 85788 Nieznany (2)

background image

BILANS ENERGII POWIERZCHNI ZIEMI

Cel ćwiczenia

Celem dwiczenia jest poznanie:

praw promieniowania

problematyki dotyczącej ilości promieniowania pochłoniętego, odbitego oraz emitowanego przez
powierzchnię Ziemi.

sezonowego i dobowego zróżnicowanie ilości energii dopływającej do powierzchni ziemi

wpływ zachmurzenia na wielkośd promieniowania krótkofalowego oraz długofalowego

Prawa promieniowania

W związku z tym, że dwiczenie dotyczy bilansu energetycznego, ważne jest poznanie dwóch praw, które
pomogą nam zrozumied zależności zachodzące pomiędzy temperaturą a wielkością i charakterem
promieniowania emitowanego przez ciało. Pierwsze z ich, prawo Stefana Boltzmanna mówi, że ilośd energii
emitowanej przez ciao wzrasta wraz z temperaturą. Matematyczny zapis tego prawa jest następujący:

E=δT

4

,

Gdzie:

E – promieniowanie emitowane (w*m

-2

), δ – stała Stefana Boltzmanna (5.67*10

-8

Wm

-2

K

-4

), T – temperatura

(K).

Ile w związku z tym energii emitowałaby powierzchnia ziemi mająca temperaturę ciała doskonale czarnego
255K?

E=(5.67*10

-8

Wm

-2

K

-4

)*(255K)

4

= =(5.67*10

-8

Wm

-2

K

-4

)*(4.228*10

9

K

4

)

E=240Wm

-2

Zauważ, że średnia temperatura ziemi wynosi 288K, to jest około 33K więcej. Powodem tego jest fakt, że
atmosfera ziemska pochłania promieniowanie cieplne ziemi, ogrzewa się w ten sposób (im jest cieplejsza tym
więcej emituje promieniowania) i sama staje się wtórnym źródłem promieniowania, którego to częśd
skierowana jest z powrotem w kierunku ziemi.

Zadanie 1

a. Średnia temperatura słooca wynosi 6000K. Jaka jakie jest natężenie emitowanego przez nie

promieniowania?

b. Ile promieniowania emitowałaby Ziemia, gdyby jej temperatura wynosiła 300K?

Zadanie 2

a. W zadaniu 1, ile razy słooce cieplejsze jest od ziemi?

b. Czym jest liczba podniesiona do potęgi 4?

c. Czy wyniki twoich obliczenia są w przybliżeniu równe wielkości promieniowania słooca/ziemi?

Drugie, prawo Wiena mówi, że charakter promieniowania zależy od temperatury ciała. A szczegółowo mówi, że
długośd fal o maksymalnej zdolności emisyjnej jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury ciała.

background image

λ

max

=C*T

-1

gdzie:

λ

max

– długośd fal o maksymalnej emisji (µm)

C – stała Wiena (2898 µm K)

T – temperatura (K)

Zadanie 3

Oblicz długośd fal o maksymalnej emisji dla ziemi i słooca biorąc pod uwagę temperatury podane powyżej
(ziemia – 288K; słooce – 6000K).

Twoje obliczenia wyjaśniają dlaczego promieniowanie słooca określa się jako promieniowanie krótkofalowe, a
promieniowanie ziemi jako długofalowe.

Zadanie 4

Na jaki zakres spektrum promieniowania elektromagnetycznego przypada długośd fal o największej emisyjności
słooca (Tabela 3).

Fale elektromagnetyczne

Długośd fal (µm)

Gamma

<0,0001

Promieniowanie X

0,0001 do 0,01

Ultrafiolet UV

0,01 do 0,4

Promieniowanie widzialne

0,4 do 0,7

Bliska podczerwieo

0,7 do 4,0

Podczerwieo (cieplne)

4 do 100

Mikrofalowe

100 do 1,000,000 (1m)

radiowe

>1,000,000 (1m)

Strumienie promieniowana

Z perspektywy ziemi na budżet radiacyjny składają się 4 strumienie jak pokazano na rycinach 3-1.

Dochodzące promieniowanie krótkofalowe (SW↓) to globalna wielkośd promieniowania słonecznego
dochodzącego do powierzchni ziemi. Wielkośd ta uzależniona jest głownie od lokalizacji, pory roku, pory dnia,
zachmurzenia i innych warunków atmosferycznych. Pewna częśd promieniowania krótkofalowego padającego
na powierzchnię ziemi jest od niej odbita (SW↑). Wielkośd ta w bilansie promieniowania jest odejmowana od
ilości energii słonecznej dochodzącej do powierzchni ziemi. Wielkośd odbitego od powierzchni ziemi
promieniowania słonecznego uzależniona jest od albedo powierzchni, które z kolei uzależnione jest od takich
charakterystyk jak kolor czy tekstura powierzchni. Oczywiście strumieo promieniowania krótkofalowego ma
znaczenie jedynie pomiędzy wschodem i zachodem słooca.

background image

Musimy również rozpatrzyd promieniowanie długofalowe emitowane przez powierzchnię ziemi (LW↑) oraz
promieniowanie długofalowe, które pochłania atmosfera przy powierzchni ziemi (LW↓). Jak dowiedzieliśmy
się, promieniowanie długofalowe emitowane przez ziemię zależy od jej temperatury. Natomiast
promieniowanie długofalowe, które otrzymuje powierzchnia ziemi zależy od stanu atmosfery. W
przeciwieostwie do promieniowania krótkofalowego, promieniowanie długofalowe ma znaczenie przez cała
dobę. Bilans promieniowania obliczany jest jako suma promieniowania krótkofalowego (SW↓) i
długofalowego (LW↓) dochodzącego do powierzchni ziemi minus suma promieniowania długofalowego
(LW↑) i krótkofalowego (SW↑) uchodzącego lub odbitego od powierzchni ziemi.

Bilans promieniowania = SW↓- SW↑+ LW↓- LW↑

Na rycinach 3-2 i 3-3 pokazano wyniki pomiarów promieniowania długofalowego i krótkofalowego podczas
dwóch dni na stacji Barnewell, Południowa Karolina (33½°N). Zwród uwagę na różnicę 4 wspomnianych
strumieni promieniowania 24 lipca i 8 grudnia.

SW↓ - promieniowanie krótkofalowe dochodzące do powierzchni ziemi
SW↑- promieniowanie krótkofalowe odbite od powierzchni ziemi
LW↓- promieniowanie długofalowe dochodzące do powierzchni ziemi emitowane przez atmosferę
LW↑-promieniowanie długofalowe emitowane przez powierzchnię ziemi
Zadanie 5

Wypełnij poniższe diagramy na podstawie ryciny 3-3, dla jednej wybranej godziny w ciągu dnia i jednej
wybranej godziny w okresie nocy – na podstawie tak wybranych danych oblicz bilans promieniowania

background image

Zadanie 6

Natężenie promieniowania dochodzącego do górnej granicy atmosfery w południe słoneczne 24 lipca i 8 grudnia
w Barnwell wynosi odpowiednio 1317 i 757W*m

-2

. Jak uważasz, dlaczego wartości te różnią się od wartości

notowanych na powierzchni Ziemi, które to pokazują wykresy 3-2 i 3-3.

Zadanie 7

Jakie jest albedo powierzchni ziemi o godz 13.00 24 lipca ?

(Albedo = SW↑/SW↓ *100%)

Zadanie 8

O której godzinie w ciągu dnia promieniowanie emitowane przez powierzchnię ziemi jest największe i dlaczego?

Zadanie 9

Dlaczego promieniowanie długofalowe ziemi jest większe 24 lipca niż 8 grudnia?

Zadanie 10

W jaki sposób strumienie promieniowania wyjaśniają dlaczego temperatura powietrza przy powierzchni ziemi
jest wyższa niż na wysokości 2m?

Promieniowanie i chmury

Poniższa figura pokazuje wartośd strumieni promieniowania na powierzchni ziemi w Barnwell w ciągu okresu 4
dniowego od 9-12 listopada 1983. Zmiany każdego strumienia promieniowania można wyjaśnid poprzez
rozpatrzenie praw promieniowania, normalnego cyklu dobowego oraz zmiany zachmurzenia.

Zadanie 11

Na podstawie dobowego promieniowania krótkofalowego wskaż, w których z rozpatrywanych dni były
bezchmurne, a w których pojawiło się zachmurzenie?

Zadanie 12

Na podstawie wartości promieniowania długofalowego oszacuj, w których dniach temperatura powietrza przy
powierzchni ziemi była najwyższa, a kiedy najniższa. W jaki sposób to oszacowałeś?

Zadanie 13

Którego dnia i w jakich godzinach, długofalowe promieniowanie dochodzące do powierzchni ziemi od atmosfery
zmieniło się radykalnie.

W jaki sposób te nagłe zmiany mogą nawiązywad do zmian zachmurzenia w tym okresie.

background image

Zadanie 14

Na podstawie danych sporządź wykresy obrazujące zależnośd pomiędzy zachmurzeniem oraz strumieniem
promieniowania długofalowego i krótkofalowego.

Promieniowanie krótkofalowe: 8 grudzień, godz. 12.00, albedo 30% (promieniowanie w Wm

-2

)

Stopieo

zachmurzenia

chmurami L

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SW↓

275

264

253

242

231

220

209

198

187

176

165

SW↑

83

79

76

73

69

66

63

59

56

53

50

Stopieo

zachmurzenia

chmurami M

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SW↓

275

256

237

218

198

179

160

140

121

102

83

SW↑

83

77

71

65

59

54

48

42

36

31

25

Stopieo

zachmurzenia

chmurami M, przy

zachmurzeniu L=5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SW↓

275

205

189

174

159

143

128

112

97

82

66

SW↑

83

61

57

52

48

43

38

34

29

24

20

background image

Promieniowanie krótkofalowe: 24 lipiec, godz. 12.00, albedo 30% (promieniowanie w Wm

-2

)

Stopieo

zachmurzenia

chmurami L

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SW↓

890

854

818

783

747

712

676

640

605

569

534

SW↑

267

256

246

235

224

213

203

192

181

171

160

Stopieo

zachmurzenia

chmurami M

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SW↓

890

827

765

703

640

578

516

454

391

329

267

SW↑

267

248

230

211

192

173

155

136

117

99

80

Stopieo

zachmurzenia

chmurami M, przy

zachmurzeniu L=5

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

SW↓

890

662

612

562

512

463

413

363

312

263

213

SW↑

267

199

184

169

154

139

124

109

94

79

64

Promieniowanie długofalowe dla T=15°C

Stopieo

zachmurzenia

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Chmury pietra L

LW↓ 290,0 296,4 302,8 309,1 315,5 321,9 328,3 334,7 341,0 347,4 353,8

LW↑ 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6

Chmury pietra M

LW↓ 290,0 295,2 300,4 305,7 310,9 316,1 321,3 326,5 331,8 337,0 342,2

LW↑ 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6

Stopieo

zachmurzenia

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Chmury pietra M,

dla chmur L=5

LW↓ 290,0 327,1 332,3 337,6 342,8 348,0 353,2 358,4 363,7 368,9 374,1

LW↑ 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6 370,6


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
Bilans 2 id 85682 Nieznany
Bilans 4 id 85684 Nieznany (2)
3 Analiza pasywow bilansu id 33 Nieznany (2)
bilanspowietrza id 85792 Nieznany (2)
Bilans 2 id 85682 Nieznany
Bilans za 2011 id 85782 Nieznany (2)
Bilans uproszczony id 85774 Nieznany
bilans platniczy2010 2 id 85759 Nieznany
bilans platniczy 2009 id 85755 Nieznany (2)
Bilans energii id 85725 Nieznany (2)
Analiza wstepna bilansu (2) id Nieznany
Abolicja podatkowa id 50334 Nieznany (2)
4 LIDER MENEDZER id 37733 Nieznany (2)
katechezy MB id 233498 Nieznany
metro sciaga id 296943 Nieznany
perf id 354744 Nieznany
interbase id 92028 Nieznany
Mbaku id 289860 Nieznany

więcej podobnych podstron