3. Bilans cieplny powierzchni Ziemi

Bilans cieplny powierzchni Ziemi - algebraiczna suma, w przybliżeniu równa zeru, strumieni ciepła dochodzących do powierzchni Ziemi i uchodzących z niej.
Bilans cieplny ziemi jest to zestawienie przychodów i rozchodów, gdzie jako przychody rozumiemy ciepło otrzymywane przez ziemię z zewnątrz, a jako rozchody ciepło oddawane przez ziemię, w przestrzeń kosmiczną. Ciepło dostarczane do ziemi, pochodzi przede wszystkim z promieniowania słonecznego.

Częścią bilansu cieplnego Ziemi jest bilans atmosfery. Rozchód ciepła w bilansie cieplnym ziemi, jest nieznacznie większy od przychodu, różnica ta jest wyrównywana poprzez ciepło pochodzące z wnętrza ziemi. Powstaje ono najprawdopodobniej w skutek rozpadu pierwiastków promieniotwórczych. Dzięki temu procesowi bilans cieplny ziemi jest zrównoważony. Sprawia to, że ziemia utrzymuje stałą temperaturę wynoszącą średnio ok 15°C. Zachowanie stałej równowagi bilansu cieplnego było zapewne jednym z istotnych warunków jakie przyczyniły się do powstania i rozwoju życia na ziemi.

Bilans cieplny uwzględnia:

sumę ciepła dostarczanego do układu z otoczenia

sumę ciepła, którą układ wydziela na zewnątrz

efekt cieplny procesów zachodzących wewnątrz układu

Dane za okres wieloletni wskazują, że Ziemia znajduje się w stanie równowagi cieplnej. Przychód i rozchód energii cieplnej w ciągu dłuższego przedziału czasu są sobie równe.

Ziemia jako planeta otrzymuje ciepło w wyniku pochłaniania krótkofalowego promieniowania słonecznego przez atmosferę oraz przez powierzchnię lądowe i wodne, a traci w wynik wypromieniowania w przestrzeń międzyplanetarną promieniowania długofalowego z podłoża i atmosfery. Na górnej granicy atmosfery powinna więc zachodzić równowaga między strumieniami dochodzącego i uchodzącego promieniowania, a więc bilans powinien być równy zeru.

Rozkład ilości promieniowania słonecznego docierającego do powierzchni Ziemi nie jest wszędzie jednakowy. Obszary okołorównikowe otrzymują kilkakrotnie więcej energii słonecznej niż obszary położone w wysokich szerokościach geograficznych. Ogólnie biorąc obserwuje się nadmiar energii w pasie szerokości geograficznych położonych poniżej 35 równoleżnika i systematyczny wzrost niedostatku energii w szerokościach powyżej wspomnianego równoleżnika.

Brak równowagi między energią promieniowania pochłoniętego emitowanego, czyli nadmiar w niskich i niedobór w wysokich szerokościach geograficznych, jest wyrównywany przez transport ciepła w kierunku biegunów.

W strefie równikowej bilans cieplny jest dodatni w ciągu całego roku ze względu na dopływ znacznej ilości promieniowania słonecznego i uwalnianie dużych ilości ciepła w procesie kondensacji pary wodnej. Szacuje się, że na tym obszarze jest uwalniana więcej niż połowa ogólnej ilości ciepła pochodzącego z kondensacji pary wodnej w atmosferze ziemskiej.

W wyższych szerokościach geograficznych bilans promieniowania staje się ujemny. Atmosfera zyskuje ciepło dzięki wymianie z podłożem oraz wskutek wyzwalania się ciepła utajonego w procesie kondensacji pary na wodnej. Jednak tutaj, na tych obszarach, zasadniczą rolę odgrywa dopływ ciepła z niższych szerokości geograficznych za pośrednictwem prądów cyrkulacji planetarnej atmosfery oraz prądów morskich. Zatem głównym źródłem ciepła na obszarze wysokich szerokości geograficznych jest atmosferyczna i oceaniczna adwekcja ciepła. Największe ilości ciepła przez wody oceaniczne są przenoszone w Oceanie Spokojnym, a stosunkowo najmniejsze w basenie Oceanu Indyjskiego. Z oceanu Spokojnego ciepło z szerokości międzyzwrotnikowych jest kierowane głównie na północ oraz w kierunku południowo-wschodnim. Z Oceanu Indyjskiego główne ilości ciepła kierują się w stronę Oceanu Atlantyckiego.

Składowe bilansu promieniowania wraz ze strumieniem ciepła przenoszonego wskutek turbulencji:

1. Promieniowanie pochłonięte przez atmosferę

2. Promieniowanie bezpośrednie

3. Promieniowanie bezpośrednie przenikające przez chmury

4. Promieniowanie odbite od górnej powierzchni chmur

5. Promieniowanie rozproszone

6. Promieniowanie odbite od podłoża

7. Albedo atmosfery

8. Promieniowanie długofalowe przechodzące przez atmosferę

9. Promieniowanie długofalowe podłoża pochłonięte przez atmosferę

10. Ciepło przenoszone do atmosfery na drodze turbulencji

11. Wypromieniowanie atmosfery

12. Promieniowanie zwrotne atmosfery

---