49331 SNC03582

Bilans cieplny i zmiany temperatury

Książę Toskanii Ferdynand II Medycejski (1610-1690). byt jednym z prekursor nowoczesnej meteorologii. Założył pierwszą sieć stacji meteorologicznych w Euro^ a jedną z nich była m.in. stacja w Warszawie. Książę, podobnie jak przyrodnicy w tych czasach, zajmował się zjawiskiem depła. Próbowano określić, czym jest ciepło _x substancją wypełniającą dala materialne i przelewającą się z dala do dala? Dlacze* niektóre przedmioty nagrzewają się prędzej od innych? Czy depto i zimno to ch^ różne rzeczy? Badano na przykład, czy zimno może odbijać się od lustra (zob. ryj w książce Z. Sorbjana. 2001 na str. 61).

Jeszcze w XVIII w. wybitny chemik, Lavoisier, zalicza! depio do zbioru znanych wówczas pierwiastków. Fizycy tłumaczą nam obecnie, że ciepło jest całkowitą energią kinetyczną cząsteczek budujących dala, a temperatura - średnim „poziomem” tej energii w poszczególnych cząsteczkach. Wiadro letniej wody zawiera więcej ciepła niż szklanka wrzątku!

Wyróżniamy jeszcze ciepło odczuwalne (którego miarą jest temperatura, jaką odczuwamy dotykając przedmiotów cieplejszych lub zimniejszych; potrafimy rozróżnić zmysłem dotyku różnice temperatury nie przekraczające 0,5 stopnia) oraz ciepło utajone. To ostatnie związane jest ze stanem skupienia i ujawnia się podczas przemian fazowych. Ciepło zużywa się na topnienie i parowanie; sygnałem „konsumpcji” ciepła w tych przemianach jest spadek temperatury (na przykład obniżanie się temperatury termometru zwilżonego w psychrometrze). Natomiast kondensacji i zamarzaniu towarzysz) ujawnianie ciepła utajonego. W atmosferze szczególną rolę pełni ciepło kondensacji, uwalniane podczas powstawania chmur.

Wielkości fizyczne dzielimy na intensywne i ekstensywne. Wielkości intensywne mają charakter lokalny i nie zależą od ilości materii w układzie, tak jak np. temperatura, gęstość czy ciśnienie. Wielkości ekstensywne charakteryzują układ jako całość i są proporcjonalne do ilości zawartej w nim materii. Należą do nich m.in. ciepło, masa i objętość.

4.1. Strumień depta w podłożu atmosfery

i liii

Znaczna część promieniowania słonecznego, bezpośredniego i rozproszonego, a takie promieniowanie zwrotne atmosfery ulega pochłonięciu na powierzchni ziemi. Pochłanianie promieniowania równoznaczne jest z zamianą energii promienistej w ciepło. Oznaką tej zamiany jest przyrost temperatury substancji, pochłaniającej promieniowanie, skutkiem zaś - emisja własnego promieniowania elektromagnetycznego o natężeniu i częstotliwości, zależnej od temperatury i zdolności emisyjnej (u\v. stopniu crarnośei emitera}.

Powierzchnię gleby, wody, roślinności i innych rodzajów podłoża atmosfery, eksponowanej na promieniowanie Słońca i atmosfery, emitujące własne promieniowanie. nazywa się powierzchnią czynną. Powierzchnia ta uczestniczy w wymianie energii / atmosferą poprzez promieniowanie, a ponadto traci lub zyskuje ciepło wskutek przewodzenia w atmosferze i w gruncie.

Istotną właściwością powierzchni czynnej, decydującą o wielkości zaabsorbowanej energii promienistej, jest albedo - współczynnik, równy stosunkowi promieniowania odbitego do padającego na powierzchnię (tab. 4.1).

Tab. 4.1. Albedo niektórych rodzajów powierzchni czynnej dla promieniowania krótkofalowego <4 |un; h - wysokość Słońca (wg White'a i in. 1992)

Powierzchnia	Albedo	Powierzchnia
Świeży śnieg	0,80-0,95	Niska trawa
Śnieg zleżały	0,42-0,70	Wysoka trawa
Lód lodowcowy	0,20-0,40	Wrzosowisko
Woda morska h = 60°	0,03	Tereny zurbanizowane
h = 30°	0,06	i Dach pokryty smolą
h = 10°	0,29	1 Asfalt
Suchy piasek	0,35-0,45	I Las iglasty
Wilgotny piasek	0,20-0,30	| Las liściasty
Gleba ilasta wilgotna	0,07	% Zboża w pełni rozwoju
Torf	j 0,05-0,15	| Pola buraków, ziemniaków

Na bilans cieplny powierzchni czynnej składają się pionowe strumienie ciepła przewodzonego w gruncie G, ciepła przewodzonego w atmosferze P oraz tzw. ciepła utajonego LE pochłanianego wskutek parowania lub uwalnianego wskutek kondensacji pary wodnej. Możemy uznać, że w dłuższym czasie źródłem ciepła powierzchni czynnej jest promieniowanie i? (dodatnie saldo bilansu promieniowania), które „uruchamia” pozo stałe strumienie ciepła. Bilans cieplny powierzchni czynnej ma więc postać

R = G + P + Li.E

Strumienie R i G skierowane są w dół, P i LE - ku górze (tj. do atmosfer Przeciwne kierunki przepływu energii oznacza się znakiem minus, np. ujemne warto R oznaczają, że wypromieniowanie jest większe od przychodu energii promienia