W słoneczny dzień powietrze jest oczywiście gorętsze niż w nocy. Jaki jest główny mechanizm tego ogrzewania? Przychodzą mi do głowy trzy sposoby:
- Przewodzenie: powietrze jest podgrzewane przez ziemię, która jest ciepła.
- Konwekcja: gorące powietrze konwekuje w górę.
- Promieniowanie: powietrze pochłania światło słoneczne. Ale czy powietrze nie jest przezroczyste? Czy nie jest w 100% przezroczyste dla niektórych długości fal?
Który z nich jest najważniejszy?
Komentarze
- Przepisałem Twoje pytanie, mam nadzieję, że będzie jaśniejsze. Możesz cofnąć wszelkie zmiany, z którymi się nie zgadzasz.
- Może zacząć tutaj? ucar.edu/learn/1_1_1.htm
- Atmosfera jest przeważnie przezroczysta dla bezpośredniego światła słonecznego. Jednak ziemia i ocean nie są, więc światło słoneczne jest pochłaniane przez Ziemię ' powierzchni, która jest w związku z tym ocieplona. Następnie pojawia się pytanie, w jaki sposób ciepła ziemia i ocean przenoszą energię do (niskiej) atmosfery? Oczekuję, że wszystkie trzy procesy będą miały znaczenie. Powietrze w kontakt z gruntem jest ogrzewany przez przewodzenie. Następnie konwekcja powietrza (wznoszące się powietrze) staje się czynnikiem. Wreszcie, ziemia promieniuje IR " światło " przy długościach fal, w których dolna atmosfera jest nieprzejrzysta , więc to " promieniowanie cieplne " może być absorbowane przez atmosferę.
- Woda atmosferyczna odgrywa rolę w niektórych z tych procesów. Para wodna i chmury (kropelki zawieszone w powietrzu) wpływają na nieprzezroczystość atmosfery dla różnych długości fal. Ponadto parowanie wody w stanie ciekłym na powierzchni Ziemi przenosi energię do atmosfery.
Odpowiedź
To w zasadzie opiera się na ogrzewaniu atmosferycznym i zakładam, że masz na myśli raczej atmosferę, która cię otacza, a nie na jakiejś dużej wysokości. Koncentruję się na temperaturach gruntu dochodzących do 500 m.
W kolejności od najważniejszego do najważniejszego – promieniowanie elektromagnetyczne słońca, które oczywiście dostarcza początkowej energii do ogrzania atmosfery w ciągu dnia.
Promieniowanie o wyższej częstotliwości ma więcej energii niż promieniowanie o niższej częstotliwości. Większość energii promieniowania słonecznego koncentruje się w widzialnej i prawie widzialnej części widma. Promieniowanie UV stanowi niewielki procent całkowitego promieniowania otrzymywanego ze słońca, ale jest niezwykle ważne, ponieważ ma znacznie wyższą energię .
Należy zauważyć, że ze względu na proporcję morza do lądu na Ziemi około 71% promieniowania słonecznego pada na wodę. Specyficzna pojemność cieplna wody morskiej przy $ 0 ^ {\ circ} $ C wynosi 3985 J kg $ ^ {- 1} $ $ K ^ {- 1} $ , ale ze względu na prądy i różnice poziomów mórz oszacowanie rzeczywistego przenoszenia ciepła przez konwekcję i zużycie do masy powietrza nad wodą morską może być trudne.
Wykres natężenia światła słonecznego wg avelength.
Źródło zdjęcia: www. solarcellcentral.com
W atmosferze konwekcja obejmuje unoszenie i opadanie mas powietrza na dużą i małą skalę oraz mniejsze paczki powietrza. Te pionowe ruchy skutecznie rozprowadzają ciepło i wilgoć w kolumnie atmosferycznej i przyczyniają się do rozwoju chmur i burz (tam, gdzie występuje ruch wznoszący) oraz rozpraszania (tam, gdzie występuje ruch opadający).
Tymczasem powolny obrót ziemi w kierunku wschód powoduje odchylenie powietrza w prawo na półkuli północnej i w lewo na półkuli południowej. To odchylenie wiatru przez ruch obrotowy Ziemi jest znane jako efekt Coriolisa.
Aby zrozumieć komórki konwekcyjne, które rozprowadzają ciepło po całej ziemi, rozważmy uproszczoną, gładką ziemię bez lądu / morskie interakcje i powolna rotacja. W takich warunkach równik jest bardziej ogrzewany przez słońce niż bieguny. Ciepłe, lekkie powietrze na równiku unosi się i rozprzestrzenia na północ i południe, a chłodne, gęste powietrze na biegunach opada i rozprzestrzenia się w kierunku równika. W rezultacie powstają dwie komórki konwekcyjne.
Ponieważ powietrze jest słabym przewodnikiem, większość energii przenoszonej przez przewodzenie zachodzi bezpośrednio na powierzchni ziemi. W ciągu dnia promieniowanie słoneczne ogrzewa ziemię, co ogrzewa otaczające go powietrze na zasadzie przewodzenia.
Wreszcie niewielka część energii słonecznej jest bezpośrednio pochłaniana, zwłaszcza przez gazy takie jak ozon i para wodna.Część energii jest również odbijana z powrotem w przestrzeń kosmiczną przez chmury i powierzchnię ziemi.
Komentarze
- Czuję, że ekspozycja sprawia mylące wrażenie że większość ciepła pochodzi bezpośrednio ze słońca. I chociaż na rysunku widać, że odparowana woda jest największym indywidualnym źródłem ciepła wymienionym na schemacie, nie ' nie ma nawet wzmianki w tekście!
Odpowiedź
Uważam, że konwekcja jest najważniejsza. W płynnych mediach przenoszenie energia wynika przede wszystkim z ruchu cząstek o zwiększonej energii kinetycznej, zderzania się z innymi cząstkami, przenoszenia energii itd. Konwekcja zapewnia również prawie równomierne ogrzewanie medium. Inne czynniki mają tu swój udział pomijalnie.
Komentarze
- +1, ponieważ odpowiadasz na pytanie w jednym akapicie 🙂
- @annav – ale odpowiedź jest nieprawidłowa. Transfer radiacyjny jest zdecydowanienajważniejszy z trzech.
- @DavidHammen W kontekście tego pytania jest to poprawne. Atmosfera słabo pochłania promieniowanie. Powietrze jest podgrzewane przez przewodzenie na powierzchni i unosi się konwekcyjnie, aby osiągnąć równowagę w atmosferze. por. szklarnie (zamknięte samochody), w których konwekcja jest zablokowana, jak gorące są one w słońcu.
- @annav – Powietrze w pobliżu powierzchni jest ogrzewane głównie przez promieniowanie, a nie przez przewodzenie, nawet na powierzchni . Czasami to miejscowe ogrzewanie powoduje konwekcję. Innym razem nie ' t. To, czy tak jest, czy też nie, zależy od stabilności atmosfery.
- @DavidHammen Ostatnia liczba tutaj nie mówi, że srh.noaa.gov/jetstream /atmos/heat.html