Задачи по физике атмосферы

Задача № 5.14

5.14. 18 сентября при высоте Солнца 42° прямая радиация на перпендикулярную поверхность составила 0,63 кВт/м2. Найти коэффициент прозрачности при оптической массе, равной 2.

Решение:

h_o = 42^o S=S₀P^m

S = 0.63 кВт/м² m = 1/sin h_o = 1/sin42=1/ 0.67=1,49

m=2 P = (S/S₀)^1/m

P=? S₀=l,38 кВт/м²

P= (0,63/1,38)^1/1,49 =0,306 кВт/м²

Ответ: P=0,306 кВт/м² .

Задача № 5.28

Вычислить прямую радиацию на горизонтальную поверхность при высоте Солнца 36° и коэффициенте прозрачности 0,722.

Решение:

h_o = 36^o S=S_o P^m

P=0,722 кВт/м² S_o =1,38 кВт/м²

S=? m=1/sin36^o = 1/0,59=1,69

S=1,38*0,722^(1,69) =0,795 кВт/м²

Ответ: S=0,795 кВт/м² .

Задача № 5.46 Альбедо свежевспаханного влажного чернозема около "10%, а чистого сухого снега около 90%. Если суммарная радиация на этих участках одинакова, то какой участок больше поглощает и во сколько раз? Как влияет различие в альбедо на количество поглощенной радиации? Как это сказывается на тепловом режиме разных участков деятельного слоя и прилегающих к нему «слоев атмосферы при одинаковом поступлении солнечной радиации?

Решение:

A=Qотр/Qпад

A(снег)/A(чернозём)=90/10=9

(1-A)чернозем/(1-A)снег=(1-0,1)/(1-0,9)=9

Если суммарная радиация на этих участках одинакова, то свежевспаханный влажный чернозем будет поглощать больше, чем сухой снег; в 9 раз. От Альбедо зависит число поглощаемой радиации. Если альбедо будет меньше, то и радиации будет поглощаться больше.

От поступления солнечной радиации напрямую зависят температуры подстилающей поверхности и приземных слоев воздуха и тепловой баланс. Тепловой баланс определяет температуру, ее величину и изменение на той поверхности, которая непосредственно нагревается солнечными лучами. Нагреваясь, эта поверхность, передает тепло (в длинноволновом диапазоне) как ниже лежащим слоям, так и атмосфере. Саму поверхность называют деятельной поверхностью. Основные составляющие теплового баланса атмосферы и поверхности Земли как целого. Задача № 5.51

Средняя за год для всей планеты в целом температура деятельного слоя Земли составляет около 15,0 °С, а наиболее характерные экстремальные ее значения — около 50,0 и —50,0°С. Считая излучение деятельного слоя близким к излучению черного тела, имеющего такую же температуру, найти длины волн, на которые приходится наибольшая энергия при указанных температурах. Каким участкам длин волн соответствуют метеорологические термины «коротковолновая радиация» и «длинноволновая радиация»?

Решение:

Т=50,0°С ƛ_max=2898/T

Т=-50,0°С T°C=(50+273)=323 K

T°C=(-50+273)=223 K

ƛ_max = ? ƛ1=2898/323=8,97213…~8,97 мк

ƛ2=2898/223=12,995…~12,9 мк

Существует коротковолновая и длинноволновая радиация. Радиация в диапазоне длины волн от 0,1 до 4 мк. называется коротковолновой. На этот диапазон приходится 99 % всей энергии солнечной радиации. К длинноволновой относят радиацию, излучаемую земной поверхностью и атмосферой с длинами волн от 4 до 120 мк.

Задача № 5.78

Вычислить радиационный баланс деятельного слоя моря и соседнего с ним сухого песчаного пляжа, если прямая радиация на обе поверхности равна 0,56 кВт/м2, рассеянная радиация 0,14 кВт/м2, альбедо песка 30 %, альбедо моря 10 %, температура деятельного слоя песка и моря соответственно 50,0 и 25,0 °С, температура воздуха над обеими поверхностями 30,0 °С, парциальное давление водяного пара над песком и над морем соответственно 16,0 и 25,0 гПа, небо ясное. Как и почему обычно различаются значения радиационного баланса суши и водоема при одинаковом поступлении к ним солнечной радиации? Что можно предположить о соотношении между радиационным балансом сухой и обильно увлажненной почвы (например, искусственно орошаемой), пустыни и оазиса, одной и той же почвы после засухи и после периода дождей, если в каждом из сравниваемых случаев приход солнечной радиации примерно одинаков?

Решение:

S'=0,56 кВт/м2 Уравнение радиационного баланса:

D=0,14 кВт/м2 B = Q(1-A)+d(Ea-Eз)

A(песок)=30% Суммарная радиация равна:

A(моря)=10% Q = S' + D =0,56+0,14=0,7 кВт/м2

Т1=50,0 °С Еа=qT⁴_A(D+G√e)

Т2=25,0 °С Ea = 5,67032*10^-8 *323⁴ *(0,61+0,05*√16)=499,92 (песок)

P1=16,0 гПа Ea = 5,67032*10^-8 *298⁴ *(0,61+0,05*√25)=384,57 (море)

P2=25,0 гПа Ес=еаТ_о⁴

Ea = 0,76*5,67032*10^-8 *323⁴ = 469,06 (песок)

В=? Ea = 0,95*5,67032*10^-8 *298⁴ = 424,81 (море)

B(песок)=0,7(1-0,3)+0,949*(499,92-469,06)= 29,77614

B(море)=0,7(1-0,1)+0,960*(384,57-424,81)= -38,0004

Так как есть существенные различия в поступлении суммарной радиации на океаническую поверхность и поверхность суши в тропических и субтропических зонах (обусловленные неодинаковым распределением облачности), кроме того, океан и суша различаются по отражательной способности, поэтому имеются различия в распределении радиационного баланса над сушей и океаном.