Формула (доступно при скачивании полной версии учебника)

Альбедо поверхности зависит от ее цвета, шероховатости, влажности и других свойств. Альбедо водных поверхностей при высоте Солнца свыше 60° меньше, чем альбедо суши, поскольку солнечные лучи, проникая в воду, в значительной мере поглощаются и рассеиваются в ней. Альбедо всех поверхностей, а особенно водных зависит от высоты Солнца: наименьшее альбедо бывает в полуденные часы, наибольшее – утром и вечером. Это связано с тем, что при малой высоте Солнца в составе суммарной радиации возрастает доля рассеянной, которая в большей степени, чем прямая радиация отражается от шероховатой подстилающей поверхности. Солнечный свет создает освещенность, которая характеризуется суммарным действием прямой, рассеянной отраженной радиации. При прочих равных условиях освещенность возрастает с увеличением отраженной радиации. В продолжении дня освещенность меняется в значительных пределах в зависимости от облачности и запыленности атмосферы.

22

Излучение земной поверхности - тепловое инфракрасное, не воспринимаемое глазом излучение земной поверхности с длинами волн от 3 до 80 мкм. Поток собственного излучения земной поверхности направлен вверх и почти целиком поглощается атмосферой, нагревая ее. За счет собственного излучения земная поверхность теряет тепло. Атмосфера Земли поглощает земное излучение и снова возвращает большую его часть к Земле (встречное излучение).

Встречное излучение

Собственное длинноволновое (инфракрасное) излучение атмосферы, в основном в интервале длин волн от 4 до 120 мкм, направленное к земной поверхности и частично компенсирующее ее собственное излучение в этой же области спектра. Спектр В. И. при ясном небе имеет максимумы энергии в областях около 8,5 и 14 мкм. Между ними лежит глубокая область ослабления энергии, соответствующая так называемому атмосферному окну. Чем больше влагосодержание атмосферы и облачность, тем менее глубока область атмосферного окна. Интенсивность (поток) В. И. (в кал/см2•мин) зависит от содержания в атмосфере водяного пара, углекислоты и озона, обладающих большой излучательной способностью в инфракрасной области спектра. В. И. обладает сравнительно простым суточным ходом с максимумом около полудня, последующим убыванием интенсивности к вечеру и в течение всей ночи и возрастанием после восхода солнца. Средние значения В. И. порядка 0,4—0,5 кал/см2•мин. Наблюденные максимумы составляют для средних широт около 0,6 кал/см2•мин, в Средней Азии — около 0,7 кал/см2•мин. Амплитуда суточного хода В. И. 0,1—0,2 кал/см2•мин. В. И. измеряется пиргеометрами. Синоним противоизлучение (атмосферы).

Эффективное излучение

Разница между собственным излучением тела и встречным излучением атмосферы называетсяэффективным излучением. Его значение и выражает действительный поток тепла от Земли или воды к атмосфере. В отдельных случаях может быть поток тепла и от атмосферы к Земле, например, при поступлении морского теплого воздуха на холодную материковую поверхность зимой.

Встречное излучение показывает роль атмосферы в тепловом режиме географической оболочки.

Молекулы газов воздуха практически свободно пропускают коротковолновые солнечные лучи. На земной поверхности лучистая энергия превращается в длинноволновую тепловую. Переменная часть атмосферы — водяной пар, углекислый газ, капельки воды, льдинки и другие взвеси — поглощают, подобно стеклу оранжерей или теплицы, длинноволновые тепловые лучи, усиливая встречное излучение. Даже в ясные ночи оно составляет 70% от прямого, а в пасмурные достигает 100%- Свойство атмосферы пропускать солнечные лучи к Земле и задерживать тепловое излучение называетсяоранжерейным, или тепличным эффектом.

Радиационный баланс земной поверхности - разность между поглощенной радиацией и эффективным излучением называют радиационным балансом земной поверхности.В ночные часы, когда суммарная радиация отсутствует, отрицательный радиационный баланс равен эффективному излучению. Эффективное излучение. Встречное излучение всегда несколько меньше земного. Поэтому земная поверхность теряет тепло за счет положительной разности между собственным и встречным излучением. Разность между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы называют эффективным излучением Эффективное излучение, представляет собой чистую потерю лучистой энергии, а следовательно, и тепла с земной поверхности ночью. Эффективное излучение, конечно, существует и в дневные часы. Но днем оно перекрывается или частично компенсируется поглощенной солнечной радиацией. Поэтому земная поверхность днем теплее, чем ночью, но и эффективное излучение днем больше.

23

Обычные погодные явления на Земле — это ветер, облака, атмосферные осадки (дождь, снег и т. д.), туманы,грозы, пыльные бури и метели. Более редкие явления включают в себя стихийные бедствия, такие как торнадои ураганы. Почти все погодные явления происходят в тропосфере (нижняя часть атмосферы).

Различия в физических свойствах воздушных масс возникают из-за изменения угла падения солнечных лучей в зависимости от широты и удалённости региона от океанов. Большое различие температур между арктическим и тропическим воздухом является причиной наличия высотных струйных течений. Барические образования в средних широтах, такие как внетропические циклоны, образуются при развитии волн в зоне высотного струйного течения. Поскольку ось Земли наклонена относительно плоскости её орбиты, угол падения солнечных лучей зависит от времени года. В среднем ежегодная температура на поверхности Земли изменяется в пределах ±40 °C. В течение сотен тысяч лет изменение орбиты Земли влияет на количество и распределение солнечной энергии на планете, определяя долгосрочный климат.

Различие температур на поверхности в свою очередь вызывает разность в поле атмосферного давления. Горячая поверхность нагревает находящийся над ней воздух, расширяет его, понижая давление и плотность воздуха. Полученный горизонтальный градиент давления ускоряет воздух в сторону низкого давления, создавая ветер. А вследствие работы эффекта Кориолиса при вращении Земли происходит закручивание потока. Примером простой погодной системы являются прибрежные бризы, а сложной — ячейка HYPERLINK "http://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%AF%D1%87%D0%B5%D0%B9%D0%BA%D0%B0_%D0%A5%D0%B0%D0%B4%D0%BB%D0%B5%D1%8F&action=edit&redlink=1"Хадлея.

Атмосфера — это сложная система, поэтому незначительные изменения в одной её части могут оказать большое влияние на систему в целом. В истории человечества постоянно были попытки управлять погодой. Доказано, что деятельность людей, такая как сельское хозяйство и промышленность, может в некоторых пределах влиять на погоду. Прогноз погоды — это научно и технически обоснованное предположение о будущем состоянии атмосферы в определённой точке или регионе земного шара.

Изучение погоды на других планетах стало полезным для понимания принципов изменения погоды на Земле. Известный исследовательский объект в Солнечной Системе — Большое красное пятно Юпитера, является антициклоническим штормом, который существует в течение, по крайней мере, 300 лет. Однако погода не ограничена планетарными телами. Корона Солнца постоянно теряется в космос, создавая, по существу, очень тонкую атмосферу во всей Солнечной Системе. Движение частиц, испускаемых Солнцем, называется солнечным ветром.

Синоптическая карта — географическая карта, на которую цифрами и символами нанесены результаты наблюдений на сети метеорологических станций в определенные моменты времени. Такие карты регулярно составляются в службе погоды по нескольку раз в день; их анализ является основной операцией, дающей возможность для последующего прогноза погоды.

Синоптическая карта может охватывать территорию от полушария или всего земного шара до небольшого района; соответственно варьируют масштабы карт (от 1:30 млн до 1:2,5 млн.). Проекции для синоптических. карт применяются, как правило, конформные,конические, меркаторские и стереографические. На бланках синоптических карт наносятся распределение суши и моря и важнейшие особенности орографии; бланк обычно печатается в два тона (зелено-голубой и песочный), реже — в один.

По содержанию синоптические карты делятся на приземные, высотные, вспомогательные.

Прогноз погоды — научно обоснованное предположение о будущем состоянии погоды в определённом пункте или регионе на определённый период. Составляется (разрабатывается) государственными или коммерческими метеорологическими службами на основе методов метеорологии.

Прогнозы делятся по заблаговременности периода, на который даётся прогноз:^[1]

1. сверхкраткосрочные (СКПП) — до 12 часов;

2. краткосрочные (КПП) — от 12 до 36 часов;

3. среднесрочные (СПП) — от 36 часов до 10 суток;

4. долгосрочные (ДПП) — от 10 суток до сезона (3 месяца);

5. сверхдолгосрочные (СДПП) — более чем на 3 месяца (год, несколько лет).

Оправдываемость прогнозов тем ниже, чем выше заблаговременность. Оправдываемость СКПП составляет приблизительно 95-96 %^[2], КПП 85-95 %, СПП 65-80 %, ДПП 60-65 %, СДПП — около 50 %.

Прогнозы погоды делятся по типам в зависимости от целей, для которых они разработаны:

6. прогнозы общего пользования (публикуемые в СМИ и на интернет-сайтах) содержат краткую информацию об облачности, атмосферных осадках, атмосферных явлениях, ветре, температуре, влажности воздуха и атмосферном давлении;

7. авиационные прогнозы содержат детальную характеристику ветра, видимости, атмосферных явлений, облачности, температуры воздуха;

8. морские и речные прогнозы содержат детальную характеристику ветра, волнения, атмосферных явлений, температуры воздуха;

9. сельскохозяйственные (агрометеорологические) прогнозы содержат детальную характеристику атмосферных осадков и температуры воздуха.

24

МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ НАБЛЮДЕНИЯ, сбор информации, требуемой для описания, анализа и предсказания погоды. Информация предоставляется тысячами метеорологических станций и установок, размещенных по всему миру - на кораблях, самолетах, воздушных шарах и метеорологических СПУТНИКАХ. Метеорологические станции измеряют и записывают погодные условия в своей местности, а радары производят обследования на высоте 161 - 320 км. Информацию о состоянии верхних слоев атмосферы получают с воздушных шаров, оборудованных РАДИОЗОНДАМИ, с высотных самоле-тов и со стратосферных шаров-зондов, в течение долгого времени действующих на высоте до 32 км. Метеорологические спутники днем и ночью производят наблюдения в видимой и инфракрасной части спектра. Они передают снимки облачного покрова и грозовых возмущений, а также данные о вертикальном распределении температуры и влажности. Это делает долгосрочные прогнозы более точными.

Метеорологическая сеть

        совокупность метеорологических станций, ведущих наблюдения по единой программе и в строго установленные сроки для изучения погоды, климата и решения др. прикладных и научных задач. В каждой стране основная государственная М. с. входит, как правило, в состав метеорологической службы .Кроме метеорологических станций, в государственной М. с. входят специализированные станции (аэрологическая, актинометрическая, агрометеорологическая, на морских судах и др.

         Наряду с общегосударственной М. с. имеются станции и посты специального назначения, которые ведут наблюдения по программам, согласованным с Гидрометслужбой, и находятся в ведении министерств и ведомств.

Программа наблюдений на метеорологических станциях

     На наземных метеорологических станциях во всем мире производятся одновременные (синхронные) наблюдения через каждые три часа по единому - гринвичскому - времени (времени нулевого пояса). Результаты наблюдений за эти сроки немедленно передаются по телефону, телеграфу или по радио в органы службы погоды. Там по ним составляются синоптические карты и другие материалы, служащие для предсказания погоды.      На метеорологических станциях основного типа регистрируются следующие метеорологические элементы:

10. Температура воздуха на высоте 2 м над земной поверхностью.

11. Атмосферное давление.

12. Влажность воздуха - упругость водяного пара в воздухе и относительная влажность.

13. Ветер - горизонтальное движение воздуха на высоте 10- 12 м над земной поверхностью. Измеряется его скорость и определяется направление, откуда он дует.

14. Облачность - степень покрытия неба облаками, типы облаков по международной классификации, высота нижней границыоблаков, ближайших к земной поверхности, скорость и направление движения облаков.

15. Количество осадков, выпавших из облаков, их типы (дождь, морось, снег и пр.).

16. Наличие и интенсивность различных осадков, образующихся на земной поверхности и на предметах (росы, инея, гололеда и пр.), а также тумана.

17. Горизонтальная видимость - расстояние, на котором, вследствие мутности атмосферы, перестают различаться очертания предметов.

18. Продолжительность солнечного сияния.

19. Температура на поверхности почвы и на нескольких глубинах в почве.

20. Состояние поверхности почвы.

21. Высота и плотность снежного покрова.

22. На некоторых станциях - испарение воды с водных поверхностей или с почвы.

23. Регистрируются также метели, шквалы, смерчи, мгла, пыльные бури, грозы, тихие электрические разряды, полярные сияния и некоторые оптические явления в атмосфере (радуга, круги и венцы вокруг дисков светил, миражи).

     На береговых метеорологических станциях производятся также наблюдения над температурой воды и волнением водной поверхности. Программа наблюдений на судах отличается в деталях от наблюдений на сухопутных станциях. На большом числе дополнительных станций (постов) производятся наблюдения только над осадками и снежным покровом, так как для лучшего выяснения распределения этих элементов нужна более густая сеть наблюдений. В программу работы станций, имеющих определенный производственный профиль, например сельскохозяйственных, транспортных, авиационных, включаются особые дополнительные наблюдения.