6.1.10.3 Вплив атмосфери на радіаційний баланс Землі

Унаслідок наявності атмосфери сонячна радіація на земній поверхні розподіляється нерівномірно.

Атмосфера складається з азоту, кисню й аргону, які майже на 100 % є прозорими для радіації — від короткохвильової ультрафіолетової до довгохвильової інфрачервоної. Кисень, взаємодіючи з короткохвильовим ультрафіолетовим світлом, перетворюється на озон. Молекула озону поглинає ультрафіолетове світло. У результаті на висоті приблизно 20 км від земної поверхні утворюється шар озону, який адсорбує ультрафіолетове світло, що приходить від Сонця; у такий спосіб озоновий шар захищає поверхню Землі від цих променів. Без цього фільтра життя на земній поверхні, як відомо, було б неможливим. Якби наша атмосфера складалася тільки з основних газів: азоту, кисню й аргону, то вона 6 була прозорою для інфрачервоної радіації. Тому відбита від поверхні Землі радіація могла б без перешкод пройти через атмосферу. Однак повітря, крім трьох основних газів, містить невелику кількість вуглекислого газу (0,03%) й водяної пари. І вуглекислий газ, і водяна пара в атмосфері значною мірою адсорбують інфрачервону радіацію. Крім того, у процесі конденсації водяної пари утворюються хмари, які відбивають і розсіюють частину сонячної радіації, що надходить з космосу. Атмосфера прозора в діапазоні від 0,3 до 0,7 мкм. В інфрачервоному спектрі залишається кілька зон для хвиль з довжинами менше 13 мкм, так званих інфрачервоних вікон, у яких атмосфера прозора. У той час як атмосфера є прозорою для більшої частини прямої сонячної радіації, вона майже непрозора для теплового радіаційного випромінювання Землі при температурі 300 К. Відбивається в навколоземний простір 35% усієї сонячної радіації. Земля поглинає 47% її кількосте і суходіл, і океани), верхні шари атмосфери — 3%, нижні шари атмосфери — 15%.

Передавання тепла від земної поверхні в атмосферу відбувається трьома способами. Частина енергії передається завдяки тепловому випромінюванню. Частина — шляхом нагрівання повітря, яке контактує із поверхнею. Однак найбільша частина перелається завдяки випаровуванню води. Водяна пара, підіймаючись в атмосферу, конденсується, при цьому утворюються різні види хмар та опади, що випадають на земну поверхню (дощ, сніг та ін.), — в такий спосіб атмосфера одержує тепло завдяки випаровуванню.

Поглинута атмосферою інфрачервона радіація і теплота конденсації водяної пари затримують тепло біля земної поверхні. Вода на Землі відіграє важливу роль як акумулятор тепла, тому що вона поглинає інфрачервону радіацію. Важлива роль води як механізму випаровування й конденсації. Над посушливими районами ці впливи зменшуються і тому саме тут ми спостерігаємо найбільші добові й річні амплітуди температури. З іншого боку, у вологих океанічних районах спостерігаються найменші коливання температури. Кількість сонячного випромінювання, що надходить наземну поверхню, зменшується від екватора до полюсів. Крім того, на Землі повітряні й океанічні течії можуть переносити тепло з одних районів в інші. Течії в океані й атмосфері переносять тепло з низьких широт у високі. На Землі неоднакове нагрівання поверхні в районі екватора і в полярних областях зумовлює перенесення тепла в напрямку до полюсів, у результаті чого виникають течії в атмосфері й океанах. У напрямку до полюса потоки нагрітого повітря або океанічні течії переносять тепло, а спрямовані до екватора повітряні маси і течії несуть холод. У середньому за рік перенесення енергії через екватор дуже незначне. Перенесення тепла в напрямку до полюса досягає максимуму приблизно на широті 40° і дорівнює нулю біля полюсів.