Полякова Л.С., Кашарин Д.В. Метеорология и климатология

Тепловое излучение земли и встречное излучение атмосферы

Земная поверхность как физическое тело, имеющее температуру выше -273°С, является источником излучения, которое называют тепловым излучением Земли. Земное излучение несколько меньше излучения абсолютно черного тела при той ее температуре и пропорционально 4-й степени абсолютной температуры земной поверхности

Тепловое излучение Земли

где δ – относительная излучательная способность, показывающая какую долю излучения абсолютно черного тела составляет излучение данной поверхности;
σ – постоянная Стефана-Больцмана, σ = 5,67·10-8Вт/(м2·К4);
Т – абсолютная температура земной поверхности.

Излучение земной поверхности происходит непрерывно. Чем выше температура излучающей поверхности, тем интенсивнее ее излучение. Оно направлено в атмосферу и почти полностью поглощается ею.

Атмосфера, в свою очередь, также излучает тепло частично в космическое пространство и частично в направлении к земной поверхности. Часть атмосферного излучения, приходящего к земной поверхности называют встречным излучением.

Разность теплового излучения Земли и встречного излучения атмосферы называют эффективным излучением Еэф

Еэф = Ез - Еа. (3.7)

Эффективное излучение деятельного слоя зависит от его температуры, от температуры и влажности воздуха, а также от облачности. С повышением температуры земной поверхности Еэф увеличивается, а с повышением температуры и влажности воздуха уменьшается. Особенно влияют на эффективность излучения облака, так как капли облаков излучают почти так ее, как и деятельный слой Земли. Если облака плотные и температура их близка к температуре деятельного слоя, то Ез = Еа и тогда Еэф = 0.

Суточный ход эффективного излучения характеризуется максимумом в 12-14 ч и минимумом перед восходом Солнца. Годовой ход эффективного излучения в районах с континентальным климатом характеризуется максимумом в летние месяцы и минимумом в зимние. В районах с морским климатом годовой ход эффективного излучения выражен слабее, чем в районах, расположенных в глубине континента.

Излучение земной поверхности поглощается водяным паром и углекислым газом, содержащимся в воздухе. Но коротковолновую радиацию Солнца атмосфера в значительной степени пропускает. Это свойство атмосферы называется «оранжерейным эффектом». Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя температура деятельного слоя Земли снизилась на 38°С по сравнению с фактически наблюдающейся, и Земля была бы покрыта вечным льдом.