Баланс сонячної енергії - Жан-Луї Етьєн - Провідник

Резюме

Арктичний та океанський кругообіг
Генеза Північного Льодовитого океану
Арктичний планктон
Морське біорізноманіття та харчова мережа
Кити та інші китоподібні
Тюлені і моржі

Географія арктичних регіонів
Географічний Північний полюс, Магнітний Північний полюс
Кому належить Арктика ?
Першовідкривачі Крайньої Півночі
Інуїти
Інші народи Крайньої Півночі
Арктика сьогодні

Резюме

Арктичний та океанський кругообіг
Генеза Північного Льодовитого океану
Арктичний планктон
Морське біорізноманіття та харчова мережа
Кити та інші китоподібні
Тюлені і моржі

Географія арктичних регіонів
Географічний Північний полюс, Магнітний Північний полюс
Кому належить Арктика ?
Першовідкривачі Крайньої Півночі
Інуїти
Інші народи Крайньої Півночі
Арктика сьогодні

АТМОСФЕРА І ПОГОДА

Баланс сонячної енергії

Сонце, нагріваючи Землю

Величезне джерело енергії зігріває нашу планету: Сонце. Частина променів, що надходять на Землю, відбивається або поглинається атмосферою. Решта досягає землі, яка знову відбивається і поглинає. Тепла атмосфера і грунт (або океан), у свою чергу, випромінюють так зване інфрачервоне випромінювання у космос. Різниця між енергією, отриманою Землею, і віддачею тепла називається радіаційним балансом (регіональним або для всієї планети).

Гарячі тропіки, холодні полюси

Сонце Землю не нагріває рівномірно: Еквадор отримує більше енергії, ніж полюси. Дійсно, Земля кругла і «нахилена» навколо своєї осі. Отже, на полюсах сонячні промені пасуться; вони проходять через більший шар атмосфери, поглинаючи багато енергії, а отримане «тепло» розподіляється на більшій площі.

Дві криниці з холодом

Взимку полярна ніч дуже довга. Без сонця холодно; більше того, Земля продовжує посилати власне випромінювання назад у космос, тому вона втрачає більше тепла. Влітку сніг і лід відображають велику частину сонячних променів, як дзеркало, не поглинаючи їх (альбедо). Загалом полярні регіони втрачають більше енергії, ніж отримують.

По всьому світу: теплообмін

Очікується, що полюси будуть холоднішими і холоднішими, а тропіки теплішими; але цей надлишок тропічного тепла поглинається океаном і атмосферою, яка несе його в холодні регіони. Таким чином встановлюється загальний баланс. Однак у планетарному масштабі, якщо радіаційний баланс стає позитивним, Земля нагрівається; якщо воно негативне, воно охолоджується.

Видимий чи інфрачервоний? Кожному своє сяйво

Сонце в основному випромінює електромагнітні хвилі коротких довжин хвиль (4 мкм): тобто в так званому тепловому інфрачервоному діапазоні; тому що Земля, як і будь-яке «гаряче» тіло, поводиться як випромінювач: вона випромінює у бік космосу.
В даний час сонячний потік, виміряний у верхній частині атмосфери на декількох десятках кілометрів над рівнем моря, становить в середньому 340 Вт на м2 (насправді 1368 Вт/м2 на поверхні, яка була б скрізь перпендикулярна світловому потоку: але Земля - це сфера ...). Грунт і атмосфера в середньому відображають 30% сонячного потоку. Інша частина, приблизно 240 Вт на м2, поглинена і перетворена в тепло, використовується для підтримки температури, приведення в рух атмосфери та океану, випаровування води тощо, тим самим підживлюючи «теплову машину», що становить тепло. регулювання клімату.
Потік, приблизно еквівалентний 240 Вт на м2, що забезпечується Сонцем, повертається назад у космос.

Полярні зима і літо

У високих широтах взимку сонячного випромінювання немає: ніч триває 6 місяців на полюсі, 4 місяці на 80 ° широти і 2 місяці на 70 °. Тому дуже холодно, оскільки надходить не тільки дуже мало тепла, але крім того, випромінювання «теплового» інфрачервоного випромінювання зберігається (хоча сніг та крижаний мішок утворюють ізоляційну мантію, що обмежує ці втрати).
Влітку, навпаки, сонячне світло 24 години на добу є дуже сприятливим для потепління: приблизно протягом 2 місяців, біля сонцестояння, кількість калорій на м2, що надходить на день, більша на полюсах, ніж на широті 40 °! Ефект підсилюється іншими факторами (орієнтація тощо), так що іноді температури є відносно високими протягом невеликої частини року. Однак сонце залишається низьким (менше 150 Вт/м2 на землі), а сніг і лід відображають до 80% сонячного випромінювання (альбедо): енергія, що відбивається Землею в космос, завжди є дуже важливою на полюсах, навіть влітку. Як результат, крижані шапки залишаються на місці, а морський лід пізніше тане.

Енергія, відбита від Землі (альбедо)

Холодний свіжий сніг	до 90 до 98%
Танення снігу	Від 50 до 60%
Талий сніг, брудний	40%
Льодовик	50%
Океан	Від 5 до 15%
Морське морозиво	Від 50 до 85%
Піщана пустеля	до 35%
Голі скелі	20-25%

Парниковий ефект та радіаційний баланс

Якби атмосфера була повністю прозорою для інфрачервоного випромінювання, яке випромінює Земля, було б набагато холодніше (в середньому -18 ° C); але атмосфера (газ, водяна пара) поглинає частину цього випромінювання і, в свою чергу, посилає інфрачервоне випромінювання назад на Землю, яка таким чином підтримує середню температуру +15 ° C: це парниковий ефект.
Температура поверхні внаслідок цього явища відповідає висхідному ІЧ-тепловому потоку приблизно 390 Вт/м2; 240 буде втрачено в космосі, атмосфера збережеться 150 (парниковий ефект); до цього додаються в атмосферу 100 Вт/м2 енергії, що не випромінює, "піднімається" із землі (конвекція ...) і 80, поглинається безпосередньо 240 падаючої сонячної енергії. Таким чином, в кінцевому підсумку 330 Вт/м2 виявляються «зафіксованими» в атмосфері і випромінюють у напрямку до землі (ІЧ-тепловий потік вниз).
Будь-яке збільшення парникового ефекту, як правило, збільшує цей баланс, зменшуючи викиди енергії.

Супутники біля ліжка Землі

Клімат є наслідком планетарного випромінювального балансу. Знання цього балансу з максимальною точністю є найважливішим питанням для моніторингу розвитку клімату. Супутники вимірюють радіаційний баланс у верхній частині атмосфери, у ватах на квадратний метр. Коли загальний баланс дорівнює нулю, Земля залишається в тепловій рівновазі. Якщо цей баланс стає позитивним, Земля нагрівається; якщо воно негативне, воно охолоджується.
Всі останні вимірювання, здається, свідчать про позитивний результат.