Файл: Лабораторный практикум В. Ф. Говердовский, А. В. Дикинис.pdf

Задачи

6.1.  Рассчитать  среднее  количество  солнечной радиации,  приходящееся на еди­

ницу поверхности Земли за пределами атмосферы (среднюю инсоляцию), ес­
ли солнечную постоянную считать S0 = 1376 Вт/м2.

6.2.  Определить среднюю радиационную температуру излучения Земли как пла­

неты,  учитывая,  что  солнечная постоянная  равна  SQ =  1376  Вт/м2,  среднее 
альбедо Земли равно 0,4, а средняя многолетняя температура на земном шаре 
не меняется со временем. Рассчитать также температуру поверхности Земли, 
лишенной атмосферы, для значений альбедо 0,1 и 0,8.

6.3.  Как изменится  солнечная постоянная,  а также  рассчитанные в  предыдущей 

задаче  радиационные  температуры  излучения  Земли,  если  радиационная 
температура излучения Солнца понизится на 100 К.

6.4. Рассчитать эффективные поглощающие массы от верхней границы атмосфе­

ры  до  указанных  ниже  уровней  среднезональных  профилей  влажности  на 
широтах 10 и 60° Северного полушария в июле:

Р , гПа

<р = 10°с.ш.

ф = 60°с.ш.

ГК

£?, %0

ГК

q,% о

0

0

0

0

0

100

196

0,002

226

0,002

200

216

0,051

232

0,028

300

235

0,339

238

0,133

’ 

400

254

1,30

244

0,400

500

267

2,40

256

1,000

550

271

3,13

260

1,36

600

275

3,98

264

1,81

650

279

4,97

268

2,36

700

283

6,10

272

3,00

750

286

7,52

274

3,62

800

289

9,15

277

4,32

850

292

11,00

280

5,10

900

294

12,74

282

5,84

950

297

14,64

283

6,64

1000

299

16,70

285

7,50

Примечание. В таблице обозначены:  Г - температура (К) и д -  массовая доля во­

дяного пара (лат. promille - на тысячу, тысячная доля какого-либо 
числа, обозначается знаком %о).

6.5.  Определить прямую солнечную радиацию и отраженную от земной поверх­

ности радиацию в безоблачной атмосфере на уровнях 0, 200, 400, 600, 800 и 

1000 гПа для зенитных углов Солнца, равных 0 и 50°, широты (р = 10°. Соот­

ветствующий  профиль  влажности  взять  из  задачи  6.4;  альбедо  подстилаю­
щей поверхности считать равным А = 0,15.

151

6.6. Использовав результаты, полученные в предыдущей задаче, рассчитать изме­

нения температуры  <57^  за  счет поглощения коротковолновой  солнечной

радиации для слоев толщиной 200 гПа, а также среднее для всей атмосферы 

радиационное изменение температуры (в К/сут.).

6.7. Рассчитать восходящую и нисходящую коротковолновую радиацию на уров­

нях 0 и 1000 гПа, а так же на границах облачного слоя для широт, равных 10 

и  60°  с.ш.  (см.  задачу  6.4).  Зенитный  угол  Солнца  считать  равным  50°. 
Сплошной слой (10 баллов) высокослоистых облаков расположен на уровне 
600-550 гПа. Альбедо подстилающей земной поверхности равно 0,1.

6.8.  Определить  изменение  температуры  за  счет  поглощения  коротковолновой 

радиации  (в  К/сут.)  для  надоблачного,  облачного  и  подоблачного  слоев, 
а также для всей атмосферы в среднем, используя результаты решения зада­
чи 6.7.

6.9. Рассчитать восходящую и нисходящую длинноволновую (земную) радиацию 

в безоблачной атмосфере на широте  10° с.ш. на уровнях 0, 200, 400, 600, 800 

и 1000 гПа. (профили температуры и влажности приведены в задаче 6.4).

6.10. Использовав результаты решения предыдущей задачи 6.9, рассчитать изме­

нения температуры за счет длинноволновой радиации (в К/сутки) для слоев 
толщиной 200 гПа, а также в среднем для всей атмосферы.

6.11.  Определить радиационный баланс на уровнях 0, 200, 400,  600,  800 и  1000 

гПа,  а также полные  радиационные изменения температуры для слоев тол­

щиной  200  гПа  и  для  всей  атмосферы  в  среднем  для  условий,  указанных 

в задачах 6.5 и 6.9.

6.12.  Рассчитать восходящий и нисходящий поток длинноволновой радиации на 

уровнях 0 и 1000 гПа, а так же на границах облачного слоя при сплошной (10 

баллов)  высокослоистой  облачности,  расположенной  в  слое  600-550  гПа 

(профили температуры и влажности взять из задачи 6.4 для широт  10 и 60° 

Северного полушария).

6.13. Оценить изменения температуры за счет длинноволнового (земного) излуче­

ния (в К/сут.) для надоблачного, облачного и подоблачного слоев, а также для 
всей атмосферы в среднем, использовав результаты, полученные в задаче 6.12.

6.14. Рассчитать радиационный баланс на уровнях 0, 550, 600 и 1000 гПа, а также 

полные радиационные изменения температуры для надоблачного, облачного 
и подоблачного  слоев и для всей атмосферы в  среднем, соблюдая условия, 
сформулированные в задачах 6.7 и 6.12.

6.15.  Как  изменяется  коротковолновая  нисходящая  радиация  на уровне  земной 

поверхности; коротковолновая радиация, отраженная обратно в мировое про­
странство; радиационное нагревание атмосферы, подстилающей земной по­
верхности и системы Земля-атмосфера:
а) при увеличении высоты Солнца; б) при увеличении влажности;  в) при по­
явлении облачности; г) при увеличении альбедо Земной поверхности?

6.16. Как изменяется уходящее в мировое пространство длинноволновое излуче­

ние,  нисходящее длинноволновое  излучение  на уровне подстилающей зем­
ной  поверхности  и  радиационное  выхолаживание  атмосферы,  земной  по­
верхности и системы Земля-атмосфера:

152

а) при увеличении температуры земной поверхности и атмосферы; б) при увели­

чении влажности; в) при появлении облачности?

6.17.  При  каких условиях  появление  облачности  приводит  к  «потеплению»  на 

уровне подстилающей земной поверхности, а при каких - к «похолоданию»?

6.18. Средняя за год для всей планеты в делом температура географической обо­

лочки составляет около 15 °С, а наиболее характерные экстремальные ее зна­

чения около 50 и -50 °С. Считая земное излучение близким к излучению аб­

солютно черного тела, имеющего такую же температуру, найти длины волн, 

на  которые  приходится  наибольшая  энергия  при указанных температурах. 
Каким участкам длин волн соответствуют метеорологические термины «ко­
ротковолновая радиация» и «длинноволновое излучение»?

6.19.  Считая излучение Солнца и системы Земля-атмосфера близкими к излуче­

нию абсолютно черных тел с температурами соответственно 6000 К и  15°С, 

определить, во сколько раз энергетическая светимость планеты Земля мень­

ше, чем Солнца.

6.20.  Вычислить  энергетическую  светимость  оголенной сухой почвы на земной 

поверхности при температурах 40 и -40°С. Значительно ли меняется излуче­
ние почвы от лета к зиме? Изменится ли ответ, если учесть, что зимой почва 

может быть покрыта снегом?

6.21.  Определить  радиационную температуру  поверхности  сухого  торфа,  если  его 

энергетическая светимость составляет 0,49 кВт/м2.

Примечание. Определив  ЭГ4, найти Град по табл. 6.4.

6.22. Энергетическая освещенность поверхности влажного песка длинноволновой 

радиацией составляет 0,83 кВт/м'. Какое количество длинноволнового излу­
чения поглощается и какое отражается? Чем различается отражение поверх­
ностью коротковолновой и длинноволновой радиации?

6.23.  Температура  излучающей  поверхности,  покрытой  редкой  травой,  равна 

30 °С; температура воздуха 20 °С, парциальное давление водяного пара 16,0 
гПа; небо ясное. Вычислить поглощенную часть встречного излучения, зем­
ное излучение и разность между ними. Приход или расход длинноволновой 

радиации преобладает в данном случае? Возможно ли обратное соотношение 
между  ними?  Как  называется  найденная  разность?  О  каком  соотношении 
двух первых величин свидетельствует ее знак? Часто ли наблюдается такое 

соотношение?

6.24.  Вычислить  при  ясном  небе  излучение  поверхности,  температура  которой 

20 °С. 

б

= 0,90; встречное излучение при температуре воздуха 15 °С и парци­

альном давлении водяного пара 9,0 гПа; поглощенную часть встречного излу­

чения.  эффективное  излучение  и  длинноволновый  радиационный  баланс. 
Каков смысл полученных знаков для двух последних величин? Нагревание 

или зыхолажквание поверхности происходит в данном случае за счет длин­

новолнового излучения?

6.25. Каким станет эффективное излучение естественного объекта, составляющее 

при  ясном  небе  0,25  кВт/м",  если  половина неба  будет  покрыта  облаками 

верхнего, среднего и нижнего яруса? Как влияет облачность на эффективное 
излучение?  Почему  облака разных ярусов  неодинаково уменьшают эффек­
тивное излучение?

Ы 

NJ

6.26. Вычислить эффективное излучение поверхности чистого снега, температура 

которого -6 =С, если температура воздуха -5 °С, парциальное давление водяно­
го пара 4,0 гПа, наблюдается 4 балла облаков среднего и 5  баллов облаков 

нижнего яруса.

6.27.  Вычислить  радиационный  баланс  земной  поверхности,  если  поглощенная 

часть  прямой  радиации  на  горизонтальную  поверхность  составляет  0,35 
кВт/м", рассеянной радиации 0,08 кВт/м2, встречного излучения 0,30 кВт/м2, 

а земное излучение равно 0,40 кВт/м2. О чем говорит знак ответа?

6.28. Определить радиационный баланс земной поверхности, если коротковолно­

вый баланс равен 0,38 кВт/м', а длинноволновый -0,10 кВт/м".

6.29. Рассчитать радиационный баланс поверхности чистого снега, если суммар­

ная радиация равна 0,14  кВт/м2,  альбедо  90  %, температура поверхности и 

воздуха -30 °С,  парциальное давление водяного пара 0,25 гПа,  небо ясное. 
Может ли радиационный  баланс  поверхности быть  отрицательным  при на­

личии прямой и рассеянной радиации?

6.30. По результатам спутниковых измерений установлено, что фактическое альбе­

до системы Земля-атмосфера составляет 29 %. Известно, что годовая энерге­

тическая экспозиция солнечной радиации на зерхней границе атмосферы равна 

10 880 МДж/м2. Вычислять годовую сумму солнечной радиации, отраженной 

Землей как планетой в окружающее космическое пространство. Рассчитать ба­

ланс солнечной радиации на верхней границе атмосферы.

Материалы д л я  работы

1. 

Карандаш, линейка.

Лист миллиметровой бумаги 
Калькулятор (или компьютер)

4. 

Радиационная диаграмма

Рекомендуемая литература

1.  Говердовский В.Ф.  Космическая метеорология. Ч.  I.  Спутниковая метеороло­

гия. - СПб.: изд. РГГМУ, 2009.

2.  Матвеев Л. Т. Физика атмосферы. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2000.

3.  Руководство  по  использованию  спутниковых  данных  в  анализе  и  прогнозе 

погоды / Под ред.  И.П.  Ветлова и Н.Ф.  Вельтищева. - Л.:  Гидрометеоиздат, 

1982.

Порядок выполнения работы

1.  Дать обоснованные ответы на вопросы задач 6.15,6.16и6.17.

2.  Если Вы не сумели правильно ответить на вопросы этих задач 

хотя бы частично, необходимо воспользоваться рекомендован­

ной литературой и изучить теоретические основы требуемых 
ответов.

154

3.  Если Вы справились успешно с заданием п.1 и ответили пра­

вильно на все вопросы, то можете приступить к решению лю­
бых задач, предусмотренных в лабораторной работе.

4.  Решить рекомендованные преподавателем задачи.

5.  Для решения задач графическим методом использовать радиа­

ционную диаграмму (см. п. П.6. Методических указаний к ла­

бораторной работе).

6.  Проанализировать полученные результаты.
7.  Составить краткий отчет (в произвольной форме) о выполнен­

ной лабораторной работе.

Методические указания

I. Коротковолновая солнечная радиация.

1. 

При  расчетах  отдельных  составляющих  полного  потока 

излучения  по  соотношению  (6.17)  руководствоваться  схемой, 
представленной на рис. 46.

Рис. 46. Распределение лучистых потоков в атмосфере 

для различных видов радиации

2. 

Безоблачная атмосфера. Прямая солнечная радиация 

S*(z) 

на единичную горизонтальную поверхность, вычисляется по фор­

муле:

S ' ( z )

 =  

S

(

z

) cos i90  =  

S 0

 cos i

% Pkl (m .

) .  

(6.19)

155