Struktur dan komposisi atmosfer. Radiasi sinar matahari

>> Struktur dan komposisi atmosfer. Radiasi sinar matahari

Bab 5

Atmosfer bumi. faktor pembentuk iklim

1. Struktur dan komposisi atmosfer. Radiasi sinar matahari

Suasana(dari atmos Yunani - uap) - cangkang udara luar Bumi, terdiri dari campuran berbagai gas: nitrogen (78,08%), oksigen (20,95%), argon (0,93%) dan karbon dioksida(0,03%). Komposisi udara juga mencakup sejumlah kecil gas inert: helium, neon, xenon, kripton, hidrogen, ozon, dan lain-lain, yang secara total membentuk sekitar 0,01%. Selain itu, udara mengandung uap air dan sedikit debu.

Isi pelajaran ringkasan pelajaran mendukung bingkai pelajaran presentasi metode akselerasi teknologi interaktif Praktik tugas dan latihan ujian mandiri lokakarya, pelatihan, kasus, pencarian pekerjaan rumah pertanyaan diskusi pertanyaan retoris dari siswa Ilustrasi audio, klip video, dan multimedia foto, gambar grafik, tabel, skema humor, anekdot, lelucon, perumpamaan komik, ucapan, teka-teki silang, kutipan Pengaya abstrak artikel chip untuk lembar contekan yang ingin tahu, buku teks dasar dan glosarium tambahan istilah lainnya Memperbaiki buku pelajaran dan pelajaranmengoreksi kesalahan dalam buku teks memperbarui fragmen dalam buku teks elemen inovasi dalam pelajaran menggantikan pengetahuan usang dengan yang baru Hanya untuk guru pelajaran yang sempurna rencana kalender untuk tahun ini pedoman program diskusi Pelajaran Terintegrasi

Fitur iklim Bumi ditentukan terutama oleh besarnya yang masuk radiasi sinar matahari di permukaannya, fitur sirkulasi atmosfer. Jumlah radiasi matahari yang mencapai Bumi tergantung pada garis lintang geografis.

Radiasi sinar matahari

Radiasi sinar matahari- jumlah total radiasi matahari yang masuk ke permukaan bumi. Di luar yang terlihat sinar matahari, itu termasuk radiasi ultraviolet dan inframerah yang tidak terlihat. Di atmosfer, radiasi matahari sebagian diserap dan sebagian dihamburkan oleh awan. Sebuah perbedaan dibuat antara radiasi matahari langsung dan menyebar. radiasi matahari langsung- radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi berupa sinar sejajar yang dipancarkan langsung dari matahari. radiasi matahari yang tersebar- bagian dari radiasi matahari langsung, disebarkan oleh molekul gas, datang ke permukaan bumi dari seluruh cakrawala. Pada hari berawan, radiasi hamburan adalah satu-satunya sumber energi di lapisan permukaan atmosfer. Radiasi matahari total termasuk radiasi matahari langsung dan menyebar dan mencapai permukaan bumi.

Radiasi matahari adalah sumber energi terpenting untuk proses atmosfer - pembentukan cuaca dan iklim, sumber kehidupan di Bumi. Di bawah pengaruh radiasi matahari, permukaan bumi memanas, dan darinya atmosfer menguap, dan siklus air terjadi di alam.

Permukaan bumi, menyerap radiasi matahari (absorbed radiation), memanas dan dengan sendirinya memancarkan panas ke atmosfer. Radiasi yang diserap oleh permukaan bumi digunakan untuk memanaskan tanah, udara, dan air. Lapisan bawah atmosfer sebagian besar menunda radiasi terestrial. Bagian utama dari radiasi yang memasuki permukaan bumi diserap oleh tanah yang subur (hingga 90%), hutan jenis konifera (hingga 80%). Sebagian radiasi matahari dipantulkan dari permukaan (reflected radiation). Salju yang baru turun, permukaan waduk, dan gurun pasir memiliki reflektifitas tertinggi.

Distribusi radiasi matahari di bumi bersifat zonal. Itu berkurang dari khatulistiwa ke kutub sesuai dengan penurunan sudut datang sinar matahari ke permukaan bumi. Kekeruhan dan transparansi atmosfer juga mempengaruhi aliran radiasi matahari ke permukaan bumi.

Benua, dibandingkan dengan lautan, menerima lebih banyak radiasi matahari karena lebih sedikit (15-30%) kekeruhan di atasnya. Di belahan bumi utara, di mana bagian utama bumi ditempati oleh benua, total radiasi lebih tinggi daripada di belahan bumi selatan. Di Antartika, di mana udaranya bersih dan atmosfernya sangat transparan, sejumlah besar radiasi matahari langsung masuk. Namun, karena reflektifitas permukaan Antartika yang tinggi, suhu udara menjadi negatif.

Sabuk termal

Tergantung pada jumlah radiasi matahari yang memasuki permukaan bumi, 7 zona termal dibedakan di dunia: panas, dua sedang, dua dingin, dan dua sabuk es abadi. Batas-batas zona termal adalah isoterm. Sabuk panas dibatasi oleh isoterm tahunan rata-rata +20°C dari utara dan selatan (Gbr. 9). Dua zona beriklim utara dan selatan zona panas dibatasi dari sisi khatulistiwa oleh isoterm tahunan rata-rata +20 ° , dan dari sisi garis lintang tinggi - oleh isoterm +10 ° (suhu udara rata-rata dari bulan terpanas - Juli di Utara dan Januari di Belahan Bumi Selatan) . Batas utara kira-kira berimpit dengan batas sebaran hutan. Dua zona dingin di utara dan selatan zona beriklim sedang di Belahan Bumi Utara dan Selatan terletak di antara isoterm +10°C dan 0°C pada bulan terpanas. Kedua sabuk es abadi dibatasi oleh isoterm 0°C bulan terpanas dari sabuk dingin. Alam salju dan es abadi meluas ke Kutub Utara dan Selatan.

Distribusi suhu udara di bumi

Sama seperti radiasi matahari, suhu udara di Bumi bervariasi secara zona dari khatulistiwa hingga kutub. Pola ini jelas tercermin dalam peta distribusi isoterm dari bulan-bulan terpanas (Juli - di Belahan Bumi Utara, Januari - di Selatan) dan terdingin (Januari - di Belahan Bumi Utara, Juli - di Selatan). tahun. Paralel terpanas adalah 10 ° LU. SH. - ekuator termal, di mana suhu udara rata-rata adalah +28 °C. Di musim panas itu bergeser ke 20 ° LU. sh., di musim dingin mendekati 5 ° LU. SH. Sebagian besar daratan terletak di belahan bumi utara, masing-masing, ekuator termal bergeser ke utara.

Suhu udara di semua paralel Belahan Bumi Utara lebih tinggi daripada di paralel serupa di Belahan Bumi Selatan. Suhu rata-rata tahunan di Belahan Bumi Utara adalah +15,2 °С, dan di Belahan Bumi Selatan - +13,2 °С. Ini disebabkan oleh fakta bahwa di belahan bumi selatan lautan menempati area yang luas, dan, akibatnya, lebih banyak panas dihabiskan untuk penguapan dari permukaannya. Selain itu, benua Antartika, yang tertutup es abadi, memiliki efek pendinginan di Belahan Bumi Selatan.

Suhu tahunan rata-rata di Kutub Utara adalah 10-14 °C lebih tinggi daripada di Antartika. Ini sebagian besar ditentukan oleh fakta bahwa Antartika ditutupi oleh lapisan es yang luas, dan sebagian besar Arktik diwakili oleh Samudra Arktik, tempat arus hangat dari garis lintang yang lebih rendah menembus. Misalnya, Arus Norwegia memiliki efek pemanasan di Samudra Arktik.

Di kedua sisi khatulistiwa terdapat garis lintang khatulistiwa dan tropis, dimana suhu rata-rata pada musim dingin dan musim panas sangat tinggi. Di atas lautan, isoterm didistribusikan secara merata, hampir bertepatan dengan paralel. Di pantai benua, mereka sangat melengkung. Ini disebabkan oleh pemanasan daratan dan lautan yang tidak merata. Selain itu, suhu udara di dekat pantai dipengaruhi oleh arus hangat dan dingin serta angin yang bertiup. Ini terutama terlihat di Belahan Bumi Utara, di mana sebagian besar daratan berada. (Lacak distribusi suhu di seluruh zona termal menggunakan atlas.)

Di belahan bumi selatan, distribusi suhu lebih merata. Namun, ada daerah panas di sini - Gurun Kalahari dan Australia Tengah, di mana suhu pada bulan Januari naik di atas +45 ° C, dan pada bulan Juli turun menjadi -5 ° C. Kutub dingin adalah Antartika, di mana suhu minimum absolut tercatat -91,2 °C.

Perjalanan tahunan suhu udara ditentukan oleh perjalanan radiasi matahari dan tergantung pada garis lintang geografis. Di garis lintang sedang, suhu udara maksimum diamati pada bulan Juli di Belahan Bumi Utara, pada bulan Januari - di Belahan Bumi Selatan, dan minimum - pada bulan Januari di Belahan Bumi Utara, pada bulan Juli - di Belahan Bumi Selatan. Di atas lautan, pasang surut terlambat sebulan. Amplitudo tahunan suhu udara meningkat dengan garis lintang. Itu mencapai nilai terbesarnya di benua, jauh lebih kecil - di atas lautan, di pantai laut. Amplitudo tahunan terkecil dari suhu udara (2 °С) diamati di garis lintang khatulistiwa. Yang terbesar (lebih dari 60 ° C) - di garis lintang subarktik di benua.

Jumlah radiasi matahari yang mencapai Bumi tergantung pada sudut datangnya sinar matahari, kekeruhan dan transparansi atmosfer. Seperti radiasi matahari, suhu udara di Bumi didistribusikan secara zona dan menurun dari khatulistiwa ke kutub.

Radiasi sinar matahari (radiasi matahari) adalah totalitas materi dan energi matahari yang datang ke bumi. Radiasi matahari terdiri dari dua bagian utama berikut: pertama, radiasi termal dan cahaya, yang merupakan kombinasi dari gelombang elektromagnetik; kedua, radiasi sel.

Di bawah sinar matahari energi termal reaksi nuklir diubah menjadi energi radiasi. Ketika sinar matahari jatuh di permukaan bumi, energi radiasi kembali diubah menjadi energi panas. Radiasi matahari dengan demikian membawa cahaya dan panas.

Radiasi matahari adalah sumber panas yang paling penting untuk amplop geografis. Sumber panas kedua untuk cangkang geografis adalah panas yang berasal dari lapisan dalam dan lapisan planet kita.

Karena fakta bahwa dalam amplop geografis satu jenis energi (energi radiasi) secara setara diubah menjadi jenis lain (energi panas), energi radiasi matahari dapat dinyatakan dalam satuan energi panas - joule (J).

Sinar matahari langsung yang menembus atmosfer saat langit tidak berawan disebut radiasi matahari langsung . Bagian dari sinar matahari dari kontak dengan molekul gas dan aerosol tersebar dan diubah menjadi radiasi tersebar . Di permukaan bumi, radiasi yang tersebar tidak lagi berasal dari piringan matahari, tetapi dari seluruh langit dan menciptakan penerangan siang hari yang meluas. Dari sana pada hari-hari cerah itu terang bahkan di mana sinar langsung tidak menembus, misalnya, di bawah kanopi hutan. Selain radiasi langsung, radiasi difus juga berfungsi sebagai sumber panas.

Secara keseluruhan (dengan partisipasi variasi harian ketinggian Matahari dan kekeruhan langit), radiasi yang tersebar menyumbang sekitar 25% dari total fluks sinar matahari.

Dengan demikian, radiasi langsung dan difus memasuki permukaan bumi. Bersama-sama, radiasi langsung dan difus membentuk radiasi total, yang menentukan rezim termal troposfer.

Dengan menyerap dan menyebarkan radiasi, atmosfer secara signifikan melemahkannya. Jumlah redaman tergantung pada koefisien transparansi, yang menunjukkan berapa fraksi radiasi yang mencapai permukaan bumi. Jika troposfer hanya terdiri dari gas, maka koefisien transparansi akan sama dengan 0,9, yaitu, ia akan melewatkan 90% radiasi yang menuju ke Bumi. Tetapi aerosol selalu ada di udara, mengurangi koefisien transparansi menjadi 0,7 - 0,8. Transparansi atmosfer berubah seiring perubahan cuaca.

Karena kerapatan udara berkurang dengan ketinggian, lapisan gas yang ditembus oleh sinar tidak dapat dinyatakan dalam km ketebalan atmosfer. Massa optik diambil sebagai unit pengukuran, kekuatan yang sama lapisan udara selama sinar datang secara vertikal.

Melemahnya radiasi di troposfer mudah diamati pada siang hari. Ketika Matahari berada di dekat cakrawala, sinarnya menembus beberapa massa optik. Pada saat yang sama, intensitasnya sangat lemah sehingga orang dapat melihat Matahari dengan mata yang tidak terlindungi. Dengan terbitnya Matahari, jumlah massa optik yang dilalui sinarnya berkurang, dan intensitas sinarnya meningkat.

Jumlah energi radiasi per unit permukaan bumi terutama tergantung pada sudut datang sinar matahari. Daerah yang sama di khatulistiwa, garis lintang menengah dan tinggi memiliki jumlah radiasi yang berbeda.

Insolasi matahari (pencahayaan) sangat dilemahkan oleh kekeruhan. Besarnya kekeruhan di garis lintang khatulistiwa dan sedang serta rendahnya tingkat kekeruhan di garis lintang tropis membuat penyesuaian yang signifikan terhadap distribusi zona energi radiasi Matahari.

Distribusi panas matahari di atas permukaan bumi ditunjukkan pada peta total radiasi matahari.

Suhu. Indikator rezim termal udara

Indikator utama suhu udara adalah sebagai berikut:

1. Suhu rata-rata hari itu.

2. Rata-rata suhu harian per bulan.

3. Suhu rata-rata setiap bulan.

4. Suhu rata-rata jangka panjang dalam sebulan. Semua data jangka panjang rata-rata diturunkan untuk jangka waktu yang lama (minimal 35 tahun). Data yang paling sering digunakan adalah Januari dan Juli. Suhu bulanan jangka panjang tertinggi diamati di Sahara (hingga + 36,5 0 ) dan di Lembah Kematian (hingga +39 0 ). Suhu terendah tercatat di stasiun Vostok di Antartika (hingga -70 0 ).

5. Suhu rata-rata setiap tahun.

6. Suhu rata-rata jangka panjang dalam setahun. Suhu tahunan rata-rata tertinggi tercatat di stasiun cuaca Dallol di Ethiopia dan sebesar +34,4 0 . Di selatan Sahara, banyak titik memiliki suhu tahunan rata-rata +29-30 0 . Suhu tahunan rata-rata terendah adalah tercatat di dataran tinggi Stasiun dan berjumlah -56,6 0 .

7. Suhu minimum dan maksimum mutlak untuk setiap periode pengamatan - sehari, sebulan, setahun, beberapa tahun. Minimum absolut untuk seluruh permukaan bumi dicatat di stasiun Vostok di Antartika pada Agustus 1960 dan berjumlah - 88,3 0 , untuk belahan bumi utara - di Oymyakon pada Februari 1933 (-67,7 0 ).

Suhu tertinggi untuk seluruh Bumi diamati pada bulan September 1922 di El-Asia di Libya (+57,8 0 C). Rekor panas kedua +56,7 0 C tercatat di Death Valley. Gurun Thar (+53 0 ) berada di tempat ketiga menurut indikator ini.

Di laut, suhu air tertinggi +35.6 0 tercatat di Teluk Persia. Air danau paling panas di Laut Kaspia (hingga +37,2 0 ).

Distribusi panas di permukaan bumi

Pola utama dalam distribusi panas di atas permukaan bumi - zonalitas - memungkinkan Anda untuk mengidentifikasi sabuk termal (suhu). Sabuk termal tidak sesuai dengan sabuk iluminasi yang dibentuk menurut hukum astronomi, karena rezim termal tidak hanya bergantung pada pencahayaan, tetapi juga pada sejumlah faktor lainnya.

Di kedua sisi khatulistiwa, hingga sekitar 30 0 N.S. dan lintang selatan, terletak sabuk panas , dibatasi oleh isoterm tahunan 20 0 .

Di garis lintang tengah adalah zona suhu sedang . Mereka dibatasi oleh isoterm 10 0 dari bulan terpanas. Isoterm ini bertepatan dengan batas distribusi tanaman berkayu (suhu rata-rata terendah di mana benih pohon matang adalah 10 0 C; pada jumlah suhu bulanan yang lebih rendah, hutan tidak beregenerasi).

Di garis lintang subpolar membentang sabuk dingin , yang batas kutubnya adalah isoterm 0 0 C pada bulan terpanas. Mereka umumnya bertepatan dengan zona tundra.

Di sekitar kutub adalah sabuk es abadi , di mana suhu setiap bulan di bawah 0 0 C. Salju dan es abadi terletak di sini.

Sabuk panas, meskipun areanya luas, secara termal cukup homogen. Suhu rata-rata tahun ini bervariasi dari 26 0 C di khatulistiwa hingga 20 0 C di batas tropis. Amplitudo tahunan dan harian tidak signifikan. Secara termal relatif homogen adalah sabuk es dingin dan abadi karena batas kecil. Sabuk beriklim sedang, meliputi garis lintang dari subtropis hingga subkutub, secara termal sangat heterogen. Di sini, suhu tahunan di beberapa garis lintang mencapai 20 0 C, sementara di tempat lain bahkan suhu bulan terpanas tidak melebihi 10 0 C. Diferensiasi zona beriklim yang terdefinisi dengan baik terungkap. Zona beriklim utara, sehubungan dengan kontinentalnya (daratan), juga dibedakan dalam arah memanjang: dalam perjalanan suhu tahunan, posisi pantai dan pedalaman jelas mempengaruhi.

Di zona beriklim sedang, pada perkiraan pertama, garis lintang subtropis dibedakan, rezim termal yang memastikan pertumbuhan vegetasi subtropis, garis lintang yang cukup hangat, di mana panas memastikan keberadaan hutan berdaun lebar dan stepa, dan garis lintang boreal dengan jumlah panas yang cukup hanya untuk penyebaran hutan jenis konifera dan pohon berdaun kecil.

Dengan kesamaan umum dari zona suhu kedua belahan bumi, disimetri termal Bumi sehubungan dengan khatulistiwa jelas menonjol. Ekuator termal digeser ke utara relatif terhadap yang geografis, belahan bumi utara lebih hangat daripada yang selatan, di belahan bumi selatan suhunya samudera, di belahan bumi utara - benua; Kutub Utara lebih hangat daripada Antartika.

pertanyaan utama. Apa itu radiasi matahari? Bagaimana penyebaran radiasi matahari di permukaan bumi?

Radiasi sinar matahari - sinar matahari dalam arti luas, yaitu radiasi Matahari di ruang angkasa dalam bentuk gelombang elektromagnetik (dari radiatio - pancaran). Radiasi matahari adalah sumber energi terpenting untuk proses atmosfer - pembentukan cuaca dan iklim, sumber utama kehidupan di Bumi.

Selain sinar matahari Matahari, yang dirasakan oleh penglihatan kita, radiasi ultraviolet dan inframerah yang tidak terlihat berasal dari Matahari. Di atmosfer, radiasi matahari sebagian dipantulkan oleh awan, sebagian diserap, berubah menjadi panas, dan sebagian hilang. Tidak semua wilayah di bumi menyerap radiasi matahari dengan jumlah yang sama. Sebagian besar radiasi diserap oleh tanah subur (hingga 90%), hutan jenis konifera (80%). Radiasi matahari yang merambat di luar angkasa dan mencapai permukaan bumi sebagian dipantulkan kembali ke atmosfer. Salju yang baru turun dan gurun pasir memiliki reflektifitas tertinggi.

Paling sering, radiasi matahari dinyatakan dalam satuan termal - dalam kalori untuk waktu tertentu per satuan luas.(Gbr)

Distribusi radiasi matahari di atas permukaan bumizonal. Dia adalahmenurun dari ekuator ke kutub sesuai dengan penurunan sudut datang sinar matahari.(Gbr. 2) Apakah ada penyimpangan dalam distribusi radiasi? Ya, ada. Penyimpangan dari distribusi zona dijelaskan oleh kekeruhan dan transparansi atmosfer yang berbeda. Benua menerima lebih banyak radiasi matahari daripada lautan karena kurang (15-30%) kekeruhan di atasnya. Di belahan bumi utara, di mana bagian utama bumi ditempati oleh benua, total radiasi lebih tinggi daripada di belahan bumi selatan (Gbr. 2)

Sabuk termal. Tergantung pada jumlah panas matahari di dunia, 5 zona termal dibedakan: satu panas, dua sedang, dua dingin. Batas-batas zona termal adalah isoterm. sabuk panas di kedua sisi dibatasi oleh isoterm tahunan + 20 °С. Dua sabuk sedang dibatasi dari sisi khatulistiwa oleh isoterm tahunan +20°С, dan dari sisi kutub +10°С bulan terpanas. Perbatasan utara kira-kira bertepatan dengan perbatasan tundra dan hutan. Dua sabuk dingin terletak di antara isoterm +10° dan 0° pada bulan terpanas. Di darat, ini adalah zona tundra. Kedua daerah es abadi dibatasi oleh isoterm 0°C. Ini adalah alam salju dan es abadi (Gbr. 3.4).

Distribusi suhu di atas permukaan bumi seperti halnya radiasi matahari bersifat zonal dan bervariasi dari ekuator hingga kutub. Pola ini ditampilkan dengan jelas pada peta iklim dunia, di mana isoterm tahunan atau isoterm bulan terpanas dan terdingin ditampilkan. (Gbr. 3) (Pelajari distribusi suhu di atas permukaan bumi pada peta). Menganalisis isoterm tahunan pada peta iklim dunia, Anda akan sampai pada kesimpulan berikut. Pertama, di garis lintang khatulistiwa, penurunan suhu udara dengan meningkatnya jarak dari khatulistiwa terjadi secara perlahan, di garis lintang sedang - agak cepat, di garis lintang subpolar - lagi-lagi perlahan. Kedua, suhu di semua paralel belahan bumi utara lebih tinggi daripada di paralel serupa di belahan bumi selatan. Fenomena ini dijelaskan oleh fakta bahwa di belahan bumi selatan sebagian besar wilayah ditempati oleh lautan, oleh karena itu, lebih banyak panas dihabiskan untuk penguapan. Selain itu, daratan Antartika yang tertutup es memiliki efek pendinginan yang signifikan. Ketiga, isoterm tidak sesuai dengan paralel karena kondisi pemanasan dan pendinginan daratan dan laut yang tidak sama, pengaruh arus hangat dan dingin dalam kombinasi dengan angin barat yang berlaku. Ini terutama terlihat di Belahan Bumi Utara, di mana ada pergantian benua dan lautan. (gbr.3)

nilai tahunan radiasi total Hal ini ditentukan oleh garis lintang geografis, transparansi atmosfer dan durasi iluminasi, dan terutama tergantung pada sudut datangnya sinar matahari di permukaan bumi dan tutupan awan. Secara umum, radiasi total berkurang dari ekuator ke kutub.

1. Apa itu radiasi matahari? 2. Tunjukkan pada peta menggunakan isoterm distribusi suhu di atas permukaan bumi. Jelaskan alasannya.*3. Tunjukkan di peta fisik dunia batas-batas zona termal . **4. Mengapa batas zona termal ditarik sepanjang isoterm?