Energijska bilanca. E=E i +E p +E k +E lh. energija zaradi sproščanja latentne toplote. notranja energija potencialna energija. kinetična energija

HTML
DOWNLOAD

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Energijska bilanca. E=E i +E p +E k +E lh. energija zaradi sproščanja latentne toplote. notranja energija potencialna energija. kinetična energija"

Σπύρο Μαγγίνας
7 χρόνια πριν
Προβολές:

1 Energijska bilanca E=E i +E p +E k +E lh notranja energija potencialna energija kinetična energija energija zaradi sproščanja latentne toplote Skupna energija klimatskega sistema (atmosfera, oceani, tla) je ohranjena

2 Prenosi energije v klimatskem sistemu Totalna energija sistema je ohranjena sevanje, kondukcija, konvekcija

3 Prvi zakon termodinamike izmenjena toplota dq=mc v T+pdα notranja energija opravljeno delo dq=mc p T-Vdp 1 m dq dt = C p dt dt dp α dt dt dt dp = α C dt p 1 mc p dq dt

4 Sevanje Osnovne spremenljivke za opis prenosa energije sevanjem: valovna dolžina - λ (m) frekvenca - ν (s -1 oz. Hz) c = λ ν c - svetlobna hitrost ( m/s) P = 1 A ΔE Δt P A = ΔE Δt gostota energijskega toka sevanja (v enotah J/sm 2 = W/m 2 ) energijski tok (v enotah W = J/s )

5 Spekter elektromagnetnega sevanja

6 Osnovni fizikalni zakoni, ki se uporabljajo za opis sevanja 1) Planckov zakon: porazdelitev gostote energijskega toka v spektru valovnih dolžin P λ 2hc ( T) dλ = / 2 d [ ] λ 5 ch kλt e 1 λ Intenziteta monokrom. sevanja (energija po enoti površine v enoti časa po enoti kota) c - svetlobna hitrost ( m/s) h - Planckova konstanta (6, Js) k - Boltzmannova konstanta (1, J/K)

7 Osnovni fizikalni zakoni, ki se uporabljajo za opis sevanja 2) Wienov zakon: spekter sevanja črnega telesa ima maksimum pri valovni dolžini λ T = c max W c W - Wien-ova konstanta (c W =2898 Kµm) λ max - valovna dolžina pri kateri telo seva največ (m) T - temperatura telesa (K) Torej, toplejša telesa sevajo več pri manjših valovnih dolžinah, kot hladnejša.

8 Osnovni fizikalni zakoni, ki se uporabljajo za opis sevanja 3) Stefan-Boltzmannov zakon (črno telo s T višjo od absolutne ničle, oddaja energijo s sevanjem): 0 P( T) = P ( T) dλ ~ T λ P( T)cosθ dωda = σt Stefan-Boltzmannova konstanta σ σ= Wm -2 K Za sivo telo: P = ε σ T 4 ε emisivnost ali sposobnost oddajanja

9 Gostota energijskega toka na vrhu ozračja na povprečni oddaljenosti od Sonca Sonce seva pri ~5800 K, Vidna (λ med 0,4 in 0,75 µm), IR (0,2-0,4 µm) in UV (0,4-24 µm) svetloba S o = Q =1367 Wm 2 2 4πr Q intenziteta sončnega sevanja (3, W) r povprečna razdalja Sonce-Zemlja ( m)

11 Sončno in terestrično sevanje λ max = 2898 T Kµm Sončno sevanje ima max v področju vidne svetlobe (~0.6 µm), terestično v infrardečem delu (~14 µm)

12 Gostota energijskega toka na vrhu ozračja na povprečni oddaljenosti od Sonca: S o =1367 Wm -2 Sonce seva pri ~6000 K, Na vrhu ozračja: ~46% energije je med 0.4 in 0.75 µm (vidno sevanje), ~46% energije je med 0.75 in 24 µm (IR, infrardece sevanje), ~7% energije je med 0.2 in 0.4 µm (UV, ultravijolicno sevanje).

13 Kaj se zgodi s S o na poti do tal? Vhodno sončno sevanje se delno - absorbira (upija) - sipa - odbija (reflektira) - prepušča (transmisivnost) Sposobnost absorpcije: Koeficient absorptivnosti Sposobnost oddajanja: Koeficient emisivnosti ε P = εσt 4 Odbita energija Upadla energija = α koeficient refleksivnosti (odboja), ALBEDO

14 Albedo

15 Albedo pri tleh Albedo is majhen za površino oceanov, (2-10)%, Večji za kopno, posebej za puščave, (35-45)%, Največji pa za območja ledu in pod snegom (80% in večji)

16 Albedo za različne površine

17 Emisijska temperatura Zemlje

18 Bilanca energije na vrhu ozračja Letno povprečje Vhodno sončno sevanje 340 W/m 2 Absorbirano sončno sevanje 240 W/m 2 Planetary albedo 0.30 Oddano sevanje Zemlje 240 W/m 2 Emisijska temperatura Zemlje 255 K

19 Bilanca energije na vrhu ozračja Sončno sevanje Albedo Sevanje Zemlje Bilanca Vir: Barkstrom et al., 1989

20 Bilanca energije in globalni tokovi

21 Vloga ozračja: transport Skupni transport energije skozi atmosfero in oceane proti poloma Petawatt=10 15 W

22 Vloga spodnjih robnih pogojev: T površine Temperatura površine morja januarja Temperatura površine morja julija

23 Vloga spodnjih robnih pogojev: vlaga Odvisnost e s od temperature Globalna porazdelitev e s Okoli 70% površine zemlje je mokro

24 Vloga spodnjih robnih pogojev: ostali faktorji Nadmorska višina (orografija) Toplotna kapaciteta Hrapavost podlage Vegetacija Morski led Kopenski led

25 Profil ravnovesne temperature

26 Kaj se zgodi s S o na poti do tal?

27 Ocena energijske bilance Zemljina klimatskega sistema (v W/m 2 )

28 Porazdelitev Soncnega sevanja pri tleh

29 Ocena energijske bilance Zemljina klimatskega sistema (v %)

30 Lokalna bilanca energije Bilanca = +SW (soncno vhodno) SW (odbito) +LW (IR) LW (IR)

31 Energijska bilanca Zemlje P = P SW + P Povprečni energijski tok (ang. LW energy flux) P SW ( ) 1 α P = PSW PSW = SW α povprečni albedo P LW = P LW PLW Vse skupaj: P ( ) 4 1 α P εσt + P = SW Z LW SW: kratkovalovno LW: dolgovalovno

32 Energijska bilanca Zemlje: vrh ozračja (1) P TA ( ) 1 α P ds P ds 0 = SW top top LW Energijska bilanca na vrhu ozračja (TOA=top of the atmosphere) α povprečni albedo πr Z ( ) α zemlja+ozračje, v povprečju α S = 238 4πR 2 2 Z o Wm -2 Za Zemljo kot črno telo, ravnovesna temperatura za (1): σt 4 e = 238 Wm -2 Te = 255 K emisivnost ε=1

Energijska bilanca pri tleh P T s T e ( ) 4 1 A P εσt + P = SW e LW = T e 288 + ΔT ΔT = 33 K K emisivnost ε=1 P Tok zaznavne toplote P

33 Energijska bilanca pri tleh P T s T e ( ) 4 1 A P εσt + P = SW e LW = T e ΔT ΔT = 33 K K emisivnost ε=1 P Tok zaznavne toplote P SH P LH Tok latentne toplote P G P M Toplotni tok v globlje sloje = 0 Energija, porabljena za taljenje snega, leda ali zmrzovanje vode

34 Bilanca energije na površini Zemlje Letno povprečje Absorbirano sončno sevanje (SW) 176 W/m 2 Dolgovalovno sevanje proti tlom (LW ) 312 W/m 2 Dolgovalovno sevanje navzven (LW ) -385 W/m 2 Totalno dolgovalovno sevanje (LW) -73 W/m 2 Bilanca sevanja na površini (SW+LW) 103 W/m 2 Latentna toplota (LH) -79 W/m 2 Zaznavna toplota (SH) -24 W/m 2 Poznamo jo le približno (napaka znaša kakšnih 20%)

35 Povratni vplivi v klimatskem sistemu

36 Meddelovanje med oblaki in sevanjem

Σχετικά έγγραφα

Energijska bilanca Zemlje. Osnove meteorologije november 2017

Energijska bilanca Zemlje. Osnove meteorologije november 2017 Energijska bilanca Zemlje Osnove meteorologije november 2017 Spekter elektromagnetnega sevanja Sevanje Osnovne spremenljivke za opis prenosa energije sevanjem: valovna dolžina - λ (m) frekvenca - ν (s