Тепловой баланс географической оболочки. Распределение температуры на земной поверхности.

Тепло, получаемое земной поверхностью, преобразуется и перераспределяется атмосферой и гидросферой. Тепло расходуется главным образом на испарение (80%), турбулентный теплообмен (около 20%) и на перераспределение тепла между сушей и океаном.

Наибольшее количество тепла расходуется на испарение воды с океанов и материков. В тропических широтах океанов на испарение затрачивается примерно 100-120 ккал/см² в год (соответствует испарению слоя воды в 2 м мощностью). В экваториальном поясе на испарение затрачивается значительно меньше энергии – 60 ккал/см² в год (соответствует однометровому слою воды).

На материках максимальные затраты тепла на испарение приходятся на экваториальную зону с ее влажным климатом. В тропических широтах суши расположены пустыни с ничтожным испарением. В умеренных широтах затраты тепла на испарение в океанах в 2,5 раза больше, чем на суше. Поверхность океана поглощает 55-97% всей радиации, падающей на него.

Тепло, затраченное на испарение воды, передается атмосфере при конденсации пара в виде скрытой теплоты парообразования. Этот процесс выполняет главную роль в нагревании воздуха и движении воздушных масс.

Максимальное для всей тропосферы количество тепла от конденсации водяного пара получают экваториальные широты – 100-140 ккал/см² в год. Это объясняется поступлением сюда огромного количества влаги, приносимой пассатами из тропических акваторий, и поднятием воздуха над экватором. В сухих тропических широтах количество скрытой теплоты парообразования ничтожно: менее 10 ккал/см² в год в материковых пустынях и около 20 ккал/см² в год над океанами.

Радиационное тепло поступает в атмосферу также через турбулентный теплообмен воздуха. Воздух – плохой проводник тепла, поэтому молекулярная теплопроводность может обеспечить нагрев только незначительного (единицы метров) нижнего слоя атмосферы. Тропосфера нагревается путем турбулентного, струйного, вихревого перемешивания: воздух нижнего, прилегающего к земле слоя, нагревается, струями поднимается, на его место опускается верхний холодный воздух, который тоже нагревается. Таким образом тепло быстро передается от почвы воздуху, от одного слоя к другому.

Турбулентный поток тепла больше над материками и меньше над океанами. В отличие от скрытой теплоты парообразования турбулентный поток атмосферой удерживается слабо. Над пустынями он передается вверх и рассеивается, поэтому пустынные зоны и выступают как области охлаждения атмосферы.

Тепловой режим континентов различен: затраты тепла на испарение на северных материках определяется их положением в умеренном поясе; в Африке и Австралии – аридностью их значительных площадей. На всех океанах огромная доля тепла затрачивается на испарение, затем часть этого тепла переносится на материки и утепляет климат высоких широт.

Анализ теплообмена между поверхностью материков и океанов позволяет сделать следующие выводы:

1. В экваториальных широтах обоих полушарий атмосфера получает от нагретых океанов тепла до 40 ккал/см² в год.

2. От материковых тропических пустынь тепла в атмосферу практически не поступает.

3. Линия нулевого баланса проходит по субтропикам, близ 40° широты.

4. В умеренных широтах расход тепла излучением больше поглощенной радиации; это значит, что климатическая температура воздуха умеренных широт определяется не солнечным, а адвективным (принесенным из низких широт) теплом.

5. Радиационный баланс Земля-Атмосфера диссиметричен относительно плоскости экватора: в полярных широтах северного полушария он достигает 60, а в соответствующих южных – только 20 ккал/см² в год; тепло переносится в северное полушарие интенсивнее, чем в южное, приблизительно в 3 раза. Балансом системы Земля-атмосфера определяется температура воздуха.

Распределение тепла по земной поверхности. Если бы тепловой режим географической оболочки определялся только распределением солнечной радиации без переноса ее атмосферой и гидросферой, то на экваторе температура воздуха была бы 39°С, а на полюсе –44°С. Уже на широте 50° с.ш. и ю.ш. начиналась бы зона вечного мороза. Однако действительная температура на экваторе составляет около 26°С, а на северном полюсе –20°С.

До широт 30° солярные температуры выше фактических, т.е. в этой части земного шара образуется избыток солнечно тепла. В средних, а тем более в полярных широтах фактические температуры выше солярных, т.е. эти пояса Земли получают дополнительное к солнечному тепло. Оно поступает из низких широт с океаническими (водными) и тропосферными воздушными массами в процессе их планетарной циркуляции. Таким образом, распределение солнечного тепла происходит в системе высокого структурного уровня – атмосфере и гидросфере.

Анализ распределения тепла в гидросфере и атмосфере позволяет сделать следующие обобщающие выводы:

1.Южное полушарие холоднее северного, так как туда меньше поступает адвективного тепла из жаркого пояса.

2.Солнечное тепло расходуется главным образом над океанами на испарение воды. Вместе с паром оно перераспределяется как между зонами, так и внутри каждой зоны, между материками и океанами.

3.Из тропических широт тепло с пассатной циркуляцией и тропическими течениями поступает в экваториальные.

4.Северный умеренный пояс от теплых океанских течений, идущих из экваториальных широт (Гольфстрим, Куросио), получает на океанах до 20 и более ккал/см² в год.

5.Западным переносом с океанов тепло переносится на материки, где умеренный климат формируется не до широты 50°, а намного севернее полярного круга.

6.В южном полушарии тропическое тепло получают только Аргентина и Чили; в Южном океане циркулируют холодные воды Антарктического течения.

Распределение тепла на земной поверхности на географических картах показано при помощи изотерм. Существуют карты изотерм года и каждого месяца. Эти карты достаточно объективно иллюстрируют тепловой режим той или иной местности.

Тепло на земной поверхности распределено зонально-регионально:

1.Средняя многолетняя самая высокая температура (27 °С) наблюдается не на экваторе, а на 10° с.ш. Эта наиболее теплая параллель называется термическим экватором.

2. В июле термический экватор смещается на северный тропик. Средняя температура на этой параллели равна 28,2°С, а в самых жарких районах (Сахара, Калифорния, Тар) она достигает 36 °С.

3.В январе термический экватор сдвигается в южное полушарие, но не так значительно, как в июле в северное. Самой теплой параллелью (26,7°С) в среднем оказывается 5° ю.ш., но самые жаркие районы находятся еще южнее, т.е. на материках Африки и Австралии (30°С и 32°С).

4.Температурный градиент направлен к полюсам, т.е. температура к полюсам понижается, причем в южном полушарии значительнее, чем в Северном. Разница между экватором и Северным полюсом составляет летом 27°С, зимой 67°, а между экватором и Южным полюсом летом 40°С, зимой 74°С.

5.Падение температуры от экватора к полюсам неравномерное. В тропических широтах оно происходит очень медленно: на 1° широты летом 0,06-0,09°С, зимой 0,2-0,3°С. Вся тропическая зона в температурном отношении оказывается весьма однородной.

6.В северном умеренном поясе ход январских изотерм очень сложен. Анализ изотерм выявляет следующие закономерности:

а). в Атлантическом и Тихом океанах значительна адвекция тепла, связанная с циркуляцией атмосферы и гидросферы;

б). примыкающая к океанам суша – Западная Европа и Северо-Западная Америка – имеют высокую температуру (на побережье Норвегии 0°С);

в). огромный массив суши Азии сильно выхоложен, на нем замкнутые изотермы очерчивают очень холодную область в Восточной Сибири, до –48°С.

г). изотермы в Евразии идут не с Запада на Восток, а с северо-запада на юго-восток, показывая, что температуры падают в направлении от океана вглубь материка; через Новосибирск проходит та же изотерма, что и по Новой Земле (–18°С). Подобная картина, но несколько в ослабленном виде, наблюдается и в Северной Америке.

7.Июльские изотермы идут достаточно прямолинейно, т.к. температура на суше определяется солнечной инсоляцией, а перенос тепла по океану (Гольфстрим) летом на температуру суши заметно не влияет, ибо она нагрета Солнцем. В тропических широтах заметно влияние холодных океанских течений, идущих вдоль западных берегов материков (Калифорнийское, Перуанское, Канарское и др.), которые охлаждают прилегающую к ним сушу и вызывают отклонение изотерм в сторону экватора.

8.В распределении тепла по земному шару отчетливо выражены следующие две закономерности: а) зональность, обязанная фигуре Земли; б) секторность, обусловленная особенностями усвоения солнечного тепла океанами и материками.

9.Средняя температура воздуха на уровне 2 м для всей Земли составляет около 14°С (январская 12°С, июльская 16°С). Южное полушарие в годовом выводе холоднее северного. Средняя температура воздуха в северном полушарии составляет 15,2°С, в южном – 13,3°С.