Quali sono i modelli di distribuzione della temperatura dell'aria sulla Terra e da cosa dipende?

Il clima è un modello meteorologico pluriennale tipico dell'area. Possiamo parlare del clima di tutta la Terra nel suo complesso se fa freddo a Pietroburgo e fa caldo a Sochi; ci sono inondazioni in India e siccità nel Sahara? Tuttavia, in realtà, tutto dipende dal valore che attribuiamo a queste o altre differenze. In effetti, a rigor di termini, anche nei due distretti limitrofi di San Pietroburgo, la temperatura dell'aria è diversa. Tuttavia, questo non ci impedisce di dire che Petersburg è una città fredda, e Sochi è una città calda. Proviamo a capire quali sono le ragioni della differenza nella temperatura dell'aria sulla Terra.

È chiaro che le piccole differenze di temperatura all'interno della città non hanno alcun significato rispetto alle differenze tra la temperatura media delle città da diverse zone climatiche. Allo stesso modo, parlando della Terra nel suo insieme, possiamo trascurare le differenze tra le sue regioni rispetto alle differenze più significative tra questo e altri pianeti del sistema solare. Pertanto, è abbastanza ragionevole parlare del clima globale del globo e delle sue caratteristiche: temperatura, precipitazioni totali, pressione, ecc.

Quali sono i modelli di distribuzione della temperatura dell'aria sulla Terra?

Esiste una fonte di energia comune e, inoltre, l'unica, per tutta la Terra: il Sole. Si noti che, relativamente di recente, alla fine del secolo scorso, la scienza ha aderito ad altre idee. Si riteneva che per la Terra una fonte molto importante di calore fosse il suo sottosuolo e che l'energia solare da sola non fosse sufficiente a mantenere una temperatura favorevole per la vita.

Quali sono i modelli di distribuzione della temperatura dell'aria sulla Terra, in effetti? Quando gli scienziati hanno imparato a quantificare il flusso di energia sul nostro pianeta, si è scoperto che il flusso di calore dall'interno della Terra è solo a pochi decimillesimi dell'energia solare in ingresso e non ha alcun effetto significativo sulla formazione del clima del pianeta. L'unica fonte significativa di energia per esso è la radiazione solare, e quindi è ragionevole parlare per prima cosa del clima della Terra nel suo insieme, e solo allora considerare le sue singole aree come casi speciali.

Caratteristiche importanti

Come si forma il clima globale? Prima di passare a una conversazione su questo, si dovrebbe notare che si intende solo il regime a lungo termine di temperatura e precipitazioni. È noto che il clima è caratterizzato non solo da queste due quantità. Ce ne sono molti altri: pressione atmosferica, direzione e velocità del vento, ecc.

Solo quelle caratteristiche del clima che hanno un impatto significativo sugli organismi viventi hanno un serio significato ecologico: prima di tutto, le piante, in quanto fornitori della principale quantità di biomassa. Per loro, temperatura, precipitazioni e nuvolosità sono le più importanti.

Anche il ruolo dell'atmosfera nella distribuzione della temperatura dell'aria sulla Terra non può essere minimizzato. La sua composizione è fondamentale. Le restanti caratteristiche del clima sono importanti dal punto di vista della geofisica, ma, parlando di ecologia, possono essere trascurate.

Dipendenza dal sole

Quindi, che tipo di processi fisici determinano la temperatura della superficie della Terra e lo strato superficiale dell'aria? Quali sono i maggiori? Infine, quali sono i modelli di distribuzione della temperatura dell'aria sulla Terra?

Prima di tutto, è chiaro che la temperatura dipende dal calore totale immesso dal sole. Attraverso la piattaforma, perpendicolare ai raggi e situata a una distanza media dalla Terra, passa un flusso di energia di 1,37 kW / m². Questo valore è chiamato la costante solare. Quanta energia arriva al mondo intero in un secondo? Ovviamente, è uguale al prodotto della costante solare per l'area del disco terrestre.

Tuttavia, non tutta questa energia viene assorbita dalla terra. Parte di esso viene riflessa dalla superficie nello spazio esterno. Questa energia si chiama albedo. Il suo valore dipende sia dalla natura della radiazione che dalle proprietà della superficie stessa e può assumere valori che vanno da 0 (per un corpo assolutamente nero, assorbendo tutta l'energia incidente su di esso) a 1 (assolutamente bianco, che riflette tutto).

Riflessione e assorbimento solari

L'albedo medio dell'intera Terra nel suo complesso dovrebbe dipendere da quanta parte della sua superficie è occupata da acqua, neve, ghiaccio, foreste, campi, deserti, ecc. In altre parole, dipende dalla struttura della superficie terrestre. Fortunatamente, l'equipaggiamento installato su satelliti artificiali, consente di misurare direttamente l'albedo medio del pianeta, senza entrare in calcoli ingombranti. Risulta essere 0.30. Ciò significa che circa il 30% dell'energia solare che arriva sulla Terra viene riflesso nello spazio, e il 70% viene assorbito e va a riscaldare la superficie.

Notiamo che la maggior parte dell'energia solare viene riflessa dal limite superiore delle nuvole con un albedo vicino al 100%. Chiunque abbia sorvolato un aeroplano sa quanto le nuvole bianche sembrino abbaglianti. Pertanto, l'albedo medio del pianeta dipende in modo significativo da quanto è coperto da nuvole.

Radiazione di calore

Poiché la radiazione solare arriva costantemente sulla Terra, diventa chiaro che c'è un qualche tipo di rimozione di energia da esso (altrimenti la temperatura del pianeta aumenterebbe costantemente e, inoltre, molto rapidamente). Tale rimozione esiste davvero e viene effettuata per mezzo della propria radiazione termica.

Poiché la temperatura della superficie del pianeta è molto più bassa del sole, la sua radiazione termica si verifica nella gamma dell'infrarosso, non visibile agli occhi. La quantità totale di energia emessa dalla superficie terrestre per unità di tempo è determinata proporzionalmente alla quarta potenza della sua temperatura assoluta. Ovviamente, la radiazione totale del nostro intero pianeta sarà uguale a questo valore moltiplicato per l'area della sfera terrestre.

Considerando quali sono i modelli di distribuzione della temperatura dell'aria sulla Terra, possiamo concludere che il clima globale del pianeta è abbastanza stabile. Questo è possibile solo a condizione che il flusso di radiazione solare assorbita dalla terra sia uguale alla radiazione termica del pianeta stesso. Così si scopre il modello più semplice del clima globale del pianeta. Da qui è possibile ottenere il valore della cosiddetta temperatura di equilibrio delle radiazioni (-18 ° C). Sarebbe stato così se la superficie della terra non avesse un'atmosfera. Da dove viene la differenza tra questa temperatura e il reale? Riguarda le caratteristiche dell'interazione dei gas atmosferici con le radiazioni. Questo è esattamente ciò che dipende dalla temperatura dell'aria sulla Terra.