تابش های زمینی و اثر جو بر آن ها

در حالی که جو برای تابش های خورشیدی تقریبا شفاف است، برای تابش های زمینی به طور کامل کدر می باشد، یعنی این که تابش ها را جذب می کند.

محتویات جو که نقش مهمی در جذب تابش های طول موج بلند زمینی و جوی را به عهده دارند عبارتند از: بخار آب، دی اکسید کربن، ازن و ابرها.

با فرض این که دمای متوسط سطح 288 کلوین(یا حدود 15 درجه سانتی گراد) باشد مولفه های تابش های زمینی را به طور متوسط به شرح زیر می توان ذکر کرد.

بنابراین مقدار انرژی ای که زمین به طور متوسط به صورت امواج بلند از دست می دهد(H-L) برابر با 18 واحد خواهد بود در مقایسه ی این انرژی از دست رفته با انرژی به درست آمده (G) به نظر می رسد که سطح به میزان 29 واحد انرژی به دست آورده باشد.

این انرژی به صورت های مختلف از جمله تبخیر و گرمای محسوس (M) به جو انتقال خواهد یافت. از طرف دیگر 58 واحد انرژی اضافه شده به جو از طریق هدایت، تبخیر و جذب تابش های خورشید و زمین به صورت تابشی به فضا خواهد رفت (N).

میزان ابر و بخار آب موجود باعث تغییراتی در میزان انرژی از دست رفته می شود. به عنوان مثال اگر موجودی بخار آب و یا پوشش ابر زیاد باشد آن گاه قسمت بیش تری از تابش های طول موج بلند زمین  توسط جو جذب می شود.

در مجموع جو که به طور موثری تابش های زمینی را جذب می کند خود نیز به طور پیوسته تابش می کند؛ در نتیجه قسمت اعظمی از انرژی تابشی مجددا به آن باز می گردد. بنابراین روزانه دما باید زاییده انتقال انواع دیگری انرژی باشد که اینک به شرح آن ها می پردازیم.

انتقال انرژی

انتقال انرژی بین سطح زمین و جو اطراف آن علاوه بر صورت تابشی به صورت های: هدایت، جابه جایی و تبخیر نیز رخ می دهد که هر یک را به طور خلاصه توضیح می دهیم.

هدایت:

هدایت نوعی از انتقال انرژی است که بین دو ماده که در تماس با یکدیگرند اتفاق می افتد، به طوری که جهت آن از طرف ماده با دمای بیش تر به سمت ماده با دمای کم تر می باشد.

آهنگی که این انتقال با آن صورت می گیرد به اختلاف دمای دو ماده بستگی دارد که اغلب برای سطح تماس از حاصل ضرب گرادیان دمایی در ضریب هدایت گرمایی مواد به دست می آید. از آن جایی که هوا یک هادی گرمایی ضعیف است، میزان این انتقال در داخل جو از اهمیت زیادی برخوردار نیست؛ ولی در نقاط تماس مستقیم هوا و زمین، میزان انتقال به صورت هدایت مهم بوده و جهت آن به دمای زمین و هوا بستگی دارد.

جابه جایی (همرفت):

جابه جایی نوعی انتقال انرژی است که در اثر واکنش های هوا حاصل می شود. جابه جایی آزاد زمانی رخ می دهد که قسمت هایی از جو در تماس با سطح زمین از طریق هدایت گرم شود و چگالی آن نسبت به هوای اطراف کاهش یابد؛ در نتیجه در اثر سبک شدن بالا رفته و در ارتفاع بالاتر از طریق آمیزش با هوای اطراف انرژی خود را از دست می دهد.

انتقال انرژی به روش جا به جایی بر روی خشکی با درجات متفاوتی در طول روز رخ می دهد.

جا به جایی غیرآزاد (اجباری) که غالبا از آن با نام آشفتگی یاد می شود با حرکت تلاطمی جو صورت می گیرد، آشفتگی زمانی ایجاد می شود که جریان هوا از روی سطوح عبور کند. درجه ی آشفتگی و ارتفاعی که این آشفتگی (تلاطم) تا آن گسترش می یابد، هر دو با افزایش سرعت باد و ناهمواری سطح افزایش می یابد.

انتقال عمودی انرژی در لایه ی هوای آشفته توسط پیچک ها و یا بسته های هوا با اندازه های مختلف که به شکل کره ای در حرکت می باشند، صورت می گیرد.

هر دو صورت جا به جایی آزاد و غیرآزاد ممکن است به طور هم زمان رخ دهد، در حالی که جابه جایی غیرآزاد می تواند بدون حضور نوع آزاد آن وجود  داشته باشد. هم چنین ممکن است جا به جایی غیرآزاد در تبادل انرژی بین جو و سطح در جهات مختلف نقش داشته باشد.

تبخیر عبارت است از تغییر حالت ماده از حالت مایع به بخار. به طور معمول تبخیر در سطح زمین رخ می دهد؛ جایی که آب از حالت مایع به بخار تبدیل می شود. تبخیر یکی از عمده ترین انواع انتقال انرژی از زمین به جو است. این انرژی پس از میعان بخار آب در هوا به اطراف منتقل می شود.

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه: فاطمه گودرزی - تنظیم: یگانه داودی