Опубликовано: 27.08.2018
Радиационный баланс земной поверхности является важнейшей составляющей теплового баланса. Более или менее полное представление о потоках тепла, существующих между поверхностью ландшафта и выше и ниже расположенными его частями позволяет получить уравнение теплового баланса.
Уравнение теплового баланса имеет общий вид:
R = LE + P + А, где
R – радиационный баланс, LЕ – затраты тепла на испарение, P – теплообмен между поверхностью ландшафта и прилегающим воздухом, А – теплообмен между поверхностью ландшафта и нижележащими слоями ландшафта,
В приведенном уравнении учтено не все поступающее и расходуемое тепло, в частности, затраты тепла на фотосинтез и дальнейшую трансформацию в биогенном компоненте ландшафта, затраты тепла на таяние снега, неотраженно и тепло приносимое с осадками и т.д. Поэтому уравнение теплового баланса, как и уравнение водного баланса носит приближенный характер. Уравнение теплового баланса может быть в ряде случаев расширено.
Уравнение теплового баланса деятельного слоя ландшафта (т.е. ее внутреннего пространства в пределах которого осуществляется расхождение радиационного тепла) можно записать следующим образом:
R = L (E + T) + P ± An + F+ Bz − LC, где
R – радиационный баланс, E – физическое испарение, T – транспирация, P – затраты тепла на турбулентный обмен с атмосферой, An – поток тепла в почву и из почвы, F – затраты тепла на фотосинтез, Bz – тепловой сток, LC – тепло, выделяющееся при конденсации водяных паров, L – скрытая теплота парообразования. Физическое испарение (Е) и транспирация (Т) составляют суммарное испарение - Е. Размерность уравнения: кДж/м2, ккал/см2, кал/см2мин. В приведенном уравнении не учтен тепловой поток из глубин Земли к нижней границе геосистем.
Так как в среднем за год верхний слой почвы не охлаждается и не нагревается, то для среднего многолетнего периода теплообмен между почвой и нижележащими слоями равен нулю (А = 0), то и уравнение теплового баланса упрощается до следующего вида R = LE + P .
Если верхняя часть литогенной основы ландшафта суха, не содержит ни свободной, ни капиллярной влаги, растительность (если она имеется) не транспирирует, затрат на испарение не происходит и LЕ = 0, то вся тепловая энергия тратится на турбулентный теплообмен и уравнение теплового баланса имеет вид: R = P.
Важнейшими расходными составляющими теплового баланса являются затраты тепла на суммарное испарение и турбулентный обмен с атмосферой. Теплопоток в почву за годовой цикл в среднем многолетнем равен 0, в противном случае, если бы он был положительным, то происходило бы разогревание земной поверхности, если бы он был отрицательным, то мы были бы свидетелями формирования многолетней мерзлоты. Отметим, однако, что такие периоды в истории Земли были и, видимо, не однократно, о чем свидетельствует наличие многолетней мерзлоты (реликтовой и современной).
Вынос тепла со стоком, затраты на процесс фотосинтеза составляют не более 1-4 % радиационного баланса.
Рассмотрим составляющие теплового баланса.