Transcript Zagrevanje Zemlje i atmosfere

Zagrevanje Zemlje i
atmosfere
6-8
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Pojmovi toplote i temperature
Toplota je oblik energije. Može da se prima i odaje. Odavanjem i primanjem
toplote menja se temperatura tela.
Temperatura je fizička veličina koja opisuje toplotno stanje nekog sistema.
Promenom temperature menja se unutrašnja energija tela, tj. kinetička energija
njegovih molekula.
Q  mcDt
Toplotni kapacitet, C [J/K] C=DQ/Dt
Specifični toplotni kapacitet, tj. specifična toplota, c (Ct) [J/kg K]
Zapreminski toplotni kapacitet, tj. zapreminska specifična toplota, (Cv)
[J/m3 K]
C v  c  C t
Ako je gustina zemljišta =1300 kg/m3, a
njegova težinska specifična toplota Ct=8,5
105 J/kg oC, koliko iznosi njegova
zapreminska specifična toplota Cv?
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Pojmovi toplote i temperature
Toplotna provodnost, l je mera sposobnosti zemljišta da provodi toplotu, a
definiše se kao količina energije koja za 1 s protekne kroz osnovu stuba zemljišta
površine 1 m2 i visine 1 m kada između njegovih osnova postoji temperaturna razlika
od 1 oC
Temperaturna provodnost, k je mera brzine kojom se temperaturni talas prostire
u dublje slojeve zemljišta. Definiše se kao odnos toplotne provodnosti l i zapreminske
specifične toplote Cv
k= l/ Cv
Najveću temperaturnu provodnost, među zemljištima ima peskovito zemljište.
Dijatermnost je sposobnost sredine, vode npr., da propušta sunčeve zrake do
većih dubina
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Zagrevanje površine Zemlje
Energija dospela na površinu Zemlje troši se na:
• reflektovano zračenje (KT i DT) i izračivanje,
• konvekciju – isparavanje i stvaranje konvektivnih struja (tj. pretvara se u
mehanički rad)
• provođenje toplote sa čestice na česticu
Osobine površine Zemlje koje najviše utiču na transport toplote:
• zapreminska spec. toplota
• provodljivost toplote i temperature
• dijatermnost
Zapreminska specifična toplota vode je velika a vazduha mala. Sadržaj vazduha
(rastresitost) i vode (vlažnost) u zemljištu utiču na njegovu specifičnu toplotu.
Toplotna provodnost se povećava sa povećanjem vlažnosti. Ako se vlažnost
peska poveća samo za 20% koeficijent toplotne provodnosti se poveća 10 puta.
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Zagrevanje kopna
Iznos apsorbovanog zračenja i zagrevanje kopna provođenjem (prenošenjem energije sa
čestice na česticu) zavisi od njegovih fizičkih karakteristika.
• Boja i hrapavost površine
• Odsustvo dijatermije (dovodi do intenzivnog zagrevanja površinskog sloja zemljišta)
• Manji gubitak energije (u odnosu na vodene površine) u vidu latentne toplote
• Mala specifična toplota uzrokuje brzo zagrevanje i hlađenje
• Vlažno zemljište bolje provodi toplotu od suvog zemljišta. Vlažnost zemljišta utiče i na
protivzračenje atmosfere koje je veće iznad vlažnog nego iznad suvog zemljišta
• Za izračunavanje bilansa toplote u površinskom sloju kopna potrebno je poznavati i
dubinu do koje se oseća godišnje kolebanje temperature, srednje mesečne temperature
posmatranog sloja u najtoplijem i najhladnijem mesecu i specifičnu toplotu sloja.
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Zagrevanje kopna – dnevni hod temperature kopna
Zavisi od bilansa KT zračenja i efektivnog izračivanja. Kada je KT zračenje veće
od efektivnog izračivanja temperatura zemljišta raste, a u suprotnom opada.
Maksimum u dnevnom hodu
temperature kopna se javlja oko 13
časova, a minimum u vreme
izlaska Sunca.
Dnevni hod KT zračenja (ABC), efektivnog izračivanja (DEF) i
temperature zemljišta (MNR)
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Zagrevanje kopna – dnevni hod temperature kopna
Vreme postizanja maksimalne temperature na različitim dubinama je različito i
svaki sloj kasni u odnosu na prethodni gledajući od površine zemljišta.
Zbog male toplotne provodljivosti kopna uticaj provođenja toplote tokom dana
oseti se samo do neke dubine. Ona obično iznosi oko 1m. Zimi je ta dubina manja
a leti veća.
Danju temperatura zemljišta opada
sa dubinom, a noću raste.
Dnevni hod temperature zemljišta
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Zagrevanje kopna – dnevni hod temperature kopna
Zbog različite dužine trajanja dana i intenziteta KT zračenja i efektivnog
izračivanja tokom godine (sezonske promene) dnevni hodovi temperature se
razlikuju.
Leti:
• temperatura pri zalasku je viša od temp
zemljišta pri izlasku Sunca;
• dnevni deo temp krive je izrazitiji i duži
a noćni kraći i strmiji
Zimi – obrnuto
Uzrok: akumulacija toplote u zemljištu
tokom dana
Dnevni hod temperature površinskog sloja zemljišta
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Zagrevanje kopna – dnevno kolebanje temperature kopna
Temperatura zemljišta se meri geotermometrima.
Geotermoizoplete su linije koje povezuju tačke sa istom temperaturom zemljišta.
Dnevna amplituda temperature zemljišta
 razlika između najviše i najniže temperature u toku dana;
 zavisi od
• geografske širine (manje kolebanje na manjoj g.š.),
• godišnjeg doba (veće je leti),
• fizičkih osobina zemljišta (ako je toplotna provodnost veća manje je kolebanje
temperature) i
• oblačnosti (manje je kada je oblačno)
• pokrivača (amplituda je manja ako postoji biljni pokrivač)
Dubina do koje se oseti dnevno kolebanje temperature zemljišta obično iznosi 1 m.
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Zagrevanje kopna – godišnji hod temperature kopna
Posle prolećne ravnodnevnice počinje nagomilavanje toplote u površinskom sloju
zemljišta koja dovodi do sistematskog porasta temperture.
Minimum u godišnjem hodu temperature kopna se javlja u januaru, 5 sedmica
posle zimskog solsticijuma, a maksimum se javlja u julu 5 sedmica posle letnjeg
solsticijuma
Ako je poznata dubina kolebanja temperature zemljišta u dnevnom hodu onda se
ova dubina u godišnjem hodu može odrediti na osnovu relacije
h1

h2
1
2
Od dubine na kojoj se ne oseća promena
temperature zemljišta sa dubinom u godišnjem
hodu, temperatura sa dubinom stalno raste. U
našim krajevima to je oko 15 m.
Primer:
Ako je dubina kolebanja temperature u toku
dana 1 m, kolika je dubina kolebanja
temperature tokom godine?
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Dnevni hod temperature zemljišta
Godišnji hod temperture zemljišta
Zagrevanje Zemlje i atmosfere
Merenje i obrada temperature zemljišta
(Praktikum iz meteorologije: G III i G XI)
Princip rada termometra
Geotermometri i otporni termometri
Izračunavanje srednje dnevne temperature i kolebanja temperature zemljišta
Analitički izraz za godišnji hod temperture zemljišta na nekoj dubini može da
se odredi korišćenjem tehnika Furije analize na osnovu srednjih mesečnih
temperatura zemljišta