Curs 02 Factorii Genetici Radiativi Ai Climatului 2013

7/27/2019 Curs 02 Factorii Genetici Radiativi Ai Climatului 2013

1/75

2. FLUXURI RADIATIVE.

FACTORII GENERATORI AI CLIMEI

2.1. Procesele cosmice (astronomice)

2.1.1. Universul i sistemul solar

2.2. Procesele radiativ-calorice

2.2.1. Distribuia global a principalelorcomponente ale bilanului radiativ-caloric


2/75

1. Definiia i obiectul de studiu

Clima globului, din trecutul geologic al planetei, aa cumeste perceput n prezent, dari evoluia viitoare a

acesteia, cum se ncearc a fi cunoscut prin elaborareaunor prognoze (scenarii climatice) pentru deceniileurmtoare, reprezint rezultatul aciunii complexe a maimultor categorii de procese: cosmice, radiative, dinamice,

fizico-chimice, fizico-geografice i antropice, care au locpermanent n spaiul cosmic, atmosferi la suprafaaTerrei, condiionndu-se i ntreptrunzndu-se reciproc.Existena i distribuia geografic a macrozonelor de clim

i a tipurilor climatice cu particularitile lor bine definitesunt datorate prezenei unor factori generatori(climatogeni) i a unor factori modificatori ai trsturiloriniiale (primare) ale climei.


3/75

Clima este determinat n principal de:1. factorii radiativi (radiaia solari

variaiile sale anuale);2. factorii dinamici (circulaia general a

atmosferei);

3. factorii fizico-geografici (latitudine,altitudine, apropierea de ocean sau demare, de formele de relief, mai alesmunii i dealurile),

4. precum i de activitile desfurate desocietatea uman (factorul antropic).


4/75

2.1. Procesele cosmice (astronomice)Fenomenele naturale de pe Terra, ce au loc n

cadrul geosferelor, inclusiv n climatosfer, nu pot ficoncepute i nelese fr o descriere prealabil aspaiului cosmic, a galaxiei i a Sistemului Solar dincare face parte, n care Soarele, Luna, deprtarea i

poziia planetei fa de acestea, forele de atraciedintre ele, forma, micrile, proprietile fizice istructura suprafeei terestre, condiioneaz fluxurilede energie reciproci existena geosferelor. Acest

uria sistem reprezint factorul generator principal alclimei, care, la rndul ei, reprezint esena tuturorproceselor fizice, chimice i biologice de pe suprafaaterestr.


5/75

2.1.1. Universul i Sistemul SolarUniversul este format din aproximativ un miliard de roiuri de

galaxii (Folescu, 1990, citat de Ielenicz, 2000), din care face parte

i Galaxia noastr (Calea Lactee), care reprezint un sistemcosmic alctuit din peste 150 miliarde de stele, inclusiv Soarele.

nc din antichitate, cnd i s-a dat i denumirea (de la galactos =lapte n lb. greac), datorit formei unei mari fii albe, n jurulcreia se concentreaz stelele, s-a ncercat descifrarea

misterelor legate de originea i structura acesteia. Mult mai trziu,dup secolul al XVII-lea, ea a fost separat ca un sistem cosmic,

ncepnd s se efectueze msurtori.Sistemul solar (planetar) inclus n Calea Lactee este alctuit

din Soare (o stea de mrime mijlocie) i corpuri cosmice care

graviteaz n jurul lui: nou planete (dup ultimele cercetriefectuate la N.A.S.A. i n Rusia ar mai exista i a zecea i chiara unsprezecea), 50-100 mii de asteroizi, numeroi meteorii icomete.


6/75

Calea lactee


7/75

Cele nou planete ale Sistemului Solar, n ordinea creteriidistanei fa de Soare, sunt: Mercur, Venus, Terra, Marte,Jupiter, Saturn (cunoscute nc din antichitate), Uranus

(descoperit n 1781), Neptun (1846) i Pluton (1930).Sistemul are forma unui disc, Soarele ocupnd poziia central,

iar planetele, situate la distane diferite i sateliii acestoraefectund micri de revoluie n jurul astrului i, respectiv, alplanetelor, ca urmare a legii atraciei universale a lui Isaac

Newton.Planetele sunt corpuri cereti aparinnd unei stele n jurulcreia descriu orbite, n majoritate eliptice, nu au lumin proprie,o primesc de la steaua respectivi au capacitatea de a reflectao anumit parte din aceasta. Este i cazul planetei Terra, care

pe orbita descris se afl n poziii diferite fa de Soare, darifa de Lun, singurul satelit natural al Pmntului.Majoritatea planetelor au un nveli gazos atmosfer destul

de asemntor cu al Terrei n ceea ce privete structura icompoziia, ndeosebi Marte i Jupiter.


8/75

Sistemul solar


9/75


10/75

2.1.1.1. Soarele

Este o stea de mrime mijlocie, cea mai apropiat de Terra(150 milioane km, pe care lumina sa i parcurge n 8 minute i

20 secunde), care s-a nscut n urm cu aproximativ 4,6-5miliarde de ani din materie cosmic. Are forma unei sferealctuit din gaze incandescente, ce nsumeaz 99,9% dinmasa Sistemului Solar, cu o suprafa de 11.900 ori mai maredect a Pmntului. Iniial, a fost mult mai mare, mai fierbinte i

mai luminos, treptat a pierdut din masa sa prin erupii subforma unor uriae protuberane. Urmtorul maxim solar va avealoc n intervalul de timp 2012-2014 i se preconizeaz a fi unciclu solar mediu. Se apreciaz c n urmtoarele 5 miliarde deani diametrul su va ajunge de zeci de ori mai mare, ca urmare

a creterii cantitii de heliu (prin arderea hidrogenului) i atemperaturii din nucleu. Acest lucru va determina reducereadistanei fa de planete, mai ales de cele mai apropiate,Pmntul devenind un corp fr via.


11/75

Este alctuit din dou pri principale: interioruli atmosfera

solar.Interiorul este format dintr-un nucleu, n compoziia cruia

intrhidrogenul, heliul i elementele grele. Reprezint

sediul unor reacii termonucleare puternice care fac ca

temperatura s ajung la peste 15 milioane K, n urma lordegajndu-se mari cantiti de energie sub forma radiaiilor

electromagnetice. Mai existzona radiativi zona

convectiv, care asigur trecerea ctre atmosfera solar,

numit, n acest caz, fotosfer, n care curenii convectivitransmit energia din interior spre exterior.

Atmosfera solar este alctuit din trei straturi

concentrice: 1. fotosfera, 2. cromosfera i 3. coroana solar


12/75

Fuziunea nuclear areloc n miezul Soarelui;

Atomii de hidrogen secombin pentru a formaheliu i elibereazcantiti uriae deenergie, radiaie ilumin ;

Este nevoie de peste10.000 de ani lumin

pentru a ajunge lasuprafaa Soarelui Temperatura este de

aproximativ 15 milioanede grade Celsius.

http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/

download-detail.cfm?DL_ID=262
http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/http://solarsystem.nasa.gov/multimedia/


13/75

http://www.scitechlab.com/
http://www.scitechlab.com/http://www.scitechlab.com/


14/75

1. fotosfera, cu o grosime de 300-400 km i reprezintsuprafaa vizibil, luminoas, prin care se transmite n

spaiu toat energia Soarelui, care determin o variaieintermitent a luminozitii. Situaiile de cretere suntdatorate apariiei faculelor (poriuni luminoase), iar cele dedescretere, petelor solare (poriuni ntunecate). S-a

apreciat c intensitatea petelor solare are o ciclicitateapreciat la o perioad de aproximativ 11,2 (8-15) ani,cercettorii considernd acest lucru ca activitate solar.

Acest ciclu al activitii solare are corespondent i nperiodicitatea unor fenomene din atmosfera terestr, ca deexemplu aurorele polare i perturbaii ale cmpului magneticterestru (furtuni magnetice) i bruri de radiaii intense n

jurul Pmntului;


15/75

Fotosfera, cu ogrosime de 300-400

km i reprezintsuprafaa vizibil,luminoas, prin carese transmite nspaiu toat energiaSoarelui

http://solar-

center.stanford.edu/hi

dden-

pic/photosphere.html


16/75

Petele solare suntstructuri magneticecare apar de sub

suprafaa soarelui.Liniile albereprezint liniilecmpului magnetic

Atunci cnd liniile

se rup n afar,atunci se creeazfurtunile solare


17/75

- petele solare - sunt regiuni mai reci dect restul suprafeei solare ce

apar (prin contrast) mai ntunecate dect aceasta; cmpul magnetical Soarelui ine prizonier gazul aflat la suprafai l agit; din acestmotiv gazul se rcete;

- petele solare medii sunt de mrimea Pmntului, dei cele maimari pot fi de 20 de ori mrimea Pmntului.


18/75


19/75

Ultimul ciclu solar

Ultimul " maxim solar "s-a atins la sfritulanului 2000 saunceputul anului 2001.

Unii oameni de tiinprezic c n perioadaurmtoare maximul solarva fi destul de puternic.Liniile punctate aratintervalul de ncredere;linia continu reprezintmedia, iar liniile punctatesunt abaterile lunare


20/75

2. Cromosfera, cu o grosime de la 8.000-10.000 km

pn la 12.000-15.000 km, este vizibil doar n timpuleclipselor totale de Soare, avnd forma unei benzi delumin roie n jurul discului solar. Este alctuit dinhidrogen, de aceea se mai numete i atmosfera de

hidrogen a Soarelui. Este sediul unor fenomenedeosebite, cum ar fi jeturi de gaz i erupiicromosferice, din cauza presiunii cmpurilormagnetice ale petelor solare, eliberarea acestora

declannd unde de oc, ce determin cretereabrusc a densitii i temperaturii i eliminarearadiaiilor electromagnetice i corpusculare;


21/75

Cromosferasolar

alctuit dinhidrogen,sediul jeturilorde gaz i alerupiilor

cromosferice


22/75

3. Coroana solar reprezint ultimul strat spre

exterior, cu grosimea cea mai mare (1 milion dekilometri). i ea se poate vedea numai n timpuleclipselor totale de Soare, avnd forma unui halo delumin alb. ntre extremitatea superioar acromosferei i coroana solar se produc erupii

masive, dintre care mai importante suntprotuberanele formate din gaze puternic ionizate icu temperaturi ridicate. Acest ultim strat alatmosferei solare emite radiaii electromagnetice n

domeniile Rentgen, optic i radio, dari un flux deradiaii corpusculare, aa numitul vnt solar.


23/75

- cele mai spectaculoase erupii solare sunt ejeciile coronale de

mas, cantiti imense de particule emanate de Soare continuu;acestea pot fi observate acolo unde discul solar este acoperit; la oscar mai mic se pot observa filamentele; acestea sunt cantiti deplasm ce scap de cmpul magnetic al Soarelui; se pot observa nimaginea din dreapta sus, pe marginea discului solar;

http://solarsystem.nasa.gov/mul

timedia/download-

detail.cfm?DL_ID=262
http://solarsystem.nasa.gov/mulhttp://solarsystem.nasa.gov/mul


24/75

S-a constatat c, deoarece Soarele este format dintr-o plasm gazoas inu este un corp solid, acesta nu se rotete cu aceeai vitez pe toat

suprafaa sa. De exemplu, n apropiere de poli suprafaa se roteteaproximativ n 35 de zile, dar aproape de ecuator Soarele se rotete lafiecare 25 de zile. Aceasta se numete rotaie diferenial. Acest procesduce la ntinderea i deranjarea cmpului magnetic al Soarelui, care pst labaza formrii furtunilor solare.


25/75

2.1.1.2. Luna

Este corpul ceresc aflat la cea mai mic distan fa dePmnt, fiind singurul su satelit natural. Informaii despre Lunexist nc din antichitate, iar Keppler, la nceputul secolului alXVII-lea, fcea public absena atmosferei i existena unormari contraste termice ntre zi i noapte. A fost studiat

sistematic, ncepnd cu anul 1959, de ctre americani i rui ncadrul unor programe speciale.Distana medie fa de Pmnt este de 384.403 km i

parcurge o orbit eliptic n jurul acestuia cu o vitez de 1,02km/s, n 27 zile, 70 ore, 43 minute i 11,5 secunde, n cadrul

revoluiei siderale i 29 zile, 12 ore, 44 minute i 28 secunde, ncadrul revoluiei sinodice. Executi o micare de rotaie, acrei perioad este egal cu cea a micrii de revoluie, astfelde pe Terra se vede n permanen aceeai emisfer.


26/75

Dintre proprietile fizice mai importante sunt:accelerarea gravitaiei este de ase ori mai mic dect cea

a Pmntului, nepermind reinerea gazelor i, deci,existena atmosferei; magnetismul este slab i variazregional; albedo-ul are o valoare mic, media fiind de 0,07;densitatea medie reprezint doar 0,6 din cea terestr, cudiferenieri, ca i n cazul albedo-ului, datorate structurii

petrografice.Sistemul Pmnt-Lun-Soare poate determina unelefenomene care ar avea o anumit importan n domeniulpe care l analizm: fazele lunii (n funcie de micrile degravitaie n jurul Pmntului i ale acestuia n jurul

Soarelui), eclipsele de Luni de Soare (ca urmare apoziiei i trecerii diferite prin conul de umbr a celor treicorpuri cereti) i mareele (terestr, atmosferic ioceanic), micri periodice ca urmare a atraciei reciprocedintre Pmnt, Soare i Lun.


27/75

Dintre cele trei tipuri de maree, cea mai mic valoare o

are cea terestr, iar cea mai mare cea oceanic. Mareeaatmosferic, avnd n vedere compoziia i proprietilefizice ale aerului, ar trebui s se situeze la valori foartemari, ns fora gravitaiei i presiunea puternic avntului solar nu permit acest lucru. Este resimit, totui,

n troposfer (unde se acumuleaz peste 90% din masaatmosferei), n zona ecuatorului, unde amplific

bombarea atmosferei determinat de fora centrifug.Aici, grosimea atmosferei atinge 16-18 km, n timp ce lapoli are numai 6-8 km.


28/75

2.1.1.3. Terra

- Ca deprtare de Soare (149.598.000 km, minim la periheliu imaxim la afeliu), Pmntul este a treia planet a Sistemului Solariare dimensiuni mici (suprafaa 510.200.000 km i raza medie 6.370km).Dintre caracteristicile sale, cu o mare pondere n geneza climei,

considerm urmtoarele: forma, micrile efectuate n jurul axei sale i

n jurul Soarelui, proprietile fizice i structura sa. n legtur cu formaPmntului s-au emis, de-a lungul timpului i cunoaterii, multe teorii:sfer (din antichitate pn n secolul al XVIII-lea), sfer turtit la poli ibombat la ecuator (elipsoid sau sferoid de rotaie, datorit micrii derotaie n jurul axei sale, care imprim forei centrifuge o valoaremaxim

la ecuator

i minim

la poli), geoid (denumire dat

de Listing,

n 1873), datorit neomegenitii suprafeei sale, i terroid sau telluroid(o par alungit la Polul Nord, umflat n Emisfera sudic, darscobit la Polul sud), n urma diferenelor observate n sens latitudinalale msurtorilor regionale (Ielenicz, 2000).


29/75

Forma sferic a Pmntului determin diferenieri n distribuia

cantittii de radiaie solar la suprafaa terestr, iar turtirea dela poli datorat rotaiei face ca gravitaia s creasc de laEcuator (978 cm/s) spre poli (983,2 cm/s). Forma Pmntului(cu cele trei modele) impune diferenieri latitudinale aledistribuiei radiaiei solare i apariia principalelor zoneclimatice: cald, dou temperate i dou reci.Micrile Pmntului, de rotaie i revoluie, au consecine

climatice importante. Micarea de rotaie creeaz foracentrifug care st la baza turtirii la poli i a bombrii la Ecuator

i determin: alternana luminii cu ntunericul, n timpul a 24 deore, cu repercusiuni asupra regimului diurn al bilanului radiativi a regimului termic diurn i, implicit, n desfurareaproceselor biologice;


30/75

Abaterea maselor de aer, aflate n micare sub influenaforei Coriolis (fig. 2), spre dreapta n emisfera nordici spre

stnga n cea sudic, alizeele avnd, astfel, direcie NE-SVi, respectiv, SE-NV, curentul cald al Golfului, SV-NE etc.;aflarea fiecrui punct de pe Glob o singur dat la poziiamaxim a Soarelui n deplasarea sa aparent pe boltacereasc, situarea lui la meridianul locului miezul zilei, n

timp ce n cealalt emisfer, pe antemeridian, este miezulnopii. Distana temporal dintre dou poziii consecutive aleSoarelui la meridianul locului se numete zi solar adevrat.Mrimea ei n timpul unui an este diferit, din acest motiv s-aconvenit asupra unei durate medii de 24 de ore, care a fost

numit zi solar mijlocie, i care ncepe i se sfrete o datcu trecerea Soarelui la meridianul locului (orele 12), iar pentrueliminarea anumitor inconveniente s-a adoptat ziua civil,care ncepe la miezul nopii (orele 24).


31/75

Direcia deplasrii aeruluisub efectul forei Coriolis


32/75

Micarea de revoluie, efectuat de Pmnt n jurul Soarelui,pe o orbit parcurs n timp de un an, are consecine

importante legate de nclinarea axei terestre, printre care:inegalitatea duratei zilelori a nopilor pe parcursul unui an,

numai la Ecuator ziua fiind egal cu noaptea, ce determinnclzirea inegal a suprafeei Pmntului, datorit mrimii

intensitii radiaiei solare nregistrat ntre poziiile extreme(periheliu i afeliu). Deosebiri importante n cantitatea deradiaie apari sezonier, de unde i diferenele din regimul

temperaturii aerului, apei i solului i a altor procese climatice;

formarea i alternana anotimpurilor determin distribuiasezonier diferit a radiaiei solare, cu consecine climaticedistincte, ce influeneazi diversitatea peisajelor geografice n

funcie de latitudine.


33/75

Astfel:- ntre Ecuatori tropice, perpendicularitatea razelor solare pe

suprafaa terestr favorizeaz o nclzire puternicidiferenierea din punct de vedere hidric a dou anotimpuri (veri

ploioase i ierni secetoase), care se succed la echinocii;- ntre tropice i cercurile polare (latitudini mijlocii, n ambele

emisfere, mai pregnant n cea nordic, unde predomin uscatul)se succed patru anotimpuri cu cantiti diferite de radiaie solari modificri ciclice ale componentelor climatice i ale peisajelor

geografice;- ntre cercurile polare i poli se disting dou sezoane(anotimpuri) inversate n cele dou emisfere, iarna i vara polarntre cele dou echinocii.O alt consecin este dezvoltarea unorzone de

complementaritate climatic. n afara celor determinate de forma

Pmntului, nclinarea axei terestre n timpul micrii de revoluie(valorile diferite ale unghiurilor de inciden ale fasciculului radiativla cele dou echinocii i cele dou solstiii, diferite pe cele douemisfere), diversific modelul climatic al Terrei.


34/75


35/75


36/75

Astfel, se individualizeazzone climatice secundare ce corespundlatitudinilor subecuatoriale, subtropicale i subpolare, n careoscileaz i convergena sau divergena maselor de aer. Sezonier,aceste regiuni prezint caracteristici climatice asemntoare celor

specifice zonelor limitrofe, care se transmit i determin acelaicaracter de complementaritate i celorlalte structuri ale peisajuluigeografic.Micarea polilor Pmntului. Prin deplasarea axei terestre, polii nu

au o poziie fix, aceasta oscileaz n jurul unei poziii medii, n cadrulunei suprafee a crei raz este de aproximativ 30 m. Cauzele

acestei modificri sunt legate de neuniformitatea structurii interne aPmntului, redistribuirea sezonier a maselor de aeri de ap ncele dou emisfere etc.Proprietile fizice ale Pmntuluisunt o consecin a

transformrilor fizice i chimice ale materiei cosmice din care a luat

natere, dari a schimbrilor energetice. Principalele proprieti aleacestui mare sistem fizic (geosistem), cu importan n geneza climei,sunt urmtoarele: gravitaia, cldura intern, activitatea vulcanic,geomagnetismul, electricitatea i densitatea.


37/75


38/75

2.2. Procesele radiativ-calorice

Prin procese radiativ-calorice trebuie s nelegem totalitatea

fluxurilor de radiaii ce strbat atmosfera, a schimburiloritransformrilor energiei radiante a Soarelui n energie caloricde ctre suprafaa activ terestr, distribuite ascendent(nclzirea i rcirea aerului atmosferic, n special a celuitroposferic) i descendent (nclzirea i rcirea solului).

Sursa generatoare esenial a climei geosistemului estereprezentat de radiaia solar, n timp ce radiaia atmosferici cea terestr au o pondere mai mic, uneori nensemnat, icare sunt tot un rezultat al sursei principale, Soarele. Energiatotal emis de ctre Soare este de 6,15 kw/cm, iar energia

solar recepionat de suprafaa terestr ntr-o zi i jumtatereprezint ntreaga cantitate de energie produs n toatecentralele electrice de pe glob n timp de un an (Mhra, 2001).


39/75

Fluxurile de energie radiant solar ce traverseaz atmosfera pot fisub form de unde electromagnetice sau termice, care alctuiesc

spectrul solar (radiativ sau electromagnetic), corpusculare i

cosmice, a cror importan n meteorologie i climatologie esteinfim, comparativ cu a primelor. Undele electromagnetice suntcaracterizate prin lungime de undi frecven, mecanica cuantic

asociindu-le particule numite fotoni.Din cantitatea total de radiaii din atmosfer (emise de sistemul

Soare-Pmnt-Atmosfer), 99% sunt situate n zona spectruluielectromagnetic, cu lungimi de und () cuprinse ntre 0,17 i 80-

100, aparinnd celor trei domenii principale: ultraviolete, vizibile iinfraroii, i numai 1% aparin microundelori undelor radio (la

extremitatea energetic inferioar) i radiaiilor Rentgen (x igamma), la cea superioar. Din acest spectru radiativ, importana

cea mai mare n geneza climei o au radiaiile vizibile (luminoase),care ocup 44% mpreun cu cele infraroii (calorice) cu 48%.


40/75


41/75

Energia luminii soarelui nueste rspndit uniformpeste Pmnt. Una dintreemisfere este mereu nntuneric, ne primind radiaiasolar, de loc. Pe partea de

la lumina zilei, doar punctulaflat direct sub soareprimete toat intensitatearadiaiei solare. De laecuator la poli, razeleSoarelui ntlnesc pmntul

sub unghiuri din ce n ce maimici, iar lumina se ntinde pesuprafee din ce n ce maimari.


42/75

http://earthobservatory.

nasa.gov/Features/Ene

rgyBalance/

Rndul de ilustraii de sub grafic, prezint modul n care ora din zi (A-E) afecteazunghiul sub care cade radiaia solar incident (relevat prin lungimea umbrei) iintensitatea luminii. La echinocii, soarele rsare la ora 6:00 peste tot. Intensitatea

radiaiei solare crete de la rsrit pn la amiaz, atunci cnd Soarele este directdeasupra ecuatorului (fr umbr). Dup amiaz, intensitatea radiaiei soarelui scadepn la apusul soarelui, la ora 18:00. n timpul echinoctiilor, zonele tropicale (de la 0 la23,5 lat. N), primesc circa 90% din energia care cade pe ecuator, latitudinile mijlocii(45), aproximativ 70%, iar la cercurile Arctic i Antarctica (66,6), aproximativ 40%.(Ilustrare NASA de Robert Simmon.)

Cantitatea de radiatii solareprimite de la suprafaaPmntului variaz nfuncie de timp i delatitudine. Acest graficilustreaz relaia dintre

latitudine, timp i energiasolar in timpulechinociilor.


43/75

Radiaia solar semodific din punct devedere spectral datoritnlimii Soareluideasupra orizontului: la90, ponderea cea maimare revine radiaieivizibile (46%) i celeiinfraroii (50%),ultavioletele ocupndnumai 4%, iar la 0,5

predomin radiaiainfraroie (72%), ceaultraviolet lipsind.


44/75

Fluxurile radiative cu direcia Soare Pmnt sunt

radiaii de und scurti cuprind: radiaia solardirect, radiaia difuz, radiaia globali radiaia

reflectat, iar cele cu direcia Pmnt Atmosfer

sunt considerate de und lungi cuprind: radiaiaterestr, radiaia atmosferei i radiaia efectiv. Caurmare a existenei celor dou tipuri de fluxuridirecionate diferit, se creeaz un bilan radiativ-

caloric al sistemului Soare-Pmnt-Atmosfer, princare se exprim diferena dintre energia primiticedat, dintre aportul i consumul de cldur lasuprafaa terestr.


45/75


46/75

Cantitateamaxim de

energieprimit ladiferite

latitudini semodific petot parcursul

anului.

Acest grafic arat cum energia solar primit la amiaza local n fiecare zi aanului, se modific cu latitudinea. La ecuator (linia gri), cantitatea maxim deenergie primit de la soare se schimb foarte puin pe tot parcursul anului. Lalatitudinile mari nordice (liniile albastre) i sudice (verze), schimbarea radiaiein funcie de sezon este maxim. (Ilustrare NASA de Robert Simmon.)


47/75

Suprafaa pmntului absoarbe aproximativ 48 % din radiaia solar incident.Trei procese elimin o cantitate echivalent de de energie de la suprafaaPmntului: evaporarea (25 %), convecie (5 %), i radiaia termic n infrarou,sau cldura (net 17%). (NASA ilustrare de Robert Simmon. Fotografie 2006Cyron.)


48/75

Aproximativ 25 la sut din energia solar incident,prsete suprafaa solului prin evaporare. Moleculele de aplichid absorb energia solar incident, i i schimb faza de

la lichid la gaz. Energia termic pe care au luat-o pentru aevapora apa, rmne latent n micrile aleatorii alemoleculelor de vapori de ap ca s-au rspndit prinatmosfer. Atunci cnd moleculele de vapori de apcondenseaz napoi n ploaie, cldura latent este eliberat n

atmosfer nconjurtoare. Evaporarea din oceanele tropicalei eliberarea ulterioar a cldurii latente prin precipitaiiconstituie principalele motoare ale bilanului termicatmosferic.


49/75

n medie, 340 de wai pe metru ptrat de energie solar ajunge la partea superioar aatmosferei. Pmntul emite o cantitate egal de energie napoi n spaiu reflectnd parte

din radiaia incidenti prin radiaie de cldur (energie termic n infrarou). Cea maimult energia solar este absorbit la suprafa, n timp ce cea mai mare parte dincldur este radiat napoi n spaiu de ctre atmosfer. Temperatura medie a suprafeeiPmntului este meninut de dou fluxuri mari, opuse, de energie, ntre atmosferisol (dreapta)- efect de ser. Ilustrare NASA de Robert Simmon, adaptat de la Trenberthet al. 2009, folosind CERES flux estimri furnizate de Norman Loeb.)


50/75

http://www.meteo.psu.edu/~syrett/teachercamp/txwelcome.htm
http://www.meteo.psu.edu/~syrett/teachercamp/txwelcome.htmhttp://www.meteo.psu.edu/~syrett/teachercamp/txwelcome.htm


51/75


52/75

Toate gazele atmosferice au un model unic de absorbie de energie: eleabsorb anumite lungimi de und de energie, dar sunt transparente pentrualtele. Modelele de absorbie ale vaporilor de ap (albastre) i ale bioxidului decarbon (culoare roz) se suprapun n anumite lungimi de und.

Bioxidul de carbon nu este un gaz la fel de puternic ca efect de ser cavaporii de ap, dar absoarbe energia la lungimi de und (12-15 microni) la carevaporii de ap nu absorb, nchiznd parial "fereastra" prin care caldura radiatde suprafaa solului ar putea scpa n mod normal, n spaiu. (Ilustraia adaptatde la Robert Rohde.)


53/75

Lumina soarelui absorbit este echilibrat prin cldura radiat de la suprafataPamantului i atmosfer. Aceast hart prin satelit arat distribuia radiaiilortermice infraroii emise de Pmnt n septembrie 2008. Cea mai mult cldur

este emis din zonele de la nord i la sud de ecuator, n cazul n care suprafaasolului a fost cald, dar nu au fost nori. De-a lungul ecuatorului, noriipersisteni au mpiedicat cldur de la sol s fie radiat n atmosfer. Deasemenea, polii reci radiaz puin cldur. (NASA hart de Robert Simmon, pebaza datelor CERES).


54/75

2.2.1. Distribuia global a principalelor

componente ale bilanului radiativ-caloric

Cunoaterea caracteristicilor i legitilor conformcrora se realizeaz repartiia geografic aprincipalelor componente ale bilanului radiativ-caloricpe suprafaa terestr este deosebit de important nclimatologie, dari pentru alte discipline ale geografieifizice i ale tiinelor umane i economice.Climatologul rus M. I. Budko a alctuit o serie de

hri cu distribuia radiaiei totale (globale), a bilanului

radiativ al suprafeei terestre, a cantitii de cldurconsumat n procesul evaporrii apei i a fluxuluicaloric turbulent.


55/75

2.2.1.1. Distribuia radiaiei totale anuale i n luni

caracteristice

n valori medii, radiaia total anual prezint un minimum

(60 kcal/cm/an) n regiunile polare i un maximum (>220kcal/cm/an) n cele tropicale, fiind mai bine reprezentat lalatitudini medii i nalte. ntre cele dou tropice, repartiiasufer modificri importante, ndeosebi n zona brurilor de

anticicloni subtropicali, unde apar valori de pn la 220kcal/cm/an n regiunile deertice din Africa, PeninsulaArabic, etc., cu nebulozitate redus, i sczute sensibil nzona ecuatorial, datorit nebulozitii ridicate. Aceeaiscdere a radiaiei globale se manifesti n regiunile

musonice din cauza variaiei sezoniere a regimuluinebulozitii (Asia de Sud-Est) i n cele cu ciclogenezaccentuat (nordul Oceanelor Pacific i Atlantic).


56/75

Media anuala a radiaiei globale nregistreaz valori sub 60kcal/cm2 /an in zonele polare si de 60 80 kcal/cm2/an in zonelesubpolare.

Zonele temperate primesc in medie, anual, circa 80 130 kcal/cm2

/an. Valoarea medie anuala a radiaiei solare globale este pentruRomania, de circa 120 kcal/cm2. n zonele subtropicale, valorilemedii se situeaz intre 130 150 kcal cm2/an.

Cele mai ridicate valori se nregistreaz in zonele tropicale, cuumezeala sczut si in special nebulozitate redusa (150 -200

kcal/cm2

/an).In zonele subecuatoriale si ecuatoriale, umezeala si nebulozitatearidicata fac ca radiaia globala medie primita pe parcursul unui an, safie mai sczuta dect cea receptata in zonele tropicale (140 170kcal/cm2/an).

Datorita unei suprafee mai mari ocupata de uscat, implicit unorumezeli mai sczute a aerului i unei nebuloziti mai sczute dectcele din emisfera sudic, n emisfera nordic, valorile medii anualesunt n general mai ridicate cu cca. 10 kcal/cm2 dect valorilereceptate de respectivele zone climatice ale emisferei sudice.


57/75

Cele mai ridicate medii anuale ale radiaiei solare globale se


58/75

Cele mai ridicate medii anuale ale radiaiei solare globale senregistreaz n zonele tropicale i chiar subtropicale din AmericaCentrali respectiv America de Nord (Podiul Mexicului i Arizona), cuvalori de peste 200 kcal/cm2, iar n zonele aride din Nordul Africii,

Peninsula Arabici Sudul Podiului Iranului, de peste 210 kcal/cm2

.Recordurile pentru ntreaga planet sunt nregistrate n Sudul Egiptuluii Nordul Sudanului, cu medii anuale de pete 220 kcal/cm2/an.

Valori mai sczute dect cele specifice zonei tropicale se nregistreazn teritoriile din sudul i sud - estul Asiei, aflate n aria climatuluimusonic. Aici n sezonul cald, predomin musonul de var, dinspre

oceane, ce aduce aer excesiv de umed i cu nebulozitate ridicat.Umezeala ridicat a aerului i nebulozitatea ridicat fac ca n cele maiumede zone ecuatoriale (Amazonia sau aria Golfului Guineei) valorilemedii anuale ale radiaiei globale s coboare sub 150 kcal/cm2.

Cele mai mari i cele mai reduse valori medii lunare se nregistreaz

n lunile n care se produc solstiiile, iunie i decembrie. Luna iunie esteluna de maxim pentru emisfera nordici de minim pentru emisferasudic, iar decembrie, lun a valorilor medii cele mai ridicate pentruemisfera sudici a valorilor cele mai sczute, n emisfera nordic.


59/75

n cursul celor dou luni caracteristice ale anului (decembrie iiunie, la solstiiile de iarni var), repartiia intensitii radiaiei totalesufer modificri teritoriale, n emisfera sudic n decembrie i nemisfera nordic n iunie, o zonalitate clar aprnd n emisferanordic n luna decembrie i n emisfera sudic n luna iunie. n lunadecembrie, sumele medii cresc n regiunile aride i semiaride dinemisfera sudic Kalahari, Australia central etc.), pn la valori de18-20 kcal/cm2 , cele mai ridicate (20-25 kcal/cm2 ) nregistrndu-sen Antarctida, datorit predominrii regimului anticiclonic cu

nebulozitate redus. n emisfera nordic, este prezent o zonalitateevident, valorile scznd treptat ctre Polul Nord.n luna iunie, este caracteristic lipsa zonalitii n emisfera nordic,pn aproape de tropicul de sud, aceasta fiind evident ns nemisfera sudic, la sud de tropicul Capricornului, unde predomin

suprafee mari de ap. Cele mai mari valori (>22 kcal/cm2

) suntspecifice deerturilor din emisfera nordic (Africa, Arabia etc), sumelelunare oscileaz ntre 16 i 14 kcal/cm2 la latitudinile medii i scadpn la 12 kcal/cm2, n apropierea ecuatorului i pe rmurile esticeale Asiei.


60/75

http://www.meteo.psu.edu/~syrett/n

asa2000/jantemp.gif
http://www.meteo.psu.edu/~syrett/nhttp://www.meteo.psu.edu/~syrett/n


61/75

n luna solstiiului de var al emisferei nordice, valorile medii ale radiaieisolare globale in luna iunie prezint o zonalitate latitudinal evidentdoar in emisfera sudic. Emisfera nordica, cu ntinse arii continentalesi cu predominarea unor importani cureni oceanici, reci sau calzi, cu

direcie in sensul longitudinii, prezint o distribuie variata, in care seimpun relevant si caracteristicile suprafeei active.

Ariile cu valori medii lunare de peste 20 kcal/cm2 sunt mai numeroase simai extinse dect cele nregistrate in luna decembrie in emisferasudica:

1. n zona polului nord se nregistreaz valori sub 14 kcal/cm2,2. in zonele subpolare si temperate se nregistreaz valori in jur de 14

16 kcal/cm23. n zonele subtropicale se nregistreaz valori de peste 18 kcal/cm2

4. n zonele tropicale, nordul Africii, Asia de SV si in Nordul PodiuluiMexican se nregistreaz peste 20 kcal/cm2,

5. iar in zonele climatului musonic, din Asia de Sud si SE, datoritamusonului de vara, valorile scad sub 12 kcal/cm2.n emisfera sudica, valorile medii lunare ale radiaiei solare globale ale

lunii iunie scad constant, din zona tropicala, spre cea polara, unde, incondiiile nopii polare, ajung la 0 kcal/cm2.


62/75

http://www.meteo.psu.edu/~syrett/n

asa2000/jultemp.gif

2 2 1 2 Distribuia bilanului radiativ
http://www.meteo.psu.edu/~syrett/nhttp://www.meteo.psu.edu/~syrett/n


63/75

2.2.1.2. Distribuia bilanului radiativ

Pentru a se cunoate mai bine potenialul caloric al fiecreiregiuni, trebuie analizat repartiia geografic a bilanuluiradiativ. La aceleai latitudini, ntotdeauna, bilanul radiativ aloceanelor este mult mai ridicat, n valori medii anuale (120-140kcal/cm2/an), dect al continentelor (80-60 kcal/cm2/an), undeeste mai mare n regiunile umede i mai mic n cele uscate.

Repartizat pe luni, n iunie apar cele mai crescute sume pesuprafeele oceanice din zona tropical a emisferei nordice (12-14 kcal/cm2), iar pe continente aceste sume scad la 8-6kcal/cm2, n Mexic, Sahara, Arabia, iar n decembrie este pozitiv

ntre Polul Sud i paralela de 40 N i negativ ntre aceasta iPolul Nord.Zonalitatea este bine evideniat n luna iunie pe suprafeele

oceanice din emisfera sudic, iar n luna decembrie, tot peacestea, dar n emisfera nordic.


64/75


65/75


66/75

n luna decembrie bilanul radiativ este pozitiv de la Polul

Sud pn la latitudinea de 40 nord, unde se situeazizolinia de 0 i este negativ de la aceasta pn la PolulNord.Invers dect n iunie, zonalitatea este slab exprimat n

emisfera sudic, dar foarte evident n cea nordic, maiales pe oceane.Cele mai ridicate medii ale bilanului radiativ al lunii

decembrie se nregistreaz pe unele suprafee oceanicedin zona tropical a emiferei sudice (largul coastelor sud-

estice ale Braziliei i largul coastelor de NV i NE aAustralie) unde pot depi 12 Kcal/cm2/lun.


67/75

di t R i l bil l i di ti l f i


68/75

n medie, pentru Romania, valoarea bilanului radiativ al suprafeeiterestre este de 50 kcal/cm2/an.

Radiaia global este maxim n luna iunie, luna solstiiului de vara(17,3Kcal n sud-est i 15,2 Kcal/cm2 n nord) i minim n decembrie (3,4

Kcal i respectiv 2,2 Kcal/cm2) cnd, datorit zilei celei mai mici din cursulanului, i durata de strlucire a soarelui este minim.Sunt evideniate 5 zone, difereniate prin valorile fluxurilor medii anuale

ale energiei solare incidente. Se constata ca mai mult de jumtate dinsuprafaa trii beneficiaz de un flux de energie mediu anual de 1275kWh/m2.

Harta solara a fost realizata prin utilizarea si prelucrarea datelor furnizatede catre: ANM precum si NASA, JRC, Meteotest. Datele au fostcomparate si au fost excluse cele care aveau o abatere mai mare dect5% de la valorile medii. Datele sunt exprimate in kWh/m2/an, in planorizontal, aceasta valoare fiind cea uzuala folosita n aplicaiile energeticeatt pentru cele solare fotovoltaice cat si termice.

Zonele de interes (areale) deosebit pentru aplicaiile electroenergeticeale energiei solare in tara noastr sunt: Primul areal, care include suprafeele cu cel mai ridicat potenialacoper Dobrogea i o mare parte din Cmpia Romn.

Al d il l t i l b i l d d l C i i


69/75

Al doilea areal, cu un potenial bun, include nordul CmpieiRomne, Podiul Getic, Subcarpatii Olteniei i Munteniei o bunparte din Lunca Dunrii, sudul i centrul Podiului Moldovenesci Cmpia i Dealurile Vestice i vestul Podiului Transilvaniei,

unde radiaia solar pe suprafa orizontal se situeaz ntre 1300i 1350 kWh/m2/an. Al treilea areal, cu potenialul moderat, dispune de mai puin de1250 kWh/m2/ani acoper cea mai mare parte a Podiului

Transilvaniei, nordul Podiului Moldovenesc i Rama Carpatic.

ndeosebi n zona montan variaia pe teritoriu a radiaiei solaredirecte este foarte mare, formele negative de relief favorizndpersistena ceii si diminund chiar durata posibil de strlucire aSoarelul, n timp ce formele pozitive de relief, n funcie de

orientarea n raport cu Soarele i cu direcia dominant decirculaie a aerului, pot favoriza creterea sau, dimpotrivdetermina diminuarea radiaiei solare directe.


70/75

2.2.1.3. Distribuia bilanului caloric


71/75

2.2.1.3. Distribuia bilanului caloric

Pentru a se cunoate mai bine potenialul caloric al fiecreiregiuni, trebuie analizat repartiia geografic a bilanuluiradiativ. La aceleai latitudini, ntotdeauna, bilanul radiativ aloceanelor este mult mai ridicat, n valori medii anuale (120-140 kcal/cm2/an), dect al continentelor (80-60 kcal/cm2/an),unde este mai mare n regiunile umede i mai mic n celeuscate.Repartizat pe luni, n iunie apar cele mai crescute sume pe

suprafeele oceanice din zona tropical a emisferei nordice(12-14 kcal/cm2), iar pe continente aceste sume scad la 8-6kcal/cm2, n Mexic, Sahara, Arabia, iar n decembrie estepozitiv ntre Polul Sud i paralela de 40N i negativ ntreaceasta i Polul Nord.Zonalitatea este bine evideniat n luna iunie pe suprafeele

oceanice din emisfera sudic, iar n luna decembrie, tot peacestea, dar n emisfera nordic.

Cldura rezultat din bilanul radiativ al suprafeei terestre este


72/75

Cldura rezultat din bilanul radiativ al suprafeei terestre esteconsumat n trei procese importante:nclzirea aerului prinamestec turbulent, evaporarea apei inclzirea straturilorprofunde ale solului (al crei rol este neglijabil).

Suprafeele continentale i cele oceanice (cu excepia Antarctidei,Groenlandei i a unor poriuni ntinse din oceanele arctice iantarctice) transmit cldur atmosferei prin amestec turbulent.Astfel, n valori medii anuale, fluxul caloric turbulent este pozitiv lasuprafaa terestr i negativ n regiunile menionate, unde

atmosfera este cea care transfer cldur suprafeei terestre. ncomparaie cu celelalte componente ale bilanului radiativ-caloric,mrimea fluxului caloric turbulent deine aproximativ 10-20% dinvaloarea lor.

Cantitile medii anuale de cldur consumate n procesele denc

lzire a aerului prin amestec turbulent sunt diferen

iate pe

oceane i continente; relativ reduse pe oceane (20-30 kcal/cm2/anunde apar curenii calzi), cu variaii spaiale mici, indiferent delatitudine i ridicate pe continente (maximum 40-60 kcal/cm2/an ndeerturile subtropicale)


73/75

Repartiia cldurii consumate n procesul de evaporare este


74/75

Repartiia cldurii consumate n procesul de evaporare esteneuniform, azonalitatea fiind mai pronunat pe continente i estedeterminat de mai muli factori: prezena curenilor oceanici calzi(unde cantitatea crete) i a celor reci (unde fenomenul este invers), de

circulaia atmosferic, ce condiioneaz regimul vitezei vntului i aldeficitului de saturaie a aerului n vapori de ap, gradul de umiditate asolului, tipul de vegetaie, etc.

Cantitile medii anuale de cldur consumate pentru evaporarea

apei prezint cele mai mari valori (120-140 kcal/cm2/an) pe suprafeeleoceanice din zonele tropicale, cu o anumit scdere ctre ecuator (60-

80 kcal/cm2/an) i spre zonele extratropicale (80-10 kcal/cm2/an), dincauza diminurii vitezei vnturilor, micorrii deficitului de saturaie iscderii radiaiei globale. Pe suprafaa continentelor, aceste cantitide cldur sunt mai reduse, datorit bilanului radiativ mai sczut,comparativ cu oceanele, vitezei vntului i umiditii foarte reduse,chiar inexistente a suprafeei evaporante. Cele mai mari valori(peste 60 kcal/cm2/an), caracterizeaz regiunile intertropicale umede,cantitile scznd treptat ctre latitudinile mai mari, n zonele polareajungnd la mai puin de 10 kcal/cm2/an.

Bibliografie selectiv


75/75

Bibliografie selectiv,

Ahrens, C.D., (2009). Essentials of meteorology;Aristia Busuioc, Mihaela Caian, Roxana Bojariu, Constana Boronean,Sorin Cheval, Mdlina Baciu, Alexandru Dumitrescu (2010). Scenarii de

schimbare a regimului climatic n Romnia pe perioada 2001 2030;Don J. Easterbrook , Dept. of Geology, Western Washington University,Bellingham, WA 98225. Geologic evidence of the cause of global warmingand cooling - Are we heading for global catastrophy?;Michael Levy et al., Portions 2008 Encyclopdia Britannica, Inc.;Povar, R., (2004). Climatologie general. Editura Fundaiei Romnia

de Mine;Scharmer K. and J. Greif, (2000). The European solar radiation atlas. Vol.1: Fundamentals and mapsLes Presses de lcole des Mines Paris;*** National Oceanic and Atmospheric Administration, National Climatic

Data Center. State of the Climate Global Analysis - Annual 2010;*** Site-ul Administraiei Naionale de Meteorologie Bucureti,

http://www.meteoromania.ro/*** U.X.L. Encyclopedia of Weather and Natural Disasters, Anaxos, Inc.,Vol. 5, 2008
http://www.meteoromania.ro/http://www.meteoromania.ro/

Curs 02 Factorii Genetici Radiativi Ai Climatului 2013

Documents

Transcript of Curs 02 Factorii Genetici Radiativi Ai Climatului 2013