Тепловий баланс земної поверхні

Спочатку потрібно зупинитися на теплових умовах земної поверхні і верхніх шарів грунту і водойм. Це необхідно тому, що нижні шари атмосфери нагріваються і охолоджуються найбільше шляхом радіаційного і нерадіаційного обміну з верхніми шарами грунту і води. Тому зміни температури в нижніх шарах атмосфери в першу чергу визначається змінами температури земної поверхні і пропорційні цім змінам.

Земна поверхня, тобто поверхня грунту або води, а також рослинний, сніговий, льодяний покрив, безперервно, різними способами отримує і втрачає тепло. Через земну поверхню тепло передається вверх - в атмосферу, і вниз - в грунт або у воду.

По-перше, на земну поверхню поступає сумарна радіація і зустрічне випромінювання атмосфери. Вони частково поглинаються поверхнею, тобто ідуть на нагрівання верхніх шарів грунту та води. В той же час земна поверхня випромінює тепло сама, і при цьому його втрачає.

По-друге, до земної поверхні надходить тепло зверху, з атмосфери, шляхом теплопровідності. Таким же чином тепло втрачається земною поверхнею і уходить в атмосферу. Шляхом теплопровідності тепло також уходить від земної поверхні вниз, у грунт або у воду, або ж навпаки, приходить до земної поверхні з глибин водойм чи грунту.

По-третє, земна поверхня одержує тепло при конденсації на неї водяної пари з повітря, або навпаки, втрачає його при випаровуванні її з води. У першому випадку виділяється тепло, у другому тепло переходить у прихований стан.

За будь-який час від земної поверхні уходить догори і донизу в сукупності така сама кількість тепла, що ця поверхня одержує за цей самий час зверху й знизу. Інакше не виконувався б закон збереження енергії. Тому алгебраїчна сума всіх надходжень і витрат тепла на земній поверхні повинна бути рівна нулю. Це і виражається рівнянням теплового балансу земної поверхні:

R - P - LE - Ar = 0,

де R - значення радіаційного балансу земної поверхні, Р - кількість тепла, яка витрацається земною поверхнею на турбулентний теплообмін (нагрівання приземного шару повітря, LE - кількість тепла, яка втрачається земною поверхнею на процеси конденсації-випаровування (L - питома теплота пароутворення, E - висота шару води у мм, яка випаровується, або конденсується за певний період), Ar - кількість тепла, яке витрачається земною поверхнею на нагрівання тривалих шарів грунту чи водойм.