Эта модель показывает влияние колебаний потоков энергии Земли на изменение температуры на ее поверхности, в частности тепловой энергии. Земля в модели обозначена розовым цветом, а поверхность планеты представляется полосой над розовой областью. Над полосой находится синяя часть модели - атмосфера и черное пространство на самом верху, иллюстрирующее плавный переход в открытый космос (рис.1). В модель могут быть добавлены облачность и молекулы двуокиси углерода (CO2)(рис.2). Молекулы СО2 представляют собой парниковые газы, которые блокируют инфракрасное излучение, которое испускает Земля. Облачность отражает входящие или исходящие лучи солнца, влияющие на нагревание или охлаждение планеты (рис.3).
Рис. 1. Рабочее окно программы
Рис. 2. Молекулы двуокиси углерода (CO2)
Рис. 3. Лучи солнца
Как работает модель
Желтые стрелки летящие вниз - потоки солнечного света показывают энергию входящую в земное пространство. Некоторые лучи солнечного света отражаются от облаков, а также от поверхности Земли (рис. 4).
Рис. 4. Отражение лучей
Если солнечный свет поглощается землей, он превращается в красную точку, представляющую собой тепловую энергию. Энергия каждой красной точки эквивалентна заряду одной желтой стрелки, т.е. солнечного луча. Красные точки хаотично двигаются вокруг Земли, и ее температура связана с общим количеством красных точек.
Периодически красные точки превращаются в инфракрасный (ИК) лучи, которые направляются в космос, унося с собой энергию. Вероятность того, что красная точка станет ИК-лучем зависит от температуры Земли. Когда земля холодна, лишь малая часть красных точек генерируется в инфракрасный свет, по мере нагрева планеты, и количество растет. ИК-лучи представляются в модели пурпурными стрелами. Энергии красных точек, желтых и пурпурных стрел равны. ИК-свет проходит сквозь облака, но может отскочить от молекул СО2.
Существует зависимость между количеством красных точек на земле, и температурой поверхности земного шара. Это происходит потому, что земная температура повышается с увеличением ее общей тепловой энергии. Тепловая энергия восполняется солнечным светом, достигающим Земли, а также инфракрасными лучами, отраженными на землю. Тепловая энергия уносится ИК- лучами излучаемыми Землей. Баланс этих факторов определяет энергию на земле, которая пропорциональна ее температуре.
Как пользоваться моделью
Ползунком яркости (SUN-BRIGHTNESS) в модели, задается количество солнечной энергии входит атмосферу Земли (рис. 5). Значение 1,0 соответствует всей солнечной энергией испускаемой в сторону нашей планеты. Более высокие значения на ползунке позволяют увидеть, что произойдет, если земля станет ближе к Солнцу, или, если оно, в свою очередь, станет излучать больше тепловой энергии.
Рис. 5. Ползунок яркости
Альбе́до (лат. albus — белый) — характеристика отражательной способности поверхности. Если альбедо 1,0, земля отражает все солнечные лучи (рис.6). Это может произойти, если земля застыла, в модели при таких условиях полоса поверхности становится белой. Если альбедо равно нулю, земля поглощает все солнечные лучи ( рис. 7). Этому свидетельствует почерневшая линия поверхности. Для справки, альбедо Земли составляет около 0,6.
Рис. 6. Отражение лучей
Рис. 7. Поглощение лучей
С помощью соответствующей кнопки в модели можно добавлять и удалять облака, которые отражает солнечные лучи, но не блокируют ИК-лучи. Аналогично можно расширить параметры модели с помощь молекул CO2, которые поглощают ИК-лучи, но не никак не воздействуют на солнечные.
Конечно, в этой модели допущено много упрощений. Земля не имеет одну и ту же температуру повсеместно, не имеет одного альбедо на всей своей поверхности, и не имеет одинаковую для всех своих частей теплоемкость, но не стоит забывать, что ни одна из моделей не может быть абсолютно точной, и вобрать в себя абсолютно все факторы, влияющие на изменение объекта. Важно то, что модель показывает принцип температурных изменений под воздействием заложенных в нее параметров. Модель демонстрирует, как парниковый эффект обусловлен облачностью, яркость солнца, коэффициентом альбедо, CO2 и другими газами, которые поглощают ИК-лучи.
Источник: http://ccl.northwestern.edu/netlogo/
© Миронов Евгений