งบดุลความร้อนของมหาสมุทร (Heat Budget of the Ocean) Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean โลกของเราได้รับพลังงานจากดวงอาทิตย์ ในรูปรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งทฤษฎีของรังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่สำคัญ ได้แก่ 1. Stefan’s law 2. Wein’s law Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Stefan’s law All bodies radiate energy at a rate proportional to the forth power of their absolute temperature ( K = oC + 273 ). This energy is in the form of electromagnetic radiation with a range or spectrum of wavelength. Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Wein’s law The concentration of energy is not the same at all wavelength but has a marked peak at a wavelength Lm given by Lm x T = Constant , where T is the absolute temperature of the radiating body. Heat Budget of the World Ocean

ความร้อนที่มหาสมุทรได้รับ จะมาจากดวงอาทิตย์ ความร้อนที่มหาสมุทรได้รับ จะมาจากดวงอาทิตย์ แม้ว่าจะได้รับความร้อนมาจากใต้พื้นโลกบ้าง ในปริมาณ 0.1 Cal/cm2/day แต่เมื่อเทียบกับพลังงานความร้อนที่โลกได้รับจากดวงอาทิตย์ ซึ่งมีค่าเฉลี่ยเท่ากับ 360 Cal/cm2/day แล้ว ก็นับว่ามีค่าห่างไกลกันมาก จึงถือว่าความร้อนที่มาจาก ใต้พื้นโลก ไม่มีความสำคัญในการเป็นแหล่งความร้อน ของมหาสมุทร Heat Budget of the World Ocean

สมดุลการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ผิวหน้าทะเลของมหาสมุทรในโลก Qs = Qb + Qe + Qh เมื่อ Q = flux of heat energy across a unit area of sea surface Subscripts s, b, e, and h refer to the incoming radiation from the sun, the net long-wave energy radiated back by the ocean, the heat loss by evaporation, and the sensible heat loss (or gain) resulting from heat conduction across the air-ocean interface Heat Budget of the World Ocean

The Storage or release of heat in the surface layer of the ocean QT = Qs – Qb – Qe – Qh เมื่อ QT คือ the rate at which heat is added to or lost from the surface layer พิจารณาในทะเลแต่ละบริเวณแยกกัน QT อาจมีค่าเป็นบวกหรือลบก็ได้ Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Sun’s Radiative Energy (Qs) - ดวงอาทิตย์มีอุณหภูมิที่ผิวประมาณ 6,000 K - รังสีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่แผ่ออกมา มี spectrum ของความยาวคลื่น แบ่งได้เป็น 3 ช่วง 1. Infra – Red L > 0.7 micrometer คิดเป็น 48 % ของ total radiation 2. Visible 0.4 < L < 0.7 micrometer คิดเป็น 43 % ของ total radiation 3. Ultraviolet L < 0.4 micrometer คิดเป็น 9 % ของ total radiation Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Black-body radiation from the Sun Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Solar constant - ปริมาณ radiant energy ที่พื้นผิวโลกที่ตั้งฉากกับ ดวงอาทิตย์ได้รับ ในสภาวะที่ไม่มีบรรยากาศห่อหุ้ม โลกอยู่ จะมีค่าประมาณ 2 Cal/cm2/min เราเรียก ค่านี้ว่า “Solar constant” - เฉลี่ยทั่วทั้งโลกในสภาวะเดียวกันนี้จะมีค่าเท่ากับ 0.5 Cal/cm2/min Heat Budget of the World Ocean

ปัจจัยควบคุมปริมาณพลังงานจากแสงอาทิตย์ ที่ส่งลงมาที่ผิวทะเล - ความสั้นยาวของกลางวัน - ปริมาณการดูดซับพลังงานจากชั้นบรรยากาศ - มุมเอียงของพื้นที่ ที่กระทำกับแสงอาทิตย์ - เมฆ ฯลฯ Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Solar radiation ในเขตละติจูดต่าง ๆ - มีผู้ศึกษาปริมาณ Solar radiation ในเขตละติจูดต่าง ๆ ในช่วง authumnal equinox (21/ก.ย.) มีค่าดังตาราง Latitude Solar radiation (Cal/cm2/min) 0O 0.50 30O 0.43 60O 0.25 90O 0.00 Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Total Yearly radiation received at the surface of the Earth Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Back Radiation (Qb) - อาศัยการอธิบายจาก Stefan’s law - ถ้าผิวทะเลได้รับพลังงานจากแสงอาทิตย์ที่ส่องมาถึง เท่ากับ 0.24 cal/cm2/min หรือ 4.00 x 10-3 cal/cm2/s จาก Q = Ck4 Stefan – Boltzman Constant (C) = 1.36 x 10-12 cal/cm2/s k4 = 4.00 x 10-3/ 1.36 x 10-12 = 2.94 x 109 k = 233 K หรือ -40 OC หมายความว่าอย่างไร ? Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean แต่อุณหภูมิเฉลี่ยของมหาสมุทรมีค่าประมาณ 16 OC หรือ 289 K ซึ่งไม่เท่ากับ -40 OC หรือ 233 K - หมายความว่าอย่างไร - จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างไรต่อไป ? Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean การกระจายของค่า Back Radiation - มีค่าไม่แตกต่างกันมากนักในทะเลบริเวณต่าง ๆ ของโลก - เพราะคิดจากอุณหภูมิสัมบูรณ์ไม่ใช่อุณหภูมิในหน่วย OC - 10 OC กับ 20 OC อาจดูแตกต่างกันมาก แต่ 283 K กับ 293 K นั้นแตกต่างกันไม่มากเลย - ดังนั้นจึงถือว่าการแผ่รังสีจากผิวน้ำทะเลในบริเวณต่าง ๆ ของโลกมีปริมาณค่อนข้างคงที่ Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Qs- Qb Heat Budget of the World Ocean

Qs = Qb + Qe + Qh + QT + Qv สมดุลความร้อน (Heat Balance) rate of change = what goes in – what goes out กรณีของ steady state จะเป็น What goes in = What goes out สำหรับ Heat Balance ในโลก สามารถเขียนได้เป็นสมการดังนี้ Qs = Qb + Qe + Qh + QT + Qv QT = heat used for warning the Ocean Qv = the heat transported into or out of the Sea Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean

Heat Budget of the World Ocean Global Heat Balance Heat Budget of the World Ocean