Radiative heat flux divergence and heat regime in the lowest layer of the atmosphere

Summary

The problem of the influence of radiative flux divergence and turbulent heat exchange on temperature of the near-ground layer of the atmosphere is considered. Different methods of calculating long-wave radiative flux divergence are discussed. The importance of different factors for the thermal regime of the near-ground layer is established by means of the theory of non-stationary heat exchange. The primary conclusions are: 1) temperature changes influenced by radiation and turbulence are not additive; this means that, strictly speaking, separate calculations of either radiative or turbulent temperature changes have no meaning, 2) the theory developed in this paper is sufficiently exact to show that there is a great influence of radiative flux divergence on the thermal regime of the near-ground layer of the atmosphere.

Zusammenfassung

Es wird das Problem des Einflusses der Strahlungsstrom-Divergenz und des turbulenten Wärmeaustausches auf die Temperatur der bodennahen Luftschicht behandelt. Verschiedene Methoden zur Berechnung der Divergenz der langwelligen Strahlungsströme werden diskutiert. Die Bedeutung der verschiedenen Faktoren für das Temperaturregime der bodennahen Luftschicht wird auf Grund der Theorie des nichtstationären Wärmeaustausches festgestellt. Die wichtigsten Schlußfolgerungen sind: 1. Die Temperaturänderungen, die durch Strahlung und Turbulenz hervorgerufen werden, können nicht addiert werden; dies bedeutet, daß eine gesonderte Berechnung der Temperaturänderungen durch Strahlungsvorgänge bzw. durch den Turbulenzwärmestrom streng genommen nicht zulässig ist. 2. Die in der vorliegenden Arbeit entwickelte Theorie erfaßt die tatsächlichen Vorgänge mit genügender Genauigkeit, um zu beweisen, daß die Divergenz des langwelligen Strahlungsstromes für das Temperaturregime der bodennahen Luftschicht von großer Bedeutung ist.

Résumé

Les auteurs traitent ici le problème de l'influence de la divergence du flux de rayonnement ainsi que des échanges turbulents de chaleur sur la température des couches d'air voisines du sol. Ils discutent diverses méthodes permettant de calculer la divergence des flux de rayonnement de grande longueur d'onde. Ils constatent l'importance des divers facteurs sur le régime de température de ces couches d'air voisines du sol et cela sur la base de la théorie des échanges de chaleur non stationnaires. Les conclusions principales sont: 1) les variations de température dues au rayonnement d'une part et à la turbulence d'autre part ne peuvent être additionnées; cela signifie que, si l'on veut être exact, il n'est pas possible de calculer séparément les variations de température dues aux phénomènes de rayonnement, respectivement aux courants thermiques turbulents, 2) la théorie développée dans ce travail embrasse avec suffisamment de précision les effets réels pour démontrer que la divergence du flux de rayonnement à grande longueur d'ondes est d'une importance capitale pour le régime des températures des couches d'air voisines du sol.