Приход и расход тепла в атмосфере
Атмосфера представляет собой газообразную оболочку, окружающую земной шар, и в зависимости от характера происходящих в ней явлений условно разделяется на несколько слоев.
Нижний слой атмосферы называется тропосферой. Он непосредственно прилегает к земной поверхности, в нем сосредоточен почти весь водяной пар, находящийся в атмосфере. Верхняя граница этого слоя расположена, в среднем, на высоте 11 км. Температура воздуха в тропосфере падает с высотой. На верхней границе она достигает значений от -60 до -70 °С. Восходящие и нисходящие воздушные потоки обусловливают непрерывное перемешивание воздушных масс. Внутри тропосферы выделяют пограничный слой, являющийся переходным между земной поверхностью и свободной атмосферой. На нижней границе этого слоя происходит обмен энергией (тепловой и кинетической) и обмен веществом (водой и атмосферными загрязнениями). Высота пограничного слоя составляет, в среднем, 1,5 км.
Большинство наблюдаемых метеорологических явлений, оказывающих влияние на работу дорожно-эксплуатационных организаций и условия движения, происходит в пограничном слое. В их числе выпадение осадков, ветровой и температурный режимы и т.д.
Основным источником тепла, получаемого поверхностью Земли и атмосферой, является солнечная радиация - энергия, которую приносят с собой лучи солнца. Прежде чем достичь земной поверхности, солнечная радиация проходит через атмосферу, испытывая при этом некоторые изменения. Она частично поглощается и рассеивается атмосферой, некоторое ее количество рассеивается облаками, следовательно, солнечная радиация доходит до земной поверхности ослабленной. В итоге, около 42 % энергии уходит обратно в мировое пространство, 14 % поглощается самой атмосферой и только 44 % доходит до Земли в виде прямого и рассеянного света.
Влияние погоды проявляется, прежде всего, на земной поверхности, а для дорог - на дорожном покрытии. В соответствии с законами термодинамики на поверхности тела энергия не может ни возникать, ни исчезать. Следовательно, сумма всех потоков энергии, приходящих к дорожному покрытию извне и изнутри дорожной конструкции должна быть равна нулю.
Потоки энергии, приходящие к поверхности (нисходящие) считаются положительными, а направленные от поверхности (восходящие) - отрицательными. На любой поверхности энергия из одной формы превращается в другую форму (лучистая энергия переходит в тепловую энергию) и происходит преобразование энергии.