Question

15．太陽與地球的距離為1.5×10¹¹m，太陽光以平行光束入射到地面．地球表面$\frac{2}{3}$的面積被水面所覆蓋，太陽在一年中輻射到地球表面水面部分的總能量W約為1.87×10²⁴J．設(shè)水面對太陽輻射的平均反射率為7%，而且將吸收到的35%能量重新輻射出去．太陽輻射可將水面的水蒸發(fā)（設(shè)在常溫、常壓下蒸發(fā)1kg水需要2.2×10⁵J的能量），而后凝結(jié)成雨滴降落到地面．
（1）估算整個地球表面的年平均降雨量（以mm表示，球面積為4πR²）．
（2）太陽輻射到地球的能量中只有約50%到達地面，W只是其中的一部分．太陽輻射到地球的能量沒能全部到達地面，這是為什么？請說明兩個理由．

Answer 1

分析 （1）太陽輻射能量的$\frac{2}{3}$射到水面，水面對太陽輻射的平均反射率為7%，將吸收到的35%能量重新輻射出去，根據(jù)能量守恒定律列式求出降水量．
（2）太陽能到達地面過程中要經(jīng)過大氣層，由于大氣層的吸收、反射，照射到地球的太陽能沒有全部到達地面．

解答 解：（1）設(shè)太陽在一年中輻射到地球水面部分的總能量為W，W=1.87×10²⁴J
凝結(jié)成雨滴年降落到地面水的總質(zhì)量為m：
m=W×$\frac{（1-7%）×（1-35%）}{2.2×1{0}^{5}J/kg}$=1.87×10²⁴J×$\frac{（1-7%）×（1-35%）}{2.2×1{0}^{5}J/kg}$=5.14×10¹⁸kg，
使地球表面覆蓋一層水的厚度為h，則：
h=$\frac{m}{{ρ}_{水}{S}_{地球}}$=$\frac{5.14×1{0}^{18}kg}{1×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×4×3.14×（6.37×1{0}^{6}m）^{2}}$=10.1m=1.01×10⁴mm；
（2）大氣層的吸收，大氣層的散射或反射，云層遮擋等因素，使太陽輻射到地球的能量中只有約50%到達地面．
答：（1）整個地球表面的年平均降雨量為1.01×10⁴mm．
（2）太陽輻射到地球的能量沒能全部到達地面，這是由于大氣層的吸收，大氣層的散射或反射，云層遮擋等．

點評 本題關(guān)鍵是明確地球系統(tǒng)中能量的轉(zhuǎn)移情況，根據(jù)能量守恒定律列式求解即可．