Види потоків сонячної радіації в атмосфері

В атмосфері спостерігаються три види потоків сонячної радіації: пряма, розсіяна і відбита.

Радіація, що надходить на Землю безпосередньо від сонячного диска у виді пучка рівнобіжних променів, називається прямою радіацією (S’). Інтенсивність прямої радіації залежить від висоти Сонця і прозорості атмосфери і зростає зі збільшенням висоти місця над рівнем моря. На висоті 1 км це збільшення складає 69,8—139,6 Вт/м². На висоті 4—5 км інтенсивність прямої радіації перевищує 1186,6 Вт/м². Хмари нижнього ярусу зазвичай майже не пропускають пряму радіацію. Середні багаторічні суми прямої радіації на території України збільшуються від 210 МДж/м² на півночі до 290 МДж/м² на півдні.

Прихід прямої радіації на земну поверхню залежить від кута падіння сонячного проміння. Потік прямої радіації на горизонтальну поверхню називають інсоляцією. Якщо поверхня не горизонтальна, то прихід радіації залежить також від нахилу поверхні.

Річний хід прямої радіації найбільш різко виражений на полюсах, тому що узимку сонячна радіація тут взагалі відсутня, а влітку її прихід досягає 907,4 Вт/м². У середніх широтах максимум прямої радіації іноді спостерігається не влітку, а навесні, тому що в літні місяці внаслідок збільшення вмісту водяної пари і пилу прозорість атмосфери зменшується.

Частина сонячної радіації, проходячи через атмосферу, розсіюється молекулами атмосферних газів і аерозолем. Вона створює розсіяну радіацію (D). Атмосфера розсіює близько 25% сонячної радіації. Молекули газів атмосфери розсіюють промені з короткими хвилями — фіолетові і сині. Чим і обумовлюється блакитний колір неба. Домішки (порошини, крапельки і кристалики) розсіюють хвилі різної довжини (тому при значному вмісті домішок небо набуває більосуватий відтінок), а при діаметрі більше 1,2 мкм відбивають радіацію без зміни спектрального складу (білі хмари). Завдяки розсіюванню і відбиттю сонячних променів атмосферою існує денне освітлення в похмурі дні, видні предмети в тіні, виникає явище сутінок (після заходу Сонця верхні шари атмосфери, які ще освітлені сонячними променями, розсіюють їх, і деяка частина розсіяної радіації доходить до земної поверхні, обумовлюючи сутінкову освітленість). Тривалість сутінок залежить від географічної широти місця і від часу року. На екваторі тривалість сутінок 3 – 5 хв. Зі збільшенням широти вона зростає, і північніше 60^о півн.ш. сутінки в середині літа тривають усю ніч ("білі ночі").

Середні багаторічні суми розсіяної радіації за рік на території України складають 200 – 215 МДж/м². Чим менше висота Сонця і більше забруднення атмосфери, тим більше частка розсіяної радіації в потоці сумарної радіації. Хмари, що не закривають Сонця, збільшують прихід розсіяної радіації в кілька разів у порівнянні з ясним небом. Збільшує розсіяну радіацію і сніжний покрив, що відбиває до 70—90% прямої радіації, що потім розсіюється в атмосфері. Зі збільшенням висоти місця над рівнем моря розсіяна радіація при ясному небі зменшується.

Добовий і річний хід розсіяної радіації при ясному небі взагалі відповідає ходу прямої радіації. Однак ранком розсіяна радіація з'являється вже до сходу Сонця, а увечері вона ще надходить у період сутінок, тобто після заходу. У річному ході максимум розсіяної радіації спостерігається влітку.

Пряма радіація, що приходить на горизонтальну поверхню, і розсіяна радіація, діючи спільно, складають сумарну радіацію: Q = S' + D

Співвідношення між прямою і розсіяною радіацією в складі сумарної радіації залежить від висоти Сонця, хмарності і забруднення атмосфери.

Сумарна радіація, надходячи на поверхню Землі, частково відбивається від неї і спрямовується назад в атмосферу у вигляді відбитої радіації (R). Відношення відбитої частини R до всієї сумарної радіації Q, що надходить до Земної поверхні, називається відбивною здатністю, або альбедоА даної поверхні:

A = R/Q

Альбедо зазвичай виражають у відсотках (при множенні цього співвідношення на 100). Альбедо залежить від кольору поверхні, шорсткості, вологості й інших властивостей. Альбедо водяних поверхонь менше, ніж суші, оскільки сонячні промені, особливо при великій висоті Сонця, проникаючи у воду, значною мірою поглинаються і розсіюються у ній. Велике альбедо льоду і снігу обумовлює уповільнений хід весни в північних районах і збереження багаторічних льодів у полярних областях. Спостереження за альбедо суші, моря і хмарного покриву проводяться зі штучних супутників Землі. Альбедо моря дозволяє розрахувати висоту хвиль, альбедо хмар характеризує їхню потужність, а розходження в альбедо різних ділянок суші дає уявлення про ступінь закритості полів снігом і про стан рослинного покриву.

Сонячна радіація, що досягла поверхні Землі, частково відбивається від неї, а частково поглинається Землею, тому вона називається поглиненою радіацією (С) (тобто це різниця між сумарною і відбитою радіацією). Вона може бути виражена такими рівняннями С=Q–R або C=Q(1-A).

Атмосфера поглинає взагалі 15—20% сонячної радіації, що надходить до Землі, головним чином інфрачервону. Поглинають радіацію більше за все водяна пара, аерозолі, озон.

Розділ метеорології, що вивчає потоки променистої енергії в атмосфері, називається актинометрією.

Максимальну кількість радіації одержує поверхня, що перпендикулярна напрямку сонячних променів. Чим менше кут падіння променів, тим менше інтенсивність сонячної радіації. Так як протягом року і протягом доби висота сонця на всіх широтах не залишається постійною, кількість сонячного тепла, що одержується поверхнею, безупинно змінюється.

Пряма, розсіяна, сумарна, відбита види радіації мають назву короткохвильова радіація (0,1<l<4 мкм).

Дата добавления: 2014-01-04