Розсіяна радіація

У результаті розсіювання в атмосфері прямої сонячної радіації частина її досягає земної поверхні у вигляді так названоїрозсіяної радіації атмосфери. Завдяки розсіяному світлу ми маємо денну освітленість, якщо небо повністю закрите хмарами, ми бачимо предмети, що перебувають у тіні, «блакитний колір неба», тобто спостерігаємо явище сутінків і зорі.Невелика частина розсіяної радіації атмосфери відбивається у світовий простір і у такий спосіб губиться. Більша її частина досягає земної поверхні та збільшує собою надходження тепла, компенсуючи тим самим зменшення прямої сонячної радіації, що розсіюється в атмосфері. Розсіювання променистої енергії зумовлено як молекулами повітря, так і дрібними частками, зваженими в повітрі (часточками пилу, туману, хмар і т.п.).

Основи теорії розсіювання були розроблені Релеєм. За законом Релея інтенсивність молекулярного розсіювання (тобто розсіювання молекулами повітря) обернено пропорційна четвертому ступеню довжини хвилі. Молекули повітря розсіюють промені із найкоротшими хвилями – ультрафіолетовими, синіми, блакитними – приблизно в 10 разів більше, ніж довгохвильові, наприклад червоні.

Якщо розміри часточок, які розносяться, більше довжини хвилі (а до них відносяться всі частки, які зважені в повітрі), то чим вони крупніші, тим довгіші світлові хвилі ними розсіюються та тим більш рівномірне розсіювання променів з різною довжиною хвилі.

Розсіювання, таким чином, наближається до відбиття й однакове для променів усіх кольорів. Тому чисте повітря та небо створюють враження глибокої сині (блакитний колір неба). Будь-які домішки в повітрі у вигляді пилу, водяної пари до ін., розсіюючи однаково промені різної довжини хвилі, надають небу білуватий відтінок.

У горах і на більших висотах, де повітря значно чистіше та розрідженіше і де розсіюються промені коротших хвиль, небо здається темніше. На дуже великих висотах іноді навіть при сонячному світлі на темному небі можна побачити найбільш яскраві світила: зірки, планети. Із зазначеного слідує, що розсіяна радіація більш збагачена на короткохвильові промені, ніж пряма сонячна радіація. Чим більше повітряний шар, який необхідно пройти сонячному променю, тим більше розсіюється короткохвильових променів і тим більше в спектрі Сонця залишається променів довгохвильових. Тому Сонце й освітлені їм білі поверхні (стіни будинків, хмари й т.д.) при сході та заході здобуває яскраво-жовте, жовтогаряче і навіть червонувате забарвлення.

Інтенсивність розсіяної радіації вимірюється числом малих калорій, що одержує 1 см² горизонтальної чорної поверхні за 1 хв. від усього небосхилу. Інтенсивність розсіяної радіації D кал/см² хв може змінюватися в широких межах. Вона залежить від висоти Сонця, прозорості атмосфери, хмарності, висоти над рівнем моря і від характеру підстилаючої поверхні. Вимірювання показали, що інтенсивність розсіяної радіації взагалі невелика та при безхмарному небі досягає лише сотих часток калорії, але збільшується при збільшенні висоти Сонця над обрієм.

Так як розсіювання сонячної радіації в атмосфері залежить від кількості часточок, які розсіюються в ній, то очевидно, що чим чистіше повітря, тим менше величина розсіяної радіації й, навпаки. Зменшення прозорості атмосфери внаслідок наявності в ній домішок – пилу, диму, ядер конденсації і т.д. – природно приведе до зменшення прямої радіації та збільшенню розсіяної.

За тієї ж причини величина розсіяної радіації в міру підняття над рівнем моря сильно зменшується: на висоті 2-3 км вона в 5 раз слабша, ніж на рівні моря. Наявність хмар значно збільшує величину інтенсивності розсіяної радіації, тому що хмари є середовищем, яке добре розсіює. Якщо хмари не щільні, а такого типу як перисті, то їхній вплив виявляється не дуже великим, хоча при щільних формах цих хмар можемо отримати значне збільшення інтенсивності радіації.

Особливо сильно впливають на збільшення розсіяної радіації хмари, освітлені Сонцем (висококупчасті, купчасті). Напруженість розсіяної радіації може збільшуватися під впливом такої хмарності в 8-10 разів і досягати величини 0,7-0,8 кал/см² хв. При суцільній хмарності розсіяна радіація буває в 1,5-2 рази більша, ніж при безхмарному небі, і тільки при дуже темній потужній хмарності та під час випадання опадів розсіяна радіація менша, ніж при ясному небі. Якщо для безхмарного неба розсіяна радіація становить усього кілька відсотків від прямої сонячної, то зі збільшенням хмарності цей відсоток зростає та уже вимірюється не одиницями, а десятками відсотків, особливо при наявності на небі великої кількості яскравих хмар і при незначній висоті Сонця.

Величина розсіяної радіації залежить також від характеру підстилаючої поверхні, від її відбиттєвої здатності (альбедо). Це видно з табл. 5.1.

Таблиця 5.1

Розсіяна радіація безхмарного неба при різних висотах Сонця над обрієм і різному альбедо земної поверхні (кал/см² сек)

	Висота Сонця (град)
Без снігу	0,011	0,031	0,044	0,063	0,075	0,085	0,093
Зі снігом	0,017	0,038	0,053	0,072	0,085	0,095	0,104
Процент зростання

Із таблиці видно, що при малих висотах Сонця невеликі зміни його висоти супроводжуються значними збільшеннями розсіяної радіації, а при більших висотах збільшення розсіяної радіації - вже незначні. Із тієї ж таблиці випливає, що сніжний покрив значно збільшує інтенсивність розсіяної радіації. Пояснюється це тим, що сніг близько 70-85 % падаючих на нього променів відбиває назад в атмосферу. Тут вони знову розсіюються та, таким чином, загальний потік розсіяної радіації збільшується. Вплив цього особливо сильно позначається при низькому положенні Сонця: коли Сонце перебуває на обрії, наявність сніжного покриву збільшує напруженість розсіяної радіації на 65 %, а при висоті Сонця 50° – усього лише на 12 %. Особливовелика розсіяна радіація в Арктиці, де її величини досягають 1,0 кал/см²хв. Незважаючи на більшу висоту Сонця, на півдні подібні явища не спостерігаються.

Збільшення напруженості розсіяної радіації в Арктиці пояснюється сприятливими умовами хмарності та наявністю сніжного покриву. Крім того, як вказують полярні дослідники, небо в Арктиці ніколи не буває чисто блакитним, а завжди трохи білувате, що є наслідком наявності в повітрі при низьких температурах водяних крапельок і кристалів льоду, які й збільшують розсіяну радіацію.

Дата добавления: 2014-01-04