загрузка...
загрузка...
На головну

Пряма, розсіяна і сумарна радіація

  1. Координаційна роль ЦНС (іррадіація, концентрація, пов'язані взаємини, загальний кінцевий шлях, принцип зворотного зв'язку, принцип домінанти).
  2. Відображена і поглинена радіація. Альбедо земної поверхні і Землі в цілому
  3. Пряма, що лежить в площині, перпендикулярна похилій тоді і тільки тоді, коли вона перпендикулярна проекції цієї похилої на цю площину.
  4. Склад, будова атмосфери, значення атмосфери в житті людини. Сонячна радіація, її види, розподіл на території Росії.

Гл а в а 6

Радіація в атмосфері

Пряма, розсіяна і сумарна радіація


Сонце є джерелом корпускулярного та електромагнітного випромінювань. Корпускулярне випромінювання не проникає в атмосферу нижче 90 км, тоді як електромагнітне досягає земної поверхні. У метеорології його називають сонячною радіацією або просто радіацією. Вона становить одну двомільярдну частку від усієї енергії Сонця і проходить шлях від Сонця до Землі за 8,3 хв. Сонячна радіація - джерело енергії майже всіх процесів, що відбуваються в атмосфері і на земній поверхні. Вона в основному короткохвильова і складається з невидимої ультрафіолетової радіації - 9%, видимої світловий - 47% і невидимої інфрачервоної - 44%. Оскільки майже половина сонячної радіації є видиме світло, Сонце є джерелом не тільки тепла, але і світла - теж необхідна умова для життя на Землі.

Радіацію, що приходить до Землі безпосередньо від сонячного диска, називають прямий сонячною радіацією. З огляду на те що відстань від Сонця до Землі велике, а Земля мала, радіація падає на будь-яку її поверхню у вигляді пучка паралельних променів.

Сонячна радіація має певною щільністю потоку на одиницю площі в одиницю часу. За одиницю вимірювання інтенсивності радіації прийнято кількість енергії (в джоулях або калоріях1), Які отримує 1 см2 поверхні в хвилину при перпендикулярному падінні сонячних променів. На верхній межі атмосфери при середній відстані від Землі до Сонця вона становить 8,3 Дж / см2 в хв, або 1,98 кал / см2 в хв. Ця величина прийнята як міжнародний стандарт і називається сонячної постійної (S0). Її періодичні коливання протягом року незначні (+ 3,3%) і обумовлені зміною відстані від Землі до

1 1 кал = 4,19 Дж, 1 ккал = 41,9 МДж.

2 Полуденна висота Сонця залежить від географічної широти і схиляння Сонця.


Сонця. Неперіодичні коливання викликані різної випромінювальною здатністю Сонця. Клімат на верхній межі атмосфери називають радіаційним або солярним. Він розраховується теоретично, виходячи з кута нахилу сонячних променів на горизонтальну поверхню.

У загальних рисах солярний клімат знаходить відображення на земній поверхні. У той же час реальна радіація і температура на Землі істотно відрізняються від солярного клімату за рахунок різних земних факторів. Головний з них - ослаблення радіації в атмосфері за рахунок відображення, поглинання и розсіювання, а також в результаті відображення радіації від земної поверхні.

На верхню межу атмосфери вся радіація приходить у вигляді прямої радіації. За даними С. П. Хромова і М. А. Петросянц, 21% її відбивається від хмар і повітря назад в космічний простір. Решта радіація надходить в атмосферу, де пряма радіація частково поглинається і розсіюється. Частина, що залишилася пряма радіація (24%) досягає земної поверхні, однак при цьому послаблюється. Закономірності ослаблення її в атмосфері виражаються законом Бугера: S = S0·pm (Дж, або кал / см2, В хв), де S - кількість прямої сонячної радіації, що досягла земної поверхні, на одиницю площі (див2), Розташованої перпендикулярно до сонячних променів, S0 - Сонячна постійна, р - Коефіцієнт прозорості в частках від одиниці, що показує, яка частина радіації досягала земної поверхні, т - Довжина шляху променя в атмосфері.

Реально ж сонячні промені падають на земну поверхню і на будь-який інший рівень атмосфери під кутом менше 90 °. Потік прямої сонячної радіації на горизонтальну поверхню називають інсоляцією (5,). Вона обчислюється за формулою S1= S · sin h0 (Дж, або кал / см2, В хв), де h0 - Висота Сонця2. На одиницю горизонтальної поверхні, природно, доводиться менша кількість



енергії, ніж на одиницю площі, розташованої перпендикулярно до сонячних променів (рис. 22).

В атмосфері поглинається близько 23% і розсіюється близько 32% прямої сонячної радіації, що входить в атмосферу, причому 26% розсіяної радіації приходить потім до земної поверхні, а 6% йде в Космос.

Сонячна радіація піддається в атмосфері не тільки кількісним, але і якісним змінам, оскільки гази повітря і аерозолі поглинають і розсіюють сонячні промені вибірково. Основними поглиначами радіації є водяна пара, хмари і аерозолі, а також озон, який сильно поглинає ультрафіолетову радіацію. В розсіянні радіації беруть участь молекули різних газів і аерозолі. розсіювання - Відхилення світлових променів на всі боки від первісного напрямку, так що розсіяна радіація приходить до земної поверхні не від сонячного диска, а від всього небесного зводу. Розсіювання залежить від довжини хвиль: за законом Релея, чим коротше довжина хвилі, тим інтенсивніше розсіювання. Тому більше всіх інших розсіюються ультрафіолетові промені, а з видимих ??- фіолетові і сині. Звідси блакитний колір повітря і відповідно неба в ясну погоду. Пряма ж радіація виявляється в основному жовтої, тому сонячний диск бачиться жовтуватим. При сході і заході Сонця, коли шлях променя в атмосфері довше і розсіювання більше, поверхнідосягають тільки червоні промені, чому Сонце здається червоним. Розсіяна радіація обумовлює світло днем ??при похмурій погоді і в тіні при ясній погоді, з нею пов'язано явище сутінків і білих ночей. На Місяці, де немає атмосфери і відповідно розсіяною радіації, предмети, що потрапляють в тінь, стають повністю невидимими.

З висотою, у міру зменшення щільності повітря і відповідно кількості розсіюють частинок, колір неба стає темніше, переходить спочатку в густо-синій, потім в синьо-фіолетовий, що добре видно в горах і відображено на гімалайських пейзажах М. Реріха. У стратосфері колір повітря чорно-фіолетовий. За свідченням космонавтів, на висоті 300 км колір неба чорний.

При наявності в атмосфері великих аерозолів, крапель і кристалів спостерігається вже не розсіювання, але дифузне відображення, а оскільки дифузно відображена радіація являє собою білий світ, то колір неба стає білястим.

Пряма і розсіяна сонячна радіація мають певний добовий і річний хід, який залежить перш за все від висоти Солн-


Мал. 22. Приплив сонячної радіації на поверхню АВ, перпендикулярну до променів, і на горизонтальну поверхню АС (по С. П. Хромова)

ца над горизонтом, від прозорості повітря і хмарності.

Потік прямої радіації в протягом дня від сходу сонця до полудня наростає і потім убуває до заходу Сонця в зв'язку зі зміною висоти Сонця і шляху променя в атмосфері. Однак, оскільки близько полудня зменшується прозорість атмосфери за рахунок збільшення водяної пари в повітрі і пилу і зростає конвективная хмарність, максимальні значення радіації зміщені на пред-полуденний час. Така закономірність властива екваторіально-тропічних широт весь рік, помірних широт влітку. Взимку в помірних широтах максимум радіації припадає на полудень.

Річний хід середньомісячних значень прямої радіації залежить від широти. На екваторі річний хід прямої радіації має вигляд подвійної хвилі: максимуми в періоди весняного і осіннього рівнодення, мінімуми в періоди літнього та зимового сонцестояння. У помірних широтах максимальні значення прямої радіації припадають на весняні (квітень в північній півкулі), а не на літні місяці, так як повітря в цей час більш прозорими через менший вміст водяної пари і пилу, а також незначною хмарності. Мінімум радіації спостерігається в грудні, коли найменша висота Сонця, короткий світловий день, і це самий похмурий місяць в році.

Добовий і річний хід розсіяною радіації визначається зміною висоти Сонця над горизонтом і тривалістю дня, а також прозорістю атмосфери. Максимум розсіяною радіації протягом доби спостерігається вдень при зростанні радіації в цілому, хоча частка її в ранкові та вечірні години більше, ніж прямий, а вдень, навпаки, пряма радіація переважає над розсіяною. Річний хід розсіяною радіації на екваторі в загальному повторює хід прямої. В інших широтах вона більше влітку, ніж взимку, через збільшення влітку загального припливу сонячної радіації.



Співвідношення між прямою і розсіяною радіацією змінюється в залежності від висоти Сонця, прозорості атмосфери і хмарності.

Пропорції між прямою і розсіяною радіацією на різних широтах неоднакові. У полярних і субполярних областях розсіяна радіація становить 70% від усього потоку радіації. На її величину, крім низького положення Сонця і хмарності, впливає також багатократне віддзеркалення сонячної радіації від сніжної поверхні. Починаючи з помірних широт і майже до екватора, пряма радіація переважає над розсіяною. Особливо велике її абсолютне і відносне значення у внутрішньоконтинентальних тропічних пустелях (Сахара, Аравія), що відрізняються мінімальною хмарністю і прозорим сухим повітрям. Уздовж екватора розсіяна радіація знову домінує над прямий в зв'язку з великою вологістю повітря і наявністю купчастих хмар, добре розсіюють сонячну радіацію.

Із зростанням висоти місця над рівнем моря значно збільшуються абсолют-Рис. 23. Річна кількість сумарної сонячної радіації [МДж / (м2xгод)]


ная і відносна величини прямої радіації і зменшується розсіяна, так як стає тонше шар атмосфери. На висоті 50-60 км потік прямої радіації наближається до сонячної постійної.

Вся сонячна радіація - пряма і розсіяна, що приходить на земну поверхню, називається сумарної радіацією: (Q = S·sinh¤+ D де Q - сумарна радіація, S - пряма, D- розсіяна, h¤ - Висота Сонця над горизонтом. Сумарна радіація становить близько 50% від сонячної радіації, що приходить на верхню межу атмосфери.

При безхмарному небі сумарна радіація значна і має добовий хід з максимумом близько полудня і річний хід з максимумом влітку. Хмарність зменшує радіацію, тому влітку прихід її в Дополуденні годинник в середньому більше, ніж в післяполудневі. З тієї ж причини в першу половину року вона більше, ніж у другу.

У розподілі сумарної радіації на земній поверхні спостерігається ряд закономірностей.

Головна закономірність полягає в тому, що сумарна радіація розподіляється зонально, убуваючи від екваторіально-тропі-



чеських широт до полюсів відповідно до зменшення кута падіння сонячних променів (рис. 23). Відхилення від зонального розподілу пояснюються різної хмарністю і прозорістю атмосфери. Найбільші річні величини сумарної радіації 7200 - 7500 МДж / м2 в рік (близько 200 ккал / см2 в рік) припадають на тропічні широти, де мала хмарність та невелика вологість повітря. У внутрішньоконтинентальних тропічних пустелях (Сахара, Аравія), де велика кількість прямої радіації і майже немає хмар, сумарна сонячна радіація досягає навіть більше 8000 МДж / м2 в рік (до 220 ккал / см2 на рік). Поблизу екватора величини сумарної радіації знижуються до 5600 - 6500 МДж / м в рік (140-160 ккал / см2 в рік) через значну хмарності, великий вологості і меншою прозорості повітря. У помірних широтах сумарна радіація становить 5000 - 3500 МДж / м2 в рік (? 120 - 80 ккал / см2 в рік), в приполярних - 2500 МДж / м в рік (?60 ккал / см2 на рік). Причому в Антарктиді вона в 1,5-2 рази більше, ніж в Арктиці, перш за все через більшу абсолютної висоти материка (понад 3 км) і тому малу щільність повітря, його сухості і прозорості, а також малохмарною погоди. Зональність сумарною радіації краще виражена над океанами, ніж над континентами.

Друга важлива закономірність сумарної радіації полягає в тому, що материки отримують її більше, ніж океани, завдяки меншій (на 15-30%) хмарності над


континентами. Виняток становлять лише при екваторіальні широти, оскільки днем ??над океаном конвективная хмарність менше, ніж над сушею.

третя особливість полягає в тому що в північному, більш материковому півкулі сумарна радіація в цілому більше, ніж в південному океанічному.

У червні найбільші місячні суми сонячної радіації отримує північну півкулю, особливо внутрішньоконтинентальні тропічні і субтропічні області. У помірних і полярних широтах кількість радіації по широкій змінюється незначно, так як зменшення кута падіння променів компенсується тривалістю сонячного сяйва, аж до полярного дня за Північним полярним колом. У південній півкулі зі збільшенням широти радіація швидко зменшується і за Південним полярним колом дорівнює нулю.

У грудні південну півкулю отримує більше радіації, ніж північне. У цей час найбільші місячні суми сонячного тепла припадають на пустелі Австралії і Калахарі; далі в помірних широтах радіація поступово зменшується, але в Антарктиді знову зростає і досягає таких же значень, як в тропіках. У північній півкулі зі збільшенням широти вона швидко зменшується і за Північним полярним колом відсутня.

В цілому найбільша річна амплітуда сумарної радіації спостерігається за полярними колами, особливо в Антарктиді, найменша - в екваторіальній зоні.




Пошук фрагмента тексту | Відображена і поглинена радіація. Альбедо земної поверхні і Землі в цілому
загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати