14. Прохождение солнечной радиации через атмосферу, закон Рэлея. Ослабление радиации в атмосфере, коэффициент прозрачности.

Около 23% прямой солнечной радиации поглощается в атмосфере. Причем разные газы поглощают радиацию в разных участках спектра и в разной степени. Азот, например, поглощает только коротковолновую ультрафиолетовую радиацию, энергия которой ничтожна. Немного больше поглощает кислород. Озон поглощает значительную часть радиации в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, углекислый газ – в инфракрасной части. Однако основным поглотителем радиации является водяной пар (видимая и ближняя инфракрасная области спектра). Солнечную радиацию также поглощают облака и аэрозоли. В результате поглощения и рассеяния радиации величина потока прямой радиации уменьшается, меняется спектральный состав.

В соответствии с законом Рэлея, рассеяние обратно пропорционально четвертой степени длины волны:

,

где D_ - спектральная плотность энергетической освещенности прямой радиации с длиной волны . Закон Рэлея справедлив для рассеяния на частицах, размеры которых значительно меньше длины волны. Для более крупных частиц (аэрозоли, капли, кристаллы) длина волны должна стоять в меньшей степени.

Т.о., из формулы видно, что чем больше длинна волны (напр., лучи красного цвета), тем рассеяния будет меньше. Т.о., в спектре рассеянной радиации лучи коротковолновых частей видимого цвета (синие, голубые, фиолетовые) преобладают по энергии над оранжевыми и красными.

,

где p = e^- - интегральный коэффициент прозрачности (также обобщенный для всех длин волн). Полученная формула называется формулой Бугера. При m = 1 (Солнце в зените), тогда p = S/S₀, т.е. р показывает, какая доля радиации доходит до земной поверхности при отвесном падении солнечных лучей. С увеличением широты коэффициент прозрачности возрастает из-за убывания давления водяного пара и меньшей запыленностью атмосферы. В степени- масса воздуха M, проходимого лучами при площади поперечного сечения потока радиации равной 1. Введем также массу М₀ вертикального столба, отношение m = М/M₀ - оптическая масса атмосферы.

Следовательно, р показывает какая доля прямой солнечной радиации доходит до земной поверхности при отвесном падении солнечных лучей.

15.Какая радиация приходит к Земле от Солнца? Что такое солнечная постоянная? Какие изменения происходят с солнечной радиацией в атмосфере? Что такое прямая солнечная радиация и как она зависит от

высоты Солнца?

Прямая солнечная радиация есть радиация, приходящая к земной поверхности непосредственно от диска Солнца. Поскольку расстояние от Земли до Солнца очень велико, прямая радиация падает на Землю в виде пучка параллельных лучей. Максимальное количество радиации при этом получает единица площади, расположенная перпендикулярно к солнечным лучам. На единицу горизонтальной площади приходится меньшее количество лучистой энергии:

S = S  sin h_O.

Величина S называется инсоляцией. h – высота солнца над горизонтом.

Практически единственным источником тепла для поверхности Земли и для атмосферы является лучистая энергия Солнца (полная энергия, переносимая солнечным светом). Лучистая энергия Солнца превращается в тепло частично в самой атмосфере, но главным образом на земной поверхности, где она идет на нагревание верхних слоев почвы и воды, а от них и воздуха. Нагретые земная поверхность и атмосфера изучают невидимую инфракрасную радиацию в мировое пространство, тем самым охлаждаясь. Земля находится в состоянии теплового и лучистого равновесия.

В спектре солнечной радиации на интервал длин волн между 0,1 и 4 мкм (ультрафиолетовые волны) приходится 99% всей энергии солнечного излучения. Однако 47% всей солнечной лучистой энергии заключается в диапазоне видимого света, на инфракрасное излучение приходится 44%, на ультрафиолетовое – 9% всей лучистой энергии.

Энергетическая освещенность – количество лучистой энергии, падающей на единицу площади в единицу времени. Энергетическая освещенность солнечной радиации, падающей на верхней границе атмосферы на единицу площади, перпендикулярной солнечным лучам при среднем расстоянии от Земли до Солнца, называют солнечной постоянной S₀^*. Она приблизительно равна 1367 Вт/м². Солнечная постоянная изменяется обратно пропорционально квадрату расстояния от Земли до Солнца. Земля наиболее близка к Солнцу в начале января, наиболее далека от него в начале июля. Энергетическая освещенность внешней границы атмосферы в это время равна соответственно 1,033 и 0,967 от S₀^*. Энергетическая освещенность внешней границы атмосферы S₀ при данном расстоянии от Земли до Солнца r вычисляется по формуле:

Излучение Солнца с течением времени меняется очень мало.