Лекция 2 Лучистая энергия

Практически единственным источником энергии для нашей планеты является Солнце. По сравнению с солнечной радиацией все остальные импульсы …..звезда.. внутреннее тепло Земли, является ничтожным. Температура излучающей поверхности Солнца — около 6000 К.

Солнце излучает энергию в диапазоне длине волны = от 0⁰ до 90⁰ нескольких сот… Распределение энергии в спектре Солнца по длине волн неравномерно.

Около 99% солнечной энергии приходится на длины волн X от 0,1 до 4 мкм. Эти волны называют короткими. Из этих волн выделяются ультрафиолетовые волны (0,1—0,4 мкм), видимые волны (0,4—0,78 мкм) и ближние инфракрасные волны (0,78-4мкм).

На видимый участок солнечного спектра приходится почти половина энергии, излучаемой Солнцем. В видимом участке спектра самые короткие фиолетовые волны, а самые длинные — красные.

Расстояние между Землей и Солнцем составляет 150*10⁶км и до нашей планеты доходит только коротко волновая радиация. К верхней границе атмосферы ежесекундно поступает от Солнца 1,38 кДж/м1 (солнечная постоянная /*). К поверхности Земли поступает несколько меньшая величина. Даже в безоблачной и очень чистой атмосфере солнечная радиация ослабевает из-за поглощения и рассеяния.

В ультрафиолетовом участке солнечного спектра солнечная радиация поглощается озоном (О₃). В результате к поверхности Земли волны короче 0,3 мкм не доходят. Значительное поглощение солнечной энергии происходит и в области ближнего инфракрасного излучения Солнца. Здесь поглотителями являются вода, углекислый газ и примеси.

В атмосфере происходит рассеивание света, чем корочеволны, ием интенсивнее она рассеивается.

На поверхность Земли перпендикулярно распространения лучей поступает энергия равная

I=I' p^m – для 90⁰

I – солнечная постоянная

р- коэффициент прозрачности

m- оптический путь

Приток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность называется инсоляция.

I^' = I sin h

h — высота Солнца

Под инсоляцией часто понимают не только прямую, поступающую радиацию но и рассеянную. В низких широтах суммарная радиация почти не меняется в течение года и составляет в месяц около 600 МДж/м2.

Попадаю на поверхность Земли радиация поглощается и частично отражается поверхностью. Отражательная способность назывется альбедо (А). Наибольшим альбедо обладает свежевыпавший снег более 90% . Наименьшей отражательной способностью обладает спокойная вода (около 2%). При альфа <20° альбедо составляет 50% и более. Среднее альбедо Земли 35%,

Температура поверхности Земли в среднем составляет 15°С (288 К). Имея такую температуру, Земля излучает в атмосферу в основном длинноволновую инфракрасную (тепловую) радиацию.

Атмосфера Земли поглощает значительную часть длинноволновой инфрокрасной радиации. Основные поглотители длинноволновой радиации являются СО₂ и Н₂О. Поскольку воды в атмосфере много. Облака, состоящие из воды, активно поглощают длинноволновые излучения, действуют как изоляция или парник. Если ночь пасмурная, то она относительно теплая.

Сама атмосфера также излучает длинноволновую радиацию, и это излучение называется излучением атмосферы Е.

В целом уравнение для года радиационного баланса для Земли равно

I’ + i + Ea – Iотр – Ез = 0

где I’ прямая радиация

i – рассеянная радиация

Ea – излучение атмосферы

Iотр – отраженная радиация

Ез – излучение Земли

Однако, для более коротких промежутков времени и для меньших площадей условие баланса не выполняется. В тропических широтах в течение всего года наблюдается избыток радиации. В полярных широтах в зимнее время наблюдается отрицательный радиационный баланс. В результате разного нагрева и соответственно разности температур в атмосфере и в океанах возникают движения воздуха и воды, т.к. в глобальном масштабе Земля как система стремится к равновесию.