Лекция №2

Радиация в атмосфере.

1. Виды радиационных потоков.

2. Радиационный баланс земной поверхности.

3. Фотосинтетически активная радиация.

4. Методы и приборы для измерения составляющих радиационного баланса.

1. Виды радиационных потоков.

Электромагнитная радиация (в дальнейшем называемая просто радиацией или излучением) — форма материи, отличная от вещества. Частным случаем радиации является видимый свет; но к радиации относятся также и не воспринимаемые глазом гамма- лучи, рентгеновские лучи, ультрафиолетовая и инфракрасная ра­диация, радиоволны. Радиация распространяется по всем направлениям от ее источника-излучателя в виде электромагнитных волн со скоростью с в вакууме около 300 000 км/с. Длиной волны называется расстояние между соседними максимумами (или мини­мумами). Частотой колебаний называется число колебаний в секунду.

Лучистая энергия Солнца — практически единственный ис­точник тепла для поверхности Земли и ее атмосферы. Радиация, поступающая от звезд и Луны, в 30 • 10⁶ раз меньше, чем солнечная радиация. Часть солнечной радиации представляет собой видимый свет. Тем самым Солнце является для Земли источником не только тепла, но и света, важного для жизни на нашей планете.

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. Нагретая земная поверхность и нагретая атмосфера в свою очередь излучают невидимую инфракрасную радиацию. От­давая радиацию в мировое пространство, земная поверхность и атмосфера охлаждаются.

В метеорологии прихо­дится иметь дело преимущественно с тепловой радиацией, опреде­ляемой температурой излучающего тела и его излучательной спо­собностью. Наша планета получает такую радиацию от Солнца; земная поверхность и атмосфера в то же время сами излучают тепловую радиацию. Тепловая радиация имеет длины волн от сотен микрометров до тысячных долей микрометра (1 мкм = 10~⁶ м). Или же нанометр (1 нм — 10~⁹ м) — миллиардная доля метра или тысяч­ная доля микрометра.

В метеорологии принято выделять коротковолновую и длинно­волновую радиации.

Коротковолновая радиация - радиация в диа­пазоне длин волн от 0,1 до 4 мкм, включает видимый свет, ультрафиолетовую и инфракрасную радиацию. Солнечная радиация на 99% является коротковолновой радиацией.

а) ультрафиолетовая радиация (длина волны от 0,01 до 0,39 мкм) – на нее приходится 9% лучистой энергии,

б) видимый свет (длина волны от 0,40 до 0,76 мкм) - приходится 47% энергии Солнца,

в) инфракрасная радиация (длина волны от 0,1 до 4 мкм) – 44% солнечной энергии.

Длинноволновая радиация - радиация, излучаемая земной поверхностью и атмосферой с длинами волн от 4 до 100 мкм.

Солнце излучает в пространство огромную энергию (3,83*10²³кВт), из которых Земля получает всего двухмиллиардную часть (1,743*10¹⁷ Вт).

Количество тепла получаемое Землей от Солнца, так называемая солнечная постоянная, составляет 1,37 кВт/м². Солнечная постоянная (So) – представляет собой интенсивность поступления прямой солнечной радиации на внешнюю границу атмосферы, при среднем расстоянии от Земли до Солнца в 150 млн. км. Солнечная постоянная зависит от физического состояния Солнца, от его излучательной способности и от расстояния между Землей и Солнцем, которое изменяется в течении года (2 января – наименьшее расстояние, а 5 июля - наибольшее).

Солнечная радиация, поступая от Солнца и проходя через атмосферу к земной поверхности частично поглощается, частично рассеивается молекулами газов, пылинками и отражается от облаков, частично отражается от земной поверхности. В результате в атмосфере выделяют следующие виды радиационных потоков:

1. Прямая солнечная радиация (S) – радиация, поступающая к земной

поверхности непосредственно от диска Солнца в виде пучка параллельных лучей. Наибольшее количество радиации получает поверхность, расположенная перпендикулярно солнечным лучам. На горизонтальную поверхность приходит меньше лучистой энергии (S^/).

Рис. 1. Приток солнечной радиации на поверхность АВ, перпендикулярную к лучам,

и на горизонтальную поверхность АС.

Инсоляция – поступление солнечной радиации на горизонтальную поверхность, вычисляется по формуле:

S' = S sin h ,

где h – высота Солнца над горизонтом в градусах.

Рис.2. Схема составляющих радиационного баланса