12

Глава 4

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ В АТМОСФЕРЕ

4.1. Солнечная радиация и причины ее изменения. Источники

тепловой энергии на Земле

Для нашей планеты существует три источника тепловой энергии:

− лучистая энергия от Солнца,

− внутреннее тепло остывающей Земли,

− энергия звезд и отраженная от Луны солнечная энергия.

Энергия звезд, отраженная энергия от Луны и внутреннее тепло Земли ничтожно малы, в 30 миллионов раз меньше, по сравнению с солнечной энергией, поступающей на Землю. Поэтому лучистая энергия Солнца является практически единственным источником тепла на Земле.

Энергия, излучаемая Солнцем, называется солнечной радиацией.

Поступая на Землю, солнечная радиация превращается в тепло.

Краткие сведения о Солнце

Атмосфера Солнца состоит из трех слоев:

• Фотосфера – нижний слой солнечной атмосферы толщиной

100 ÷ 300 км. Это сильно ионизованный газ, с температурой 5000° ÷ 6000° К. Фотосфера излучает практически всю энергию, поступающую на Землю.

• Хромосфера располагается выше фотосферы. Она простирается до высот 10 000 – 15 000 км.

• Солнечная корона является внешней оболочкой солнечной атмосферы. Она простирается на всю Солнечную систему.

Солнечная атмосфера неоднородна и неспокойна. В ней наблюдаются различного рода явления, которые получили название факелов, флоккул и хромосферных вспышек.

Поток заряженных частиц − корпускул, летящих от Солнца во всех направлениях, называется солнечным ветром.

Достигая поверхности Земли, этот поток вызывает магнитные бури, полярные сияния и другие геомагнитные явления. В это же время сильно возрастает интенсивность рентгеновского и радиоволнового излучения.

В фотосфере возникают относительно холодные образования (Т = 4 600°К) с очень сильными магнитными полями. Они получили название солнечных пятен.

Весь комплекс аномальных явлений в солнечной атмосфере называется солнечной активностью.

Периодичность солнечной активности составляет в среднем 11 лет

(от 7 до 17 лет). Во время минимума активности числа Вольфа, которые являются показателем солнечной активности, изменяются в пределах от 0 до 11, а во время максимума активности − от 40 до 240.

Солнце излучает электромагнитные волны в широком диапазоне:

от гамма-лучей (с длиной волны 10^–10 см)

до сверхдлинных волн (десятки и сотни км).

Примерно 99 % всей радиации приходится на:

• ультрафиолетовая часть этого диапазона (0,17÷0,4 мкм) составляет 5 %,

• оптическая (видимая) часть (0,4÷0,76 мкм) − 52 %,

• инфракрасная часть (0,76 ÷ 4,0 мкм) − 43 %.

Максимум солнечной активности приходится на длину волны равную 0,47 мкм, т. е. на сине-голубой цвет.

Излучательная способность Солнца близка к излучательной способности абсолютно черного тела с температурой равной 5 800°К.

Для определения среднего количества солнечной радиации, поступающей на Землю, используется показатель, который носит название солнечной постоянной.

Количество солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу земной атмосферы в единицу времени, на единицу площади, перпендикулярную солнечным лучам, при среднем расстоянии Земли от Солнца, называется солнечной постоянной (I*).

Стандартное значение солнечной постоянной (по Международной пиргелиометрической шкале 1956 г.) составляет I* = 1,37 кВт/м².

Количество энергии, излучаемое Солнцем (свыше 99 %) приходится на участок спектра от 0,10 до 4 мкм. Поэтому солнечную радиацию называют коротковолновой радиацией.

Земля и атмосфера Земли излучают (отдают) тепло в космическое пространство в инфракрасном спектре. Таким образом:

• Земля принимает коротковолновую радиацию, а излучает длинноволновую (тепло).