3.3. Вплив висоти Сонця на інтенсивність сонячної радіації в атмосфері

Сонячна радіація, потрапляючи в атмосферу, перетерплює значні кількісні і якісні зміни: послабляється внаслідок поглинання і розсіювання атмосферними газами та аерозолями (при цьому змінюється також її спектральний склад).

Атмосфера поглинає взагалі 15—20% сонячної радіації, що надходить до Землі, головним чином інфрачервону. Поглинають радіацію більше за все водяна пара, аерозолі, озон. Промениста енергія Сонця, що поглинається атмосферою, переходить в інші її види: теплову, механічну і т.д.

Близько 25% сонячної радіації атмосфера розсіює. Молекули газів атмосфери розсіюють промені з короткими хвилями — фіолетові і сині. Домішки розсіюють хвилі різної довжини, а при діаметрі більше 1,2 мкм відбивають радіацію без зміни спектрального складу.

Чим довше шлях сонячних променів в атмосфері, тобто чим менше висота Сонця, тим більше розсіюється коротких хвиль (фіолетових, синіх, блакитних) і тем більше стає частка проходження довгих хвиль – обрій здається червонуватим.

Чим більше часточок водяної пари, що розсіюють і поглинають радіацію, зустрічаються на шляху променів, тим менш прозора атмосфера. Прозорість атмосфери характеризують коефіцієнтом прозорості р, який показує, яка частина сонячної радіації, що прийшла до верхньої границі атмосфери, доходить у вигляді прямої радіації до земної поверхні при положенні Сонця в зеніті. Коефіцієнт прозорості залежить від довжини шляху променів в атмосфері. Для реальної атмосфери коливання коефіцієнта прозорості в часі й у просторі пов'язано з фактором мутності.

Фактор мутності — відношення прозорості реальної атмосфери до прозорості ідеальної. Він визначається вмістом в атмосфері водяної пари і пилу і завжди більше одиниці.

Залежність інтенсивності сонячної радіації від кута падіння променів. Максимальну кількість радіації одержує поверхня, що перпендикулярна напрямку сонячних променів.

Чим менше кут падіння променів, тим менше інтенсивність сонячної радіації. Залежність інтенсивності сонячної радіації від кута падіння променів виражається формулою:

I₁=I₀Sinh

де I₀ — інтенсивність сонячної радіації при прямовісному падінні променів;

I₁ — інтенсивність сонячної радіації при падінні сонячних променів під кутом h.

Кількість сонячної радіації, що одержується поверхнею, знаходиться в прямій залежності від тривалості освітлення її сонячними променями.

У зимовий період розходження в приході сонячного тепла між високими і низькими широтами особливо значні.

3.4. Види потоків сонячної радіації

Потужність потоку сонячної радіації в Міжнародній системі одиниць СИ виражається у ватах на 1 м² (Вт/м²). У метеорології потужність потоку сонячної радіації звичайно виражали в калоріях на площу в 1 см² за 1 хв [кал/(см² · хв)].

В атмосфері спостерігаються три види потоків сонячної радіації: пряма, розсіяна і відбита.

Радіація, що надходить на Землю безпосередньо від сонячного диска у виді пучка рівнобіжних променів, називається прямою радіацією. Частина сонячної радіації, проходячи через атмосферу, розсіюється молекулами атмосферних газів і аерозолем. Вона створює розсіяну радіацію.

Пряма радіація, що приходить на горизонтальну поверхню, і розсіяна радіація, діючи спільно, складають сумарну радіацію. Частина сонячної радіації, що відбивається земною поверхнею, хмарами й ін., називається відбитою радіацією.

Розділ метеорології, що вивчає потоки променистої енергії в атмосфері, називається актинометрією.