4) Характеристики солнечной радиации. Солнечная постоянная.

Солнечная радиация, поступающая на земную поверхность в виде пучка параллельных лучей, исходящих непосредственно от диска солнца, называется прямой солнечной радиацией S. Количество солнечной радиации, приходящее на горизонтальную поверхность зависит от высоты солнца над горизонтом и определяется выражением [10]: S'= S * sin h ( 1.1)

где h – высота солнца над горизонтом.

Общий приход солнечной радиации на горизонтальную поверхность, состоящий из прямой радиации и рассеянной радиации D, поступающей на земную поверхность после рассеяния в атмосфере, равен:

Q = S' + D (1.2)

На земной поверхности происходит перераспределение поступающей солнечной радиации: часть ее отражается от земной поверхности в атмосферу (отраженная коротковолновая радиация R ), остальная поглощается земной поверхностью (поглощенная коротковолновая радиация Bk):

Bk=Q - R (1.3)

Количество отраженной радиации зависит от свойств земной поверхности (цвета, увлажненности, структуры поверхности и т.п.). Величина, характеризующая отражательную способность поверхности или альбего поверхности A, ч определяется отношением отраженной от поверхности радиации к поступающей на данную поверхность суммарной радиации и обычно выражается в процентах:

A = Q / R * 100% (1.4)

Наряду с коротковолновой радиацией к земной поверхности поступает длинноволновое излучение атмосферы (встречное излучение) , и, в свою очередь, земная поверхность излучает длинноволновую радиацию соответственно своей температуре (собственное излучение) . Разность собственного излучения земной поверхности и атмосферы называется эффективным излучением .

Алгебраическая сумма составляющих радиации определяет радиационный баланс :

B = S' + D + Ea - R - E3 = Q - R - Eэф (1.5)

В зависимости от соотношения приходно-расходных составляющих знак радиационного баланса бывает положительным, если поверхность земли поглощает больше радиации, чем отдает, и отрицательным, если поверхность поглощает радиации меньше, чем отдает.

Величина радиационного баланса может быть либо определена как сумма составляющих, каждая из которых измерена отдельно, либо непосредственно измерена прибором при актинометрических наблюдениях.

5) Трансформация солнечной радиации в атмосфере. Процессы поглащения, отражения и рассеяния солнечной радиации.

ПРЯМАЯ СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ S –радиация, поступающая от Солнца в атмосферу и затем на земную поверхность в виде пучка параллельных лучей. Ее интенсивность измеряется в калориях на см2 в минуту. Она зависит от высоты солнца и состояния атмосферы (облачность, пыль, водяной пар). Годовая сумма прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность территории Ставропольского края составляет 65-76 ккал/ см2/мин. На уровне моря при высоком положении Солнца (лето, полдень) и хорошей прозрачности прямая солнечная радиация составляет 1,5 ккал/ см2/мин. Это коротковолновая часть спектра. При прохождении потока прямой солнечной радиации через атмосферу происходит его ослабление, вызванное поглощением (около 15 %) и рассеянием (около 25 %) энергии газами, аэрозо¬лями, облаками.

РАССЕЯНАЯ РАДИАЦИЯ D – часть солнечной радиации в результате рассеяния атмосферой уходит обратно в космос, но значительная ее часть поступает на Землю в виде рассеянной радиации. Максимум рассеянной радиации + 1 ккал/ см2/мин. Отмечается при чистом небе, если на нем высокие облака. При пасмурном небе спектр рассеянной радиации сходен с солнечным. Это коротковолновая часть спектра. Длина волны 0,17—4мк.

СУММАРНАЯ РАДИАЦИЯ Q- состоит из рассеянной и прямой радиации на горизонтальную поверхность. Q= S+ D.

Соотношение между прямой и рассеянной радиацией в со¬ставе суммарной радиации зависит от высоты Солнца, облачно¬сти и загрязненности атмосферы, высоты поверхности над уров-нем моря. С увеличением высоты Солнца доля рассеянной ра¬диации при безоблачном небе уменьшается. Чем прозрачнее ат¬мосфера и чем выше Солнце, тем меньше доля рассеянной радиации. При сплошной плотной облачности суммарная ради¬ация полностью состоит из рассеянной радиации. Зимой вслед¬ствие отражения радиации от снежного покрова и ее вторичного рассеяния в атмосфере доля рассеянной радиации в составе сум¬марной заметно увеличивается.

Свет и тепло, получаемые растениями от Солнца, — результат действия суммарной солнечной радиации. Поэтому большое значение для сельского хозяйства имеют данные о суммах ради¬ации, получаемых поверхностью за сутки, месяц, вегетационный период, год.

Отраженная солнечная радиация. Альбедо. Суммарная радиа¬ция, дошедшая до земной поверхности, частично отражаясь от нее, создает отраженную солнечную радиацию (RK), направленную от земной поверхности в атмосферу. Значение отраженной ра¬диации в значительной степени зависит от свойств и состояния отражающей поверхности: цвета, шероховатости, влажности и др. Отражательную способность любой поверхности можно ха-рактеризовать величиной ее альбедо (Ак), под которым понимают отношение отраженной солнечной радиации к суммарной. Аль¬бедо обычно выражают в процентах:

 

А = %.

 

Наблюдения показывают, что альбедо различных поверхнос¬тей изменяется в сравнительно узких пределах (10...30 %), ис¬ключение составляют снег и вода.

Альбедо зависит от влажности почвы, с возрастанием которой оно уменьшается, что имеет важное значение в процессе измене¬ния теплового режима орошаемых полей. Вследствие уменьше¬ния альбедо при увлажнении почвы увеличивается поглощаемая радиация. Альбедо различных поверхностей имеет хорошо выра¬женный дневной и годовой ход, обусловленный зависимостью альбедо от высоты Солнца. Наименьшее значение альбедо на¬блюдают в околополуденные часы, а в течение года — летом.

Проходя через земную атмосферу, солнечная радиация ослабляется вследствие поглощения и рассеяния атмосферными газами и аэрозолями. При этом изменяется и ее спектральный состав. При различной высоте солнца и различной высоте пункта наблюдений над земной поверхностью длина пути, проходимого солнечным лучом в атмосфере, неодинакова. При уменьшении высоты особенно сильно уменьшается ультрафиолетовая часть радиации, несколько меньше – видимая и лишь незначительно – инфракрасная.

Рассеяние радиации в атмосфере происходит главным образом в результате непрерывных колебаний (флуктаций) плотности воздуха в каждой точке атмосферы, вызванных образованием и разрушением некоторых «скоплений» (сгустков) молекул атмосферного газа. Солнечную радиацию рассеивают также частицы аэрозоля. Интенсивность рассеяния характеризуется коэффициентом рассеяния.