2. Сонячна радіація.

Сонце випромінює у простір велику кількість енергії. За рік земна поверхня отримує від Сонця майже в 250 разів більше енергії, ніж її виробляють всі електростанції світу. При цьому сонячне випромінювання, що досягає Землі, становить менше двох мільярдних відсотка всього випромінювання Сонця.

Випромінювання Сонцем світла і тепла називають сонячною радіацією.

Проходячи через атмосферу, сонячна радіація частково поглинається, частково розсіюється і відбивається, зменшуючись на 15-20 %. Атмосфера поглинає близько 20 % сонячної радіації, що надходить на її верхню межу. Ще 34 % радіації відбивається від поверхні Землі і атмосфери (відбита радіація). 46 % сонячної радіації поглинає земна поверхня. Таку радіацію називають поглинутою (увібраною).

Поглинання атмосферою сонячного випромінювання відбувається вибірково, оскільки різні гази поглинають випромінювання неоднаково. Азот і кисень поглинають тільки ультрафіолетові хвилі. Більш сильним поглиначем є озон. Інтенсивно поглинає випромінювання в інфрачервоній області спектра вуглекислий газ. Основним же поглиначем в атмосфері є водяна пара, зосереджена головним чином у нижній частині тропосфери. Сонячне випромінювання поглинають також хмари і атмосферні домішки. Завдяки явищам поглинання середня температура повітря становить +14° С, тоді як у разі відсутності атмосфери вона дорівнювала б -22° С. А це значить, що Земля перетворилася б у мертву льодово-кам'яну пустелю. В цілому в атмосфері поглинається 15-20 % сонячного випромінювання.

Але проходячи через атмосферу, сонячні промені частково розсіюються, відхиляються від початкового шляху внаслідок відбивання від молекул газів, крапель води, частинок аерозольних домішок і перетворюються на промені, які розходяться у всіх напрямах.

Частина розсіяного випромінювання поглинається і тому йде на нагрівання атмосфери, частина - досягає земної поверхні, частина - повертається до міжпланетного простору.

З розсіяним випромінюванням пов'язані деякі характерні особливості атмосфери:

• блакитний колір неба (оскільки більшому розсіюванню підлягають короткохвильові фіолетові та сині промені),

• розсіяне світло вдень (освітлюючи ті предмети, на які не падають прямі сонячні промені - тіньова частина гір, лісу, будівель),

• ранкові і вечірні сутінки.

Частина сонячних променів відбивається хмарами, аерозольними частинками та поверхнею Землі.

Таким чином, випромінювання Сонця, яке отримує поверхня Землі, може бути поділене на пряме, розсіяне і поглинуте.

Та частина сонячної енергії, яка потрапляє на земну поверхню безпосередньо від сонячного диску у вигляді пучка паралельних променів, має назву прямої радіації. Вона несе найбільшу кількість світла й тепла.

Інтенсивність прямої сонячної радіації біля земної поверхні зменшується. Вона залежить від тривалості освітлення і кута падіння сонячних променів, обумовленого висотою Сонця над горизонтом, а також прозорості атмосфери. Сильно ослаблює сонячну радіацію хмарність (в середньому на 20%).

Та частина сонячної енергії, яка при проходженні через шари атмосфери розсіюється, називається розсіяною. Близько 25 % загального потоку сонячного випромінювання при проходженні через атмосферу перетворюються в розсіяне.

Розсіяна радіація зростає при збільшенні запилення і хмарності. Відбивання радіації сніговим покривом також збільшує її розсіювання атмосферними газами. Найбільших значень розсіяна радіація досягає в Арктиці і Антарктиді, де Сонце стоїть дуже низько, і шлях прямої радіації до земної поверхні довгий, більша частина її відбивається сніговим покривом назад в атмосферу і ще більше розсіюється.

Пряма і розсіяна радіація разом складають сумарну радіацію. Під нею розуміють загальну кількість тепла в джоулях, яка надходить на поверхню суші та океану від Сонця на одиницю площі (см²) за одиницю часу.

Кількість сумарної сонячної радіації залежить від кута падіння сонячних променів. Чим ближче ця величина до 90^о, тим більше сонячної енергії отримує земна поверхня. У свою чергу кут падіння сонячних променів визначається її географічною широтою. З віддаленням від екватора до полюсів кут падіння сонячних променів зменшується.

Залежність величини сумарної радіації від кута падіння променів обумовлена двома причинами. По-перше, чим меншим є кут падіння сонячних променів, тим на більшу площу розподіляється цей потік світла і тим менше енергії припадає на одиницю поверхні. По-друге, чим меншим є кут падіння, тим довший шлях проходить промінь в атмосфері.

На величину сонячної радіації, яка потрапляє на земну поверхню впливає, і прозорість атмосфери, особливо хмарність.

Радіація, яка поглинута земною поверхнею називається поглинутою, а відбита - відбитою. Відношення відбитої сонячної радіації до сумарної, виражене у відсотках, називається альбедо. Альбедо залежить від кольору підстильної поверхні. Так найбільше значення альбедо має сніг (бо білий колір краще відбиває сонячні промені) - 80-90 %, найменше для чорної ріллі - 5-10%.

Процес надходження й витрачання сонячної енергії, нагрівання й охолодження всієї системи атмосфери Землі характеризується тепловим балансом. Якщо прийняти річне надходження сонячної енергії на верхню межу атмосфери за 100 %, то баланс сонячної енергії виглядатиме так: відбивається від Землі й повертається назад в космічний простір 42 % (ця величина характеризує альбедо Землі), причому 38 % відбивається атмосферою і 4 % - поверхнею Землі. Решта (58 %) поглинається: 14 % - атмосферою і 44 % - земною поверхнею.

Саме сонячна радіація є визначальним фактором формування температури. Ізотерми - це лінії на карті (переважно кліматичній чи синоптичній), що з'єднують точки з однаковою температурою повітря. На Земній кулі абсолютний максимум температури був зафіксований поблизу міста Тріполі (Лівія) - +58^о С. Найнижчу температуру в Північній півкулі поблизу селища Ойм`якон - -70^о С, а Земної кулі в цілому - поблизу російської станції "Восток" в Антарктиді - -89,2^о С.

Географічний екватор не співпадає із термічним екватором. У липні термічний екватор переміщується у напрямку до північного тропіка, а в січні – в середньому до 0-5⁰ пд.ш.

У Південній півкулі хід ізотерм більш плавний, ніж у Північній, оскільки підстилаючи поверхня тут однорідна. Це головним чином зумовлено переважанням площі океану. Самі високі температури спостерігаються у січні на материках в Австралії, Південній Америці (ізотерма + 30⁰ ). Це найтепліші місця у південній півкулі.

Влітку на одних і тих же широтах на материках тепліше, ніж в океані, а взимку – навпаки.