8.6.Изменение солнечной радиации при прохождении через атмосферу

Прямые солнечные лучи, пронизывающие атмосферу при безоблачном небе, называются прямой солнечной радиацией. Максимальная ее величина при высокой прозрачности атмосферы на перпендикулярной лучам поверхности в тропическом поясе равна около 1,05 – 1, 19 кВт/м² (1,5 – 1,7 кал/см² х мин. В средних широтах напряжение полуденной радиации обычно составляет около 0,70 – 0,98 кВт /м² х мин (1,0 – 1,4 кал/см² х мин). В горах оно увеличивается.

Часть солнечных лучей от соприкосновения с молекулами газов и аэрозолями рассеивается и переходит в рассеянную радиацию. На земную поверхность рассеянная радиация поступает уже не от солнечного диска, а от всего небосвода и создает повсеместную дневную освещенность. От нее в солнечные дни светло и там, куда не проникают прямые лучи, например под пологом леса. Наряду с прямой радиацией рассеянная радиация также служит источником тепла.

Абсолютная величина рассеянной радиации тем больше, чем интенсивнее прямая. Относительное значение рассеянной радиации возрастает с уменьшением роли прямой: в средних широтах летом она составляет 41%, а зимой 73 % общего прихода радиации. Ее доля зависит от высоты Солнца: в высоких широтах она равна 30 %, в полярных 70 % от всей радиации.

В целом же (с участием суточного хода высоты Солнца и облачности неба) на рассеянную радиацию приходится около 25 % всего потока солнечных лучей.

На земную поверхность, таким образом, поступает прямая и рассеянная радиация. В совокупности прямая и рассеянная радиация образуют суммарную радиацию, которая определяет тепловой режим тропосферы.

Поглощая и рассеивая радиацию, атмосфера значительно ее ослабляет. Величина ослабления зависит от коэффициента прозрачности, показывающего, какая доля радиации доходит до земной поверхности. Если бы тропосфера состояла бы только из газов, то коэффициент прозрачности был бы равен 0,9, то есть она бы пропускала бы 90 % идущей к Земле радиации. Но в воздухе всегда присутствуют аэрозоли, снижающие коэффициент прозрачности до 0,7 – 0,8. Прозрачность атмосферы изменяется вместе с изменением погоды.

Так как плотность воздуха падает с высотой, то слой газа, пронизываемого лучами, нельзя выражать в км толщины атмосферы. В качестве единицы измерения принята оптическая масса, равная мощности слоя воздуха при вертикальном падении лучей.

Ослабление радиации в тропосфере легко наблюдать в течение суток. Когда Солнце находится около горизонта, то его лучи пронизывают несколько оптических масс. Их интенсивность при этом так ослабевает, что на Солнце можно смотреть незащищенным глазом. С поднятием Солнца уменьшается число оптических масс, которые проходят его лучи, и интенсивность лучей возрастает.

Степень ослабления солнечной радиации в атмосфере выражается формулой Ламберта:

I_i = I₀ p^m, где

I_i – радиация, достигшая земной поверхности,

I₀ – солнечная постоянная,

p – коэффициент прозрачности,

m – число оптических масс.

8.7. Солнечная радиация у земной поверхности

Количество лучистой энергии, приходящее на единицу земной поверхности, зависит прежде всего от угла падения солнечных лучей. На одинаковые площади на экваторе, в средних и высоких широтах приходится различное количество радиации.

Солнечная инсоляция (освещение) сильно ослабляется облачностью. Большая облачность экваториальных и умеренных широт и малая облачность тропических широт вносят значительные коррективы в зональное распределение лучистой энергии Солнца.

Распределение солнечного тепла по земной поверхности показывается на карте суммарной солнечной радиации. Как показывают карты распределения суммарной солнечной радиации, наибольшее количество солнечного тепла – от 7 530 до 9 200 МДж/м² (180-220 ккал/см²) получают тропические широты. Экваториальные широты из-за большой облачности получают тепла несколько меньше, 4 185 – 5 860 МДж/м² (100-140 ккал/см²).

От тропических широт к умеренным радиация уменьшается. На островах Арктики она составляет не более 2 510 МДж/м² (60 ккал/см²) в год. Распределение радиации по земной поверхности имеет зонально-региональный характер. Каждая зона распадается на отдельные районы (регионы), несколько отличающиеся один от другого.