книги из ГПНТБ / Океанография и морская метеорология учебник

X + dX. Очевидно, что количество энергии d<T>x в этом

интервале, испускаемое с поверхности, будет пропорцио­ нально dS и dX, т. е.

Здесь величина Fx представляет собой поток излуче­

ния, отнесенный к единичному интервалу длин волн, вблизи данной длины Х\ она называется излучательной способностью тела и измеряется в кал/(см2 • мин • мкм). Тогда

а полный поток излучения всех длин волн F будет ра­ вен

Поток радиации, падающий на данное тело, не пол­ ностью трансформируется им. Часть потока F'x погло­

щается телом, другая часть F[ отражается, а третья F'x проходит сквозь него. Тогда

439

При этом сумма этих коэффициентов равна единице:

Следовательно, в формуле закона Кирхгофа В(Х, Т) — излучательная способность абсолютно черного тела. В природе таких тел нет, для всех реальных тел ак < 1.

Тогда на основании этой закономерности можно утверж­ дать, что при постоянной температуре все тела излу­ чают энергии меньше, чем абсолютно черное тело.

Исследования показали, что распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела по длинам волн зависит от температуры самого тела. Эта зависи­ мость определяется законом Вина, который утверждает, что длина волны Хт, на которую приходится максимум излучения абсолютно черного тела, обратно пропор­ циональна температуре:

ние при возрастании температуры тела смещается в сто­ рону более коротких волн, поэтому этот закон и назы­ вается законом смещения длины волны.

Наконец, излучательная способность тела зависит от его температуры. Эта зависимость определяется зако­ ном Стефана — Больцмана. Для абсолютно черного тела

4 4 0

Количество солнечной радиации, поступающее в еди­ ницу времени на площадку в 1 см2, расположенную пер­ пендикулярно к солнечным лучам вне пределов атмо­ сферы Земли при среднем расстоянии между Землей и Солнцем, называется солнечной постоянной. Ее величи­ на принимается равной 1,98 кал/(см2 • мин). Однако сол­ нечная радиация, прежде чем достигнуть земной поверх­ ности, претерпевает ряд существенных изменений: она рассеивается молекулами газов, составляющих атмосфе­ ру, частицами органического и неорганического проис­ хождения (аэрозолями), частично поглощается и отра­ жается от самой атмосферы и поверхности Земли. Рас­ сеяние солнечной радиации связано с тем, что земная атмосфера по отношению к потокам радиации представ­ ляет мутную среду. Рассеяние лучистой энергии прини­ мается эквивалентным рассеянию света и описывается законами рассеяния света (законы Рэлея) в мутной сре­ де. На основании этих закономерностей получена сле­ дующая зависимость:

Поглощение солнечной радиации при прохождении через атмосферу происходит водяным паром, молеку­ лами газов, кристалликами льда и особенно интенсив­ но капельками воды, постоянно находящимися в атмо­

сфере.

Рассеяние и поглощение солнечной энергии при про­ хождении ее через атмосферу учитывается суммарно пу­ тем введения общего коэффициента ослабления, назы­ ваемого коэффициентом прозрачности, который показы­ вает, какая доля солнечной радиации достигает земной поверхности при положении Солнца в зените. Значение этого коэффициента зависит только от физических свойств воздушной массы и.не зависит от высоты Солн­

441

ца. Благодаря поглощению и рассеянию солнечной энер­ гии до поверхности Земли доходит только доля солнеч­ ной постоянной, которая называется прямой солнечной радиацией. Кроме прямой радиации на поверхность Зем­ ли поступает еще и рассеянная радиация от облаков и самой атмосферы. Совокупность этих составляющих об­ разует суммарную радиацию. Так как поверхность Ми­ рового океана является далеко не абсолютно черным телом, то не вся суммарная радиация поглощается ею;

радиация называется отраженной. Степень отражения падающей суммарной энергии на поверхность называет­ ся альбедо. Альбедо представляет собой отношение от­ раженной радиации к общему потоку, падающему па

Для водной поверхности величина альбедо в боль­ шой степени зависит от высоты Солнца, что видно из табл. 34.

Т а б л и ц а 34

Альбедо водной поверхности

два типа приборов: пиргелиометры, измеряющие напря­ женность солнечной радиации в абсолютных единицах, и актинометры, дающие величину радиации в относи­ тельных единицах.

В экспедиционных условиях актинометрические на­ блюдения выполняются с помощью походного актино­ метра конструкции Янишевского (рис. 96). Этот прибор часто называют походным альбедометром. Он позволяет измерять интенсивность суммарной, рассеянной и отра­ женной радиации с длинами волн от 0,3 до 2,4 мкм, приходящейся на горизонтальную поверхность.

4 4 2

Принцип действия альбедометра основан на погло­ щении тепловой энергии и превращении ее в электриче­ скую термоэлектрической батареей, спаи которой окра­ шены в черный и белый цвета. Выводы термобатареи соединены с клеммами, к которым подключается спе­ циальный гальванометр типа ГСА-1 . Приемники защи­ щены от ветра и осадков стеклянным полусферическим

Рис. 96. Альбедометр в кардановом подвесе

колпаком. Сам прибор имеет карданов подвес, что поз­ воляет удерживать его в горизонтальном положении при

показания будут соответствовать только рассеянной ра­ диации. Тогда прямая радиация будет представлена как разность этих показаний. Если же приемник на­ править в сторону водной поверхности (вниз), то

443

его показания будут соответствовать количеству отра­ женной радиации. Тогда альбедо А в % определится по формуле

ческие процессы, протекающие в верхних слоях атмо­ сферы. Аэрология располагает своими специфическими методами и приборами для исследования распределения метеорологических элементов по вертикали, поэтому к производству аэрологических наблюдений привлекаются специально подготовленные наблюдатели.

В экспедиционных условиях аэрологические наблю­ дения обычно сводятся к измерениям температуры, влажности, давления воздуха и ветра на различных высотах. До высот 30—40 км применяются приборы, называемые радиозондами, а для измерений на боль­ ших высотах — метеорологические ракеты.

Радиозонды — приборы разового _действия, они пу­ скаются в свободный полет на шарах-пилотах или сбра­ сываются с самолетов и опускаются на парашютах.

Шар-пилот представляет собой резиновую оболочку, изготовленную из высокоэластичной резины, которую перед запуском наполняют водородом (можно и ге­ лием). Шаропилотные оболочки нумеруются таким об­ разом, что номер оболочки соответствует диаметру в сантиметрах в ненаполненном состоянии.

Водород на корабле хранится в стальных цельнотя­ нутых баллонах, снабженных специальным краном, поз­ воляющим наполнять шаропилотные оболочки. Водород взрывоопасен, поэтому его хранение на корабле требует большой предосторожности и внимания.

Радиозонды на кораблях и судах применяются двух типов: А-22 и РКЗ-1, которые отличаются конструкцией системы шифрования сигналов. Всякий радиозонд со­

444

стоит из трех узлов: датчиков, кодирующего устройства и радиопередатчика. Датчиком температуры является биметаллическая пластинка, датчиком влажности — жи­ вотная пленка, датчиком давления — анероидная короб­ ка. Кодирующее устройство предназначено для фикса­ ции стрелок датчиков и выработки электрических им­ пульсов, которые и передаются радиопередатчиком от­ крыто в эфир.

Радиозонд А-22 работает с полуавтоматическим ре­ гистратором, который расшифровывает сигналы радио­ зонда, принятые опёратором на слух. Радиозонд типа РКЗ-1 применяется с автоматическим регистраторомчастотомером, фиксирующим на бумажной ленте циф­ ры и ординатные отметки, соответствующие значению температуры, влажности и давления в определенный момент времени.

Определение ветра на высотах (ветровое зондирова­ ние) производится с помощью радиопилотов. Радиопи­ лот представляет собой обычный шар-пилот, к которому подвешен пассивный отражатель радиоволн. Радиопи­ лот, пущенный в свободный полет, при отсутствии ветра будет подниматься вертикально вверх, а при наличии ветра — смещаться вдоль линии действия ветра. Тогда величина и направление горизонтального смещения (т. е. проекция пути радиопилота) за единицу времени будут соответствовать среднему ветру в слое, толщина которого определится разностью высот радиопилота в моменты t0 и t\. Таким образом, на каждый момент вре­ мени полета радиопилота можно построить прямоуголь­ ный треугольник и из него определить скорость ветра. На рис. 97 показано построение радиопилотного тре­ угольника на моменты tx и t2. Из чертежа следует, что высота радиопилота в момент tx равна Ни в момент/ 2 — Н2. Скорость ветра на эти моменты времени соответст­ венно будет равна ѵи ѵ2, а направление — А {, А2.

Положение отражателя в пространстве можно опре­ делить по трем текущим координатам: наклонной даль­ ности Дн (дистанция), вертикальному углу ß (угол воз­ вышения) и горизонтальному углу а (азимут). Для по­ лучения этих координат используются радиолокацион­ ные станции. Опыт использования радиолокации в аэро­ логии показал, что наибольшим преимуществом обла­ дают радиолокационные станции, работающие на вол-

445

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

о о

••'sО