Для примера облученность солнечной энергией при высоком Солнце и чистой атмосфере (у земной поверхности длины волн λ = 0,3 - 4 мкм) в Беларуси составляет для перпендикулярной лучам площадки 1 кВт/м2, а для горизонтальной 0,8 кВт/м2. Значение облученности может находиться в очень широких пределах.

7.4. Какую роль играет энергия Солнца в атмосфере?

Солнечная энергия является основным условием существования биосферы и одним из главных климатообразующих факторов. За счет энергии Солнца в атмосфере происходит непрерывное перемещение воздушных масс, что обеспечивает постоянство основного газового состава атмосферы. Это имеет важнейшее значение для животных и растительных организмов. Под действием солнечной радиации испаряется огромное количество воды с поверхности водоемов, почвы, растений. Водяной пар, переносимый ветром с океанов и морей на материки, является основным источником осадков, питающих реки, орошающих поля, сады и леса.

7.5. Какой спектр электромагнитных волн, поступающих на земную поверхность от Солнца?

Спектр солнечной радиации на границе земной атмосферы практически заключается между длинами волн 0,17 и 4 мкм, с максимумом при 0,475 мкм. Около 48% энергии приходится на видимую часть спектра (λ=0,40÷0,76 мкм), 7%—на ультрафиолетовую (λ < 0,40 мкм) и 45%—на инфракрасную (λ > 0,76 мкм). Спектр прямой радиации у земной поверхности характеризуется определенно выраженным максимумом в желто-зеленой части спектра, быстрым убыванием энергии в фиолетовой и ультрафиолетовой областях с резким обрывом спектра вблизи λ=0,290 мкм и более плавным убыванием в красной и инфракрасной областях. При большой высоте солнца он практически заключается в пределах 0,290—2,4 мкм. С уменьшением высоты солнца энергия в ультрафиолетовой части резко убывает, а максимум энергии перемещается в желтую часть спектра.

7.6. Как распространяется солнечная радиация в атмосфере?

Около 30% падающей на Землю прямой солнечной радиации отражается назад в космическое пространство. Остальные 70% поступают в атмосферу. Проходя сквозь атмосферу, солнечная радиация частично рассеивается атмосферными газами и аэрозолями и переходит в особую форму рассеянной радиации. Частично прямая солнечная радиация поглощается атмосферными газами и примесями и переходит в теплоту, т.е. идет на нагревание атмосферы.

7.7.Что такое альбедо и каково его значение для различных поверхностей?

Альбедо - характеристика отражательных свойств поверхности какого-либо тела: отношение потока излучения, рассеиваемого поверхностью, к потоку, падающему на неё. Различают истинное Альбедо и видимое Альбедо Истинное Альбедо — отношение потока, рассеянного плоским элементом поверхности во всех направлениях, к потоку, падающему на этот элемент. Видимое Альбедо — отношение яркости поверхности, освещенной параллельным пучком лучей, к яркости абсолютно белой поверхности (т. е. поверхности, для которой отношение яркости к освещённости не зависит от направления, а истинное Альбедо равно единице), перпендикулярной освещенному пучку.

86

Типичные значения альбедо: влажная почва 5—10%, чернозем 15%, сухая глинистая почва 30%, светлый песок 35—40%, полевые культуры 10—25%г травяной покров 20— 25%, лес — 5—20%, свежевыпавший снег 70— 90%; водная поверхность для прямой радиации от 70—80% при солнце у горизонта до 5% при высоком солнце, для рассеянной радиации около 10%; верхняя поверхность облаков 50—65%.

7.8.Как происходит перенос лучистой энергии в атмосфере?

Лучистая энергия - электромагнитные колебания различной частоты и соответствеило различной длины волны. Атмосфера прозрачна для одних видов лучистой энергии, полупрозрачна для других и полностью непрозрачна для третьих. Это происходит из-за избирательного (селективного) пропускания или поглощения волн различной длины разными газами атмосферы. Кроме того, количество лучистой энергии, достигающей Земной поверхности, зависит от облачности, запыленности воздуха и его влажности, т. е. от количества содержащегося в нем водяного пара.

Лучистая энергия легко проходит, почти не задерживаясь, сквозь такие газы, как азот и кислород. Эти газы прозрачны для радиации. Однако другие газы атмосферы различным образом взаимодействуют с радиацией. Они уменьшают количество этой радиации, доходящее до земной поверхности.

7.9. Как происходит преобразование лучистой энергии земной поверхностью?

Лучистая энергия солнца, поглощаясь почвой, превращается в тепловую. Влажная почва нагревается медленнее, чем сухая, так как первая при этом теряет воду путем испарения, а уходящие от нее молекулы воды уносят с собой тепло. Вода имеет сравнительно большую удельную теплоемкость, т. ё. поглощает больше тепла, чем другие вещества. Охлаждение почвы путем испарения приводит к тому, что влажная почва постепенно теряет свое тепло, вследствие чего ее температура в период нагревания почвы солнечной радиацией повышается довольно медленно. Кроме того, почва сравнительно плохо проводит тепло. Значительную часть приходящей радиации поглощает только самый верхний тонкий слой почвы, толщина которого всего несколько сантиметров. В более глубокие слои почвы поглощенное тепло проникает с большим трудом. Самые большие колебания температуры возможны только в нескольких первых сантиметрах почвы. В воде легко развивается конвекция, в результате чего тепло быстро распространяется на значительную глубину. Солнечные лучи, падающие на поверхность воды под небольшим углом, отражаются от нее значительно сильнее, чем более отвесные лучи. Поэтому прямые солнечные лучи влияют на температуру водоема сильнее, да и проникают здесь на более значительную глубину, чем на суше.

7.10. Что считается прямой солнечной радиацией и как она определяется?

Прямой солнечной радиацией называется лучистая энергия, поступающая непосредственно от солнца на земную поверхность в виде параллельных лучей (без рассеянной радиации). Интенсивность прямой солнечной радиации зависит от высоты солнца над горизонтом, прозрачности воздуха, облачности, высоты места над уровнем моря.

Поступление этой радиации в безоблачную погоду начинается со времени восхода солнца. С возрастанием его высоты над горизонтом, интенсивность прямой солнечной радиации быстро увеличивается. Наибольшая интенсивность прямой солнечной радиации наблюдается в полдень. В тёплое время года в околополуденные часы очень часто

87

наблюдается прекращение роста и даже небольшое понижение интенсивности радиации. После полудня, с уменьшением высоты солнца над горизонтом, интенсивность прямой солнечной радиации постепенно падает и прекращается с заходом солнца. Для измерения интенсивности прямой солнечной радиации служат приборы пиргелиометры и актинометры. Пиргелиометры являются абсолютными приборами; они определяют солнечную радиацию непосредственно в калориях. Актинометры дают величины радиации в относительных единицах.

7.11.Какими критериями характеризуется поглощение солнечной энергии в атмосфере?

Ватмосфере поглощается около 23% прямой солнечной радиации. Причем поглощение это избирательное: разные газы поглощают радиацию в разных участках спектра и в разной степени. Прямая солнечная радиация на пути сквозь атмосферу ослабляется не только поглощением, но и путем рассеяния, причем ослабляется более значительно. Рассеяние – это фундаментальное физическое явление взаимодействия света с веществом. Оптически неоднородной средой является и чистый, свободный от примесей воздух, так как в нем вследствие теплового движения молекул постоянно возникают сгущения и разрежения, колебания плотности.

7.12.Что считается рассеянной солнечной радиацией?

Около 25% энергии общего потока солнечной радиации проходя через атмосферу, рассеивается молекулами атмосферных газов и аэрозолем и превращается в атмосфере в рассеянную радиацию. Рассеянная радиация приходит к земной поверхности не от солнечного диска, а от всего небесного свода. Рассеянная радиация отлична от прямой по спектральному составу, так как лучи различных длин волн рассеиваются в разной степени. Рассеяние происходит в оптически неоднородном атмосферном воздухе, содержащем мельчайшие частицы жидких и твердых примесей – капли, кристаллы, мельчайшие аэрозоли, т.е. в среде, где показатель преломления изменяется от точки к точке. Встречаясь с молекулами и примесями в атмосфере, солнечные лучи теряют прямолинейное направление распространения, рассеиваются. Радиация распространяется от рассеивающих частиц таким образом, как если бы они сами были излучателями.

7.13. Распределение солнечной радиации на верхней границе атмосферы

Распределение радиации только у верхней границы атмосферы принято называть солярным климатом. Солярный климат - Фиктивный климат земного шара, определяемый лишь солнечной радиацией. При этом подразумевается распределение радиации не только в отсутствие атмосферы, но и при наличии атмосферного поглощения и рассеяния; учитывается также и поглощение радиации земной поверхностью, а стало быть, и собственное излучение атмосферы и земной поверхности. Это позволяет установить распределение температуры зональное и по вертикали, соответствующее радиационным условиям при лучистом равновесии.

Выражение «на верхней границе атмосферы» в определениях солнечной постоянной и солярного климата имеет в виду те условия, которые существовали бы на Земле при отсутствии атмосферы.

88

7.14.Радиационный баланс земной поверхности и атмосферы?

Разность между поглощенной радиацией и эффективным излучением называют радиационным балансом земной поверхности. Радиационный баланс атмосферы и подстилающей поверхности, сумма прихода и расхода лучистой энергии, поглощаемой и излучаемой атмосферой и подстилающей поверхностью. Для атмосферы Радиационный баланс состоит из приходной части — поглощённой прямой и рассеянной солнечной радиации, а также поглощённого длинноволнового (инфракрасного) излучения земной поверхности, и расходной части — потери тепла за счёт длинноволнового излучения атмосферы в направлении к земной поверхности (противоизлучение атмосферы) и в мировое пространство. Приходную часть радиационного баланса подстилающей поверхности составляют: поглощённая подстилающей поверхностью прямая и рассеянная солнечная радиация, а также поглощённое противоизлучение атмосферы; расходная часть состоит из потери тепла подстилающей поверхностью за счёт собственного теплового излучения. Радиационный баланс является составной частью теплового баланса атмосферы и подстилающей поверхности.

7.15.Как определяется суммарная солнечная радиация?

Суммарная солнечная радиация - вся прямая и рассеянная солнечная радиация, поступающая на земную поверхность. Суммарная солнечная радиация характеризуется интенсивностью. При безоблачном небе суммарная солнечная радиация имеет максимальное значение около полудня, а в течение года - летом.

7.16.Какие приборы используются для измерения солнечной радиации?

Актинометр – прибор для измерения интенсивности прямой солнечной радиации Пиранометр – прибор для измерения суммарной и рассеянной солнечной радиации,

поступающей на горизонтальную поверхность.

Пиргелиометр - прибор для измерений прямой солнечной радиации, падающей на перпендикулярную к солнечным лучам поверхность.

Альбедометр – прибор для измерений плоского альбедо различных веществ и материалов

Балансомер - прибор для измерения радиационного баланса.

Пиранограф - прибор для непрерывной регистрации суммарной (прямой и рассеянной) или рассеянной солнечной радиации.

7.17.Что такое световой день?

Световой день - светлая часть суток от восхода Солнца до его захода. Продолжительность дня зависит от географической широты и от склонения Солнца, меняющегося в течение года. На экваторе она постоянна и равна 12 ч. В Северном полушарии долгота дня больше 12 ч при положительном склонении Солнца (т.е. весной и летом) и меньше 12 ч при отрицательном склонении Солнца (осенью и зимой). В День равноденствий (20—21 марта и 22—23 сентября) всюду, кроме полюсов Земли, она равна 12 ч. Наибольшая долгота дня в Северном полушарии бывает в День летнего солнцестояния (21—22 июня), наименьшая — в День зимнего солнцестояния (21—22 декабря). В обиходе под долготой дня часто подразумевают долготу светлого времени, включающую утренние и вечерние гражданские сумерки (промежуток времени, в течение которого Солнце остаётся над горизонтом не ниже 6—8°). Продолжительность дня в

89