13. Прямая, рассеянная, суммарная радиация, отраженная и поглощенная радиация, излучение земной поверхности, радиационный баланс земной поверхности.

Прямая солнечная радиация есть радиация, приходящая к земной поверхности непосредственно от диска Солнца. Поскольку расстояние от Земли до Солнца очень велико, прямая радиация падает на Землю в виде пучка параллельных лучей. Максимальное количество радиации при этом получает единица площади, расположенная перпендикулярно к солнечным лучам. На единицу горизонтальной площади приходится меньшее количество лучистой энергии:

S = S  sin h_O.

Величина S называется инсоляцией. h – высота солнца над горизонтом.

Около 30% прямой солнечной радиации, пришедшей на верхнюю границу атмосферы, отражается в мировое пространство, 70% поступает в атмосферу. Проходя через атмосферу, солнечная радиация частично рассеивается атмосферными газами и аэрозолями. Эта часть (26%) переходит в особую форму рассеянной радиации, при этом спектральный состав меняется. Часть рассеянной радиации достигает поверхности Земли (потом она, также как и прямая радиация, отражается или поглощается земной поверхностью), часть уходит в межпланетное пространство.

Около 23% прямой солнечной радиации поглощается в атмосфере. Причем разные газы поглощают радиацию в разных участках спектра и в разной степени. Азот, например, поглощает только коротковолновую ультрафиолетовую радиацию, энергия которой ничтожна. Немного больше поглощает кислород. Озон поглощает значительную часть радиации в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, углекислый газ – в инфракрасной части. Однако основным поглотителем радиации является водяной пар. Солнечную радиацию также поглощают облака и аэрозоли. В результате поглощения и рассеяния радиации величина потока прямой радиации уменьшается, меняется спектральный состав.

Сумма прямой и рассеянной солнечной радиации, приходящей на горизонтальную земную поверхность

Представляет собой суммарную радиацию Q

Q = S + D

При безоблачном небе суммарная радиация имеет суточный ход с максимумом около полудня и годовой с максимумом летом. Частичная облачность (не закрывает солнечный диск) увеличивает суммарную радиацию, полная облачность – уменьшает. В среднем облачность уменьшает солнечную радиацию. Поэтому летом до полудня и в первой половине года приходит радиации больше, чем после полудня и во второй половине года.

Суммарная радиация, дошедшая до земной поверхности, частично отражаясь от нее, создает отраженную радиацию R. Отношение отраженной от земной поверхности радиации к поступающей суммарной радиации называется альбедо. A = R/Q.

Разность между суммарной и отраженной радиацией называется поглощенной радиацией, или балансом коротковолновой радиации земной поверхности Bк:

Bк = Q – R, или Bк = Q(1 – A).

Верхние слои почвы и воды, снежный покров и растительность сами излучают длинноволновую радиацию – эту земную радиацию называют собственным излучением земной поверхности. Его можно рассчитать, зная абсолютную температуру земной поверхности. По закону Стефана-Больцмана на излучение абсолютно черной поверхности при абсолютной температуре Т

Еа.ч.т. - σТ⁴, где σ = 5,7*10 в -8 Вт/м²*К⁴

Однако Земля не абсолютно черная, но, ее излучение с большой точностью может рассматриваться как излучение серого тела. Это значит, что на всех длинах волн излучение земли отличается на один и тот же множитель –

δ = 0,95. Поэтому излучение земли Еs:

Es = δσT⁴

Часть длинноволнового атмосферного излучения, направленная вниз и поступающая к земной поверхности, называется встречным излучением атмосферы и обозначается Еа.

Разность между собственным излучением атмосферы земной поверхности и встречным излучением атмосферы называется эффективным излучением земной поверхности Еэф.

Еэф = Ез – Еа

Величина Еэф, взятая с обратным знаком, составляет баланс длинноволновой радиации на земной поверхности, В.

Разность между всей приходящей и всей уходящей радиацией называется радиационным балансом земной поверхности

В = Q – R – Eэф

+ см. 17 вопрос.