Тема 8. Сонячна радіація, її види. Альбедо Землі. Ефективне випромінювання. Радіаційний баланс і його складові.

СОНЯЧНА РАДІАЦІЯ, ЇЇ ВИДИ .

1.Сонячна радіація.

2 Альбедо Землі. Радіаційний баланс земної поверхні.

3. Зміни температури повітря. Добовий і річний хід температури повітря, води, грунту.

4.Річна амплітуда температури повітря. Індекс континентальності.

5.Ізотерми. Приведення температури повітря до рівня моря.

1.Сонячна радіація.

Енергія, яку випромінює Сонце, називається сонячною радіацією. Взагалі ж електромагнітна радіація, або просто електромагнітне випроміню-вання є особлива форма матерії, що відрізняється від речовини. Окремим її видом є видиме світло, але до радіації відносяться також гама-промені, рент-генівські, ультрафіолетові, інфрачервоні промені, радіохвилі, які не сприй-маються людським оком. Радіація поширюється по всім напрямкам від джерела радіації у вигляді електромагнітних хвиль із швидкістю близько 300000 км/с. Як і кожна хвиля електромагнітні хвилі мають довжину. Довжина електромагнітних хвиль вимірюється у мікрометрах (1мкм = 10^-6м). В старій літературі зустрічається така величина, як мікрон (1мк = 10^-6м). До 1967 року користувалися величиною мікрон, але рішенням 13 генеральної конференції по мірам довжини і ваги, найменування мікрон було скасовано, а аналогічна одиниця носить назву – мікрометр.

Всі тіла, які мають температуру вище абсолютного нуля також випромінюють радіацію. В метеорології досліджується переважно температурна радіація, яка визначається температурою випромінюючого тіла і його випромінюючою здатністю. Наша планета отримує таку радіацію від Сонця. Земна поверхня і атмосфера в той же час самі випромінюють температурну радіацію, але в інших діапазонах довжин хвиль.

Температурну радіацію з довжинами хвиль від 0,002 до 0,4 мкм називають ультрафіолетовою, вона не сприймається оком. Радіація від 0,4 до 0,75 мкм – це світло, яке сприймається оком. Світло з довжиною хвилі близько 0,4мкм – фіолетове, з довжиною 0,75мкм – червоне. На проміжні довжини хвиль приходиться світло всіх кольорів спектру. Радіація з довжинами хвиль більше 0,75мкм називається інфрачервоною і також як і ультрафіолетова не сприймається оком.

Більша частина випромінювання Сонця припадає на довжини хвиль від 0,29 до 2,4 мікрометрів. Енергія, яка випромінюється Сонцем, розподіляється між різними ділянками спектра таким чином: ультрафіолетова область ( λ ‹ 0,39 мкм ) – близько 9% , видима ділянка спектру ( 0,39 ‹ λ ‹ 0,75 мкм ) – 47% , інфрачервона область ( λ › 0,75мкм ) – 44%.

В метеорології прийнято виділяти короткохвильову і довгохвильову радіацію. Короткохвильовою радіацією називають радіацію в діапазоні хвиль 0,1 і 4 мкм, яка включає крім видимого світла ще й найближчі до нього по довжинам хвиль ультрафіолетову і інфрачервону радіацію, тобто більшу частину сонячної радіації. Сонячна радіація на 99% є короткохвильовою. До довгохвильової радіації відносять радіацію земної поверхні і атмосфери з довжинами хвиль від 4 до 120 мкм.

Сонячна радіація поширюється від Сонця по всіх напрямках. Радіацію, яка надходить до земної поверхні безпосередньо від сонячного диску, називають прямою сонячною радіацією. Так як віддаль від Землі до Сонця дуже велика (152-147 млн.км²), то пряма радіація падає на земну поверхню у вигляді пучка паралельних променів, які виходять ніби з безмежності. Приток прямої сонячної радіації на земну поверхню часто називають інтенсивністю радіації (І_о). Вона характеризується кількістю променевої енергії, що надходить за одиницю часу (1хв.) На одиницю площі (1 см²), перпендикулярної до сонячних променів.

Зрозуміло, що інтенсивність радіації, яка припадає на одиницю гори-зонтальної поверхні, буде менша, тому що та кількість променевої енергії, яка надходить на перпендикулярну до сонячних променів поверхню, розпо-ділиться вже на значно більшу горизонтальну поверхню, утворену пучком променів, нахилених до горизонтальної поверхні (рис. 8.1)

Рис 8.1. Приток сонячної радиации на поверхню, перпендикулярну

До променів (АВ), й на горизонтальну поверхность (АС).

Потік сонячної радіації на горизонтальну поверхню називають інсоляцією (І_о¹). Розглянемо рисунок, із якого видно, що кількість радіації, яка припадає на перпендикулярну поверхню ( S ), дорівнює кількості радіації, яка припадає на горизонтальну поверхню ( S¹ ).

Інтенсивність прямої сонячної радіації виражається в кал/см² за хвилину.

Інтенсивність сонячної радіації на верхній межі атмосфери називається сонячною сталою. Встановлено, що вона становить близько 2.0  0,04 кал/см² за хвилину. Проте по міжнародній угоді прийнята величина сонячної сталої 1,98 кал/см² за хвилину. Проходячи через атмосферу, сонячна радіація частково розсіюється і переходить в особливу форму розсіяну радіацію. Інтенсивність радіації на рівні моря становить близько 1,5кал/см² за хвилину, а в горах на висоті 4-5км - 1,7кал/см² за хвилину.

 В атмосфері поглинається порівняно невелика кількість сонячної радіації. Найбільше ультрафіолетової радіації поглинає озон. Сильно поглинає радіацію в інфрачервоній області спектру СО₂, але його вміст в атмосфері малий і поглинання незначне. Основним поглиначем радіації в атмосфері є водяний пар. В цілому в атмосфері поглинається 15-20% радіації. Сонячна радіація на шляху крізь атмосферу послаблюється за рахунок розсіювання. Розсіюванням називається часткове перетворення радіації, яка має певний напрям поширення, в радіацію яка поширюється по усім напрямкам. Розсіювання тим більше, чим більший вміст аерозольних домішок в повітрі. Близько 25% енергії загального потоку прямої сонячної радіації перетворюється в атмосфері в розсіяну.

Пряму і розсіяну радіацію разом називають сумарною радіацією (I_s). Інтенсивність сумарної радіації дорівнює :

I_s = I₀ sin h + i (8.4)

Де І₀ – інтенсивність прямої радіації; і - інтенсивність розсіяної радіа-ції; h – висота Сонця (кут нахилу променів).

Сумарна радіація має добовий хід з максимумом біля полудня і річний – з максимум літом. Влітку в середніх широтах максимальні добові значення сумарної радіації становлять в середньому 1,15 кал/см² за хвилину, а при суцільній хмарності – 0,37кал/см² за хвилину.