big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Радиация в атмосфере

Излучение Солнца — солнечная радиация — является основным источником тепловой энергии, получаемой земной поверхностью и атмосферой. Земля получает от Солнца 1,36-1024 кал тепла в год. Этого количества достаточно было бы, чтобы растопить слой льда толщиной 35 см, сплошь покрывающий Землю при 0°.

Поток тепловой лучистой энергии Солнца, достигающий земной атмосферы, отличается большим постоянством. Его интенсивность, равную 1,98 кал/см2 мин, называют солнечной постоянной. Как было установлено раньше, количество солнечной радиации, получаемое поверхностью, зависит от угла падения лучей. Так как в течение года и суток высота Солнца меняется, то меняется и угол падения солнечных лучей на земную поверхность, а следовательно, и количество получаемого солнечного тепла.

Радиацию, приходящую к земной поверхности непосредственно от Солнца, называют прямой. Проходя через атмосферу, солнечная радиация частью поглощается, превращаясь в тепловую энергию. Встречаясь с молекулами газа и взвешенными в атмосфере частичками, солнечные лучи отклоняются от прямолинейного направления и рассеиваются. Такая радиация называется рассеянной. Она является причиной рассеянного дневного света.

Количество поглощенной и рассеянной радиации зависит от толщины атмосферы через которую проходят солнечные лучи, и от ее прозрачности. Прозрачность атмосферы — величина переменная и зависит от содержания в воздухе водяного пара и взвешенных частиц.

Всю солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности, прямую и рассеянную, называют суммарной радиацией. Ее интенсивность выражается формулой

где I — интенсивность прямой радиации, i — интенсивность рассеянной радиации, h — высота Солнца.

Соотношение между прямой и рассеянной радиацией изменяется в зависимости от облачности, запыленности атмосферы и высоты Солнца. При ясном небе доля рассеянной радиации не превышает 10% , при облачном — рассеянная радиация может быть больше прямой. При малой высоте Солнца суммарная радиация состоит почти полностью из рассеянной.

Распределение суммарной радиации по земной поверхности не строго зонально, так как она зависит от облачности и прозрачности атмосферы. В малооблачной тропической пустыне годовое количество суммарной радиации достигает 200—220 ккал/см2, в полярных странах ее значение падает до 60 ккал/см2.

Солнечная радиация, попадая на земную поверхность, частично поглощается в верхнем слое почвы или воды и частично отражается обратно в атмосферу. Отношение количества радиации, отраженной от поверхности, к количеству радиации, падающей на эту поверхность, называется альбедо. Альбедо зависит от цвета, влажности, шероховатости и других свойств поверхности. Свежевыпавший снег имеет альбедо более 80%, верхняя поверхность облаков — 50—75%, пустыня 30—35%, луговая растительность — около 20%, лес — около 15%, свежевспаханная пашня — менее 10%. Альбедо водной поверхности меняется от 2 до 80% , в зависимости от высоты Солнца и волнения.

Чем выше температура излучающего тела, тем короче длина волн его излучения. Поэтому солнечная радиация коротковолновая (от 0,1 до 4 мк), а земная — длинноволновая (от 4 до 100 мк). Земная радиация в значительной степени задерживается атмосферой (водяным паром, углекислым газом, озоном). Поглощая часть солнечной и земной радиации, атмосфера излучает тепловую энергию в мировое пространство и к земной поверхности. Последнее называется встречным излучением. Разность между излучением земной поверхности и встречным излучением определяет фактическую потерю тепла земной поверхностью и называется эффективным излучением. Способность атмосферы пропускать коротковолновое излучение Солнца и задерживать длинноволновое излучение Земли называют оранжерейным эффектом. Благодаря оранжерейному эффекту средняя температура земной поверхности на 38° выше, чем она была бы при отсутствии атмосферы.

Земная поверхность одновременно получает и отдает радиацию. Разность между приходом радиации (поглощенной суммарной радиацией) и ее расходом (эффективным излучением) называется радиационным балансом земной поверхности. Радиационный баланс определяется из уравнения

где А — альбедо, 1Э — эффективное излучение.

Радиационный баланс для всей Земли положительный, кроме ледяных плато Антарктиды и Гренландии. На море он больше, чем на суше, так как альбедо суши выше, чем моря. Положительное значение радиационного баланса не означает, что земная поверхность непрерывно нагревается. Избыток поглощенной радиации уравновешивается передачей тепла в воздух и расходом тепла на испарение воды.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.