Поглощение радиации в атмосфере

В атмосфере поглощается сравнительно небольшое количество солнечной радиации, причём главным образом в инфракрасной части спектра. Это поглощение избирательно - разные газы поглощают радиацию в разных участках спектра и в разной степени.

Азот поглощает радиацию малых длин волн в УФ части спектра, энергия солнечной радиации на этом участке спектра совершенно ничтожна.

В большей степени, но тоже очень мало поглощает солнечную радиацию кислород.

Озон содержится в небольшом количестве, но поглощает из солнечного спектра жесткую УФ радиацию (4-6%).

Сильно поглощают радиацию в ИК части спектра углекислый газ, метан, фреон, пары воды. Значительная часть ИК радиации поглощается именно парами воды. Поглощают солнечную радиацию облака, атмосферные примеси, т.е. твёрдые частицы, взвешенные в атмосфере. В целом, в атмосфере поглощается 15 - 20 % радиации, приходящей от Солнца к Земле.

Рассеяние солнечной радиации

Кроме поглощения, прямая солнечная радиация ослабляется на пути к земной поверхности путем рассеяния, причем рассеяние тем выше, чем больше аэрозольных частиц содержится в воздухе.

Рассеянием называется частичное преобразование радиации идущей в одном направлении, в радиацию идущую во всех направлениях.

Рассеяние наблюдается в оптически неоднородной среде, когда показатель преломления меняется от одной точки к другой. Рассеянная радиация распространяется от рассеивающих частиц, таким образом, если бы они сами были бы источниками радиации.

Около 25 % солнечной радиации превращается в атмосфере в рассеянную радиацию. 75 % этой радиации идет к земной поверхности и 25 % в космос. Ослабление прямой солнечной радиации при ее прохождении через атмосферу характеризуется законом Бугера:

,

где: I – прямая солнечная радиация на единицу поверхности;

m – оптическая масса атмосферы пройденная солнечными лучами;

р – коэффициент прозрачности атмосферы (0,6 – 0,85).

Суммарная радиация - вся солнечная радиация, приходящая к земной поверхности. ,

где: - суммарная солнечная радиация;

- прямая солнечная радиация;

- рассеянная солнечная радиация.

Состав суммарной радиации меняется в зависимости:

- от высоты Солнца;

- от прозрачности атмосферы;

- наличия облачности.

Отражение солнечной радиации. Альбедо Земли

Лучистая энергия солнца превращается в тепло, частично в атмосфере, но главным образом именно на земной поверхности. Это тепло идет на нагрев земной и водной поверхностей, а от них – на нагрев воздуха. Нагретая атмосфера так же испускает ИК радиацию. Отношение количества отраженной радиации к общему количеству радиации падающей на поверхность называется альбедо поверхности.

Итак, из общего количества потока суммарной радиации , часть отражается от земной поверхности ( )∙А, остальная часть ( )∙(1-А) поглощается земной поверхностью и идёт на нагревание верхних слоёв почвы и воды. Эту часть радиации называют поглощённой.

Альбедо свежевыпавшего снега достигает 95%, тёмных почв 5 – 15 %, сухого светлого песка – до 40%. Альбедо верхней поверхности облаков от 5-6 % до 80 %; водной поверхности от 3 - 6 % до 70%.

Подавляющая часть отраженной земной поверхностью и поверхностью облаков радиация уходит в космос. Также уходит в мировое пространство около 1/3 рассеянной радиации. Отношение уходящей в космос отраженной и рассеянной солнечной радиации к общему количеству радиации поступающему в атмосферу носит название планетарного альбедо Земли.

Величина планетарного альбедо Земли составляет 29 – 35 %; основная часть – отражение солнечной радиации облаками.

Рис.2 Альбедо Земли