24

Оглавление

Оглавление 3

Вступление 4

1 ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ 6

1.2 Рассеянная радиация. Интенсивность рассеянной радиции 9

1.3 Суммарная радиация 15

1.4 Отражение солнечной радиации. Альбедо 19

Литература 24

Вступление

Солнечной радиацией называется та часть лучистой энергии Солнца, которая поступает на поверхность Земли. На Земле эта энергия подвергается различным превращениям. Значительная ее часть, достигнув поверхности земного шара, поглощается и переходит в тепловую энергию. Благодаря этому нагретая поверхность Земли оказывается источником тепла, которое передается затем воздуху. Небольшое количество тепла атмосфера получает и путем непосредственного поглощения проходящей сквозь нее солнечной радиации.

Тепло солнечных лучей вызывает самые разнообразные явления погоды и ее изменения, так как различные процессы, совершающиеся в атмосфере, протекают за счет энергии, получаемой Землей от Солнца. Ряд фотохимических действий солнечной радиации, в первую очередь фотосинтез, т. е. построение органического вещества растением, обусловливает жизнедеятельность растительных организмов. Солнечное тепло необходимо и животным организмам. Изучением лучистой энергии и ее превращений в природных условиях, а также разработкой методов измерения радиации занимается особая отрасль науки, называемая актинометрией. Она появилась только на рубеже XX в. Солнце является единственным источником лучистой энергии для земной поверхности и атмосферы. Около половины всей энергии солнечной радиации принадлежит к области спектра с длинами волн от 400 (крайние фиолетовые лучи) до 760 ммк (крайние красные лучи). Эти лучи видимы для человеческого глаза и представляют собой свет. Некоторое количество солнечной энергии поступает на земную поверхность как невидимые ультрафиолетовые лучи с длинами волн от 290 до 400 ммк. Лучи с длинами волн меньше 290 ммк до земной поверхности не доходят вследствие поглощения их озоном в высоких слоях атмосферы.

Значительное количество энергии, доходящей до земной поверхности, содержится в инфракрасной части спек-тра с длинами волн больше 760 ммк. Однако, хотя спектр Солнца и прослеживается до волн длиной в два десятка микронов, тем не менее, солнечная радиация относится к «коротковолновой» с границей от 290 до 3000 ммк, так как в этих пределах заключается около 97% солнечной радиации.

1 Теоретическая часть

1.1 Прямая солнечная радиация. Интенсивность прямой солнечной радиации

Прямой солнечной радиацией называется лучистая энергия, поступающая на земную поверхность непосредственно от видимого диска солнца в виде почти параллельных лучей.

К прямой радиации обычно причисляют также рассеянную радиацию небольшого участка неба вокруг солнца радиусом 3—5°; без этой околосолнечной радиации практически затруднительно измерить прямую радиацию.

Прямая солнечная радиация зависит от высоты солнца над горизонтом, прозрачности воздуха, облачности, высоты места над уровнем моря и расстояния между Землей и Солнцем.

Дневной ход прямой солнечной радиации показывает, что интенсивность ее с момента восхода солнца быстро возрастает, если она измеряется на нормальную (перпендикулярную) к лучу поверхность. Зимой максимум интенсивности наблюдается в полдень. В теплое же время года, в околополуденные часы очень часто происходит прекращение роста, и даже небольшое понижение интенсивности радиации. Это явление вызывается значительным уменьшением прозрачности воздуха вследствие переноса вверх водяного пара и пыли при помощи восходящих токов, наиболее сильно развивающихся в околополуденные часы. После полудня, с уменьшением высоты солнца над горизонтом, интенсивность прямой радиации сначала медленно, а затем быстро падает и доходит до нуля с заходом видимого верхнего края солнечного диска. Приводим средние полуденные значения прямой солнечной радиации на нормальную к лучам поверхность (в кал/см²· мин) при безоблачном небе:

Май Июнь Июль

Шпицберген (79°55' с. ш.) . . . . . 1,27 1,29 1,33

Иркутск (52°16΄ с. ш.) . ….. 1,41 1,33 1,33

Джакарта (6°11΄ ю. ш.) . . . . 1,26 1,25 1,26

Таблица 1.1. Средние полуденные значения прямой солнечной радиации на нормальную к лучам поверхность (в кал/см²· мин) при безоблачном небе.

Эти данные показывают, что за теплое время года полуденная интенсивность прямой солнечной радиации, получаемой на нормальную к лучу поверхность, мало зависит от широты места. В полярных широтах, несмотря на незначительную полуденную высоту солнца над горизонтом, интенсивность прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность немного отличается от полуденных значений, наблюдаемых в экваториальном поясе при большей высоте солнца. Это вызывается тем, что в полярных широтах воздух очень прозрачен. Если же учесть большую продолжительность северного дня, то энергия, полученная нормальной к лучу поверхностью в безоблачный день в высоких широтах, по количеству может значительно превосходить энергию, полученную в тропиках.

В годовом ходе в средних широтах максимальные полуденные значения прямой солнечной радиации на нормальную поверхность приходятся не на лето, когда солнце достигает наибольших высот в полдень, а на весенние месяцы. Это смещение вызывается уменьшением прозрачности воздуха в летнее время вследствие большой запыленности атмосферы и повышенного количества водяного пара в ней. Так, в Москве наибольшая средняя за месяц полуденная интенсивность прямой солнечной радиации (до 1,22—1,23 кал/см²·мин) приходится на апрель — май, а наименьшая — на декабрь (0,80 кал/см²· мин).

Для горизонтальной поверхности дневной ход прямой радиации совершенно иной, чем для нормальной к лучу поверхности. После восхода солнца прямая радиация растет медленно, так как мал угол и синус угла высоты солнца над горизонтом. Максимум интенсивности наблюдается обычно в полдень (в безоблачный день).

Полуденная интенсивность прямой радиации на горизонтальную поверхность зависит от широты места и заметно растет с понижением широты. Особенно велики различия в холодное время года. Приводим полуденные значения прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность (в кал/см²· мин) по некоторым пунктам:

Январь Апрель Июль Октябрь

Бухта Тихая (80°20' с ш.) . . . — 0,40 0,65 —

Павловск (59°41' с. ш.) . . . . . 0,07 0,69 1,05 0,57

Алма-Ата (43°16' с. ш.) . . … 0,54 1,06 1,18 0,79

Таблица 1.2. Полуденные значения прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность (в кал/см²· мин) по некоторым пунктам.

На интенсивность прямой солнечной радиации в сильной степени влияет облачность. Легкие и прозрачные облака начинают пропускать радиацию при высотах солнца свыше 15—20°, а более плотные только при высотах около 40° и выше. Мощные облака прямой солнечной радиации не пропускают. Интенсивность прямой радиации возрастает с увеличением высоты над уровнем моря вследствие убыли водяного пара и пыли с высотой. Это возрастание интенсивности идет сначала на 10 % на 1 км высоты, а затем замедляется.

Максимальные наблюденные в горах и с самолета величины, достигающие 1,68 кал/см²·мин на нормальную к лучу поверхность, измерены на высотах около 5 км. Для определения заатмосферной солнечной радиации получают спектры солнечной радиации при разных массах атмосферы, соответствующих разным высотам солнца. Затем для каждой длины волны находят рост интенсивности с уменьшением оптической массы и эту зависимость экстраполируют, вычисляя интенсивность для нулевой массы. Площадь, ограниченная этой кривой и осью абсцисс, соответствует заатмосферной радиации. При подсчетах эту величину приходится дополнять значением возможной радиации, которая полностью поглощается озоном и водяным паром.