4.5. Паглынанне сонечнай радыяцыі ў атмасферы
У выніку паглынання і рассеяння ў атмасферы прамая сонечная радыяцыя аслабляецца і змяняе свой спектральн склад. Сонечныя промні з хвалямі рознай даўжыні паглынаюцца і рассейваюцца ў атмасферы па-рознаму (рыс. 4.2).
Рыс. 4.2. Размеркаванне энергіі ў спектры сонечнай радыяцыі на мяжы атмасферы (1) і каля зямной паверхні (2) пры вышыні Сонца 35º. Спектральная шчыльнасць радыяцыі дана ў Вт/м2 для інтэрвала даўжынь хваляў 0,01 мкм.
Атмасфера паглынае каля 23 % прамой сонечнай радыяцыі. Гэта паглынанне заўжды селектыўнае, або выбіральнае. Асноўнымі паглынальнікамі радыяцыі з’яўляюцца вадзяная пара, вуглякіслы газ, азон, кісларод і аэразоль. Паглынанне таксама залежыць ад празрыстасці атмасферы і вышыні Сонца над гарызонтам.
Розныя газы паглынаюць радыяцыю ў розных участках спектра і ў рознай ступені. Вадзяная пара паглынае галоўным чынам промні ў інфрачырвонай вобласці спектру (0,68 – 0,73 мкм). Вадзяная пара можа паглынаць 8 – 10 % радыяцыі з агульнага патоку сонечнай радыяцыі. Для хваляў даўжынёй 8,5 – 12 мкм вадзяная пара празрыстая. Гэты ўчастак спектра называецца акном празрыстасці атмасферы. Другім акном празрыстасці з’яўляецца больш кароткахвалевы дыяпазон інфрачырвонага спектра – 3,4 – 4,2 мкм. Вокны празрыстасці выкарыстоўваюцца для дыстанцыйных назіранняў за станам сушы і акіяну пры дапамозе штучных спадарожнікаў Зямлі.
Моцным паглынальнікам радыяцыі з’яўляецца азон. Яго канцэнтрацыя ў паветры невялікая, аднак ён здольны паглынуць 3 % сонечнай пастаяннай. Азон цалкам адсякае частку сонечнага спектра з даўжынямі хваляў карацей 0,29 мкм, які не даходзіць да зямной паверхні. Акрамя таго, азон паглынае даўжыні хваляў 9,4 – 9,9 мкм у інфрачырвонай вобласці спектра.
Дыаксід вугляроду (вуглекіслы газ) паглынае ўльтрафіялетавыя (0,1 – 0,2 мкм) і інфрачырвоныя выпраменьванні (λ>2 мкм). Так як утрыманне СО2 ў атмасферы невялікае, то і яго паглынальная здольнасць нязначная.
Паглынальнікам сонечнай радыяцыі з’яўляюцца хлорфторвуглевадароды (фрэоны). Акрамя разбуральнага ўздзеяння на слой азону, гэтыя тэхнагенныя рэчывы актыўна паглынаюць у стратасферы інфрачырвонае выпраменьванне. Паглынае сонечную радыяцыю таксама (каля 10 %) атмасферная аэразоль (пыл, дым) і воблакі.
Малой паглынальнай здольнасцю сонечнай радыяцыі валодае азот і кісларод. Азот паглынае самыя кароткія ўльтрафіялетавыя промні, а кісларод – у бачнай і ўльтрафіялетавай частцы сонечных выпраменьванняў.
4.6. Рассеянне сонечнай радыяцыі
Істотным фактарам аслаблення сонечнай радыяцыі ў атмасферы з’яўляецца яе рассеянне. Рассеянне адбываецца ў выніку ўзаемадзеяння электрамагнітных выпраменьванняў з часцінкамі атмасфернага паветра. Малекулы газаў і аэразольныя дамешкі паглынаюць энергію прамых электрамагнітных хваляў, якія ідуць ад Сонца, а затым перавыпраменьваюць гэту энергію ва ўсіх напрамках, ствараючы з’яву рассеяння.
З’ява рассеяння характэрна для аптычна неаднароднага асяроддзя, якім з’яўляецца атмасфернае паветра. Аптычна неаднародным называецца такое асяроддзе, у якім каэфіцыент пераламлення сонечных промняў змяняецца за кошт змянення шчыльнасці ці памераў часцінак. У рассеяную радыяцыю пераўтвараецца каля 26 % энергіі сонечнай пастаяннай. Рассеяная радыяцыя паступае да зямной паверхні не ад дыска Сонца, а ад усяго нябеснага схілу.
Рассеянне прамой сонечнай радыяцыі залежыць ад даўжыні хвалі і памераў рассейваемых часцінак. Промні рознай даўжыні рассейваюцца ў рознай ступені. У ідэальна чыстай і сухой атмасферы (без аэразолі) рассеянне святла падпарадкоўваецца закону Рэлея: інтэнсіўнасць рассеянай радыяцыі адваротна прапарцыянальна чацьвёртай ступені даўжыні хвалі рассейваемых промняў
(4.3)
дзе Sλ – спектральная шчыльнасць энергетычнай асветленасці прамой радыяцыі з даўжынямі хвалі λ; Dλ– спектральная шчыльнасць энергетычнай асветленасці рассеянай радыяцыі з той жа даўжынёй хвалі; а – эмпірычны каэфіцыент прапарцыянальнасці.
Адпаведна закону Рэлея, рассеянне фіялетавых промняў з даўжынёй хвалі λф=0,4 мкм у 16 разоў больш, чым чырвоных промняў з даўжынёй хвалі λч=0,75 мкм. Малекулярным рэлееўскім рассеяннем тлумачыцца блакітны колер неба. Гэта значыць, што ў чыстым і празрыстым паветры рассеянне ажыццяўляюць малекулы газаў.
Рассеянне аэразольнымі, звіслымі ў паветры часцінкамі, адбываецца адваротна прапарцыянальна другой і нават першай ступені даўжыні хвалі. У сувязі з гэтым усялякае памутненне атмасферы абумоўлівае раўнамеране рассеянне промняў бачнай часткі спектру. У такім выпадку небасхіл і воблакі набываюць белаватую афарбоўку. Вельмі малой рассейвальнай здольнасцю валодаюць інфрачырвоныя промні.
Рассеянне сонечнай радыяцыі ў атмасферы стварае прыродную асветленасць, у выніку якой уся атмасфера днём служыць крыніцай святла на Зямлі. За кошт рассеяння святла ў атмасферы ўзнікае з’ява прыцемак.