37 Вопрос №37. Как происходит рассеяние солнечной радиации? Какие явления с этим связаны?

Кроме поглощения, прямая солнечная радиация на пути сквозь атмосферу ослабляется еще путем рассеяния, причем ослабляется более значительно. При этом рассеяние радиации тем больше, чем больше содержит воздух аэрозольных примесей.

Рассеянием называется частичное преобразование радиации, имеющей определенное направление распространения (а такой именно и является прямая солнечная радиация, распространяющаяся в виде параллельных лучей), в радиацию, идущую по всем направлениям. Рассеяние происходит в оптически неоднородной среде, т. е. в среде, где показатель преломления меняется от точки к точке. Такой оптически неоднородной средой является атмосферный воздух, содержащий мельчайшие частички жидких и твердых примесей - капельки, кристаллы, ядра конденсации, пылинки. Но оптически неоднородной средой является и чистый, свободный от примесей воздух, так как в нем вследствие теплового движения молекул постоянно возникают сгущения и разрежения, колебания плотности. Таким образом, встречаясь с молекулами и посторонними частичками в атмосфере, солнечные лучи теряют прямолинейное направление распространения, рассеиваются. Радиация распространяется от рассеивающих частичек таким образом, как если бы они сами были источниками радиации.

Около 25% энергии общего потока солнечной радиации превращается в атмосфере в рассеянную радиацию. Правда, значительная доля рассеянной радиации также приходит к земной поверхности. Но это будет уже особый вид радиации, существенно отличный от прямой радиации.Во-первых, рассеянная радиация приходит к земной поверхности не от солнечного диска, а от всего небесного свода. Поэтому приходится измерять ее приток на горизонтальную поверхность. 

Рассеянная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, также меняется в течение дня: возрастает до полудня и уменьшается после полудня. Величина потока рассеянной радиации в целом зависит от продолжительности дня и высоты Солнца над горизонтом, а также прозрачности атмосферы (уменьшение прозрачности приводит к увеличению рассеяния). Кроме того, рассеянная радиация в очень широких пределах меняется в зависимости от облачности. Отраженная облаками радиация также рассеивается. Рассеивается и отраженная снегом радиация, что увеличивает ее долю зимой. Рассеянная радиация при средней облачности более чем в два раза превосходит ее значения в безоблачный день.При пасмурной погоде большая часть прямого солнечного света до земли не доходит. То же, что доходит, преломляют водяные капли, взвешенные в воздухе. Капель много, и каждая имеет свою форму и, следовательно, искажает по-своему. То есть облака рассеивают свет от неба, и в результате до земли доходит белый свет. Если облака имеют большие размеры, то часть света поглощается, и получается серый свет.Излучение при рассеянии не очень меняется по спектральному составу: капли в облаках крупнее длины волны, поэтому весь видимый спектр (от красного до фиолетового) рассеивается примерно одинаково. По интенсивности излучение меняется (оценочно) от 1/6 интенсивности прямого солнечного света для относительно тонких облаков до 1/1000 для наиболее толстых грозовых облаков.

Явления.

С рассеянием связаны два интересных явления - это голубой цвет неба и сумерки. Голубой цвет неба - это цвет самого воздуха, обусловленный рассеянием в нем солнечных лучей. Так как в чистом небе рассеяние подчиняется закону Рэлея, то максимум энергии рассеянной радиации, идущей от небесного свода, приходится на голубой цвет. Голубой цвет воздуха можно видеть, рассматривая отдаленные предметы, которые кажутся окутанными голубоватой дымкой. С высотой, по мере уменьшения плотности воздуха, цвет неба становится темнее и переходит в густо-синий, а в стратосфере - в фиолетовый. Чем больше примесей содержится в атмосфере, тем больше доля длинноволновой радиации в спектре солнечного света, тем белесоватее становится небо. Из-за рассеяния наиболее коротких волн прямая солнечная радиация обедняется волнами этого диапазона, поэтому максимум энергии в прямой радиации смещается в желтую часть и солнечный диск окрашивается в желтый цвет. При низких углах Солнца рассеяние происходит очень интенсивно, смещаясь в длинноволновую часть электромагнитного спектра, особенно при загрязненной атмосфере. Максимум прямой солнечной радиации смещается в красную часть, солнечный диск становится красным, и возникают яркие желто-красные закаты.После захода Солнца темнота наступает не сразу, аналогично утром, на земной поверхности становится светло за некоторое время до появления солнечного диска. Это явление неполной темноты при отсутствии солнечного диска получило название сумерек вечерних и утренних.

Причиной этого является освещение Солнцем, находящимся под горизонтом, высоких слоев атмосферы и рассеяние ими солнечного света. Различают астрономические сумерки, которые продолжаются, пока Солнце не опустится ниже горизонта на 18 градусов и при этом станет так темно, что будут различимы самые слабые звезды. Первая часть вечерних астрономических сумерек и последняя часть утренних астрономических сумерек называется гражданскими сумерками, при которых Солнце опускается под горизонт не ниже 8 градусов. Продолжительность астрономических сумерек зависит от широты местности. Над экватором они короткие, до 1 часа, в умеренных широтах составляют 2 часа. В высоких широтах в летний сезон вечерние сумерки сливаются с утренними, образуя белые ночи.Атмосферная дымка.Рэлеевским законом рассеяния объясняется еще одно, всем известное световое явление — голубоватого цвета дымка, как вуаль, окутывающая далекие предметы ландшафта: горы, леса, строения.

Атмосферная дымка — это световая завеса, возникающая за счет рассеяния света (солнечного или от неба) в пространстве между наблюдателем и далеким предметом. Чем предмет дальше, тем он становится светлее и хуже виден, потому что ярче становится дымка, наложенная на него, и окружающий фон. Дымка, с одной стороны, скрадывает детали предметов, смягчает контрасты между светлыми и темными предметами и тем самым делает их хуже видимыми, а с другой — подчеркивает разницу в расстояниях до предмета. Например, близкий лес выглядит более зеленым и более темным, чем дальний. Благодаря этому становится ясно различимым рельеф местности. Это явление называют также воздушной перспективой.На достаточно больших расстояниях, особенно в запыленном воздухе, предметы становятся невидимыми, скрытыми рассеянным светом атмосферы.

Вопрос № 38. Что называется атмосферой? Что вы знаете об источниках энергии атмосферных процессов?Атмосфера – газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики зависят от размера, массы, температуры, скорости движения и химического состава данного небесного тела, а так же определяются историей его формирования, начиная с момента его зарождения. Атмосфера Земли образована смесью газов, называемой воздухом.Возобновляемую энергию получают из природных ресурсов — таких как солнечный свет, ветер, дождь, приливы и геотермальная теплота — которые являются возобновляемыми.

Главным двигателем атмосферных процессов, определяющих погоду и климат, является солнечная энергия, достигающая поверхности Земли непосредственно или в рассеянном виде. То, как Земля воспринимает эту энергию, зависит от отражательной способности поверхности (то есть от доли отражённого света - альбедо) в данном пункте Земли и его окрестностях.

Часть энергии переносится в другие области ветром и морскими течениями. Особенности же движения воздушных и водных масс определяются: 1 - неравномерностью поступления солнечной энергии в области с разной географической широтой в разное время суток и года, 2 - вращением Земли, порождающим кориолисову силу, благодаря которой траектории движения воздушных и водных масс отклоняются вправо (если смотреть по ходу движения) в северном полушарии и влево - в южном, 3 - наличием водных бассейнов, аккумулирующих тепловую (внутренюю) энергию и сглаживающих колебания температуры, и 4 - рельефом поверхности суши и морского дна.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в 100 раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на Земле дуют ветры – от легкого ветерка, до могучих ураганов. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии!

40 вопрос. Дайте определение климата. Что понимается под локальным и глобальным климатом. Климотология- наука, изучающая закономерности формирования климатов, их распределение по земному шару, их изменение в прошлом и будущем.  Кли́мат (греч.) — наклон) — многолетний режим погоды, характерный для данной местности в силу её географического положения.Климат — статистический ансамбль состояний, через который проходит система: гидросфера → литосфера → атмосфера за несколько десятилетий. Под климатом принято понимать усреднённое значение погоды за длительный промежуток времени (порядка нескольких десятилетий) то есть климат — это средняя погода. Климат бывает локальный и глобальный. Локальный климат- совокупность атмосферных условий за многолетний период, свойственныхтому или иному месту, в зависимсти от его геогр. положения. Определяется географич. факторами: широта, распределение суши и моря, строение поверхности суши, почвы, растительность, наличие снегового покрова, океанич. течения, морские льды. Глобальный климат- статистическая совокупность состояний, проходимых в системах Атмосферы- океан-суша-криосфера-биосфера (А-О-С-Кр-Б) за периоды времени в нескольких десятилетий. Глоб. климат определяется астрономическими (светимость солнца, положение Земли в солнечной системе, наклон оси вращения, скорость вращения...) и географич факторами (размер и масса Земли, величина силы тяжести, состав атмосферы и масса атмосферы, распределение материков и океанов, рельеф и т.д)