Что такое солнечная радиация?

Лучистая энергия, излучаемая Солнцем, носит название солнечной радиации. Ее интенсивность характеризуется количеством тепла в калориях, получаемого 1 см2 поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, в течение 1 мин. Эта величина называется напряжением солнечной радиа­ции.

Расчеты показывают, что на верхнюю границу атмосферы на 1 см2 поверхности, расположенной перпендикулярно солнечным лучам, в каждую минуту поступает в среднем 1,9 калории. Эта величина называется солнечной постоянной. На­блюдениями, однако, установлено, что солнечная постоянная в действительности не является постоянной. Она изменяется в за­висимости от расстояния между Землей и Солнцем и от так на­зываемой солнечной активности (от количества пятен на Солн­це). Отклонения притока тепла на границу атмосферы невелики, они не превышают ±3,5% его среднего значения.

Солнечная радиация, проходя через атмосферу, частично поглощается ею, рассеивается и частью отражается обратно в мировое пространство, в результате чего интенсивность ее у по­верхности Земли оказывается значительно ослабленной. Степень ослабления интенсивности солнечной радиации при прохождении ее через атмосферу зависит, во-первых, от длины пути, прохо­димого солнечными лучами в атмосфере, и, во-вторых, от проз­рачности атмосферы, которая меняется в зависимости от содер­жания в ней водяного пара, углекислого газа, озона, пыли и т. д. Чем ближе Солнце к зениту и чем прозрачнее атмосфера, тем меньше будет и ослабление радиации. Наибольшее ослабление интенсивности солнечной радиации наблюдается при высоте Солнца, равной 0°, т. е. при закате или восходе.

Длина пути солнечного луча в атмосфере зависит от высоты Солнца над горизонтом. При положении Солнца в зените солнечный луч проходит в атмосфере наимень­ший путь. Масса атмосферы проходимая солнечным лучом при таком положении Солнца, принимается за единицу и назы­вается одной оптической массой атмосферы. Очевидно, что при других положениях Солнца лучи его будут проходить больший путь в атмосфере (например, две, три, четыре оптические мас­сы). При заходе и восходе Солнца число оптических масс, проходимых солнечными лучами, возрастает до 35,4.

Интенсивность солнечной радиации у поверхности Земли мо­жет быть вычислена по формуле Бугэ. Таким образом, величина ослабления солнечной радиации в атмосфере определяется прозрачностью воздуха и наклоном сол­нечных лучен. Интенсивность солнечной радиации у поверхности Земли на площади, перпендикулярной солнечным лучам, составляет в сред­нем 1,1 —1,2 кал/см2минъ т. е. пример­но на 35—40% меньше той интенсив­ности. которая имеет место на грани­це атмосферы.

В зависимости от того, как и в каком виде поступает солнеч­ная (радиация на земную поверхность, она может быть пряморассеянной. Под прямой солнечной радиацией под­разумевается лучистая энергия, поступающая на данную поверх­ность непосредственно от Солнца в виде почти параллельных прямых лучей. Рассеянная же радиация представляет собой лу­чистую энергию, распространяющуюся в атмосфере во всех на правлениях и образующуюся вследствие рассеивания прямой радиации молекулами воздуха и его примесями.

В ясный солнечный день на земную поверхность поступает и прямая, и рассеянная радиация, в пасмурный же — только рас­сеянная. Максимальная интенсивность рассеянной и прямой ра­диации наблюдается в момент наивысшего стояния Солнца над горизонтом. Суточный ход рассеянной радиации при безоблачном или малооблачном состоянии неба аналогичен су­точному ходу прямой радиации, с той, однако, разницей, что раcсеянная радиация по своей величине меньше прямой. В пасмур­ные дни интенсивность рассеянной радиации, по сравнению с ясными днями, может увеличиваться в 8—10 раз. Степень рассеивания прямой радиации в той или иной мере зависит также от характера подстилающей поверхности, от ее отражательной способности.

Альбедо какой-либо поверхности показывает ту часть радиации, которая отражается от этой поверхности.

Величина отражательной способности поверхностей различ­ных тел зависит главным образом от их цвета и шероховатости. Лучше всего отражают солнечную радиацию белые и гладкие поверхности, хуже — темные и шероховатые поверхности. Так, альбедо свежевыпавшего снега составляет около 90%, облаков- около 80%, песка – 30-35%, зе­леной травы – 26-30%, парово­го поля—около 10%. Альбедо чистой (морской) воды при от­весном падении лучей составляет всего лишь 2—5%, но при на­клонном облучении оно становит­ся большим (30—70% и бо­лее). Мутная вода отражает больше, чем чистая.

Количество лучистой энергии, поглощаемой той или иной по­верхностью, будет тем больше, чем меньшее ее альбедо.

Та часть солнечной радиации, которая воспринимается гла­зом, называется светом. Рассеивание сол­нечного света молекулами воздуха и его примесями создает дневную освещенность и ряд других оптических явлений, как, например, сумерки, заря, голубой цвет неба. По этой же причине на Земле не бывает абсолютной темноты; предметы, не освещен­ные прямыми солнечными лучами, остаются достаточно ясно видными; переход от дня к ночи и наоборот происходит не мгно­венно, а постепенно.

Необходимо подчеркнуть, что солнечная радиация является главной причиной возникновения тепловых и химических про­цессов, оптических, электрических и других явлений во всем воз­душном пространстве Земли.

Всякое физическое тело, обладающее температурой выше абсолютного нуля (—273°), излучает свой запас тепла в окру­жающее пространство. Земная поверхность и атмосфера излуча­ют свое тепло в виде длинноволновой (невидимой) радиации. Атмосфера излучает его как в сторону мирового пространства, так и в сторону земной поверхности; последнее называется встречным излучением атмосферы.

Интенсивность земного атмосферного излучения может быть выражена числом калории на I см2/мин. Эффективное из­лучение (охлаждение) бывает особенно большим в ясную и ти­хую ночь и при сухой погоде. Наоборот, при облачной погоде и повышенной влажности величина эффективного излучения силь­но уменьшается.