Материал: 5721

где – расстояние земли от солнца в данное время; а – средний радиус земной орбиты;

I0 – солнечная постоянная – энергия (в калориях), падающая в минуту на границы атмосферы на площадь в 1 см2, перпендикулярную к потоку солнечных лучей, при среднем расстоянии от земли до солнца.

Интенсивность радиации на границе атмосферы изменяется в зависимости от вариаций расстояния между солнцем и землей в годовом ходе.

Когда земля находится в перигелии (кратчайшем расстоянии от солнца, равном 22 949 земных радиусов) 1 января и в афелии (в наибольшем расстоянии, составляющем 23 731 земной радиус) 3 июля, на первое число каждого месяца значения интенсивности солнечной радиации на границе атмосферы (отклонения от солнечной постоянной в процентах) составляют (табл. 4.1):

Таблица 4.1 Интенсивность солнечной радиации на границе атмосферы

(Б.П. Алисов)

Таким образом у внешней границы атмосферы в данную эпоху колебания интенсивности солнечной радиации составляют в течение года от +3,4 до -3,5%. Вследствие этого зима северного полушария на 4°С теплее, чем зима южного полушария, а летом справедливо обратное соотношение. Однако по второму закону Кеплера земля движется по орбите в перигелии быстрее, чем в афелии. Это приводит к сокращению длительности зимы в северном полушарии, лета – в южном, и приток тепла в северное и южное полушария по полугодиям примерно выравнивается.

Все эти расчеты действительны для случая, когда земля находится на кратчайшем расстоянии от солнца. В случае максимального расстояния земли от солнца эта закономерность

71

меняется в обратном направлении, что существенно сказывается на климате земли. Количество солнечной радиации, поступавшее на границу атмосферы в прежние эпохи, менялось в некоторых пределах вследствие колебаний элементов земной орбиты, а возможно, и колебаний светимости самого солнца.

Высота солнца над горизонтом в полдень (табл. 4.2) без учета рефракции определяется формулой:

h =90° - + ,

где – широта места, а – склонение солнца. Значение может меняться в пределах 23,5° (наклон плоскости земного экватора к плоскости эклиптики).

Таблица 4.2 Значения высоты солнца над горизонтом в полдень для

различных широт Земли.

Прямая радиация

Под прямой солнечной радиацией понимается пучок параллельных лучей, идущих от солнца и достигающих земной поверхности. Прямая солнечная радиация довольно быстро убывает по направлению от тропиков к полярным районам. Возрастание прозрачности атмосферы к полярным районам должно было бы смягчить недостаток прямой радиации, возникающий там вследствие низкой высоты солнца. Однако влияние прозрачности с избытком перекрывается влиянием облачности, возрастающей к полярным районам. Облачность отражает около 60% падающей на нее радиации и рассеивает остальную часть солнечных лучей. Перистые облака пропускают

72

большую часть солнечных лучей. По наблюдениям Н.И. Макаревского в Павловске, при высотах солнца от 5до 55° перистые облака пропускают в среднем около 75% прямой солнечной радиации (в отдельных случаях до 98%), лишь немногим меньше проходит солнечной радиации сквозь перистослоистые облака. Пропускающая способность облаков по отношению к солнечной радиации, увеличивается с высотой Солнца.

Наибольшие суммы прямой солнечной радиации отмечаются не под самым экватором, а под 20° широты, где облачность наименьшая (табл. 4.3.).

Таблица 4.3 Годовые суммы прямой солнечной радиации (С.И. Савинов)

Рассеянная радиация. Радиация – доля радиации, которая приходит к земной поверхности, как рассеянная от всех точек небесного свода. Роль её повышается по мере понижения высот солнца и уменьшения прозрачности атмосферы и по мере увеличения облачности. В пасмурные дни освещение обусловлено целиком рассеянной радиацией, между тем, в такие дни суточная амплитуда температуры остается еще довольно значительной. В ясные дни интенсивность рассеянной радиации составляет около 0,1-0,2 кал/см2 мин, при тонких облаках среднего яруса она может достигать 0,6 кал/см2 мин и более. В Арктике при таких условиях наблюдается до 1,0 кал/см2 мин, чему содействует не только малая толщина слоя облаков, но и большая отражательная способность поверхности земли,

73

покрытой снегом и льдом, приводящая к увеличению вторичного отражения света от облаков. При снегопаде или наличии в воздухе ледяных игл рассеянная радиация возрастает. На суммах рассеянной радиации, в высоких широтах, сказывается круглосуточное солнечное освещение в полярный день.

В умеренных и тропических широтах рассеянная радиация составляет за год 30-40% всего потока коротковолнового излучения, а в отдельные сезоны значительно больше. В очень пасмурных районах роль рассеянной радиации сильно возрастает. Особенно велика роль рассеянной радиации в полярных широтах. Абсолютные значения сумм рассеянной радиации за год сравнительно мало зависят от широты места.

Суммарная радиация. Прямая (S’) и рассеянная (D)

радиации в сумме дают суммарную радиацию (Q).

Q = S’ + D

В табл. 4.4 приводятся сезонные и годовые значения суммарной радиации.

Таблица 4.4 Сезонные и годовые значения суммарной радиации для

различных пунктов от 80° с.ш. до экватора (Т.Г. Берленд)

74

Рис. 4.1. Суммарная солнечная радиация за год в ккал/см2 (Т.Г.Берлянд, Л.И.Зубенок)