16. Волновое излучение солнца. Явление озоновых дыр.

Небольшое эксцентриситет (отклонение осей) Солнечной орбиты и небольшое расстояние от Земли до Солнца (149,6 млн км) обеспечивают почти постоянное во времени и оптимальное по величине поступление солнечной энергии на перпендикулярную лучам площадку, расположенную на верхней границе атмосферы, но так как Земля имеет шарообразную форму на 1 км² атмосферы поступает только 25% потока энергии. Общее количество энергии поступающей на верхнюю границу атмосферы за сутки составляет 17.3*10¹⁶ Ватт. Распределение солнечной энергии по земному шару при отсутствии атмосферы определяется только астрономическими факторами (вращение Земли вокруг Солнца, наклоном оси вращения, суточным вращением Земли).

Поток солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность в произвольный момент времени выражается:

I = I₀sinh

I – поток, поступающий на горизонтальную площадку

I₀ – солнечная постоянная

h – высота горизонта.

Движение Земли, влияющее на пространственно-временное распределение, имеет первостепенное значение для формирования термического режима планеты.

Суточное вращение Земли предохраняет ее освещенную полусферу от излишнего перегрева, затемненную от переохлаждения, при отсутствии вращательного движения на освещенной полусфере Земли температура поднялась бы на несколько сотен градусов, а на затемненной опустилась до-200*С.

Наклон земной оси и плоскость ее орбиты и параллельно самой себе, перемещением этой оси при движении планеты, обуславливается смена времен года. Это обеспечивает периодический прогрев умеренного и полярного климата зон северного и южного полушария, тем самым вырабатывается температурный режим планеты.

Волновое излучение Солнца не однородно. Оно складывается из рентгеновского, УФ, видимого и ИК.

Энергия, излучаемая солнцем распределяется между различными участками спектра излучения следующим образом:

• Рентгеновское и УФ с длинами волн <0.4мкм приходится 6.7% от общего излучения

• На долю видимого участка с длиной волн от 0.4 до 0.76мкм приходится 46.8%

• На долю ИК с длиной волн >0.76 мкм приходится 46.5%

Солнечное излучение поступает на верхнюю границу атмосферы, прежде чем достичь поверхности Земли претерпевает существенные изменения. Проходя через атмосферу, лучистая энергия ослабляется в процессе рассеивания и поглощения молекулами газов и аэрозолями.

В соответствии с этим различают прямую и рассеянную радиацию.

Прямая радиация - солнечное излучение доходит до места наблюдения в виде пика параллельных лучей непосредственно от солнечного диска. Поток прямой радиации зависит от высоты Солнца над горизонтом и физического состояния атмосферы над пунктом наблюдения. В зависимости от этого величина прямой радиации может изменяться в очень широком пределе (0-100%).

Рассеянная радиация - рассеянное излучение в атмосфере. Поток рассеянной радиации зависит от тех же факторов, что и прямая радиация.

Губительное для всех организмов рентгеновское излучение, поглощается на высотах от 20 до 30 км и вызывает ионизацию атмосферы. Ниже 30 км проникает только жесткого рентгеновское излучение, оно наблюдается в горах и до УМ не доходит.

При солнечных протонных событиях рентгеновское излучение может увеличиваться в 10 тыс. раз и вызывать мутации организмов на Земле. Опасное для жизни организмов УФ излучение дальше поглощается озоновым слоем. Этот экран на высотах от 20 до 60 км максимум концентрируется на высотах около 27км.

Поверхности Земли достигает УФ радиация с длинами волн 0.3-0.4 мкм. Она угнетает микроорганизмы на облученных поверхностях, тем самым предохраняя животных и человека от воздушных болезнетворных бактерий.

Видимое солнечное излучение не однородно и подразделяется на 7 цветов. Складываясь эти волны образуют белый свет. Видимая часть спектра солнечного излучения ослабляется в безоблачной атмосфере в наименьшей степени. Видимое излучение является энергетической основой фотосинтеза. Фотосинтез - единственный в природе процесс осуществляющий превращение солнечной энергии в химическую.

ИК с длинами волн от 0.76 мкм несет основную часть тепловой энергии, проходя через атмосферу, тепловая энергия в значительной мере поглощается водным паром, молекулами углекислого газа и пылью.

Солнечное излучение также поглощается водяными каплями облаков и туманов.

Солнечная радиация у поверхности Земли обладает сильной пространственно-временной изменчивостью, ее величина зависит от угла падения солнечных лучей, сезона года, времени суток, от ориентации и крутизны склонов рельефа, от высоты местности от облачности, от отражающей и поглощающей способности среды. По существующим оценкам: влияние суммарной солнечной радиации достигающей земной поверхности для всей планеты в среднем составляет 140ккал/см²*год.

Поглощённая поверхностью Земли радиация в среднем для всей планеты оценивается величиной 70 ккал/см²*год. Это представляет половину от приходящей. Это связано с тем, что часть радиации поглощается в атмосфере, отражаясь облаками, поверхностью суши и воды. Выраженное в долях единиц или в %; отношение отраженной некоторой поверхностью радиации к поступающей радиации называется альбедо.

Величина альбедо для различных поверхностей земли изменяется 0.1-0.9 (10-90%)

Отражающая способность некоторых типов земли.

Тип поверхности	альбедо
Снег, лед, вода
Свежий сухой снег	0,80-0,95
Чистый влажный снег	0,6-0,7
Загрязнённый снег	0,4-0,5
Морской лед	0,3-0,4
Водная поверхность ( в зависимости от волнения)	0,06-0,15
Обнаженная почва
Темные почвы	0,05-0,15
Влажные серые почвы	0,1-0,2
Сухие глинисты почвы	0,2-0,35
Сухие песчаные почвы	0,25-0,45
Поля, луга, тундра
Поля ржи и пшеницы	0,1-0,25
Картофельные поля	0,15-0,25
Хлопковые поля	0,2-0,25
Луга	0,15-0,25
Сухая степь	0,2-0,3
Тундра	0,15-0,2
Древесная растительность
Хвойные леса	0,1-0,15
Лиственные леса	0,15-0,2

Альбедо облачности зависит от ее формы. Наиболее значительное альбедо, отмечается в высококучевых и слоисто-кучевых облаках. По существующим оценкам альбедо облаков нижнего яруса составляет 0.78-0.81, среднего яруса 0.66-0.78. Антропогенное воздействие на природные ландшафты, такие как загрязнение поверхности снега и ледников, вырубка лесов, увеличение площади пустынь и тд нарушают условие притока тепла, измененного человеком ландшафта.