Практическая работа 2. Общая характеристика солнечной радиации. Солнечная радиация у земной поверхности. Отражение и поглощение радиации деятельным слоем. Радиационный баланс деятельного слоя.

Солнечная радиация, которая является основным источником энергии для всех процессов на Земле, в том числе и в атмосфере распространяется по всем направлениям в виде электромагнитных волн. Общий поток солнечной энергии вне атмосферы при среднем расстоянии между Землей и Солнцем (149,6х10⁶ км) считают постоянной величиной. Энергетическую освещенность солнечной радиации, падающей на площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам в единицу времени на верхней границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца называют солнечной постоянной Sо.

Ослабление солнечной радиации при ее прохождении через атмосферу.

Ослабление прямой солнечной радиации при ее прохождении от верхней границы атмосферы до земной поверхности определяется формулой Бугера

S = S₀ p^m (1),

где S - энергетическая освещенность солнечной радиацией площадки у земной поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам;

S₀- солнечная постоянная;

p - интегральный коэффициент прозрачности атмосферы;

m - оптическая масса атмосферы, пройденной солнечными лучами.

При m= 1, т.е. при Солнце в зените,

S=S₀p,p=S/S₀.

Следовательно, коэффициент прозрачности показывает, какая доля солнечной радиации доходит до земной поверхности при отвесном падении солнечных лучей.

При h_c= 0, т.е. при Солнце на горизонте,mравна не бесконечности, а 35.

Ослабление радиации путем поглощения и рассеяния можно разделить на две части: ослабление постоянными газами (идеальной атмосферой) и ослабление водяным паром и аэрозольными примесями.

Соотношение коэффициента прозрачности идеальной атмосферы (р_i) к коэффициенту прозрачности реальной атмосферы (р) называетсяфактором мутности (К_м). Он показывает, какое число идеальных атмосфер нужно взять, чтобы получить такое же ослабление радиации, какое производит реальная атмосфера.

К_м = lg р/ lg р_i

Значения К_м определяются с точностью до сотых.

Приход солнечной радиации на земную поверхность.

Энергетическая освещенность прямой солнечной радиацией горизонтальной поверхности (S^ инсоляция) вычисляется по формуле:

S = S sin h_c,

где S - прямая радиация на перпендикулярную поверхность;

h_c- высота Солнца в момент, когда вычисляется S.

Энергетическая освещенность суммарной солнечной радиации вычисляется по формуле:

Q = S + D,

где S- энергетическая освещенность прямой радиации на горизонтальную поверхность;

D- энергетическая освещенность рассеянной солнечной радиации.

Эти мгновенные (правильнее - секундные) значения выражаются в кВт/м²с точностью до сотых.

Действительные часовые, суточные, месячные и годовые энергетические экспозиции солнечной радиации на горизонтальную поверхность определяются путем численного интегрирования функций, выражающих зависимость радиации от времени. Энергетические экспозиции за определенный интервал времени называют часовыми, суточными, месячными и годовыми суммами соответствующей (прямой, рассеянной, суммарной) радиации и обозначают _чS,_сутD. Все эти суммы выражаются в МДж/м², часовые и суточные с точностью до сотых, месячные - до единиц, годовые до десятков.

Отражение и поглощение солнечной радиации деятельным слоем.

Коэффициент отражения солнечной радиации деятельным слоем - A (альбедо) - определяется как отношение:

A = Q_отр / Q,

где Q _{отр -} отраженная радиация, т.е. отразившаяся часть суммарной радиации (кВт/м²).

Q- суммарная солнечная радиация (кВт/м²).

Альбедо выражается в долях единицы с точностью до сотых или в процентах. Часть суммарной радиации (кВт/м²), поглощенная деятельным слоем, составляет:

Q _п= Q (1 – A)

Эту величину (Q_п) называют поглощенной радиацией или коротковолновым радиационным балансом. В последнем случае ее обозначают В_к

Излучение деятельного слоя.

Энергетическая светимость деятельного слоя (Е_с) вычисляется по формуле:

E_с = T₀⁴,

где - коэффициент теплового излучения, называемый также коэффициентом черноты,

 - постоянная Стефана-Больцмана, 5, 67 х10 ^-8 вт/ м² х К

Т₀- температура деятельного слоя (К).

Произведение Т₀⁴при разных температурах затабулировано (приложение 1).

Эти же значения характеризуют поглощательные свойства деятельного слоя по отношению к падающей на него длинноволновой радиации.

Излучение деятельного слоя называют также собственным излучением. Мгновенные (секундные) значения Е_с и энергетические экспозиции этого излучения за различные интервалы (суммы) выражаются в тех же единицах и с тем же округлением, что и соответствующие характеристики коротковолновой радиации.

Встречное излучение.

Энергетическая освещенность деятельного слоя встречным излучением при ясном небе определяется по формуле Брента:

Е_А =Т_А ⁴(D+G)

где -Т_А - температура воздуха (К) на высоте 2 м над земной поверхностью, е -парциальное давление водяного пара (гПа) на той же высоте,DиG- постоянные (D=0,61,G=0,05).

Поглощенная (Е_{А п}) и отраженная (Е_{А отр}) деятельным слоем части встречного излучения определяются соотношениями:

Е_{А п} = Е_А , Е_{А отр} = (1- ) Е_А

где Е_А, Е_{А п}и Е_{А отр}выражаются в тех же единицах, что и Е_с.

Эффективное излучение и радиационный баланс деятельного слоя.

Эффективное излучение деятельного слоя (Е _эф) при ясном небе определяется соотношением:

E_эф = E_с - E_в ,

где Е _с - собственное излучение;

Е _в - встречное излучение.

 - коэффициент черноты.

Эффективное излучение, взятое со знаком минус, представляет собой длинноволновый радиационный баланс

В_д =E_в - E_с

Эффективное излучение при наличии облачности характеризуется соотношением:

Е_{эф о}= Е_{эф я}(1-С_нn_н-С_сn_с-С_вn_в),

где Е_{эф о}- эффективное излучение при облачности разного яруса,

Е_{эф я} - эффективное излучение при ясном небе,

С- эмпирические облачные коэффициенты для облачности разного яруса ( С_н- нижнего, равный 0,076, С_с- среднего, равный 0,052, и С_в- верхнего -0,022).

n_н,n_с, n_в- количество облаков в баллах по ярусам

Радиационный баланс деятельного слоя характеризуется соотношением:

R = (S + D) (1-A) - E_эф

Мгновенные значения радиационного баланса деятельного слоя и его суммы выражаются в тех же единицах и с таким же округлением, как и все остальные потоки радиации.