Контрольные вопросы к практической работе 2.

1. Как в метеорологии принято подразделять электромагнитную радиацию?

2. Расскажите о законах Вина и Стефана-Больцмана.

3. Каков спектральный состав солнечной радиации вне земной атмосферы?

4. Что понимается под солнечной постоянной, в каких единицах она измеряется и от чего зависит?

5. Что называется прямой солнечной радиацией? Как вычислить энергетическую освещенность прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность?

6. Какие изменения происходят с солнечной радиацией при ее проникновении через атмосферу? Какие вещества являются наиболее сильными поглотителями и в каких участках спектра?

7. Как происходит рассеяние солнечной радиации в атмосфере? Сформулируйте закон Рэлея. Какие явления связаны с рассеянием радиации?

8. Что такое «дальность видимости»?

9. Что такое коэффициент прозрачности атмосферы, оптическая масса атмосферы, фактор мутности? От чего они зависят?

10. От чего зависит суточный и годовой ход прямой солнечной радиации?

11. Суммарная солнечная радиация.

12. Альбедо поверхности, что оно характеризует, каковы средние значения альбедо различных естественных поверхностей?

13. Что такое поглощенная радиация?

14. Что такое собственное излучение. Каков спектральный состав излучения Земли?

15. Что такое встречное излучение? Каков его спектральный состав?

16. Эффективное излучение. Радиационный баланс земной поверхности.

17. Что такое «парниковый эффект»? Какие газы его создают?

18. Используя карты приложения 3 составьте письменное описание географических закономерностей годового и сезонного распределения

• суммарной солнечной радиации

• радиационного баланса.

Выполните следующие задания:

1. При экстраполяции ракетных спутниковых измерений у верхней границы атмосферы (таблица 2.1.) получено следующее распределение спектральной плотности энергетической освещенности солнечной радиацией, перпендикулярной к лучам поверхности (Sl₀кВт/ м²* мкм) по длинам волн (lмкм).

Представить графически распределение спектральной плотности энергетической освещенности солнечной радиации и проанализировать спектр солнечной радиации, приходящей к Земле, т.е.

1. выделить основные спектральные диапазоны;

2. найти по графику длину волны, на которую приходится наибольшая энергия. В какой области спектра лежит эта волна?

3. проинтегрировать функцию Sl₀() в пределах от 0,16 до 10,00 мкм и найти солнечную постоянную, 4.вычислить доли ультрафиолетовой (< 0,40мкм), видимой (0,40 - 0,76мкм) и инфракрасной (> 0,76мкм) радиации в общем притоке солнечной радиации к Земле. (При вычислении определенного интеграла функцииS() в указанных пределах использовать общую формулу трапеции).

2.На основе данных (таблица 2.2) постройте графики распределения средней суточной солнечной радиации на верхней границе атмосферы, прямой и рассеянной солнечной радиации у земной поверхности. Дайте письменное объяснение закономерностям распределения разных видов солнечной радиации на разных широтах.

3. Сравните величину прямой солнечной радиации, получаемой горизонтальной поверхностью и склонами:

а) южной экспозиции крутизной 30⁰,при высоте Солнца над горизонтом 90⁰, 60⁰;

б) северной экспозиции крутизной 60⁰при высоте Солнца над горизонтом 90⁰, 60⁰;

в) южной экспозиции крутизной 60⁰, при высоте Солнца над горизонтом 90⁰, 60⁰;

г) северной экспозиции крутизной 30⁰, при высоте Солнца над горизонтом 90⁰, 60⁰.

Значение инсоляции при высоте Солнца в 90⁰принять равным 1,00 кВт/м².

Сделать выводы о закономерностях прихода солнечной радиации на склоны разной экспозиции. Решение пояснить чертежами.

4. На основе приведенных в таблице 2.3 действительных месячных сумм прямой радиации на горизонтальную поверхность (МДж/м²) в Санкт-Петербурге и в Воейково (30 км от центра Санкт-Петербурга) построить график годового хода прямой солнечной радиации. Найти годовые суммы прямой солнечной радиации. На сколько процентов одна из них больше другой? Указать возможные причины различия годовых сумм прямой солнечной радиации в этих двух пунктах, расположенных близко друг к другу.

5. При высоте Солнца 30⁰прямая радиация на перпендикулярную поверхность составила 0,72 кВт/м², а при высоте Солнца 55⁰ - 0,82 кВт/м². Вычислить коэффициент прозрачности для обоих случаев. Если предположить, что исходные данные получены в один и тот же день в одном и том же пункте, то можно ли утверждать, что за время, прошедшее между измерениями, изменилось оптическое состояние атмосферы? Какая другая причина могла вызвать изменение прозрачности? (Значения определять по таблице в приложении 2)

6. При высоте Солнца 42⁰ прямая солнечная радиация на перпендикулярную поверхность равна 0,63 кВт/м². Найти фактор мутности. Каков смысл полученного результата?

(Значение р_iпри высоте Солнца в 42⁰ составляет 0,911).

7. Найти суммарную радиацию, если при высоте Солнца 30⁰ прямая радиация на перпендикулярную поверхность составляла 0,42 кВт/м², а рассеянная радиация 0,14 кВт/м²

1.Может ли рассеянная радиация быть больше прямой, приходящейся на горизонтальную поверхность?

2.Может ли суммарная радиация состоять только из прямой радиации или только из рассеянной?

3.От каких факторов зависит соотношение между прямой и рассеянной радиацией, поступающей к земной поверхности?

8. Альбедо свежевспаханного влажного чернозема составляет около 10%, а чистого сухого снега - около 90%. Если суммарная радиация на этих участках одинакова, то какой участок поглощает больше солнечной радиации и во сколько раз? Как влияет различие в альбедо на количество поглощенной радиации? Как это сказывается на тепловом режиме разных участков деятельного слоя и прилегающих к нему слоев атмосферы при одинаковом поступлении солнечной радиации?

9.Средние значения альбедо (%) по месяцам в Санкт-Петербурге и Воейково (пригород Санкт-Петербурга) приведены в таблице 2.4. По этим данным построить график и указать возможные причины различия годового хода альбедо в этих пунктах.

10. Многолетняя средняя месячная температура деятельного слоя в Воейково в июле, когда почва покрыта редкой травой, приведена в таблице 2.5. По данным этой таблицы вычислить энергетическую светимость деятельного слоя в каждый срок. Построить и проанализировать график суточного хода. Указать причину изменений Е_с. Вычислить суточную сумму энергетической светимости деятельного слоя.

(Значения для редкой травы принять равным 0,975, значения Е_с в 0ч.30 мин использовать дважды - в начале и в конце суток, значения Т⁴ приведены в приложении 1^.).

11. Многолетняя средняя месячная температура деятельного слоя в Самаре в 12час.30 мин приведена в таблице 2.6. Вычислить среднюю за каждый указанный месяц энергетическую светимость деятельного слоя, считая что в феврале и декабре поверхность покрыта снегом, а в остальные месяцы - редкой травой. Построить график годового хода Е_с и указать возможные причины годового изменения этой величины.

(Значение для чистого снега составляет 0,986, а для редкой травы 0,975).

12.Расчеты показали, что при отсутствии атмосферы среднее для всей Земли альбедо ее поверхности составляло бы 2,3%. Какой была бы при этом средняя температура деятельного слоя Земли? Зная, что в действительности она составляет около 15,0⁰С, сделать вывод о характере влияния атмосферы на тепловое состояние деятельного слоя. При решении задачи исходить из условия радиационного равновесия планеты (поглощение солнечной радиации равно длинноволновому излучению). Средний коэффициент теплового излучения поверхности Земли считать равным 0.95.

13. Температура деятельного слоя редкой травы 30,0⁰С, температура воздуха 20,0⁰С, парциальное давление водяного пара 16,0 гПа, небо ясное. Вычислить поглощенную часть встречного излучения, земное излучение и разность между ними. Приход или расход длинноволновой радиации в деятельном слое преобладает в данном случае? Возможно ли обратное соотношение между ними? Как называется найденная разность? О каком соотношении двух первых величин свидетельствует ее знак? Часто ли наблюдается такое соотношение?

(редкой травы равно 0,975)

14. Вычислить эффективное излучение деятельного слоя чистого снега, температура которого составляет -6,0⁰С, если температура воздуха -5,0⁰С, парциальное давление водяного пара 4,0 гПа и наблюдается 4 балла облаков среднего и 5 баллов облаков нижнего яруса.

15. Вычислить радиационный баланс деятельного слоя, если поглощенная часть прямой радиации на горизонтальную поверхность составляет 0,35 кВт/м² , рассеянной радиации 0,08 кВт/м², встречного излучения 0,30 кВт/м², а земное излучение равно 0,40 кВт/м². О чем говорит знак ответа? Для какого времени суток или года он характерен, если исходные данные относятся к умеренным широтам?

16.Найти радиационный баланс деятельного слоя, если поглощенная часть коротковолновой радиации равна 0,03 кВт/м², а эффективное излучение 0,08 кВт/м^2.Каков смысл знака ответа? К какому времени суток (или года) относятся исходные данные, если они получены в умеренных широтах при безоблачном небе?

Таблицы к работе 2.

	S		S		S
0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26 0.28 0.30 0.32 0.34 0.36 0.38 0.40 0.42 0.44	0.000 0.001 0.011 0.057 0.063 0.130 0.222 0.514 0.830 1.076 1.098 1.120 1.429 1.747 1.810	0.46 0.48 0.50 0.52 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0.66 0.68 0.70 0.72 0.76	2.066 2.074 1.942 1.833 1.783 1.695 1.675 1.666 1.602 1.544 1.486 1.427 1.369 1.314 1.235	0.80 1.00 1.20 1.40 1.60 1.80 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 10.00	1.107 0.746 0.484 0.336 0.244 0.159 0.103 0.031 0,009 0.004 0.002 0.001 0.001 0.000

Таблица 2.2.Среднесуточный приход солнечной радиации на горизонтальную поверхность, кВт /м ². (Данные в таблице

приведены для северного полушария).

Дата	Широта (град.)
	0-10	10-20	20-30	30-40	40-50	50-60	60-90
На верхней границе атмосферы
22/12	0,383	0,324	0,260	0,191	0,121	0,055	0,004
21/3	0,432	0,420	0,396	0,355	0,308	0,250	0,147
22/6	0,404	0,440	0,463	0,477	0,481	0,477	0,491
23/9	0,425	0,412	0,398	0,351	0,304	0,246	0,145
Прямая солнечная радиация у земной поверхности
22/12	0,114	0,112	0,094	0,057	0,025	0,009	0,001
21/3	0,133	0,156	0,144	0,112	0,081	0,068	0,038
22/6	0,101	0,118	0,151	0,163	0,128	0,111	0,093
23/9	0,119	0,113	0,140	0,128	0,091	0,055	0,019
Рассеянная радиация у земной поверхности
22/12	0,045	0,055	0,046	0,036	0,024	0,011	0,001
21/3	0,075	0,073	0,069	0,065	0,058	0,046	0,033
22/6	0,073	0,079	0,086	0,087	0,088	0,085	0,107
23/9	0,075	0,072	0,068	0,064	0,056	0,045	0,034

Таблица 2.3. Действительные месячные суммы прямой радиации на горизонтальную поверхность (МДж/м² ) в Санкт-Петербурге и в Воейково.

Пункт	Февраль	Апрель	Июнь	Август	Октябрь	Декабрь
Санкт-Петербург	13	163	301	167	25	0
Воейково	21	193	327	184	21	4

Таблица 2.4. Средние значения альбедо (%) в Санкт-Петербурге и Воейково (пригород Санкт-Петербурга) составляют по месяцам:

Пункт	Февраль	Апрель	Июнь	Август	Октябрь	Декабрь
Санкт-Петербург	58	17	17	18	19	47
Воейково	71	28	18	19	22	69

Таблица 2.5. Многолетняя средняя месячная температура деятельного слоя в Воейково в июле.

Срок,час.мин.	0.30	6.30	9.30	12.30	15.30	18.30
t 0C	12,6	16,3	24,4	27,7	26,6	19,3

Таблица 2.6. Многолетняя средняя месячная температура деятельного слоя в Самаре в 12час.30 мин. составляет:

Месяц	Февраль	Апрель	Июнь	Август	Ноябрь	Декабрь
t0C	-12,4	13,8	46,0	39,3	11,5	-7,7