Спектральный состав солнечной радиации

От Солнца к Земле направляется электромагнитная радиация: -излучение, рентгеновские, ультрафиолетовые лучи, радиоволны; т.е. электромагнитные волны, имеющие скорость, близкую к 300000 км/с. Кроме электромагнитной радиации к Земле направляется корпускулярная радиация (солнечный ветер), представляющая собой потоки электрически заряженных частиц, преимущественно протонов и электронов, движущихся со скоростью 300 – 1000 км/с. Ниже 90 км корпускулярная радиация в атмосферу Земли почти не проникает.

На интервал длин волн 0,1 - 4 мкм приходится около 99 % всей энергии солнечной радиации. Всего 1 % остаётся на радиацию с меньшими и большими длинами волн, вплоть до рентгеновских и радиоволн. Спектр излучения солнечной радиации близок к спектру абсолютно черного тела с температурой 6000 К. Видимый свет (0,39 – 0,76 мкм) занимает узкий интервал длин волн, однако, в этом интервале заключается почти половина лучистой энергии – 47 %, почти столько же приходится на инфракрасные лучи, а остальные 9 % - на ультрафиолетовые. Максимум лучистой энергии приходится на волну длиной 0,475 мкм (зелёно-голубые лучи).

Электромагнитное излучение с длиной волн 0,38 – 0,72 мкм получило название фотосинтетически активной радиации, так как именно эта радиация участвует в процессе фотосинтеза.

Прямая солнечная радиация

Прямая солнечная радиация – радиация, приходящая к земной поверхности непосредственно от солнечного диска. Количественно радиация характеризуется потоком лучистой энергии, которая поступает в единицу времени на единицу поверхности (Вт/м²∙мин).

Максимальное количество солнечной радиации попадает на перпендикулярную площадку (рис. 1).

Рис. 1 Прямая солнечная радиация

На единицу горизонтальной площадки приходится меньшее количество солнечной радиации:

где: h (высота Солнца) - это угол между линией соединяющей глаз наблюдателя сСолнцем и плоскостью горизонта.

Количество солнечной радиации попадающей на горизонтальную площадку называется инсоляцией.

Поток солнечной энергии перед вступлением в атмосферу земли при среднем расстоянии земли от Солнца называется солнечной постоянной. Эта величина не зависит от поглощения и рассеивания радиации в атмосфере, а зависит только от излучательной способности Солнца и равна 1,38 кВт/м².

На каждый км² земной поверхности, в среднем, за год приходится 4,2710¹⁶ Дж лучистой энергии Солнца; чтобы получить такое количество энергии необходимо сжечь 400000 т каменного угля.

Изменение солнечной радиации в атмосфере и на поверхности земли

Проходя сквозь атмосферу, солнечная радиация частично рассеивается атмосферными газами и аэрозольными частичками, переходя в особую форму радиации. Рассеянная радиация частично поглощается атмосферными газами и примесями, переходит в теплоту, которая идет на нагрев атмосферы.

Не рассеянная и не поглощенная солнечная радиация достигает земной поверхности, при этом она частично отражается от нее, но в большей степени поглощается и нагревает поверхность. Часть рассеянной радиации так же достигает земной поверхности, часть отражается, но большей часть поглощается, однако при этом 1/3 рассеянной солнечной радиации уходит в космос.

В результате поглощения и рассеяния радиации в атмосфере до земной поверхности доходит значительно меньшая часть радиации, чем была на границе атмосферы. В лучшем случае при высоком стоянии Солнца и чистом воздухе, поток прямой радиации на поверхности Земли составляет 1,05 кВт/м², в горах на высоте 5 км – 1,2 кВт/м². по мере приближения Солнца к горизонту и увеличения толщины слоя воздуха, поток солнечной радиации всё более убывает.