6.2. Солнечная радиация в атмосфере

6.2.1. Радиация вообще

Электромагнитная радиация состоит как из видимого света, так и из гамма-лучей, рентгеновских, ультрафиолетовых, инфракрасных лучей, радиоволн. Тепловую радиацию с длинами волн от 0.01 до 0.39 мкм называют ультрафиолетовой, она невидима. Радиация от 0.39 до 0.76 мкм – видимый свет. Радиация с длинами волн более 0.76 мкм называется инфракрасной, она невидима.

В метеорологии принято выделять коротковолновую и длин­новолновую радиацию. Коротковолновой называют радиацию в диапазоне длин волн от 0.1 до 4 мкм. Она включает, кроме видимого света, еще ближайшую к нему по длинам ульт­рафиолетовую и инфракрасную радиацию. Солнечная радиа­ция на 99 % является коротковолновой. К длинно­волновой радиации относят радиацию земной поверхности и атмосферы с длинами волн от 4 до 100 - 120 мкм. Когда радиация падает на другое тело и поглощается им, лучистая энергия переходит в другие виды энергии, главным образом в теплоту.

Коротковолновая радиация, после ряда преобразований в атмосфере, частично достигает земной поверхности, нагревая ее и тем самым обеспечивая возможность жизни на Земле. Основные два процесса, происходящих с солнечной радиацией в атмосфере – поглощение и рассеяние.

Для наглядности рассмотрим упрощенную схему, иллюстрирующую распространение и перераспределение радиации в атмосфере. Далее рассмотрим отдельные составляющие в соответствующих разделах.

верхняя граница атмосферы

Р А С С Е Я Н И Е П О Г Л О Щ Е Н И Е

суммарная радиация эффективное излучение E_e

I’=(Isinh+i)

радиационный баланс R=(Isinh+i)(1-A)-E_e

радиационная передача тепла нерадиационная передача

тепла (теплопроводность)

тепловой баланс земной поверхности

Рис.6.1. Тепловой баланс земной поверхности и его составляющие

6.2.2. Лучистое и тепловое равновесие Земли

Лучистая энергия Солнца является основным, и практически единственным источником тепла для поверхности Земли и ее атмосферы. Лучистая энергия превращается в тепло отчасти в самой атмосфере, но главным образом на земной поверх­ности. Она идет здесь на нагревание верхних слоев почвы и воды, а от них и воздуха. Нагретая земная поверхность и нагретая атмосфера в свою очередь сами излучают инфракрасную радиацию. Отдавая эту радиацию в ми­ровое пространство, земная поверхность и атмосфера охлаж­даются.

Как известно, средние годовые температуры земной поверхности и атмосферы в любой точке Земли мало меняются от года к году. За историческое время в этих весьма ограни­ченных изменениях, по-видимому, не было никакой определен­ной направленности; были лишь колебания около средних зна­чений. Таким образом, если рассматривать Землю за более или менее длительные многолетние промежутки времени, то можно сказать, что она находится в тепловом равновесии: приход тепла уравновешивается его потерей. Но так как Земля (с ат­мосферой) получает тепло, поглощая солнечную радиацию, и теряет тепло путем собственного излучения, то можно заключить, что она находится и в лучистом равновесии: приток радиации к ней уравновешивается отдачей радиации в мировое пространство.