6 Прямая солнечная радиация

Радиация, приходящая на земную поверхность непосредственно от Солнца называется прямой солнечной радиацией. Ввиду удаленности Земли от Солнца прямая радиация рассматривается как поток параллельных лучей. Мерой прямой радиации служит количество лучистой энергии, падающей на единичную площадь.. Если единичная площадь, расположенная перпендикулярно солнечным лучам, получает количество радиации S, то на единицу горизонтальной площади придется меньшее количество лучистой энергии

где h_¤ - высота Солнца (рис. 2.1)

Рис.2.1 Прямая солнечная радиация

На горизонтальную площадку S^/ приходится количество радиации S^/F^/, равное SF или S^/F^/=SF.

Так как площадь F относится к площади F^/ как АВ к ВС, то

Если Солнце находится в зените, то S^’=S.

Поток полной солнечной энергии на горизонтальную поверхность называется инсоляцией. Энергетическая освещенность поверхности измеряется в киловаттах на квадратный метр (кВт/м²).

Поток солнечной радиации на верхней границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца называется солнечной постоянной. Она составляет

1,36 кВт/м².

На освещенное полушарие Земли на верхней границе атмосферы падает количество солнечной энергии, равное произведению солнечной постоянной на площадь большого круга. При радиусе Земли равном 6371 км эта площадь равна 1,275^.10¹⁴ м², а приходящаяся на нее лучистая энергия равна 1,72^.10¹⁷ Вт. За год Земля получает 5,44^.10²⁴ Дж.

Проходя сквозь атмосферу, солнечная радиация частично рассеивается атмосферными газами и аэрозольными примесями и переходит в форму рассеянной радиации. Частично она поглощается атмосферой и переходит я теплоту. Не рассеянная и не поглощенная радиация достигает земной поверхности.

7 Рассеянная и поглощенная радиация в атмосфере

В результате рассеяния и поглощения прямой солнечной радиации в атмосфере ее поток, достигающий земной поверхности, уменьшается. При этом изменяется состав спектра, поскольку лучи с различными длинами волн поглощаются и рассеиваются в атмосфере в различной степени.

Основным поглотителем радиации в атмосфере является водяной пар, содержащийся в основном в тропосфере. Он поглощает значительную долю инфракрасной части спектра. В целом в атмосфере поглощается приблизительно 15-20% прямой солнечной радиации.

Рассеянный свет обеспечивает освещение в тех местах, куда не попадают прямые солнечные лучи, например, в помещениях или на открытой местности при пасмурной погоде и т.п.

Вечером, после захода Солнца, темнота наступает не сразу, поскольку находящееся ниже линии горизонта Солнце освещает верхние слои атмосферы. Аналогичная ситуация наблюдается и утром перед восходом Солнца. Это явление носит название утренних или вечерних сумерек.

В целях практического использования сумерки разделяются на три вида:

гражданские сумерки, в течение которых погружение Солнца ниже линии горизонта не превышает 7⁰. В эту наиболее светлую часть сумерек естественное освещение настолько интенсивно, что на открытом месте можно выполнять любые работы, в том числе чтение и письмо без искусственного освещения;

навигационные сумерки, соответствующие погружению Солнца до 12⁰. Условия видимости местности в этот период в значительной мере ухудшены вследствие недостаточной освещенности. Однако, при плавании судов и кораблей вблизи береговой черты судоводитель еще может ориентироваться по береговым предметам;

астрономические сумерки определяются погружением Солнца до 18⁰. В этот момент на земной поверхности наступает полная темнота, но в верхних слоях атмосферы наблюдается некоторое свечение, препятствующее астрономическим наблюдениям слабых светил.

Продолжительность сумерек определяется углом между направлением видимого суточного движения Солнца по отношению к линии горизонта, вследствие чего она зависит от широты местности. Поэтому в средних широтах сумерки длятся в полтора – да раза дольше, чем на экваторе.

Кроме того, с широтой местности связан угол опускания Солнца за линию горизонта. Если в летнее время в течение суток в полночь склонение Солнца, т.е. угол наклона его к линии горизонта, не превышает –7⁰, то утренние сумерки сливаются с вечерними и наблюдается явление, называемое “белые ночи”.

Солнечная радиация ослабляется в атмосфере за счет поглощения и рассеяния. Ослабление уровня радиации прямо пропорционально величине потока радиации и количеству поглощающих и рассеивающих частиц на пути солнечных лучей, а также плотности атмосферы