Электромагнитная и корпускулярная радиация. Коротковолновая и длинноволновая радиация. Спектральный состав солнечной радиации.

РАДИАЦИЯ КОРПУСКУЛЯРНАЯ - излучение корпускулярное, излучение в виде альфа- и бета-частиц, протонов, нейтронов и др. Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк — от радиоволн до рентгеновских лучей — однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра.

Существует также корпускулярная часть солнечной радиации, состоящая преимущественно из протонов, движущихся от Солнца со скоростями 300—1500 км/с.

Коротковолновая радиация-обозначение для прямой и рассеянной солнечной радиации, в основном заключающейся в интервале длин волн от 0,17 до 4 мкм, в отличие от длинноволновой радиации земной поверхности и атмосферы.

Поглощая радиацию, Земля сама становится источником излучения. Тепловое излучение Земли – земная радиация – является длинноволновым, т.к. длина волны зависит от температуры: чем выше температура излучающего тела, тем короче длина волны испускаемых им лучей. Излучение земной поверхности нагревает атмосферу и она сама начинает излучать радиацию в мировое пространство (встречное излучение атмосферы) и к земной поверхности. Встречное излучение атмосферы тоже длинноволновое. В атмосфере встречаются два потока длинноволновой радиации – излучение поверхности (земная радиация) и излучение атмосферы. Разность между ними, определяющая фактическую потерю теплоты земной поверхностью, называется эффективным излучением, оно направлено в Космос, т.к. земное излучение больше. Эффективное излучение больше днем и летом, т.к. зависит от нагрева поверхности.

Спектр УФ лучей солнечной радиации составляет участок 400— 290 ям, а дальше он резко обрывается. В экваториальной области Земли в период близкого стояния Солнца (в зените) уровня моря достигают лучи порядка 290 нм. Более короткие лучи поглощаются озоном верхних слоев атмосферы. В средних широтах до Земли доходят лучи 297 нм (июнь). В более высоких широтах граница УФ излучения сдвигается до 300 нм и более. Доля рассеянных УФ лучей, достигающих земной поверхности, значительна по величине. В летний полдень середины июня месяца рассеянные УФ лучи составляют 45—70% суммарной УФ радиации, в течение летних месяцев — 35—55%. В пасмурные дни лета при закрытом тучами диске Солнца рассеянная УФ радиация также составляет значительную часть дневного света.

10)Солнечная пост-ная. Прямая солн. рад-ция Колич-ной мерой солн. рад-ции, поступающ. на некот. пов-ть, служит энергетич. освещ-ть. Она измер-ся в Вт/м². Энергетич. освещ-ть солн. рад-ции, падающей на верх. границе ат-ры на единицу площади, перпен-ной к солн. лучам при сред. раст-нии земли от солнца наз-ют солн. пост-ной S_o^*. Солн. пост-ная зависит только от излучат-ной способ-ти Солнца и от раст-нии от Земли до Солнца. S_o=S_o^*(r\r)². В течение года энергетич. освещ-ть на верх. границе ат-ры измен-ся на 3,3%. Солн. пост-ная в течение больших промежутков ост-ся пост-ной. на освещ. полушарие Земли на верх. границе ат-ры падает кол-во солн. энергии, равное произведению солн. пост-ной на площадь большого круга Земли. Рад-цию, приходящ. к зем. пов-ти непосред-но от диска солнца, наз-ют прямой солн. рад-цией. Солн. рад-ция распр-ся от солнца по всем направлениям. Но раст-ние от земли до солнца так велико, что прямая рад-ция падает на любую пов-ть на земле в виде пучка || лучей. Максимально возможное в данных усл. кол-во рад-ции получает единица площади, располож-ная перпен-но к солн. лучам. S’=S sin h, где h- высота солнца. S’=S тогда, когда Солнце находится в зените, а во всех ост. случаях меньше. Поток прямой солн. рад-ции на горизонт. пов-ть наз-ся инсоляцией. max прямой солн. рад-ции наблюд-ся днем, min ночью. С высотой над уровнем моря возрастает интенсив-ть рад-ции на 100м – 0,02ккал.

11)Поглощение и рассеяние солн. рад-ции. Явления, связ. с рассеиванием рад-ции В ат-ре поглощ-ся 23% солн. рад-ции. Азот поглощает рад-цию только малых длин волн в УФ части спектра. Энергия солн. рад-ции в этом участке спектра ничтожна. В несколько большей степени поглощает солн. рад-цию кислород. Более сильным поглотителем солн. рад-ции явл-ся озон. Он поглощ-ет УФ и видимую солн. рад-цию. Общее поглощение солн. рад-ции озоном лостигает 3% прямой солн. рад-ции. Сильно поглощает рад-цию в инфракрасн. области спектра углекис. газ. Из газов осн. поглотителем явл-ся вод. пар. Из общего потока солн. рад-ции вод. пар поглощает рад-цию в интервалах длин волн, находящихся в видим. и ближней инфракрас. областях спектра. Поглощают солн. рад-цию облака 5%, атмосфер. примеси 15%. Рассеяние – преобр-ние части прям. солн. рад-ции, кот. до рассеяния распр-ся в виде || лучей в опр. напр-нии, в рад-цию, идущую по всем напр-ям. Рассеяние происходит в оптически неоднород. атм. воздухе, содер. мелкие частицы жид. и тв. примесей. Около 26% энергии общего потока солн. рад-ции превращ-ся в ат-ре в рассеян. рад-цию. Около 2/3 рассеян. рад-ции приходит затем к зем. пов-ти. Рас. рад-ция приходит к зем. пов-ти не от солн. диска, а от всего небес. свода. Рас. рад-ция отлична от прямой по спектрал. составу. По з-ну Рэлея рассеяние обратно пропор-но четвертой степени длины волны рассеив-мых лучей: D_\^S, где S_ - спектрал. плот-ть энергетич. освещ-ти прямой рад-ции с длиной волны ; D_-спектрал. плот-ть энергетич. освещ-ти рас. рад-ции; -коэфициент пропор-ти. Длина крайних волн крас. цвета почти вдвое больше длины крайн. волн фиолет. цвета. Инфракрас. рад-ция рассеив-ся ничтожно. Голуб. цвет неба – цвет самого воздуха, обуслов-ный рассеянием в нем солн. лучей. Т.к. молекул. рассеяние света происходит обратно пропор-но, то в спектре рассеян. света, посылаемого небес. сводом, максимум энергии смещен на голуб. свет. Явление неполн. темноты наз-ся сумерками. Причиной их явл-ся освещение Солнцем, находящимся под гор-том, высоких слоев ат-ры и рассеяние ими солн. света. Астрономич. сумерки продол-ся до тех пор пока солнце не зайдет под гор-т на 18^о. Сумерки сопровож-ся изменениями окраски небес. свода в стороне солнца. Эти изменения начин-ся до захода и продол-ся после восхода солнца. Они имеют закономер. хар-р и наз-ся зари.Явления зари объяс-ся рассеянием света мельчайшими частицами атм. аэрозолей и дифракцией света на более круп. частицах.

12)Суммарная рад-ция Всю солн. рад-цию, приход. к зем. пов-ти – прямую и рассеянную – наз-ют суммарной рад-цией. Вычисляется Q=S sin h+D, где S – энергетич. освещ-ть прямой рад-цией, D- энерг. освещ-ть рассеян. рад-цией, h- высота солнца. при безоблач. небе суммар. рад-ция имеет суточ. ход с max около полудня и годов. ход с max летом. Частич. облачность, не закрывающ. солн. диск, увеличивает суммар. рад-цию по сравнению с безоблач. небом; полн. облач-ть наоборот ее уменьшает. В среднем облач-ть умен-ет сумар. рад-цию. Поэтому летом приход суммар. рад-цией в дополуден. часы в среднем больше, чем в послеполд-ные. По той же причине в 1-ую половину года он больше, чем во вторую.

13)Отражение рад-ции и альбедо. Поглощ-ная рад-ция. Встреч. и эффектив. излучение Падая на зем. пов-ть, сумар. рад-ция в большей части поглощ-ся и переходит в тепло, а частично отраж-ся. Отношение кол-ва отраж. рад-ции к общему кол-ву рад-ции, падающей на пов-ть, наз-ся альбедо пов-ти. Из общего потока суммар. рад-ции отраж-ся от зем. пов-ти часть, ост. поглощ-ся зем. пов-тью и идет на нагревание верх. слоев почвы и воды. Альбедо пов-ти почвы мен-ся в пределах 10-30%. С возрастанием влаж-ти почвы альбедо сниж-ся. Альбедо раст. покрова – леса, поля – заключ-ся в пределах 10-25%. Альбедо свежевыпав. снега – 90-95%. для рассеян. рад-ции альбедо водных пов-тей = 5-10%. в среднем альбедо пов-ти мир. океана составляет 5-20%. Альбедо верх. пов-ти облаков – до 70-80%. Верх. слои почвы, воды, снеж. покров и раст-ть сами излучают длинноволн. рад-цию; эту рад-цию раз-ют собст. излучением зем. пов-ти. По з-ну Больцмана излучение с каждого см² пов-ти за 1мин при температуре Т будет: E_з=^, =8,2*10^-11. Большая часть атм. рад-ции приходит к зем. пов-ти, ост. часть уходит в мир. пространство. Атм. рад-цию, приходящ. к зем. пов-ти, наз-ют встреч. излучением Е_а, т.к. оно направлено навтречу собств. излучению земли. Зем. пов-ть поглощает вструч. излучение почти целиком. Встреч. излучение явл-ся для зем. пов-ти важ. источником тепла. Возрастает с увеличением облач-ти. Уменьшение встр. излучения с высотой объяс-ся уменьшением сод-ния вод. пара. Наибол. встреч. излучение у экватора, к поляр. широтам убывает. Встреч. излучение всегда несколько меньше земного. поэтому зем. пов-ть теряет тепло за счет положит. разности м/ду собствен. и встреч. излучением. разность м/ду собств. излучением зем. пов-ти и встреч. излучением наз-ют эфектив. излучением Е_e: E_e=E_s-E_a. Эфектив. излучение представляет чистую потерю лучистую энергию. Собств. излучение можно опр-ть по з-ну Больцмана. с возрастанием облач-ти эф. излучение убывает. В облач. погоду гораздо <, чем в ясную. В среднем зем. пов-ть в сред. широтах теряет через эф. излучение примерно половину того кол-ва тепла, кот. она получает от поглощ. рад-ции.

14)Радиац. баланс зем. пов-ти. Парниковый эффект. Планетар. альбедо Земли Разность м/ду поглощ. рад-цией и эф. излучением наз-ют радиац. балансом зем. пов-ти: В=(S sin h+D)(1-A)-E_e. В ноч. часы, когда суммар. рад-ция отсут-ет, отриц. рад. баланс = эф. излучению и поэтому меняется в течение ночи мало. Рад. баланс переходит от ночн. отриц. значений к дневным положит. после восхода солнца при высоте его 10-15^о. При наличии снеж. покрова рад. баланс переходит к положит. значениям только при высоте солнца около 20-25^о. Днем рад. баланс растет с увеличением высоты солнца и убывает с ее уменьшением. Хаар-р распред-ния планетар. альбедо, получ. по наблюдениям с метеорологич. спутников. обнаруживает резкий контраст м/ду значениями альбедо в высок.и сред. широтах сев. и юж. полушарий. в тропиках наиболее высок. значения альбедо наблюд-ся над пустынями, над акваториями океанов. В юж. полушарии наблюд-ся зонал. ход изолиний альбедо вследствие более простого распред-ния суши и океана. наиболее высок. значения альбедо в поляр. широтах. Преоблад-щая часть рад-ции, отраж. земной пов-тью и верх. пов-тью облаков, уходит за пределы ат-ры в мир. простран-во. Также уходит в мир. пространство часть рассеян. рад-ции. Отношение уходящей отраж-ной и рассеян. солн. рад-ции к общему кол-ву солн. рад-ции, поступающей к ат-ре, носит название планетар. альбедо Земли. В целом оно =31%. Осн. часть планет. альбедо составляет отражение солн. рад-ции облаками. Поглощая зем. излучение и посылая встреч. излучение к зем. пов-ти, ат-ра тем самым уменьшает охлаждение последней в ноч. время суток. днем же она мало препят-ет нагреванию зем. пов-ти солн. рад-цией. Это влияние ат-ры на тепловой режим зем. пов-ти носит название парник. эффекта, вследствие внеш. аналогии с действием стекол теплицы.