Поглощенная радиация это кратко

Обновлено: 05.07.2024

Падая на земную поверхность, суммарная радиация в большей своей части поглощается в верхнем, тонком слое почвы или воды и переходит в тепло, а частично отражается. Величина отражения солнечной радиации земной поверхностью зависит от характера этой поверхности. Отношение количества отраженной радиации к общему количеству радиации, падающей на данную поверхность, называется альбедо поверхности. Это отношение выражается в процентах.

Итак, из общего потока суммарной радиации I*sin h+i отражается от земной поверхности часть его (I*sin h + i) А , где А — альбедо поверхности. Остальная часть суммарной радиации (I*sin h + i) * (1-А) поглощается земной поверхностью и идет на нагревание верхних слоев почвы и воды. Эту часть называют поглощенной радиацией.

Альбедо поверхности почвы в общем заключается в пределах 10-30%; в случае влажного чернозема оно снижается до 5%, а в случае сухого светлого песка может повышаться до 40%. С возрастанием влажности почвы альбедо снижается. Альбедо растительного покрова — леса, луга, поля — заключается в пределах 10-25%. Для свежевыпавшего снега альбедо 80-90%, для давно лежащего снега — около 50% и ниже. Альбедо гладкой водной поверхности для прямой радиации меняется от нескольких процентов при высоком солнце до 70% при низком солнце; оно зависит также от волнения. Для рассеянной радиации альбедо водных поверхностей 5-10%. В среднем альбедо поверхности мирового океана 5-20%. Альбедо верхней поверхности облаков — от нескольких процентов до 70-80% в зависимости от типа и мощности облачного покрова; в среднем же оно 50-60%.
Преобладающая часть радиации, отраженной земной поверхностью и верхней поверхностью облаков, уходит за пределы атмосферы в мировое пространство. Также уходит в мировое пространство часть рассеянной радиации, около одной трети ее. Отношение этой уходящей в космос отраженной и рассеянной солнечной радиации к общему количеству солнечной радиации, поступающему в атмосферу, носит название планетарного альбедо Земли или просто альбедо Земли.


Рис. Зависимость количества отраженной радиации от свойств подстилающей поверхности

Планетарное альбедо Земли оценивается в 35-40%; по-видимому, оно ближе к 35%. Основную часть планетарного альбедо Земли составляет отражение солнечной радиации облаками.

Излучение земной поверхности

Верхние слои почвы и воды, снежный покров и растительность сами излучают длинноволновую радиацию; эту земную радиацию чаще называют собственным излучением земной поверхности. Земная поверхность излучает почти как абсолютно черное тело, и интенсивность ее излучения при +15° С, или 288° К, равна 0,6 кал/см 2 мин. Столь большая отдача радиации с земной поверхности приводила бы к быстрому ее охлаждению, если бы этому не препятствовал обратный процесс — поглощение солнечной и атмосферной радиации земной поверхностью. Абсолютные температуры земной поверхности заключаются между 180 и 350°. При таких температурах испускаемая радиация практически заключается в пределах 4-120 мк. Следовательно, вся эта радиация инфракрасная, не воспринимаемая глазом.

Встречное излучение

Атмосфера нагревается, поглощая как солнечную радиацию (хотя в сравнительно небольшой доле, около 15% всего ее количества, приходящего к Земле), так и собственное излучение земной поверхности. Кроме того, она получает тепло от земной поверхности путем теплопроводности, а также при испарении и последующей конденсации водяного пара. Будучи нагретой, атмосфера излучает сама. Так же как и земная поверхность, она излучает невидимую инфракрасную радиацию примерно в том же диапазоне длин волн.

Большая часть (70%) атмосферной радиации приходит к земной поверхности, остальная часть уходит в мировое пространство. Атмосферную радиацию, приходящую к земной поверхности, называют встречным излучением ( Е а ); встречным потому, что оно направлено навстречу собственному излучению земной поверхности. Земная поверхность поглощает это встречное излучение почти целиком (на 90-99%). Таким образом, оно является для земной поверхности важным источником тепла в дополнение к поглощенной солнечной радиации.

Основной субстанцией в атмосфере, поглощающей земное излучение и посылающей встречное излучение, является водяной пар. Он поглощает инфракрасную радиацию в большой области спектра — от 4,5 до 80 мк, за исключением интервала между 8,5 и 11 мк. Углекислота сильно поглощает инфракрасную радиацию, но лишь в узкой области спектра, озон — слабее и также в узкой области спектра.

Эффективное излучение

Встречное излучение всегда несколько меньше земного. Поэтому ночью, когда солнечной радиации нет и к земной поверхности приходит только встречное излучение, земная поверхность теряет тепло за счет положительной разности между собственным и встречным излучением. Эту разность между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы называют эффективным излучением ( Е е ):

Эффективное излучение представляет собой чистую потерю лучистой энергии, а следовательно, и тепла с земной поверхности ночью.

Интенсивность эффективного излучения в ясные ночи составляет около 0,10-0,15 кал/см 2 мин на равнинных станциях умеренных широт и до 0,20 кал/см 2 мин на высокогорных станциях. С возрастанием облачности, увеличивающей встречное излучение, эффективное излучение убывает. В облачную погоду оно гораздо меньше, чем в ясную.

Эффективное излучение, существует и в дневные часы. Но днем оно перекрывается или частично компенсируется поглощенной солнечной радиацией. Поэтому земная поверхность днем теплее, чем ночью.

В общем земная поверхность в средних широтах теряет эффективным излучением примерно половину того количества тепла, которое она получает от поглощенной радиации.

поглощенная солнечная радиация — sugertoji Saulės spinduliuotė statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės spinduliuotės dalis, pavirtusi kitomis energijos rūšimis, ypač šiluma. Atmosfera sugeria apie 15 % patekusios į ją Saulės spinduliuotės ir didesniąją dalį… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

absorbed solar radiation — sugertoji Saulės spinduliuotė statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės spinduliuotės dalis, pavirtusi kitomis energijos rūšimis, ypač šiluma. Atmosfera sugeria apie 15 % patekusios į ją Saulės spinduliuotės ir didesniąją dalį… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

absorbierte Sonnenstrahlung — sugertoji Saulės spinduliuotė statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės spinduliuotės dalis, pavirtusi kitomis energijos rūšimis, ypač šiluma. Atmosfera sugeria apie 15 % patekusios į ją Saulės spinduliuotės ir didesniąją dalį… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

sugertoji Saulės spinduliuotė — statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės spinduliuotės dalis, pavirtusi kitomis energijos rūšimis, ypač šiluma. Atmosfera sugeria apie 15 % patekusios į ją Saulės spinduliuotės ir didesniąją dalį Žemės spinduliuotės. Sugertoji … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

метеорология и климатология — Метеорология – наука об атмосфере Земли. Климатология – раздел метеорологии, изучающий динамику изменения средних характеристик атмосферы за какой либо период – сезон, несколько лет, несколько десятков лет или за более длительный срок. Другими… … Географическая энциклопедия

Баланс радиационный — атмосферы и подстилающей поверхности сумма прихода и расхода потоков радиации, поглощаемой и излучаемой атмосферой и подстилающей поверхностью; часть теплового баланса атмосферы и земной поверхности. Для атмосферы приходная часть состоит из… … Экология человека

– отношение количества радиации, отраженной от поверхности к количеству радиации падающей на эту поверхность. Различают альбедо поверхности Земли, альбедо атмосферы. Выражается в процентах или долях.

Альбедо Земли

Видимая радиация

– видимый солнечный свет с длинной волн от 0,40 до 0,75 мк. Составляет долю в 46 % от солнечной радиации, поступающей на Землю.

Длинноволновая радиация

Земное излучение

– тепловое длинноволновое (инфракрасное) излучение земной поверхности. Зависит от температуры поверхности. Интенсивность излучения можно рассчитать по формуле Стефана-Больцмана: Es = σT4 , где σ-постоянная равная 8,2 10 -11 кал/см 2 .

Инфракрасная радиация (излучение)

Оранжерейный (парниковый) эффект

– способность атмосферы пропускать коротковолновое излучение Солнца (прямую и рассеянную радиацию) и задерживать длинноволновое тепловое излучение Земли. Географическое значение: благодаря О.э. средняя температура земной поверхности +15°С, при отсутствии атмосферы она была бы на 20-35°С ниже.

Отраженная радиация

– часть радиации, отраженная от поверхности. Зависит от отражательной способности поверхности (альбедо).

Поглощенная радиация

– часть радиации, поглощенная поверхностью. Зависит от отражательной способности поверхности (альбедо).

Прямая радиация

– радиация, приходящая к земной поверхности непосредственно от солнечного диска в виде пучка параллельных лучей, из-за дальности Солнца, как бы исходящих из бесконечности. Зависит от угла падения на земную поверхность: I1 = I×sin h.

Радиационный баланс

– остаточная радиация, разность между приходом и расходом солнечной радиации. Радиационный баланс равен разности между поглощенной радиацией и эффективным излучением.

Рассеянная радиация

Суммарная радиация

– Сумма прямой и рассеянной солнечной радиации поступающей на земную поверхность. Is = I × sinh + i, где I - интенсивность прямой радиации, h - высота Солнца, i - интенсивность рассеянной радиации.

Тепловой баланс атмосферы

– соотношение всех приходов и расходов тепла в атмосфере. Выражается формулой: Rа + LE + P = 0, где Rа - радиационный баланс атмосферы (имеет отрицательное значение – расходная часть), и приходная часть: LE – тепло, выделяемое при конденсации, Р – тепло, поступающее от поверхности за счет турбулентности. В среднем многолетнем Ra равен нулю.

Тепловой баланс земной поверхности –

соотношение всех приходов и расходов тепла на земной поверхности. Выражается уравнением: Rп+ LE + P + B = 0, где, Rп – радиационный баланс (приходная часть баланса), расходная часть: LE – затраты тепла на испарение (L – скрытая теплота парообразования, Е – испарение), P – потери тепла через турбулентный обмен между поверхностью и атмосферой, В – потери тепла через теплообмен между поверхностью и почвогрунтами. В среднем многолетнем Rп равен нулю.

Проходя сквозь атмосферу, солнечная радиация частично рассеивается атмосферными газами и аэрозольными примесями к воздуху и переходит в особую форму рассеянной радиации. Частично же она поглощается молекулами атмосферных газов и примесями к воздуху и переходит в теплоту,идет на нагревание атмосферы.

Нерассеянная и непоглощенная в атмосфере прямая солнечная радиация достигает земной поверхности. Она частично отражается от земной поверхности, а в большей степени поглощается ею и нагревает ее. Часть рассеянной радиации также достигает земной поверхности, частично от нее отражается и частично ею поглощается. Другая часть рассеянной радиации уходит вверх, в межпланетное пространство. В результате поглощения и рассеяния радиации в атмосфере прямая радиация, дошедшая до земной поверхности, изменена в сравнении с тем, что было на границе атмосферы. Интенсивность радиации уменьшается, а спектральный состав ее изменяется,так как лучи разных длин волн поглощаются и рассеиваются в атмосфере по-разному (рис. 6).


Рис. 6. Распределение лучистой энергии в спектре солнечной радиации на границе атмосферы

(верхняя кривая) и у земной поверхности (нижняя кривая) при высоте солнца 35°

Интенсивность радиации дана в 10-3 кал/(см2·мин)для интервала длин волн 0,01 мк.

При наиболее высоком стоянии солнца и при достаточной чистоте воздуха можно измерить на уровне моря интенсивность прямой радиации около 1,5 кал/(см2·мин)В горах, на высотах порядка 4-5 км,наблюдалась интенсивность до 1,7 кал/(см2·мин)и более. По мере приближения солнца к горизонту и увеличения толщи воздуха, проходимой солнечными лучами, интенсивность прямой радиации все более убывает.

В атмосфере поглощается сравнительно небольшое количество солнечной радиации, при этом главным образом в инфракрасной части спектра. Это поглощение – избирательное: разные газы поглощают радиацию в разных участках спектра и в разной степени.

Поглощенная радиация – часть суммарной радиации, которая поглощается земной поверхностью и идет на нагревание верхних слоев почвы и воды.

Азот поглощает радиацию только очень малых длин волн в ультрафиолетовой части спектра. Энергия солнечной радиации в этом участке спектра совершенно ничтожна, и потому погло­щение азотом практически не отражается на интенсивности солнечной радиации. В большей степени, но все же очень мало по­глощает солнечную радиацию кислород – в двух узких участках видимой части спектра и в ультрафиолетовой его части. Более сильным поглотителем солнечной радиации является озон. Его содержание в воздухе, даже в стратосфере, очень мало; тем не менее он настолько сильно поглощает ультрафиолетовую радиацию, что из солнечной постоянной теряется несколько процентов. В результате поглощения в верхних слоях атмосферы в солнечном спектре у земной поверхности не наблюдаются волны короче0,29 мк.

Сильно поглощает радиацию в инфракрасной области спектра углекислый газ;но его содержание в атмосфере ничтожно, и поэтому поглощение им в общем незначительно. Основным же поглотителем радиации в атмосфере является водяной пар,сосредоточивающийся в тропосфере и особенно в нижней ее части. Из общего состава солнечной радиации водяной пар поглощает значительную долю в инфракрасной области спектра. Хорошо поглощают солнечную радиацию также атмосферные аэрозоли,т.е. облака и твердые частички, взвешенные в атмосфере.

В целом в атмосфере поглощается 15 – 20% радиации, приходящей от Солнца к Земле. В каждом отдельном месте поглощение меняется с течением времени в зависимости как от переменного содержания в воздухе поглощающих субстанций, главным образом водяного пара, облаков и пыли, так и от высоты солнца над горизонтом, т.е. от толщины слоя воздуха, проходимого лучами на пути сквозь атмосферу.

Кроме поглощения прямая солнечная радиация на пути сквозь атмосферу ослабляется еще путем рассеяния, причем ослабляется более значительно. При этом рассеяние радиации тем больше, чем больше содержит воздух аэрозольных примесей.

Рассеянием радиации называется частичное преобразование радиации, имеющей определенное направление распространения (а такой именно и является прямая солнечная радиация, распространяю­щаяся в виде параллельных лучей), в радиацию, идущую по всем направлениям. Рассеяние происходит в оптически неоднородной среде, т.е. в среде, где показатель преломления меняется от точки к точке. Такой оптически неоднородной средой является атмосферный воздух, содержащий мельчайшие частички жидких и твердых примесей – капельки, кристаллы, ядра конденсации, пылинки. Но оптически неоднородной средой является и чистый,свободный от примесей воздух, так как в нем вследствие теплового движения молекул постоянно возникают сгущения и разрежения, колебания плотности. Таким образом, встречаясь с молекулами и посторонними частичками в атмосфере, солнечные лучи теряют прямолинейное направление распространения, рассеиваются. Радиация распространяется от рассеивающих частичек таким образом, как если бы они сами были источниками ра­диации.

Около 25% энергии общего потока солнечной радиации превращается в атмосфере в рассеянную радиацию. Правда, значительная доля рассеянной радиации (2/3 ее) также приходит к земной поверхности. Но это будет уже особый вид радиации, существенно отличный от прямой радиации.

Во-первых, рассеянная радиация приходит к земной поверхности не от солнечного диска, а от всего небесного свода. Поэтому приходится измерять ее приток на горизонтальную поверхность. Интенсивностью рассеянной радиациимы будем называть ее приток в калориях на один квадратный сантиметр горизонтальной поверхности в минуту.

Во-вторых, рассеянная радиация отлична от прямой по спектральному составу. Дело в том, что лучи различных длин волн рассеиваются в разной степени. Соотношение энергии лучей разных длин волн в рассеянной радиации изменено в пользу более коротковолновых лучей. При этом, чем меньше размеры рассеивающих частичек, тем сильнее рассеиваются коротковол­новые лучи в сравнении с длинноволновыми.

По закону Релея, в чистом воздухе, где рассеяние произ­водится только молекулами газов(размеры которых более чем в 10 раз меньше длин волн света), рассеяние обратно пропорцио­нально четвертой степени длины волны рассеиваемых лучей

где Iλ — интенсивность прямой радиации с длиной волны λ, iλ– интенсивность рассеянной радиации с той же длиной волны, а – коэффициент пропорциональности.

Поскольку длина крайних волн красного света почти вдвое больше длины крайних волн фиолетового света, первые лучи рассеиваются молекулами воздуха в 14 раз меньше, чем вторые. Инфракрасные же лучи будут рассеиваться в совсем ничтожной степени. Поэтому в рассеянной радиации лучи коротковолновой части видимого спектра, т.е. фиолетовые и синие, будут преобладать по энергии над оранжевыми и красными, а также и над инфракрасными лучами.

Максимум энергии в прямой солнечной радиации у земной поверхности приходится на область желто-зеленых лучей видимой части спектра. В рассеянной радиации он смещается на синиелучи.

Добавим еще, что рассеянная солнечная радиация, в отличие от прямой, является частично поляризованной. При этом степень поляризации для радиации, приходящей от разных участков небосвода, неодинакова.

Рассеяние более крупными частичками, т.е. пылинками, мельчайшими капельками и кристалликами, происходит не по закону Релея, а обратно пропорционально меньшим степеням длины волны, например второй или первой. Поэтому радиация, рассеянная крупными частичками, будет не так богата наиболее коротковолновыми лучами, как радиация, рассеянная молекулами. При частичках диаметром больше 1,2 мк будет уже не рассеяние, а диффузное отражение, при котором радиация отражается частичками, как маленькими зеркалами (по закону – угол отражения равен углу падения), без изменения спектрального состава.

Рассеяние солнечной радиации в атмосфере обусловливает рассеянный свет в дневное время. В отсутствии атмосферы на Земле было бы светло только там, куда попадали бы прямые солнечные лучи или солнечные лучи, отраженные земной поверх­ностью и предметами на ней. А вследствие рассеянного света вся атмосфера днем служит источником освещения: днем светло также и там, куда солнечные лучи непосредственно не падают, и даже тогда, когда солнце скрыто за облаками. При этом вслед­ствие большего процентного содержания синих лучей рассеянный свет белеепрямого солнечного света.

Все виды солнечных лучей достигают земной поверхности тремя путями - в виде прямой, отраженной и рассеянной солнечной радиации.
Прямая солнечная радиация - это лучи, идущие непосредственно от солнца. Её интенсивность (эффективность) зависит от высоты стояния солнца над горизонтом: максимум наблюдается в полдень, а минимум - утром и вечером; от времени года: максимум - летом, минимум - зимой; от высоты местности над уровнем моря (в горах выше, чем на равнине); от состояния атмосферы (загрязнённость воздуха уменьшает её). От высоты стояния солнца над горизонтом зависит и спектр солнечной радиации (чем ниже стоит солнце над горизонтом, тем меньше ультрафиолетовых лучей).
Отраженная солнечная радиация - это лучи солнца, отраженные земной или водной поверхностью. Она выражается процентным отношением отраженных лучей к их суммарному потоку и называется альбедо. Величина альбедо зависит от характера отражающих поверхностей. При организации и проведении солнечных ванн необходимо знать и учитывать альбедо поверхностей, на которых проводятся солнечные ванны. Некоторые из них характеризуются избирательной отражающей способностью. Снег полностью отражает инфракрасные лучи, а ультрафиолетовые - в меньшей степени.

Рассеянная солнечная радиация образуется в результате рассеивания солнечных лучей в атмосфере. Молекулы воздуха и взвешенные в нем частицы (мельчайшие капельки воды, кристаллики льда и т. п.), называемые аэрозолями, отражают часть лучей. В результате многократных отражений часть их все же достигает земной поверхности; это рассеянные солнечные лучи. Рассеиваются в основном ультрафиолетовые, фиолетовые и голубые лучи, что и определяет голубой цвет неба в ясную погоду. Удельный вес рассеянных лучей велик в высоких широтах (в северных районах). Там солнце стоит низко над горизонтом, и потому путь лучей к земной поверхности длиннее. На длинном пути лучи встречают больше препятствий и в большей степени рассеиваются.

Суммарная солнечная радиация - вся прямая и рассеянная солнечная радиация, поступающая на земную поверхность. Суммарная солнечная радиация характеризуется интенсивностью. При безоблачном небе суммарная солнечная радиация имеет максимальное значение около полудня, а в течение года - летом.

Радиационный баланс
Радиационный баланс земной поверхности - разность между суммарной солнечной радиацией, поглощенной земной поверхностью, и ее эффективным излучением. Для земной поверхности
- приходная часть есть поглощенная прямая и рассеянная солнечная радиация, а также поглощенное встречное излучение атмосферы;
- расходная часть состоит из потери тепла за счет собственного излучения земной поверхности.

Радиационный баланс может быть положительным (днем, летом) и отрицательным (ночью, зимой); измеряется в кВт/кв.м/мин.
Радиационный баланс земной поверхности - важнейший компонент теплового баланса земной поверхности; один из основных климатообразующих факторов.

Тепловой баланс земной поверхности - алгебраическая сумма всех видов прихода и расхода тепла на поверхность суши и океана. Характер теплового баланса и его энергетический уровень определяют особенности и интенсивность большинства экзогенных процессов. Основными составляющими теплового баланса океана являются:
- радиационный баланс;
- затрата тепла на испарение;
- турбулентный теплообмен между поверхностью океана и атмосферой;
- вертикальный турбулентный теплообмен поверхности океана с нижележащими слоями; и
- горизонтальная океаническая адвекция.

Измерение солнечной радиации.

Для измерения солнечной радиации служат актинометры и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации обычно измеряется по её тепловому действию и выражается в калориях на единицу поверхности за единицу времени.

Измерение интенсивности солнечной радиации производится пиранометром Янишевского в комплекте с гальванометром или потенциометром.

При замерах суммарной солнечной радиации пиранометр устанавливают без теневого экрана, при замерах же рассеянной радиации с теневым экраном. Прямая солнечная радиация вычисляется как разность между суммарной и рассеянной радиацией.

При определении интенсивности падающей солнечной радиации на ограждение пиранометр устанавливают на него так, чтобы воспринимаемая поверхность прибора была строго параллельна поверхности ограждения. При отсутствии автоматической записи радиации замеры следует производить через 30 мин в промежутке между восходом и заходом солнца.

Радиация, падающая на поверхность ограждения, полностью не поглощается. В зависимости от фактуры и окраски ограждения некоторая часть лучей отражается. Отношение отраженной радиации к падающей, выраженное в процентах, называется альбедо поверхности и измеряется альбедометром П.К. Калитина в комплекте с гальванометром или потенциометром.

Для большей точности наблюдения следует проводить при ясном небе и при интенсивном солнечном облучении ограждения.

Читайте также: