Rumah Malah suasana yang ideal (kering dan bersih) menyerap dan hilang sinaran matahari , mengurangkan keamatan sinaran suria
. Kesan lemah pada sinaran suria atmosfera sebenar yang mengandungi wap air dan kekotoran pepejal adalah lebih besar daripada atmosfera ideal.
Atmosfera hanya menyerap 15–20% daripada sinaran suria yang sampai ke Bumi, terutamanya inframerah. Penyerap termasuk wap air, aerosol, dan ozon.
Kira-kira 25% sinaran suria bertaburan oleh atmosfera. Molekul gas menyerakkan sinar gelombang pendek (inilah sebabnya langit berwarna biru). Kekotoran (zarah habuk, hablur dan titisan) menyerakkan sinaran panjang gelombang yang lebih panjang (warna keputihan). Disebabkan oleh penyerakan dan pantulan cahaya matahari oleh atmosfera, siang hari wujud pada hari mendung, objek dalam bayang-bayang kelihatan, dan fenomena senja berlaku.
Faktor kekeruhan ialah nisbah ketelusan suasana sebenar kepada ketelusan yang ideal, ditentukan oleh kandungan wap air dan habuk di atmosfera dan sentiasa lebih besar daripada satu.
Dengan peningkatan latitud geografi, faktor kekeruhan berkurangan: pada latitud dari 00 hingga 200 N latitud. ia purata 4.6 pada latitud dari 400 hingga 500 N. latitud. – 3.5, pada latitud dari 500 hingga 600 N. – 2.8 dan pada latitud dari 600 hingga 800 N. – 2.0. Di latitud sederhana, faktor kekeruhan pada musim sejuk adalah kurang daripada musim panas, dan kurang pada waktu pagi berbanding siang hari. Ia berkurangan dengan ketinggian. Semakin tinggi faktor kekeruhan, semakin besar pengecilan sinaran suria di atmosfera. Bahagian sinaran suria yang menembusi atmosfera ke permukaan bumi
tanpa serakan, ia mewakili sinaran langsung. Sebahagian daripada sinaran yang tersebar oleh atmosfera bertukar menjadi sinaran meresap. Semua sinaran suria yang tiba di permukaan bumi: langsung + bertaburan dipanggil sinaran jumlah. Nisbah antara sinaran langsung dan resap berbeza-beza dengan ketara bergantung pada kekeruhan, debu atmosfera, dan juga pada ketinggian Matahari. Di bawah langit mendung sinaran bertaburan mungkin lebih lurus. Pada ketinggian suria yang rendah, jumlah sinaran hampir keseluruhannya terdiri daripada sinaran yang bertaburan. Pada ketinggian suria 500 dan pada langit cerah
Taburan jumlah sinaran di Bumi boleh dikesan menggunakan peta purata nilai tahunan dan bulanannya. Permukaan padang pasir pedalaman tropika (Sahara Timur dan Arab tengah) menerima jumlah radiasi tahunan terbesar. Ke arah khatulistiwa, jumlah sinaran berkurangan kepada 120–160 kcal/cm2 setahun disebabkan oleh kelembapan udara yang tinggi dan kekeruhan yang berat. Di latitud sederhana, permukaan menerima 80–100 kcal/cm2 setahun, di Artik – 60–70, dan di Antartika, dengan pengulangan yang kerap hari yang cerah dan ketelusan atmosfera yang tinggi, - 100 – 120 kcal/cm2 setahun. Taburan jumlah sinaran ke atas permukaan bumi adalah zonal.
4. Albedo. Jumlah sinaran suria yang mengenai permukaan sebahagiannya dipantulkan kembali ke atmosfera. Nisbah jumlah sinaran yang dipantulkan dari permukaan kepada jumlah kejadian pada permukaan itu dipanggil albedo. Albedo mencirikan pemantulan permukaan dan dinyatakan sebagai pecahan atau peratusan. Albedo permukaan bumi bergantung pada sifat dan keadaannya: warna, kelembapan, dll. Salji yang baru jatuh mempunyai pemantulan paling besar - sehingga 0.90. Albedo permukaan padang pasir berpasir adalah dari 0.09 hingga 0.34 (bergantung pada warna dan kelembapan), permukaan padang pasir tanah liat adalah 0.30, padang rumput dengan rumput segar adalah 0.22, dengan rumput kering adalah 0.931, hutan daun luruh adalah 0. 16 –0.27, hutan konifer – 0.6 – 0.19. Pemantulan permukaan air yang tenang dengan kejadian menegak cahaya matahari ialah 0.02, dan dengan Matahari rendah di atas ufuk - 0.35.
Suasana yang bersih memantulkan kira-kira 0.10 sinaran suria. Albedo besar permukaan ais kutub yang dilitupi salji adalah salah satu sebab suhu rendah di kawasan kutub.
Albedo Bumi sebagai planet adalah sangat kompleks, kerana permukaannya sangat pelbagai. Perlindungan awan sangat penting. Cloud albedo adalah dari 0.50 hingga 0.80. Albedo Bumi sebagai planet diambil sebagai 0.35.
Sinaran. Mana-mana badan dengan suhu melebihi sifar mutlak (- 2730C) mengeluarkan tenaga sinaran. Jumlah emisiviti badan hitam adalah berkadar terus dengan kuasa keempat baginya suhu mutlak(T).
Semakin tinggi suhu badan yang memancar, semakin pendek panjang gelombang sinar yang dipancarkan olehnya. Matahari panas menghantar sinaran gelombang pendek ke angkasa. Permukaan bumi, menyerap sinaran suria gelombang pendek, menjadi panas dan juga menjadi sumber sinaran (sumber sinaran daratan). Tetapi oleh kerana suhu permukaan bumi tidak melebihi beberapa puluh darjah, sinarannya adalah gelombang panjang dan tidak kelihatan.
Atmosfera menyerap sebahagian daripada sinaran suria yang melaluinya dan lebih separuh duniawi, memancarkan tenaga ke angkasa kosmik dan ke permukaan bumi. Sinaran atmosfera yang diarahkan ke permukaan bumi, ke arah bumi, dipanggil sinaran balas. Ia dipanggil sinaran balas kerana ia diarahkan ke arah sinaran permukaan bumi sendiri. Sinaran ini, seperti sinaran daratan, adalah gelombang panjang dan tidak kelihatan. Permukaan bumi menyerap sinaran balas ini hampir keseluruhannya (90 - 99%). Sinaran yang akan datang meningkat dengan peningkatan litupan awan, kerana awan itu sendiri adalah sumber sinaran. Dengan ketinggian, sinaran pembilang berkurangan disebabkan oleh penurunan kandungan wap air. Sinaran balas terbesar adalah di khatulistiwa, di mana atmosfera paling panas dan paling kaya dengan wap air.
Terdapat dua aliran sinaran gelombang panjang di atmosfera: sinaran permukaan dan sinaran atmosfera. Perbezaan antara mereka, yang menentukan kehilangan haba sebenar oleh permukaan bumi, dipanggil sinaran berkesan. Semakin tinggi suhu permukaan pemancar, semakin besar sinaran berkesan. Kelembapan udara mengurangkan sinaran berkesan, dan awan sangat mengurangkannya.
Jumlah tahunan sinaran berkesan tertinggi diperhatikan di padang pasir tropika (80 kcal/cm2 setahun) disebabkan oleh suhu permukaan yang tinggi, udara kering dan langit yang cerah. Di khatulistiwa, dengan kelembapan udara yang tinggi, sinaran berkesan hanya kira-kira 30 kcal/cm2 setahun, dan nilainya untuk daratan dan lautan berbeza sedikit. Di latitud sederhana, permukaan bumi kehilangan hampir separuh daripada jumlah haba yang diterima daripada penyerapan jumlah sinaran. Secara amnya, sinaran berkesan untuk Bumi ialah 46 kcal/cm2 setahun.
Keupayaan atmosfera untuk menghantar sinaran gelombang pendek dari Matahari (radiasi langsung dan meresap) dan mengekalkan sinaran haba gelombang panjang dari Bumi dipanggil kesan rumah hijau. Suhu purata permukaan bumi adalah kira-kira +150C, dan jika tiada atmosfera ia akan menjadi 21 - 360 lebih rendah.
5. Perbezaan antara sinaran yang diserap y dan sinaran berkesan dipanggil imbangan sinaran atau sinaran sisa. Bahagian baki yang masuk termasuk sinaran langsung, sinaran bertaburan, i.e. jumlah. Bahagian boleh guna termasuk albedo permukaan dan sinaran berkesannya.
Nilai keseimbangan sinaran permukaan ditentukan oleh persamaan: R = Q (1 – a) – Ieff, di mana Q ialah jumlah sinaran suria yang tiba bagi setiap permukaan unit, dan albedo (dinyatakan sebagai pecahan), Ieff ialah berkesan sinaran permukaan. Jika pendapatan lebih besar daripada aliran, baki sinaran adalah positif, jika pendapatan kurang daripada aliran, ia negatif.
Imbangan sinaran tahunan permukaan bumi adalah positif untuk seluruh Bumi, kecuali dataran tinggi ais Greenland dan Antartika. Ini bermakna bahawa kemasukan tahunan sinaran yang diserap adalah lebih besar daripada sinaran berkesan pada masa yang sama.
Pada waktu malam, di semua latitud, imbangan sinaran permukaan adalah negatif, pada siang hari sebelum tengah hari ia positif (kecuali latitud tinggi pada musim sejuk), dan pada sebelah petang ia negatif lagi.
Peta jumlah tahunan baki sinaran menunjukkan bahawa pengedarannya di Lautan secara keseluruhan adalah zon. Di latitud tropika, jumlah tahunan baki sinaran di Lautan ialah 140 kcal/cm2 (Laut Arab), dan di sempadan ais terapung ia tidak melebihi 30 kcal/cm2. Kira-kira 600 s. dan Yu. latitud, baki sinaran tahunan ialah 20 – 30 kcal/cm2. Dari sini ke latitud yang lebih tinggi ia berkurangan dan di benua Antartika ia adalah negatif -5 - -10 kcal/cm2. Ke arah latitud rendah ia meningkat, mencapai 100–120 kcal/cm2 di kawasan tropika dan di khatulistiwa. Sisihan kecil daripada taburan zon dikaitkan dengan kekeruhan yang berbeza. Di atas permukaan air, keseimbangan sinaran lebih besar daripada di darat pada latitud yang sama, kerana lautan menyerap lebih banyak sinaran. Nilai keseimbangan sinaran menyimpang dengan ketara daripada taburan zon di padang pasir, di mana keseimbangan berkurangan disebabkan oleh sinaran berkesan yang tinggi dalam udara kering dan sebahagiannya mendung (di Sahara - 60 kcal/cm2, dan berdekatan di lautan - 120 - 140 kcal/cm2). Bakinya juga berkurangan, tetapi pada tahap yang lebih rendah, di kawasan dengan iklim monsun, di mana pada musim panas litupan awan meningkat dan, oleh itu, sinaran yang diserap (langsung dan meresap) berkurangan berbanding dengan kawasan lain pada masa yang sama latitud.
Pada bulan Januari, imbangan sinaran adalah negatif di bahagian besar hemisfera utara. Isolin sifar berjalan di kawasan lintang 400 N. Utara latitud ini, baki menjadi negatif, mencapai tolak 4 kcal/cm2 dan lebih rendah di Artik. Di selatan ia meningkat kepada 10–14 kcal/cm2 di kawasan tropika selatan, dan seterusnya ke selatan ia menurun kepada 4–5 kcal/cm2 di kawasan pantai Antartika.
Pada bulan Julai, imbangan sinaran di seluruh hemisfera utara adalah positif. Pada 60 – 650 N latitud. ia lebih daripada 8 kcal/cm2. Ke selatan ia perlahan-lahan meningkat, mencapai nilai maksimum di kedua-dua belah kawasan tropika utara - 12 - 14 kcal/cm2 dan lebih tinggi, dan di utara Laut Arab - 16 kcal/cm2. Baki kekal positif sehingga 400S. Ke selatan ia pergi ke nilai negatif dan di luar pantai Antartika ia berkurangan kepada tolak 1 – tolak 2 kcal/cm2.
6. Bagaimanakah haba berlebihan digunakan?(imbangan sinaran positif) dan kekurangannya diberi pampasan (imbangan sinaran negatif), bagaimana keseimbangan terma ditubuhkan untuk permukaan, atmosfera, menerangkan keseimbangan terma.
Persamaan Imbangan Haba Permukaan
R1 – LE – P – B = 0,
di mana R1 ialah keseimbangan sinaran (sentiasa positif), LE ialah penggunaan haba untuk penyejatan (L ialah haba pendam penyejatan, E ialah penyejatan), P ialah pertukaran haba bergelora antara permukaan dan atmosfera, B ialah pertukaran haba antara permukaan dan lapisan bawah tanah atau air.
Oleh kerana semua sebutan persamaan boleh berubah, imbangan haba adalah sangat cair. Imbangan haba atmosfera termasuk keseimbangan sinaran R2 (sentiasa negatif), haba yang datang dari permukaan - P dan haba yang dibebaskan semasa pemeluwapan lembapan - LE (nilai sentiasa positif). Secara purata, keseimbangan haba jangka panjang atmosfera boleh dinyatakan dengan persamaan:
R2 + P + LE = 0.
Imbangan haba permukaan dan atmosfera bersama-sama secara keseluruhan pada purata jangka panjang adalah sifar.
Jika jumlah sinaran suria yang memasuki Bumi setahun diambil sebagai 100%, maka 31% dihantar semula ke ruang antara planet (7% bertaburan dan 24% dipantulkan oleh awan). Atmosfera menyerap 17% sinaran masuk (3% diserap oleh ozon, 13% oleh wap air dan 1% oleh awan). Baki 52% (radiasi langsung + bertaburan) mencapai permukaan dasar, yang mencerminkan 4% di luar atmosfera dan menyerap 48%. Daripada 48% yang diserap oleh permukaan, 18% pergi ke sinaran berkesan. Oleh itu, keseimbangan sinaran permukaan (radiasi sisa) akan menjadi 30% (52% - 4% -18%). 22% dibelanjakan untuk penyejatan dari permukaan, 8% untuk pertukaran haba bergelora dengan atmosfera. Imbangan haba permukaan: 30% - 22% - 8% = -30%.
Sinaran atmosfera ke ruang antara planet – 65%. Baki sinarannya: -65% + 17% + 18% = -30%. Keseimbangan terma atmosfera: -30% + 22% + 8% =0. Albedo Bumi sebagai planet ialah 35%.
Taburan geografi jumlah sinaran suria dan keseimbangan sinaran
Jumlah tahunan sinaran suria meningkat dari kutub ke khatulistiwa. Namun begitu watak umum Corak ini dilanggar bergantung kepada taburan kekeruhan, kelembapan dan kandungan habuk atmosfera. Oleh itu, di atas padang pasir, di mana cuaca cerah berlaku, ketibaan sinaran suria adalah lebih besar daripada di latitud yang sama di kawasan pantai.
Jumlah tahunan sinaran suria tertinggi diperhatikan di selatan Mesir - 9200 MJ/m2. Pada latitud yang sama di atas lautan adalah 6700-7550 MJ/m2. Di wilayah USSR, jumlah tahunan sinaran suria berkisar antara 2500 MJ/m2 di utara hingga 6700 MJ/m2 dan lebih banyak lagi dalam Asia Tengah. Pada bulan Jun, jumlah sinaran bulanan di utara USSR ialah 590-670 MJ/m2, dan di selatan 750-920 MJ/m2. Agak besar, ketibaan jumlah sinaran di utara, agak setanding dengan di selatan, adalah disebabkan oleh hari 24 jam.
Imbangan sinaran bergantung kepada kedua-dua kedatangan sinaran suria dan pada sinaran albedo dan berkesan permukaan dasar. Oleh itu, keseimbangan sinaran pada yang sama latitud geografi lebih banyak di atas lautan dan kurang di atas benua. Dalam USSR, jumlah tahunan baki sinaran purata 500-800 MJ/m2 di utara dan kira-kira 2200 MJ/m2 di selatan. Jumlah baki sinaran bulanan
lapisan aktif pada bulan Jun berhampiran Bulatan Artik di Siberia dan di republik Asia Tengah hampir hampir dan berjumlah kira-kira 280-330 MJ/m2, masing-masing. Dalam Rajah. Rajah 9 menunjukkan peta jumlah tahunan baki sinaran lapisan aktif (mengikut M.I. Budyko). Jumlah ini adalah positif di mana-mana sahaja, kecuali kawasan dengan salji kekal atau litupan ais (Greenland, Antartika). Pada peta jumlah tahunan baki sinaran, perubahan mendadak dalam keseimbangan sinaran semasa peralihan dari lautan ke benua adalah ketara. Ini amat ketara di pantai Afrika, bersempadan dengan padang pasir. Ini dijelaskan, pertama, oleh fakta bahawa albedo permukaan lautan adalah jauh lebih rendah daripada albedo darat (albedo padang pasir secara purata 0.28) dan, kedua, oleh sinaran berkesan yang besar di padang pasir tropika.
Taburan geografi imbangan sinaran dan komponennya dibentangkan buat kali pertama di Atlas keseimbangan haba(1963), disusun oleh saintis Soviet M.I. Budyko, T.G. Berlyand dan lain-lain. pertanian, ubat, dsb.
Kedatangan sinaran suria dan keseimbangan sinaran adalah faktor yang paling penting iklim. Mereka menentukan pengezonan terma latitudin, iaitu, peralihan daripada iklim panas di khatulistiwa kepada iklim sejuk di latitud kutub. Untuk menerangkan corak pembentukan iklim, pengetahuan tentang kedatangan dan penyerapan tenaga suria dan perubahannya yang seterusnya di permukaan bumi dan di atmosfera.
Taburan geografi jumlah sinaran suria di sempadan atas atmosfera bergantung pada latitud dan masa dalam setahun, ditentukan oleh sfera Bumi dan kecondongan satah khatulistiwa ke satah. orbit bumi. Sepanjang setahun, jumlah jumlah sinaran berkurangan daripada 313 kcal per cm persegi. di khatulistiwa sehingga 133 kcal per cm persegi. di tiang. Pada musim panas, pengambilan sinaran berkurangan daripada 160 kcal per cm persegi di khatulistiwa kepada 133 kcal per cm persegi. di tiang selama 6 bulan tempoh panas, dan pada musim sejuk - dari 160 kcal setiap meter persegi. cm di khatulistiwa hingga 0 kira-kira 75°U.
Dalam perjalanan tahunan sinaran di sempadan atas atmosfera antara kawasan tropika, terdapat dua maksima, apabila Matahari mencapai ketinggian tengah hari yang paling besar / di khatulistiwa - ekuinoks, di latitud lain antara ekuinoks dan solstis musim panas /. Secara luaran, kawasan tropika hanya memerhati satu maksimum dalam perjalanan tahunan sinaran semasa solstis musim panas, apabila ketinggian Matahari paling tinggi / 90 ° - latitud + 23.5 ° / dan bergantung pada latitud tempat itu, dan satu minimum semasa solstis musim sejuk, masing-masing, apabila ketinggian Matahari paling rendah / 90 ° - latitud - 23.5 ° /.
Taburan jumlah sinaran di permukaan bumi adalah zon latitud. Di sini sinaran dilemahkan oleh fakta bahawa ia melalui atmosfera, sebahagian daripadanya pudar, hilang, dan dipantulkan oleh awan. Kekeruhan mengurangkan sinaran suria langsung sebanyak 20-75%. Isolin jumlah sinaran pada peta menyimpang daripada variasi latitudin di bawah pengaruh ketelusan atmosfera dan kekeruhan / Rajah. 2/.
Jumlah tahunan jumlah sinaran adalah yang terbesar di latitud tropika dan subtropika / lebih daripada 140 kcal setiap meter persegi. cm setahun /, dan di padang pasir Afrika Utara dan Arab ialah 200 ... 220 kcal setiap meter persegi. cm setahun. Di khatulistiwa di atas Amazon dan Congo dan di Indonesia ia berkurangan kepada 100-120 kcal setiap meter persegi. cm setahun. Dari subtropika ke utara dan selatan, sinaran berkurangan ke Bulatan Artik, di mana ia adalah 60 ... 80, kemudian ke kutub utara meningkat sedikit. dan di atas Antartika ia mencapai 120....130 kcal setiap meter persegi. cm setahun. Di semua latitud, kecuali khatulistiwa, jumlah sinaran di lautan adalah lebih rendah daripada di darat.
Matahari adalah sumber korpuskular dan sinaran elektromagnet. Sinaran korpuskular tidak menembusi atmosfera di bawah 90 km, manakala sinaran elektromagnet mencapai permukaan bumi. Dalam meteorologi, ia dipanggil sinaran suria atau hanya sinaran. Ia membentuk satu dua bilion daripada jumlah tenaga Matahari dan bergerak dari Matahari ke Bumi dalam masa 8.3 minit. Sinaran suria merupakan sumber tenaga untuk hampir semua proses yang berlaku di atmosfera dan di permukaan bumi. Ia terutamanya panjang gelombang pendek dan terdiri daripada sinaran ultraungu tidak kelihatan ~9%, cahaya boleh dilihat –47% dan inframerah tidak kelihatan ~44%. Oleh kerana hampir separuh daripada sinaran suria adalah cahaya nampak. Matahari berfungsi sebagai sumber bukan sahaja haba, tetapi juga cahaya - syarat yang perlu untuk kehidupan di Bumi.
Sinaran yang datang ke Bumi terus dari cakera suria dipanggil sinaran suria terus. Disebabkan oleh fakta bahawa jarak dari Matahari ke Bumi adalah besar dan Bumi adalah kecil, sinaran jatuh pada mana-mana permukaannya dalam bentuk pancaran sinar selari.
Sinaran suria mempunyai ketumpatan fluks tertentu per unit luas per unit masa. Unit ukuran keamatan sinaran ialah jumlah tenaga (dalam joule atau kalori) yang 1 cm 2 permukaan terima seminit dengan kejadian cahaya matahari yang berserenjang. Di sempadan atas atmosfera pada jarak purata dari Bumi ke Matahari, ia adalah 8.3 J/cm" seminit, atau 1.98 kal/cm 2 seminit. Nilai ini diambil sebagai bertaraf antarabangsa dan dipanggil pemalar suria (S 0). dia ayunan berkala sepanjang tahun adalah tidak ketara (±3.3%) dan disebabkan oleh perubahan jarak dari Bumi ke Matahari. Ayunan tidak berkala disebabkan oleh pancaran Matahari yang berbeza. Iklim di sempadan atas atmosfera dipanggil sinaran atau suria. Ia dikira secara teori berdasarkan sudut kecondongan sinaran matahari permukaan mendatar.
DALAM garis besar umum Iklim suria dipantulkan di permukaan bumi. Pada masa yang sama, sinaran dan suhu sebenar di Bumi berbeza dengan ketara daripada iklim suria kerana pelbagai faktor daratan. Yang utama ialah pengecilan sinaran di atmosfera akibat pantulan, penyerapan dan serakan, serta akibat pantulan sinaran dari permukaan bumi.
hidup had atas atmosfera, semua sinaran datang dalam bentuk sinaran langsung. Menurut S.P. Khromov dan M.A. Petrosyants, 21% daripadanya dipantulkan dari awan dan udara kembali ke angkasa lepas. Selebihnya sinaran memasuki atmosfera, di mana sinaran langsung sebahagiannya diserap dan tersebar. Baki sinaran langsung (24%) sampai ke permukaan bumi, tetapi dilemahkan. Corak kelemahannya di atmosfera dinyatakan oleh hukum Bouguer:
S = S 0 * p m (J, atau kal/cm 2, seminit),
di mana S ialah jumlah sinaran suria langsung yang sampai ke permukaan bumi per unit luas (cm 2), terletak berserenjang dengan sinaran matahari, S 0 ialah pemalar suria, p ialah pekali ketelusan dalam pecahan kesatuan, menunjukkan bahagian mana sinaran sampai ke permukaan bumi, m – panjang laluan rasuk di atmosfera.
Pada hakikatnya, sinaran matahari jatuh di permukaan bumi dan pada mana-mana peringkat atmosfera yang lain pada sudut kurang daripada 90°. Aliran sinaran suria terus ke permukaan mendatar dipanggil insolasi (S 1). Ia dikira dengan formula S 1 = S * sin h ☼ (J, atau cal/cm 2, seminit), dengan h ☼ ialah ketinggian Matahari. Sememangnya, terdapat kurang tenaga per unit permukaan mendatar daripada per unit luas yang terletak berserenjang dengan sinaran matahari (Rajah 22).
Kira-kira 23% sinaran suria langsung yang memasuki atmosfera diserap di atmosfera dan kira-kira 32% sinaran suria langsung yang memasuki atmosfera bertaburan, dengan 26% sinaran yang bertaburan kemudiannya datang ke permukaan bumi, dan 6% pergi ke angkasa.
Sinaran suria terdedah di atmosfera bukan sahaja secara kuantitatif, tetapi juga perubahan kualitatif, kerana gas udara dan aerosol menyerap dan menyerakkan sinaran suria secara selektif. Penyerap sinaran utama ialah wap air, awan dan aerosol, serta ozon, yang sangat menyerap sinaran ultraungu. Molekul pelbagai gas dan aerosol mengambil bahagian dalam penyerakan sinaran. Penyebaran adalah sisihan sinar cahaya ke semua arah dari arah asal, sehingga sinaran yang tersebar datang ke permukaan bumi bukan dari cakera suria, tetapi dari seluruh bilik kebal langit. Penyerakan bergantung pada panjang gelombang: mengikut undang-undang Rayleigh, semakin pendek panjang gelombang, semakin sengit serakan. Oleh itu, lebih daripada orang lain, mereka berselerak sinaran ultraungu, dan yang boleh dilihat - ungu dan biru. Oleh itu warna biru udara dan, dengan itu, langit dalam cuaca cerah. Sinaran langsung ternyata kebanyakannya kuning, jadi cakera solar kelihatan kekuningan. Pada waktu matahari terbit dan terbenam, apabila laluan sinar di atmosfera lebih panjang dan penyebaran lebih besar, hanya sinar merah yang sampai ke permukaan, menjadikan Matahari kelihatan merah. Sinaran bertaburan menyebabkan cahaya pada siang hari dalam cuaca mendung dan di bawah naungan dalam cuaca cerah dikaitkan dengannya; Di Bulan, di mana tiada atmosfera dan, oleh itu, sinaran bertaburan, objek yang jatuh ke dalam bayang-bayang menjadi tidak kelihatan sepenuhnya.
Dengan ketinggian, apabila ketumpatan udara dan, dengan itu, bilangan zarah yang berserakan berkurangan, warna langit menjadi lebih gelap, mula-mula bertukar menjadi biru tua, kemudian menjadi biru-ungu, yang jelas kelihatan di pergunungan dan dipantulkan. di landskap Himalaya N. Roerich. Di stratosfera, warna udara adalah hitam-ungu. Menurut angkasawan, pada ketinggian 300 km warna langit adalah hitam.
Dengan kehadiran aerosol besar, titisan dan kristal di atmosfera, tidak lagi serakan diperhatikan, tetapi pantulan meresap, dan kerana sinaran yang dipantulkan secara meresap adalah cahaya putih, warna langit menjadi keputihan.
Sinaran suria terus dan meresap mempunyai harian tertentu dan kursus tahunan, yang bergantung terutamanya pada ketinggian Matahari di atas ufuk, pada ketelusan udara dan kekeruhan.
nasi. 22. Kemasukan sinaran suria ke permukaan AB, berserenjang dengan sinar, dan ke permukaan mendatar AC (mengikut S.P. Khromov)
Fluks sinaran langsung pada siang hari dari matahari terbit hingga tengah hari meningkat dan kemudian berkurangan sehingga matahari terbenam disebabkan oleh perubahan ketinggian Matahari dan laluan pancaran di atmosfera. Walau bagaimanapun, sejak sekitar tengah hari ketelusan atmosfera berkurangan disebabkan oleh peningkatan wap air di udara dan habuk dan kekeruhan perolakan meningkat, nilai maksimum sinaran dialihkan ke waktu awal petang. Corak ini adalah ciri latitud khatulistiwa-tropika sepanjang tahun, dan latitud sederhana pada musim panas. Pada musim sejuk, di latitud sederhana, sinaran maksimum berlaku pada tengah hari.
Variasi tahunan nilai purata bulanan sinaran langsung bergantung pada latitud. Di khatulistiwa, aliran tahunan sinaran langsung berbentuk gelombang berganda: maksimum semasa ekuinoks musim bunga dan musim luruh, minimum semasa solstis musim panas dan musim sejuk. Di latitud sederhana, nilai maksimum sinaran langsung berlaku pada musim bunga (April di hemisfera utara), dan bukan di bulan musim panas, memandangkan udara pada masa ini lebih telus disebabkan kandungan wap air dan habuk yang lebih rendah, serta sedikit kekeruhan. Sinaran minimum diperhatikan pada bulan Disember, apabila ketinggian paling rendah Cahaya matahari, waktu siang yang singkat, dan ini adalah bulan paling mendung dalam setahun.
Variasi harian dan tahunan sinaran bertaburan ditentukan oleh perubahan ketinggian Matahari di atas ufuk dan tempoh hari, serta ketelusan atmosfera. Sinaran bertaburan maksimum pada siang hari diperhatikan pada siang hari dengan peningkatan sinaran secara keseluruhan, walaupun bahagiannya pada waktu pagi dan petang lebih besar daripada sinaran langsung, dan pada siang hari, sebaliknya, sinaran langsung mendominasi. sinaran bertaburan. Arus tahunan sinaran bertaburan di khatulistiwa secara amnya mengikut laluan garis lurus. Di latitud lain ia lebih besar pada musim panas berbanding musim sejuk, disebabkan peningkatan jumlah kemasukan sinaran suria pada musim panas.
Nisbah antara sinaran langsung dan resap berbeza-beza bergantung pada ketinggian Matahari, ketelusan atmosfera dan litupan awan.
Perkadaran antara sinaran langsung dan resap pada latitud yang berbeza tidak sama. Di kawasan kutub dan subpolar, sinaran bertaburan menyumbang 70% daripada jumlah fluks sinaran. Nilainya, sebagai tambahan kepada kedudukan rendah Matahari dan kekeruhan, juga dipengaruhi oleh pantulan berganda sinaran suria dari permukaan salji. Bermula dari latitud sederhana dan hampir ke khatulistiwa, sinaran langsung mendominasi sinaran yang tersebar. Ia mutlak dan nilai relatif di padang pasir tropika pedalaman (Sahara, Arab), dicirikan oleh kekeruhan minimum dan udara kering yang jernih. Di sepanjang khatulistiwa, sinaran resap sekali lagi mendominasi sinaran langsung disebabkan oleh kelembapan udara yang tinggi dan kehadiran awan kumulus yang menyerakkan sinaran suria dengan baik.
Dengan peningkatan ketinggian di atas paras laut, mutlak dan magnitud relatif sinaran langsung dan sinaran bertaburan berkurangan, apabila lapisan atmosfera menjadi lebih nipis. Pada ketinggian 50–60 km, fluks sinaran langsung menghampiri pemalar suria.
Semua sinaran suria - langsung dan meresap, tiba di permukaan bumi dipanggil sinaran jumlah:
Q = S * sin h ☼ + D,
di mana Q ialah jumlah sinaran, S adalah terus, D adalah meresap, h ☼ ialah ketinggian Matahari di atas ufuk. Jumlah sinaran adalah kira-kira 50% daripada sinaran suria yang tiba di sempadan atas atmosfera.
Di bawah langit tanpa awan, jumlah sinaran adalah ketara dan mempunyai variasi diurnal dengan maksimum sekitar tengah hari dan variasi tahunan dengan maksimum pada musim panas. Kekeruhan mengurangkan sinaran, jadi pada musim panas jumlah sinaran yang diterima pada sebelah petang adalah secara purata lebih besar daripada pada sebelah petang. Atas sebab yang sama, pada separuh pertama tahun ia lebih tinggi daripada pada separuh kedua.
Beberapa corak diperhatikan dalam taburan jumlah sinaran di permukaan bumi.
nasi. 23. Jumlah tahunan jumlah sinaran suria (MJ/(m 2 tahun))
Corak utama ialah jumlah sinaran diedarkan secara zon, berkurangan dari latitud khatulistiwa-tropika ke kutub selaras dengan penurunan sudut tuju sinar suria (Rajah 23). Penyimpangan daripada taburan zon dijelaskan oleh kekeruhan dan ketelusan atmosfera yang berbeza. Nilai tahunan tertinggi jumlah sinaran, 7200–7500 MJ/m2 setahun (kira-kira 200 kcal/cm2 setahun), berlaku di latitud tropika, di mana terdapat sedikit kekeruhan dan kelembapan udara yang rendah. Di padang pasir tropika pedalaman (Sahara, Arab), di mana terdapat banyak sinaran langsung dan hampir tiada awan, jumlah sinaran suria mencapai lebih daripada 8000 MJ/m2 setahun (sehingga 220 kcal/cm2 setahun). Berhampiran khatulistiwa, jumlah nilai sinaran berkurangan kepada 5600–6500 MJ/m setahun (140–160 kcal/cm2 setahun) disebabkan oleh kekeruhan yang ketara, kelembapan yang tinggi dan kurang ketelusan udara. Dalam latitud sederhana, jumlah sinaran ialah 5000 - 3500 MJ/m2 setahun (= 120 - 80 kcal/cm2 setahun), dalam latitud subpolar - 2500 MJ/m2 setahun (= 60 kcal/cm2 setahun). Lebih-lebih lagi, di Antartika ia adalah 1.5 - 2 kali lebih besar daripada di Artik, terutamanya disebabkan oleh ketinggian mutlak benua yang lebih besar (lebih daripada 3 km) dan oleh itu ketumpatan udara yang rendah, kekeringan dan ketelusannya, serta cuaca yang sebahagiannya mendung. Pengezonan jumlah sinaran lebih baik dinyatakan di atas lautan daripada di atas benua.
Kedua corak penting jumlah sinaran terletak pada fakta bahawa benua menerima lebih banyak daripadanya daripada lautan, disebabkan oleh kurang (15 - 30%) kekeruhan di atas benua. Satu-satunya pengecualian adalah latitud hampir khatulistiwa, kerana pada siang hari terdapat kurang kekeruhan perolakan di atas lautan berbanding di darat.
Ciri ketiga ialah di utara, lebih banyak hemisfera benua, jumlah sinaran secara amnya lebih besar daripada di hemisfera lautan selatan.
Pada bulan Jun, jumlah sinaran suria bulanan tertinggi diterima Hemisfera Utara, terutamanya kawasan tropika dan subtropika pedalaman. Dalam latitud sederhana dan kutub, jumlah sinaran berbeza sedikit merentasi latitud, memandangkan penurunan sudut tuju sinaran diimbangi oleh tempoh cahaya matahari, sehingga hari kutub di luar Bulatan Artik. Di hemisfera selatan, dengan peningkatan latitud, sinaran cepat berkurangan dan di atas Bulatan Antartika adalah sifar.
Pada bulan Disember Hemisfera Selatan menerima lebih banyak sinaran daripada utara. Pada masa ini, jumlah bulanan tertinggi haba matahari berlaku di padang pasir Australia dan Kalahari; lebih jauh di latitud sederhana, sinaran secara beransur-ansur berkurangan, tetapi di Antartika ia meningkat semula dan mencapai nilai yang sama seperti di kawasan tropika. Di hemisfera utara, dengan peningkatan latitud, ia dengan cepat berkurangan dan tiada di luar Bulatan Artik.
Secara amnya, amplitud tahunan terbesar jumlah sinaran diperhatikan untuk bulatan kutub, terutamanya di Antartika, yang terkecil adalah di zon khatulistiwa.
Sinaran suria ialah semua tenaga daripada Matahari yang sampai ke Bumi.
Bahagian sinaran suria yang sampai ke permukaan bumi tanpa halangan dipanggil sinaran langsung. maksimum kuantiti yang mungkin Sinaran langsung diterima oleh satu unit kawasan yang terletak berserenjang dengan sinaran matahari. Jika sinaran matahari melalui awan dan wap air, maka ini adalah sinaran bertaburan.
Ukuran kuantitatif sinaran suria yang tiba di permukaan tertentu ialah sinaran, atau ketumpatan fluks sinaran, i.e. jumlah kejadian tenaga sinaran pada unit luas per unit masa. Pencahayaan tenaga diukur dalam W/m2.
Jumlah sinaran suria bergantung kepada:
1) sudut tuju cahaya matahari
2) tempoh waktu siang
3) keruh.
Kira-kira 23% daripada sinaran suria langsung diserap di atmosfera. Selain itu, penyerapan adalah selektif: gas yang berbeza menyerap sinaran masuk kawasan yang berbeza spektrum dan pada tahap yang berbeza-beza.
Sinaran suria mencapai sempadan atas atmosfera dalam bentuk sinaran langsung. Kira-kira 30% daripada sinaran suria langsung yang jatuh ke Bumi dipantulkan kembali ke angkasa lepas. Baki 70% pergi ke atmosfera.
yang paling banyak bilangan yang besar Gurun yang terletak di sepanjang garisan kawasan tropika menerima sinaran suria. Matahari terbit tinggi di sana dan cuaca tidak mendung hampir sepanjang tahun.
Di atas khatulistiwa terdapat banyak wap air di atmosfera, yang membentuk awan tebal. Wap dan awan menyerap kebanyakan sinaran suria.
Kawasan kutub menerima sinaran paling sedikit, di mana sinaran matahari hampir meluncur merentasi permukaan Bumi.
Permukaan asas memantulkan sinaran dengan cara yang berbeza. Permukaan gelap dan tidak rata memantulkan sedikit sinaran, manakala permukaan yang cerah dan licin memantul dengan baik.
Laut dalam ribut memantulkan sinaran kurang daripada laut dalam keadaan tenang.
Albedo (Latin albus - putih) ialah keupayaan permukaan untuk memantulkan sinaran.
Taburan geografi jumlah sinaran
Pengagihan jumlah tahunan dan bulanan jumlah sinaran suria oleh ke dunia zon: isolin fluks sinaran pada peta tidak bertepatan dengan bulatan latitudin. Penyimpangan ini dijelaskan oleh fakta bahawa taburan sinaran di seluruh dunia dipengaruhi oleh ketelusan atmosfera dan kekeruhan.
Jumlah tahunan jumlah sinaran adalah tinggi terutamanya di padang pasir subtropika yang sebahagiannya mendung. Tetapi di atas khatulistiwa kawasan hutan dengan litupan awan yang tinggi mereka berkurangan. Ke latitud yang lebih tinggi bagi kedua-dua hemisfera kuantiti tahunan jumlah sinaran berkurangan. Tetapi kemudian mereka tumbuh semula - sedikit di Hemisfera Utara, tetapi sangat ketara di Antartika yang mendung dan bersalji. Di atas lautan jumlah sinaran lebih rendah daripada di darat.
Imbangan sinaran tahunan permukaan bumi adalah positif di mana-mana di Bumi, kecuali dataran tinggi ais Greenland dan Antartika. Ini bermakna bahawa kemasukan tahunan sinaran yang diserap adalah lebih besar daripada sinaran berkesan pada masa yang sama. Tetapi ini tidak bermakna sama sekali bahawa permukaan bumi menjadi lebih panas dari tahun ke tahun. Lebihan sinaran yang diserap ke atas sinaran diseimbangkan dengan pemindahan haba dari permukaan bumi ke udara melalui pengaliran haba dan transformasi fasa air (semasa penyejatan dari permukaan bumi dan pemeluwapan seterusnya di atmosfera).
Untuk permukaan bumi tidak ada keseimbangan sinaran dalam penerimaan dan pelepasan sinaran, tetapi terdapat keseimbangan terma: kemasukan haba ke permukaan bumi, baik dengan cara sinaran dan bukan sinaran, adalah sama dengan pelepasannya dengan cara yang sama. .
Seperti yang diketahui, keseimbangan sinaran adalah perbezaan antara sinaran jumlah dan sinaran berkesan. Sinaran berkesan permukaan bumi diedarkan ke seluruh dunia dengan lebih sekata daripada jumlah sinaran. Hakikatnya ialah dengan peningkatan suhu permukaan bumi, iaitu dengan peralihan ke latitud yang lebih rendah, sinaran sendiri permukaan bumi meningkat; namun, pada masa yang sama, sinaran balas atmosfera juga meningkat disebabkan kandungan lembapan udara yang lebih tinggi dan suhunya yang lebih tinggi. Oleh itu, perubahan dalam sinaran berkesan dengan latitud tidak terlalu besar.