Ev İdeal (kuru ve temiz) bir atmosfer bile emer ve dağıtır güneş ışınları , yoğunluğun azaltılması güneş radyasyonu
. Su buharı ve katı yabancı maddeler içeren gerçek bir atmosferin güneş ışınımı üzerindeki zayıflama etkisi, ideal bir atmosferinkinden çok daha fazladır.
Atmosfer, Dünya'ya ulaşan, çoğunlukla kızılötesi olmak üzere güneş ışınımının yalnızca %15-20'sini emer. Emiciler arasında su buharı, aerosoller ve ozon bulunur.
Güneş ışınımının yaklaşık %25'i atmosfer tarafından dağılır. Gaz molekülleri kısa dalga ışınlarını saçar (bu nedenle gökyüzü mavidir). Yabancı maddeler (toz parçacıkları, kristaller ve damlacıklar) daha uzun dalga boylu ışınları (beyazımsı renk) saçar. Güneş ışığının atmosfer tarafından saçılması ve yansıması nedeniyle bulutlu günlerde gün ışığı oluşur, gölgedeki nesneler görünür hale gelir ve alacakaranlık olgusu meydana gelir.
Bulanıklık faktörü, gerçek atmosferin şeffaflığının, atmosferdeki su buharı ve toz içeriğine göre belirlenen ideal şeffaflığa oranıdır ve her zaman birden büyüktür.
Coğrafi enlem arttıkça bulanıklık faktörü azalır: 00 ila 200 N enlem arasındaki enlemlerde. 400 ila 500 Kuzey enlemleri arasındaki ortalama 4,6'dır. – 3,5, 500 ila 600 Kuzey enlemlerinde. – 2.8 ve 600 ila 800 N enlemlerinde. – 2.0. Ilıman enlemlerde kışın bulanıklık faktörü yaza göre daha az, sabahları gündüze göre daha azdır. Yükseklik arttıkça azalır. Bulanıklık faktörü ne kadar yüksek olursa, atmosferdeki güneş ışınımının zayıflaması da o kadar fazla olur. Güneş ışınımının atmosfere nüfuz eden kısmı dünyanın yüzeyi
dağılma olmadan doğrudan radyasyonu temsil eder. Atmosfer tarafından saçılan radyasyonun bir kısmı dağınık radyasyona dönüşür. Dünya yüzeyine gelen güneş ışınımının tamamına: doğrudan + saçılımlı toplam ışınım denir. Doğrudan ve dağınık radyasyon arasındaki oran, atmosferin bulutluluğuna, tozluluğuna ve ayrıca Güneş'in yüksekliğine bağlı olarak önemli ölçüde değişir. Bulutlu gökyüzü altında dağınık radyasyon belki daha düz. Düşük güneş yüksekliğinde toplam radyasyonun neredeyse tamamı saçılmış radyasyondan oluşur. 500 güneş yüksekliğinde ve açık gökyüzü
Toplam radyasyonun Dünya üzerindeki dağılımı, yıllık ve aylık ortalama değerlerinin haritaları kullanılarak takip edilebilir. Tropikal iç çöllerin yüzeyi (Doğu Sahra ve orta Arabistan), yıllık en büyük toplam radyasyon miktarını alır. Ekvator'a doğru yüksek hava nemi ve yoğun bulutluluk nedeniyle toplam radyasyon yılda 120-160 kcal/cm2'ye düşer. Ilıman enlemlerde yüzey yılda 80-100 kcal/cm2 alır, Kuzey Kutbu'nda - 60-70 ve Antarktika'da sık sık tekrarlanır. açık günler ve atmosferin yüksek şeffaflığı - yılda 100 – 120 kcal/cm2. Toplam radyasyonun dünya yüzeyi üzerindeki dağılımı bölgeseldir.
4. Albedo. Yüzeye çarpan toplam güneş ışınımı kısmen atmosfere geri yansıtılır. Bir yüzeyden yansıyan ışınım miktarının o yüzeye gelen ışın miktarına oranına albedo denir. Albedo bir yüzeyin yansıtıcılığını karakterize eder ve kesir veya yüzde olarak ifade edilir. Dünya yüzeyinin albedo'su özelliklerine ve durumuna bağlıdır: renk, nem vb. Yeni yağan kar en yüksek yansıtma oranına sahiptir - 0,90'a kadar. Kumlu çöl yüzeyinin albedosu 0,09 ila 0,34 arasındadır (renge ve neme bağlı olarak), kil çölünün yüzeyi 0,30, taze otlu çayırlar 0,22, kuru otlu çayırlar 0,931, yaprak döken ormanlar 0,16'dır. –0,27, iğne yapraklı ormanlar – 0,6 – 0,19. Güneş ışığının dikey gelişi ile sakin bir su yüzeyinin yansıtıcılığı 0,02 ve Güneş ufkun üzerinde alçaktayken - 0,35'tir.
Temiz bir atmosfer yaklaşık 0,10 güneş ışınımını yansıtır. Karla kaplı kutup buzunun yüzeyinin büyük albedo'su, kutup bölgelerindeki düşük sıcaklıkların nedenlerinden biridir.
Bir gezegen olarak Dünya'nın albedo'su, yüzeyi çok çeşitli olduğundan çok karmaşıktır. Bulut örtüsü çok önemlidir. Bulut albedosu 0,50 ila 0,80 arasındadır. Bir gezegen olarak Dünya'nın albedosu 0,35 olarak alınmıştır.
Radyasyon. Mutlak sıfırın (-2730C) üzerinde sıcaklığa sahip herhangi bir cisim, radyant enerji yayar. Siyah bir cismin toplam emisyonu onun dördüncü kuvvetiyle doğru orantılıdır. mutlak sıcaklık(T).
Yayılan cismin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, onun yaydığı ışınların dalga boyu da o kadar kısa olur. Sıcak Güneş uzaya kısa dalga radyasyonu gönderir. Kısa dalga güneş ışınımını emen dünya yüzeyi ısınır ve aynı zamanda bir radyasyon kaynağı (karasal radyasyon kaynağı) haline gelir. Ancak dünya yüzeyinin sıcaklığı onlarca dereceyi aşmadığından radyasyonu uzun dalgalıdır ve görünmezdir.
Atmosfer, içinden geçen güneş ışınımının bir kısmını emer ve yarıdan fazlası dünyevi, kendisi hem kozmik uzaya hem de dünya yüzeyine enerji yayar. Dünya yüzeyine doğru yönlendirilen atmosferik radyasyona karşı radyasyon denir. Karşı radyasyon olarak adlandırılır çünkü dünya yüzeyinin kendi radyasyonuna yönlendirilir. Bu radyasyon, karasal radyasyon gibi uzun dalgalıdır ve görünmezdir. Dünyanın yüzeyi bu karşı radyasyonun neredeyse tamamını (%90 - 99) emer. Bulutların kendisi radyasyon kaynağı olduğundan, yaklaşan radyasyon bulut örtüsünün artmasıyla artar. Yükseklik arttıkça su buharı içeriğindeki azalmaya bağlı olarak karşı radyasyon azalır. En büyük karşı radyasyon, atmosferin en sıcak ve su buharı açısından en zengin olduğu ekvatordadır.
Atmosferde iki uzun dalga radyasyon akışı vardır: yüzey radyasyonu ve atmosferik radyasyon. Dünya yüzeyindeki gerçek ısı kaybını belirleyen aralarındaki farka etkin radyasyon denir. Yayılan yüzeyin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, etkili radyasyon da o kadar büyük olur. Hava nemi etkili radyasyonu azaltır ve bulutlar onu büyük ölçüde azaltır.
Yıllık en yüksek etkili radyasyon miktarları, yüksek yüzey sıcaklıkları, kuru hava ve açık gökyüzü nedeniyle tropik çöllerde (yılda 80 kcal/cm2) gözlemlenmektedir. Ekvatorda yüksek nem oranıyla etkin radyasyon yılda yalnızca 30 kcal/cm2 civarındadır ve kara ve okyanus için değeri çok az farklılık gösterir. Ilıman enlemlerde, dünya yüzeyi toplam radyasyonun emilmesinden dolayı aldığı ısı miktarının neredeyse yarısını kaybeder. Genel olarak Dünya için etkili radyasyon yılda 46 kcal/cm2'dir.
Atmosferin Güneş'ten gelen kısa dalga radyasyonu (doğrudan ve dağınık radyasyon) iletme ve Dünya'dan gelen uzun dalga termal radyasyonu tutma yeteneğine sera etkisi denir. Dünya yüzeyinin ortalama sıcaklığı yaklaşık +150C'dir ve atmosferin yokluğunda 21 - 360 daha düşük olacaktır.
5. Emilen radyasyon arasındaki fark ve etkili radyasyona radyasyon dengesi veya artık radyasyon denir. Terazinin gelen kısmı, dağınık, yani doğrudan radyasyonu içerir. toplam. Sarf malzemesi kısmı yüzey albedosunu ve etkili ışınımını içerir.
Yüzey radyasyon dengesinin değeri aşağıdaki denklemle belirlenir: R = Q (1 – a) – Ieff, burada Q, birim yüzey başına gelen toplam güneş radyasyonudur ve albedodur (kesir olarak ifade edilir), Ieff etkindir yüzeyin radyasyonu. Gelir akıştan büyükse radyasyon dengesi pozitif, gelir akıştan küçükse negatiftir.
Dünya yüzeyinin yıllık radyasyon dengesi, Grönland ve Antarktika'nın buz platoları hariç, tüm Dünya için pozitiftir. Bu, soğurulan radyasyonun yıllık akışının aynı zamandaki etkin radyasyondan daha büyük olduğu anlamına gelir.
Geceleri tüm enlemlerde yüzey radyasyon dengesi negatif, öğleden önceki gün pozitif (kışın yüksek enlemler hariç) ve öğleden sonra tekrar negatiftir.
Radyasyon dengesinin yıllık toplamlarının haritası, bunların Okyanustaki dağılımının bir bütün olarak bölgesel olduğunu göstermektedir. Tropikal enlemlerde, Okyanustaki yıllık radyasyon dengesi miktarı 140 kcal/cm2 (Umman Denizi), yüzen buzun sınırlarında ise 30 kcal/cm2'yi aşmamaktadır. Yaklaşık 600 sn. ve Yu. enlemlerde yıllık radyasyon dengesi 20 – 30 kcal/cm2'dir. Buradan yüksek enlemlere doğru azalır ve Antarktika kıtasında eksi -5 - -10 kcal/cm2 olur. Alçak enlemlere doğru artarak tropiklerde ve ekvatorda 100-120 kcal/cm2'ye ulaşır. Bölgesel dağılımdan küçük sapmalar farklı bulanıklıklarla ilişkilidir. Su yüzeyinin üstünde radyasyon dengesi aynı enlemlerdeki karadakinden daha fazladır, çünkü Okyanuslar daha fazla radyasyon emer. Radyasyon dengesinin değeri, kuru ve parçalı bulutlu havadaki yüksek etkili radyasyon nedeniyle dengenin azaldığı çöllerdeki bölgesel dağılımdan önemli ölçüde sapmaktadır (Sahra'da - 60 kcal/cm2 ve okyanusların yakınında - 120 - 140) kcal/cm2). Muson iklimine sahip bölgelerde, sıcak mevsimde bulut örtüsünün arttığı ve dolayısıyla soğurulan radyasyonun (doğrudan ve dağınık) aynı bölgedeki diğer bölgelere göre azaldığı bölgelerde de denge daha az oranda azalır. enlem.
Ocak ayında kuzey yarımkürenin büyük bölümünde radyasyon dengesi negatiftir. Sıfır izolin 400 N enlem alanında çalışır. Bu enlemin kuzeyinde denge negatif hale gelir ve Kuzey Kutbu'nda eksi 4 kcal/cm2'ye ve daha da altına ulaşır. Güneye doğru güney tropiklerinde 10-14 kcal/cm2'ye yükselirken, daha güneyde Antarktika'nın kıyı bölgelerinde 4-5 kcal/cm2'ye düşer.
Temmuz ayında kuzey yarımküredeki radyasyon dengesi pozitiftir. 60 – 650 N enleminde. 8 kcal/cm2'den fazladır. Güneye doğru yavaşça artar ve kuzey tropik bölgesinin her iki tarafında maksimum değerlere ulaşır - 12 - 14 kcal/cm2 ve üzeri ve Umman Denizi'nin kuzeyinde - 16 kcal/cm2. Denge 400S'ye kadar pozitif kalıyor. Güneye doğru gidiyor negatif değerler Antarktika kıyılarında ise eksi 1 – eksi 2 kcal/cm2'ye düşüyor.
6. Fazla ısı nasıl kullanılır?(pozitif ışınım dengesi) ve eksikliğinin telafi edildiği (negatif ışınım dengesi), yüzey, atmosfer için ısıl dengenin nasıl kurulduğu, ısıl dengeyi açıklar.
Yüzey Isı Dengesi Denklemi
R1 – LE – P – B = 0,
burada R1 radyasyon dengesidir (her zaman pozitif), LE buharlaşma için ısı tüketimidir (L buharlaşmanın gizli ısısıdır, E buharlaşmadır), P yüzey ile atmosfer arasındaki türbülanslı ısı değişimidir, B ısı değişimidir yüzey ile alttaki toprak veya su katmanları arasında.
Denklemin tüm terimleri değişebileceğinden ısı dengesi oldukça akışkandır. Atmosferin ısı dengesi, radyasyon dengesi R2'yi (her zaman negatif), yüzeyden gelen ısıyı - P ve nemin yoğunlaşması sırasında açığa çıkan ısıyı - LE'yi (değerler her zaman pozitiftir) içerir. Ortalama olarak atmosferin uzun vadeli ısı dengesi aşağıdaki denklemle ifade edilebilir:
R2 + P + LE = 0.
Yüzeyin ve atmosferin bir bütün olarak ısı dengesi, uzun vadeli ortalamada sıfırdır.
Dünya'ya yılda giren güneş ışınımı miktarı %100 olarak alınırsa %31'i gezegenler arası uzaya geri gönderilir (%7'si saçılır ve %24'ü bulutlardan yansıtılır). Atmosfer gelen radyasyonun %17'sini emer (%3'ü ozon, %13'ü su buharı ve %1'i bulutlar tarafından emilir). Geriye kalan %52'lik kısım (doğrudan + dağınık radyasyon) alttaki yüzeye ulaşır, bu da %4'ünü atmosferin ötesine yansıtır ve %48'ini emer. Yüzey tarafından emilen %48'in %18'i etkili radyasyona gider. Böylece yüzey radyasyon dengesi (artık radyasyon) %30 (%52 - %4 - %18) olacaktır. %22'si yüzeyden buharlaşmaya, %8'i atmosferle türbülanslı ısı alışverişine harcanır. Yüzey ısı dengesi: %30 - %22 - %8 = -%30.
Atmosferin gezegenler arası uzaya yayılması – %65. Radyasyon dengesi: -%65 + %17 + %18 = -%30. Atmosferin termal dengesi: -%30 + %22 + %8 =0. Dünyanın bir gezegen olarak albedo'su %35'tir.
Coğrafi dağılım toplam güneş radyasyonu ve radyasyon dengesi
Kutuplardan ekvatora doğru yıllık güneş ışınımı miktarı artar. Fakat genel karakter Bu düzen, atmosferdeki bulutluluk, nem ve toz içeriğinin dağılımına bağlı olarak ihlal edilmektedir. Bu nedenle, açık havanın hakim olduğu çöllerde güneş ışınımının gelişi, aynı enlemlerdeki kıyı bölgelerine göre çok daha fazladır.
Yıllık en yüksek güneş radyasyonu miktarı Mısır'ın güneyinde - 9200 MJ/m2 - gözlemlenmektedir. Okyanus üzerinde aynı enlemde 6700-7550 MJ/m2'dir. SSCB topraklarında yıllık güneş radyasyonu miktarları kuzeyde 2500 MJ/m2 ile kuzeyde 6700 MJ/m2 ve daha fazlası arasında değişmektedir. Orta Asya. Haziran ayında SSCB'nin kuzeyinde aylık toplam radyasyon miktarı 590-670 MJ/m2, güneyinde ise 750-920 MJ/m2'dir. Oldukça büyük, toplam radyasyonun kuzeye ulaşması, güneydekiyle oldukça karşılaştırılabilir, 24 saatlik bir gün nedeniyledir.
Radyasyon dengesi hem güneş ışınımının gelişine hem de alttaki yüzeyin albedosuna ve etkin ışınımına bağlıdır. Bu nedenle radyasyon dengesi aynı anda coğrafi enlem okyanusların üzerinde ve kıtaların üzerinde daha az. SSCB'de radyasyon dengesinin yıllık miktarları kuzeyde ortalama 500-800 MJ/m2, güneyde ise 2200 MJ/m2 civarındadır. Aylık radyasyon bakiyesi miktarları
Haziran ayında Sibirya'daki Kuzey Kutup Dairesi yakınındaki aktif katman ve Orta Asya cumhuriyetlerindeki aktif katman neredeyse birbirine yakındır ve sırasıyla yaklaşık 280-330 MJ/m2 tutarındadır. Şek. Şekil 9, aktif katmanın radyasyon dengesinin yıllık toplamlarının bir haritasını göstermektedir (M.I. Budyko'ya göre). Bu miktarlar, kalıcı kar veya buz örtüsüne sahip alanlar (Grönland, Antarktika) dışında her yerde pozitiftir. Radyasyon dengesinin yıllık toplamlarının haritasında, okyanustan kıtaya geçiş sırasında radyasyon dengesinde ani bir değişiklik dikkat çekiyor. Bu özellikle Afrika'nın çöllerle sınırı olan kıyılarında belirgindir. Bu, öncelikle okyanus yüzeyinin albedosunun karanın albedosundan önemli ölçüde daha az olmasıyla (çöl albedo'su ortalama 0,28'dir) ve ikinci olarak tropikal çöllerdeki büyük etkili radyasyonla açıklanmaktadır.
Radyasyon dengesinin ve bileşenlerinin coğrafi dağılımı ilk kez Atlas'ta sunuldu ısı dengesi(1963), Sovyet bilim adamları M.I. Budyko, T.G. Berlyand ve diğerleri tarafından derlenmiştir. Radyasyon dengesine ilişkin veriler inşaatta kullanılmaktadır. tarım, ilaç vb.
Güneş radyasyonunun gelişi ve radyasyon dengesi en önemli faktörler iklim. Enlem termal bölgelemeyi, yani ekvatordaki sıcak iklimden kutup enlemlerindeki soğuk iklime geçişi belirlerler. İklimin oluşum kalıplarını açıklamak, iklim değişikliğinin gelişi ve emilimi hakkında bilgi sahibi olmak güneş enerjisi ve bunun dünya yüzeyinde ve atmosferde sonraki dönüşümleri.
Toplam güneş radyasyonunun atmosferin üst sınırındaki coğrafi dağılımı, dünyanın küreselliği ve ekvator düzleminin düzleme eğimi tarafından belirlenen enlem ve yılın zamanına bağlıdır. dünyanın yörüngesi. Bir yıl boyunca toplam radyasyon miktarı cm2 başına 313 kcal'den düşer. ekvatorda cm kare başına 133 kcal'a kadar. kutuplarda. Yaz aylarında radyasyon alımı ekvatorda cm kare başına 160 kcal'den cm kare başına 133 kcal'e düşüyor. 6 ay boyunca sıcak dönemde ve kışın - metrekare başına 160 kcal'den. Ekvatorda cm, yaklaşık 75° Kuzey'e kadar.
Tropik kuşaklar arasındaki atmosferin üst sınırındaki yıllık radyasyon seyrinde, Güneş en büyük öğlen yüksekliğine / ekvatorda - ekinoksa, ekinokslar ile yaz gündönümü arasındaki diğer enlemlerde ulaştığında iki maksimum vardır. Dışarıdan, tropikler, Güneş'in yüksekliğinin en yüksek / 90 ° - enlem + 23.5 ° / olduğu ve yerin enlemine bağlı olduğu yaz gündönümü sırasında yıllık radyasyon seyrinde yalnızca bir maksimum gözlemler ve yaz gündönümünde bir minimum gözlemler. Kış gündönümünde sırasıyla Güneş'in yüksekliği en düşük / 90 ° - enlem - 23,5 ° / olduğunda.
Toplam radyasyonun dünya yüzeyindeki dağılımı enlemseldir. Burada radyasyonun atmosferden geçmesi, bir kısmının solması, dağılması ve bulutlar tarafından yansıtılması nedeniyle zayıflıyor. Bulutluluk, doğrudan güneş ışınımını %20-75 oranında azaltır. Haritalardaki toplam radyasyonun izolinleri, atmosferik şeffaflık ve bulutluluğun etkisi altında enlemsel değişimden sapmaktadır / Şekil 1. 2/.
Yıllık toplam radyasyon miktarı tropik ve subtropikal enlemlerde en fazladır / metrekare başına 140 kcal'den fazladır. yılda cm / ve çöllerde Kuzey Afrika ve Arabistan metrekare başına 200 ... 220 kcal'dir. yılda cm'dir. Amazon ve Kongo üzerindeki ekvatorda ve Endonezya'da metrekare başına 100-120 kcal'e düşer. yılda cm'dir. Subtropiklerden kuzeye ve güneye doğru radyasyon, 60 ... 80 olduğu Kuzey Kutup Dairesi'ne, ardından da kuzey kutbu biraz artar. Antarktika üzerinde ise metrekare başına 120...130 kcal'a ulaşıyor. yılda cm'dir. Ekvatoral olanlar hariç tüm enlemlerde okyanuslar üzerindeki toplam radyasyon karadakilerden daha düşüktür.
Güneş bir parçacık kaynağıdır ve elektromanyetik radyasyon. Elektromanyetik radyasyon dünya yüzeyine ulaşırken, parçacık radyasyonu 90 km'nin altındaki atmosfere nüfuz etmez. Meteorolojide buna güneş radyasyonu veya kısaca radyasyon denir. Güneş'in toplam enerjisinin iki milyarda birini oluşturur ve Güneş'ten Dünya'ya 8,3 dakikada ulaşır. Güneş radyasyonu, atmosferde ve dünya yüzeyinde meydana gelen hemen hemen tüm süreçlerin enerji kaynağıdır. Çoğunlukla kısa dalgadır ve ~%9 görünmez ultraviyole radyasyon, %47 görünür ışık ve ~%44 görünmez kızılötesi radyasyondan oluşur. Güneş radyasyonunun neredeyse yarısı görünür ışık. Güneş sadece ısı kaynağı değil aynı zamanda ışık kaynağıdır. gerekli koşul Dünyadaki yaşam için.
Güneş diskinden doğrudan Dünya'ya gelen radyasyona doğrudan güneş radyasyonu denir. Güneş'ten Dünya'ya olan mesafenin büyük ve Dünya'nın küçük olması nedeniyle radyasyon, herhangi bir yüzeyine paralel ışın demeti şeklinde düşer.
Güneş ışınımının birim zamanda birim alan başına belirli bir akı yoğunluğu vardır. Radyasyon yoğunluğunun ölçüm birimi, güneş ışığının dik gelişiyle dakikada 1 cm2 yüzeyin aldığı enerji miktarıdır (joule veya kalori cinsinden). Atmosferin üst sınırında, Dünya'dan Güneş'e ortalama mesafede, dakikada 8,3 J/cm" veya dakikada 1,98 cal/cm2'dir. Bu değer şu şekilde alınır: uluslararası standart ve güneş sabiti (S 0) olarak adlandırılır. O periyodik salınımlar yıl boyunca önemsizdir (±%3,3) ve Dünya'dan Güneş'e olan mesafedeki değişikliklerden kaynaklanmaktadır. Periyodik olmayan salınımlar Güneş'in farklı emisyonlarından kaynaklanır. Atmosferin üst sınırındaki iklime radyasyon veya güneş denir. Güneş ışınlarının yüzeydeki eğim açısına göre teorik olarak hesaplanır. yatay yüzey.
İÇİNDE genel taslak Güneş iklimi dünya yüzeyine yansır. Aynı zamanda, Dünya üzerindeki gerçek radyasyon ve sıcaklık, çeşitli karasal faktörlerden dolayı güneş ikliminden önemli ölçüde farklılık göstermektedir. Bunlardan en önemlisi, atmosferdeki radyasyonun yansıma, emilim ve saçılma nedeniyle zayıflamasının yanı sıra radyasyonun dünya yüzeyinden yansımasının bir sonucudur.
Açık üst sınır atmosferde tüm radyasyon doğrudan radyasyon şeklinde gelir. S.P. Khromov ve M.A. Petrosyants'a göre bunun %21'i bulutlardan ve havadan yansıyor. uzay. Radyasyonun geri kalanı, doğrudan radyasyonun kısmen emildiği ve saçıldığı atmosfere girer. Geri kalan doğrudan radyasyon (%24) dünya yüzeyine ulaşır ancak zayıflar. Atmosferdeki zayıflamanın şekli Bouguer yasasıyla ifade edilir:
S = S 0 * p m (J veya cal/cm2, dakika başına),
burada S, güneş ışınlarına dik olarak yerleştirilmiş, birim alan (cm2) başına dünya yüzeyine ulaşan doğrudan güneş radyasyonu miktarıdır, S 0 güneş sabitidir, p, birliğin kesirlerindeki şeffaflık katsayısıdır; radyasyon dünya yüzeyine ulaştı, m – ışının atmosferdeki yolunun uzunluğu.
Gerçekte, güneş ışınları dünya yüzeyine ve atmosferin herhangi bir seviyesine 90°'den daha az bir açıyla düşer. Doğrudan güneş ışınımının yatay bir yüzeye akışına güneşlenme (S 1) adı verilir. S 1 = S * sin h ☼ (J veya dakika başına cal/cm2) formülüyle hesaplanır; burada h ☼ Güneş'in yüksekliğidir. Doğal olarak, yatay yüzeyin birimi başına, güneş ışınlarına dik olan birim alana göre daha az enerji vardır (Şekil 22).
Atmosfere giren doğrudan güneş ışınımının yaklaşık %23'ü atmosferde emilir ve atmosfere giren doğrudan güneş ışınımının yaklaşık %32'si dağılır; saçılan ışınımın %26'sı daha sonra dünya yüzeyine gelir ve %6'sı uzaya gider.
Güneş radyasyonu atmosferde sadece niceliksel olarak değil aynı zamanda niteliksel değişikliklerÇünkü hava gazları ve aerosoller güneş ışınlarını seçici olarak emer ve dağıtır. Radyasyonun ana emicileri su buharı, bulutlar ve aerosollerin yanı sıra ultraviyole radyasyonu güçlü bir şekilde emen ozondur. Radyasyonun saçılmasına çeşitli gaz ve aerosol molekülleri katılır. Saçılma, ışık ışınlarının orijinal yönden her yöne sapmasıdır, böylece dağınık radyasyon dünya yüzeyine güneş diskinden değil, tüm gök kubbeden gelir. Saçılma dalga boyuna bağlıdır: Rayleigh yasasına göre dalga boyu ne kadar kısa olursa saçılma o kadar yoğun olur. Bu nedenle herkesten daha çok dağılıyorlar ultraviyole ışınları ve görünenlerden - mor ve mavi. Dolayısıyla havanın mavi rengi ve buna bağlı olarak açık havalarda gökyüzü. Doğrudan radyasyonun çoğunlukla sarı olduğu ortaya çıkıyor, bu nedenle güneş diski sarımsı görünür. Gün doğumu ve gün batımında, ışının atmosferdeki yolunun daha uzun ve saçılımının daha fazla olduğu zamanlarda yüzeye yalnızca kırmızı ışınlar ulaşarak Güneş'in kırmızı görünmesini sağlar. Dağınık radyasyon, gün boyunca bulutlu havalarda ve gölgede açık havalarda ışığa neden olur; alacakaranlık ve beyaz geceler olgusu bununla ilişkilidir. Atmosferin olmadığı ve buna bağlı olarak dağınık radyasyonun olmadığı Ay'da gölgeye düşen nesneler tamamen görünmez hale gelir.
Yükseklik arttıkça havanın yoğunluğu ve buna bağlı olarak saçılan parçacıkların sayısı azaldıkça gökyüzünün rengi koyulaşır, önce koyu maviye, sonra dağlarda açıkça görülebilen ve yansıyan mavi-mora dönüşür. N. Roerich'in Himalaya manzaralarında. Stratosferde havanın rengi siyah-mordur. Astronotlara göre 300 km yükseklikte gökyüzünün rengi siyahtır.
Atmosferde büyük aerosoller, damlacıklar ve kristallerin varlığında artık saçılma değil dağınık yansıma gözlenir ve dağınık olarak yansıyan ışınım beyaz ışık olduğundan gökyüzünün rengi beyazımsı olur.
Doğrudan ve dağınık güneş ışınımının belirli bir günlük ve yıllık kurs Bu öncelikle Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliğine, havanın şeffaflığına ve bulutluluğa bağlıdır.
Pirinç. 22. Güneş radyasyonunun ışınlara dik olarak AB yüzeyine ve AC yatay yüzeyine akışı (S.P. Khromov'a göre)
Güneşin yüksekliğindeki ve ışının atmosferdeki yolundaki değişiklikler nedeniyle gün boyunca doğrudan radyasyon akışı gün doğumundan öğlene kadar artar ve gün batımına kadar azalır. Ancak öğle saatlerinden itibaren havadaki su buharı ve tozun artması nedeniyle atmosferin şeffaflığı azalır ve konvektif bulutluluk artar, maksimum değerler Radyasyonlar öğleden sonra saatlerine kaydırılıyor. Bu model tüm yıl boyunca ekvatoral-tropikal enlemlerin ve yaz aylarında ılıman enlemlerin karakteristiğidir. Kışın ılıman enlemlerde maksimum radyasyon öğle saatlerinde ortaya çıkar.
Doğrudan radyasyonun aylık ortalama değerlerinin yıllık değişimi enleme bağlıdır. Ekvatorda, doğrudan radyasyonun yıllık seyri çift dalga şeklini alır: ilkbahar ve sonbahar ekinokslarında maksimumlar, yaz ve kış gündönümlerinde minimumlar. Ilıman enlemlerde, doğrudan radyasyonun maksimum değerleri ilkbaharda (kuzey yarımkürede Nisan) meydana gelir, yaz ayları, çünkü şu anda hava, daha düşük su buharı ve toz içeriğinin yanı sıra hafif bulanıklık nedeniyle daha şeffaftır. Minimum radyasyon Aralık ayında gözlenir. en düşük yükseklik Güneşli, gündüz saatleri kısa ve bu, yılın en bulutlu ayı.
Saçılan radyasyonun günlük ve yıllık değişimi, Güneş'in ufuk üzerindeki yüksekliğindeki ve günün uzunluğundaki değişikliklerin yanı sıra atmosferin şeffaflığıyla da belirlenir. Gün içinde maksimum dağınık radyasyon, gün içinde genel olarak radyasyonda bir artışla gözlenir, ancak sabah ve akşam saatlerindeki payı doğrudan radyasyondan daha fazla olmasına rağmen, gün içinde tam tersine doğrudan radyasyon baskındır. dağınık radyasyon. Ekvatordaki dağınık radyasyonun yıllık seyri genellikle düz bir çizgi izler. Diğer enlemlerde yaz aylarında toplam güneş ışınımı akışındaki artış nedeniyle yaz aylarında kış aylarına göre daha fazladır.
Doğrudan ve dağınık ışınım arasındaki oran Güneş'in yüksekliğine, atmosferin şeffaflığına ve bulut örtüsüne bağlı olarak değişir.
Doğrudan ve dağınık radyasyon arasındaki oranlar farklı enlemler aynı değiller. Polar ve subpolar bölgelerde, saçılan radyasyon toplam radyasyon akışının %70'ini oluşturur. Değeri, Güneş'in alçak konumu ve bulutluluğun yanı sıra, güneş ışınımının kar yüzeyinden çoklu yansımasından da etkilenir. Orta enlemlerden başlayarak neredeyse ekvator'a kadar doğrudan radyasyon, dağınık radyasyona üstün gelir. Onun mutlak ve göreceli değer iç tropik çöllerde (Sahra, Arabistan), minimum bulutluluk ve açık, kuru hava ile karakterize edilir. Ekvator boyunca, yüksek hava nemi ve güneş ışınımını iyi dağıtan kümülüs bulutlarının varlığı nedeniyle, dağınık ışınım yine doğrudan ışınım üzerinde hakimdir.
Deniz seviyesinden yüksekliğin artmasıyla mutlak ve bağıl büyüklük Atmosfer tabakası inceldikçe doğrudan radyasyon ve saçılan radyasyon azalır. 50-60 km yükseklikte, doğrudan radyasyon akısı güneş sabitine yaklaşır.
Dünya yüzeyine ulaşan doğrudan ve dağınık tüm güneş radyasyonuna toplam radyasyon denir:
Q = S * sin h ☼ + D,
burada Q toplam ışınımdır, S doğrudandır, D dağınıktır, h ☼ Güneş'in ufuk üzerindeki yüksekliğidir. Toplam radyasyon, atmosferin üst sınırına ulaşan güneş radyasyonunun yaklaşık %50'sidir.
Bulutsuz gökyüzü altında, toplam radyasyon önemlidir ve öğle saatlerinde maksimuma ulaşan günlük bir değişime ve yaz aylarında maksimuma ulaşan yıllık bir değişime sahiptir. Bulutluluk radyasyonu azaltır, bu nedenle yaz aylarında öğleden sonra alınan radyasyon miktarı ortalama olarak öğleden sonraya göre daha fazladır. Aynı sebepten dolayı yılın ilk yarısında ikinci yarısından daha yüksektir.
Toplam radyasyonun dünya yüzeyindeki dağılımında bir takım modeller gözlenir.
Pirinç. 23. Yıllık toplam güneş ışınımı miktarı (MJ/(m 2 yıl))
Ana desen toplam radyasyonun, güneş ışınlarının geliş açısındaki azalmaya bağlı olarak ekvator-tropikal enlemlerden kutuplara doğru azalarak bölgesel olarak dağılmasıdır (Şekil 23). Bölgesel dağılımdan sapmalar, atmosferin farklı bulutluluğu ve şeffaflığı ile açıklanmaktadır. Toplam radyasyonun en yüksek yıllık değerleri, yılda 7200-7500 MJ/m2 (yılda yaklaşık 200 kcal/cm2), az bulutluluğun ve düşük hava neminin olduğu tropik enlemlerde meydana gelir. Doğrudan radyasyonun bol olduğu ve neredeyse hiç bulutun olmadığı iç tropik çöllerde (Sahra, Arabistan), toplam güneş radyasyonu yılda 8000 MJ/m2'nin üzerine (yılda 220 kcal/cm2'ye kadar) ulaşır. Ekvatora yakın yerlerde belirgin bulutluluk, yüksek nem ve daha az hava şeffaflığı nedeniyle toplam radyasyon değerleri yılda 5600–6500 MJ/m'ye (yılda 140–160 kcal/cm2) düşer. Ilıman enlemlerde toplam radyasyon yılda 5000 - 3500 MJ/m2 (= yılda 120 - 80 kcal/cm2), kutup altı enlemlerde ise yılda 2500 MJ/m2 (= yılda 60 kcal/cm2)'dir. Üstelik Antarktika'da, esas olarak kıtanın mutlak yüksekliğinin (3 km'den fazla) daha büyük olması ve dolayısıyla düşük hava yoğunluğu, kuruluğu ve şeffaflığının yanı sıra parçalı bulutlu hava nedeniyle Kuzey Kutbu'ndakinden 1,5 - 2 kat daha fazladır. Toplam radyasyonun bölgelenmesi, okyanuslarda kıtalara göre daha iyi ifade edilir.
Saniye önemli model toplam radyasyon, kıtalar üzerindeki bulutluluğun daha az (%15 - 30) olması nedeniyle kıtaların okyanuslardan daha fazla radyasyon alması gerçeğinde yatmaktadır. Bunun tek istisnası ekvatora yakın enlemlerdir, çünkü gün boyunca okyanus üzerinde karadan daha az konvektif bulutluluk vardır.
Üçüncü özellik, daha kıtasal olan kuzey yarımkürede, toplam radyasyonun genellikle güney okyanus yarımküresinden daha fazla olmasıdır.
Aylık en yüksek güneş ışınımı miktarı Haziran ayında alınır Kuzey Yarımküreözellikle iç tropik ve subtropikal bölgelerde. Ilıman ve kutupsal enlemlerde, ışınların geliş açısındaki azalma ışının süresiyle telafi edildiğinden, radyasyon miktarı enlemlere göre biraz değişir. güneş ışığı, Kuzey Kutup Dairesi'nin ötesindeki kutup gününe kadar. Güney yarımkürede, enlem arttıkça radyasyon hızla azalır ve Antarktika Dairesi'nin üzerinde sıfırdır.
Aralık ayında Güney Yarımküre Kuzeye göre daha fazla radyasyon alıyor. Şu anda, en yüksek aylık güneş ısısı miktarları Avustralya çöllerinde ve Kalahari'de meydana geliyor; ılıman enlemlerde radyasyon giderek azalır, ancak Antarktika'da tekrar artar ve tropik bölgelerdeki ile aynı değerlere ulaşır. Kuzey yarımkürede, enlem arttıkça hızla azalır ve Kuzey Kutup Dairesi'nin ötesinde yoktur.
Genel olarak toplam radyasyonun en büyük yıllık genliği, kutup daireleriÖzellikle Antarktika'da en küçüğü ekvator bölgesindedir.
Güneş radyasyonu, Güneş'ten Dünya'ya ulaşan enerjinin tamamıdır.
Güneş ışınımının engelsiz olarak Dünya yüzeyine ulaşan kısmına doğrudan ışınım denir. Maksimum olası miktar Güneş ışınlarına dik olarak konumlandırılan alan birimi doğrudan radyasyon alır. Güneş ışınları bulutlardan ve su buharından geçiyorsa bu dağınık radyasyondur.
Belirli bir yüzeye gelen güneş radyasyonunun niceliksel bir ölçüsü, ışınım veya radyasyon akısı yoğunluğudur; birim zamanda birim alana düşen ışınım enerjisi miktarı. Enerji aydınlatması W/m2 cinsinden ölçülür.
Güneş radyasyonunun miktarı şunlara bağlıdır:
1) güneş ışığının geliş açısı
2) gündüz saatlerinin süresi
3) bulanıklık.
Doğrudan güneş ışınımının yaklaşık %23'ü atmosferde emilir. Üstelik soğurma seçicidir: farklı gazlar radyasyonu soğurur. farklı alanlar spektrum ve değişen derecelerde.
Güneş radyasyonu atmosferin üst sınırına doğrudan radyasyon şeklinde ulaşır. Dünya'ya düşen doğrudan güneş ışınımının yaklaşık %30'u uzaya geri yansıtılır. Geriye kalan %70 ise atmosfere karışıyor.
En çok büyük sayı Tropik kuşak boyunca uzanan çöller güneş ışınımı alır. Orada güneş çok yükseliyor ve hava neredeyse tüm yıl bulutsuz.
Ekvatorun üstünde, atmosferde yoğun bulutlar oluşturan çok miktarda su buharı vardır. Buhar ve bulutlar emilir çoğu güneş radyasyonu.
Güneş ışınlarının neredeyse Dünya yüzeyinden süzüldüğü kutup bölgeleri en az radyasyonu alır.
Alttaki yüzey radyasyonu farklı şekillerde yansıtır. Koyu ve pürüzlü yüzeyler radyasyonu az yansıtırken, açık ve pürüzsüz yüzeyler iyi yansıtır.
Fırtınalı deniz, sakin denizden daha az radyasyon yansıtır.
Albedo (Latince albus - beyaz), bir yüzeyin radyasyonu yansıtma yeteneğidir.
Toplam radyasyonun coğrafi dağılımı
Yıllık ve aylık toplam güneş ışınımı miktarlarının yıllara göre dağılımı dünyaya bölgesel: haritalardaki radyasyon akısı izolinleri enlem daireleriyle çakışmaz. Bu sapmalar, radyasyonun dünya çapındaki dağılımının atmosferin şeffaflığından ve bulutluluğundan etkilenmesiyle açıklanmaktadır.
Parçalı bulutlu subtropikal çöllerde yıllık toplam radyasyon miktarı özellikle yüksektir. Ancak ekvatorun üstünde orman alanları yüksek bulut örtüsü nedeniyle azalırlar. Her iki yarıkürenin daha yüksek enlemlerine yıllık miktarlar toplam radyasyon azalır. Ama sonra yeniden büyüyorlar; Kuzey Yarımküre'de çok az, ancak bulutlu ve karlı Antarktika'da çok belirgin. Okyanusların üzerinde radyasyon miktarı karalara göre daha düşüktür.
Dünya yüzeyinin yıllık radyasyon dengesi, Grönland ve Antarktika'nın buz platoları dışında Dünya'nın her yerinde pozitiftir. Bu, soğurulan radyasyonun yıllık akışının aynı zamandaki etkin radyasyondan daha büyük olduğu anlamına gelir. Ancak bu, dünya yüzeyinin yıldan yıla ısındığı anlamına gelmiyor. Emilen radyasyonun radyasyona göre fazlalığı, ısının dünya yüzeyinden havaya termal iletim yoluyla aktarılmasıyla dengelenir ve faz dönüşümleri su (dünya yüzeyinden buharlaşma ve ardından atmosferde yoğunlaşma sırasında).
Dünya yüzeyi için radyasyonun alınması ve serbest bırakılmasında ışınımsal bir denge yoktur, ancak termal denge vardır: hem radyasyon yoluyla hem de radyasyon dışı yollardan dünya yüzeyine ısı akışı, aynı şekillerde salınmasına eşittir. .
Bilindiği gibi radyasyon dengesi, toplam radyasyon ile etkin radyasyon arasındaki farktır. Dünya yüzeyinin etkin radyasyonu, dünya üzerinde toplam radyasyondan daha eşit bir şekilde dağılır. Gerçek şu ki, dünya yüzeyinin sıcaklığının artmasıyla, yani. daha düşük enlemlere geçişle, dünya yüzeyinin kendi radyasyonu artar; ancak aynı zamanda havanın nem içeriğinin ve sıcaklığının yüksek olması nedeniyle atmosferin karşı radyasyonu da artar. Bu nedenle etkin radyasyonun enlemle değişimi çok büyük değildir.