Потоки солнечной энергии

Солнечная радиация – это энергия электромагнитного излучения Солнца.

Солнечная радиация, которая поступила на верхнюю границу атмосферы, на своем пути к земной поверхности претерпевает ряд изменений, вызванных ее поглощением и рассеянием в атмосфере.

Радиацию, которая приходит на Землю непосредственно от солнечного диска называють прямой солнечной радиациейS. (Радиация, которая поступила от Солнца в атмосферу и потом на земную поверхность в виде параллельного пучка лучей, называется прямой солнечной радиацией).

Рассеянная радиация D приходит на земную поверхность от всего небесного свода и оценивается потоком солнечной радиации, т.е. количеством энергии, которое приходит в единицу времени на единицу горизонтальной поверхности. (Часть солнечной радиации рассеивается молекулами атмосферных газов и аерозолями и поступает в земную поверхность в виде рассеянной радиации).

Часть солнечной радиации, которая отражается от земной поверхности и атмосферы (в основных, от облаков), называется отраженной радиацией.

Земля и атмосфера непрерывно излучают невидимую инфракрасную радиацию. Излучение Земли почти полностью поглощается атмосферой. Часть излучения атмосферы, направленная к Земле, называется встречным излучением атмосферы.

Часть атмосферного излучения, направленная вверх и пошедшая через всю толщу атмосферы, направляется в мировое пространство и называется уходящим излучением атмосферы.

Все перечисленные потоки лучистой энергии отличаются друг от друга по спектральному составу, то есть по длинам волн. В метеорологии принять рассматривать радиацию:

• Коротковолновую (длины волн 0,1-4 мкм);

• Длинноволновую (4 – 120 мкм).

Солнечная радиация в основном является коротковолновой (ультрафиолетовая, видимая, инфракрасная). Радиация земной поверхности и атмосферы является длинноволновой.

Лучистая энергия характеризуется потоком радиации.

Поток радиации – это количество лучистой энергии, которая поступает в единицу времени на единицу поверхности. Измеряется в Вт/м².

Количество прямой радиации S, что приходит в единицу времени на единицу поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, называется плотностью потока прямой радиации.

Раздел метеорологии, который изучает солнечную, земную и атмосферную радиацию, называется актинометрией. Основная задача актинометрии – измерение потоков лучистой энергии. Рассеяние радиации в атмосфере происходит главным образом молекулами атмосферных газов и аэрозолями (пыль, капли тумана, облака). Интенсивность рассеяния зависит от количества рассеивающих частиц в единице объема, от их величины и природы, а также от длин волн самой радиации, которая рассеивается.

По закону Релея интенсивность молекулярного рассеяния обратно пропорциональная четвертой степени длины волны, то есть:

K = C/λ⁴,

К – коэффициент интенсивности рассеяние;

λ – длина волны,

С – коэффициент, который зависит от числа молекул газа в единица объема газа и от природы газа.

Таблица 1.1 - Значение коэффициента рассеяние в чистом и сухом воздухе при

нормальном давлении для разных длин волн

Из таблицы видно, что лучи рассеиваются тем сильнее, чем меньше длина волны. Фиолетовые лучи рассеиваются в 14 раз сильнее красных. Этим объясняется голубой цвет неба. Хотя фиолетовые и синие лучи рассеиваются еще сильнее, чем голубые, их энергия значительно меньше. Поэтому, в рассеянном свете преобладает голубой цвет.