Процессы в атмосфере при прохождении солнечного излучения.

Солнечная энергия достигает атмосферы в виде излучения. На поверхности земли регистрируются как прямой поток, так и рассеянное атмосферное излучение. Даже в ясный день имеется некоторое количество рассеянного излучения. Отношение интенсивности направленного потока к полной интенсивности излучения меняется от 0,9 в ясный день до 0 в очень пасмурный день.

В процессе прохождения солнечного коротковолнового излучения через атмосферу имеют место различные виды взаимодействия, а именно поглощение — переход энергии излучения в тепло с последую­щим излучением света большей длины волны, рассеяние - изменение направления распространения света в зависимости от длины волны и отражение, которое не зависит от длины волны.

Отражение. В среднем около 30 % интенсивности космического излучения отражается обратно в космическое пространство. Большую часть отражают облака, меньшую — снег и лед на поверхности земли. Плотность оставшегося потока коротковолнового солнечного излуче­ния составляет примерно (1 - р_о)1,3 кВт/м² = 1 кВт/м². Коэффициент отражения р = 0,77 называется альбедо.

Парниковый эффект и длинноволновое излучение

Эффективная температура черного тела Земли как излучателя экви­валентна температуре, с которой излучают внешние слои атмосферы, а не поверхность земли. Средняя температура поверхности земли состав­ляет около 14 °С, что примерно на 40 °С выше температуры внешней атмосферы, которая в данном случае выступает как инфракрасный теп­лоизоляционный экран. Это повышение температуры называется парни­ковым эффектом. Процессы, происходящие в атмосфере Земли и в обычном парнике, одинаковы, так как стекло парника также не пропус­кает инфракрасное излучение из парника наружу, но пропускает корот­коволновое излучение внутрь.

Поскольку воздух почти прозрачен, тело на поверхности земли об­менивается лучистой энергией не с окружающим его в данный момент воздухом, а с более холодными верхними слоями атмосферы. В этом случае верхние слои атмосферы представляют собой выделенное про­странство с температурой T_s, которая называется температурой неба, более низкой, чем температура окружающего воздуха - Т_а. Согласно проведенным оценкам

T_s = Т_а -6°С, (1.5)

хотя в пустынных районах разность температур Т_а — T_s может дости­гать 25 °С.

Поглощение в атмосфере. Спектр солнечного и атмосферного из­лучения можно разделить на отдельные участки:

а) коротковолновая ультрафиолетовая область ( < 0,3 мкм). Сол­нечное излучение практически полностью отсутствует па уровне моря вследствие поглощения газами О₂, О₃, О, N₂ и их ионами;

б) ближний ультрафиолетовый диапазон (0,3 < < 0,4 мкм). Прохо­дит очень малая доля излучения, но вполне достаточная для загара;

в) видимый диапазон (0,4 < < 0,7 мкм). Чистая атмосфера практи­чески полностью пропускает видимое излучение и становится «окном», открытым для прихода на землю солнечной энергии. Почти половина потока солнечного излучения приходится на этот спектральный диапа­зон; однако следует отметить, что наличие аэрозолей и загрязнение ат­мосферы могут быть причинами значительного поглощения излучения данного спектрального диапазона;

г) ближняя инфракрасная область (0,7 < < 2,5 мкм). На этот диа­пазон спектра приходится почти половина интенсивности солнечного излучения. Более 20 % солнечной энергии поглощается в атмосфере, в основном парами воды и СО₂. Концентрация СО₂ в атмосфере отно­сительно постоянна и составляет около 0,03 %, а концентрация паров Н₂О меняется очень сильно - почти до 4 %. Флуктуации поглощения парами воды могут иметь важное значение для практических прило­жений, однако появление облаков при увеличении концентрации паров Н₂О более важно;

д) дальний инфракрасный диапазон ( > 12 мкм). В этой области спектра атмосфера практически непрозрачна.

Такой же как и 6