Maan pinnalle pilvettömässä taivaalla saavuttavan suoran auringonsäteilyn (S) määrä riippuu auringon korkeudesta ja läpinäkyvyydestä. Taulukko kolmelle leveysasteelle näyttää suoran säteilyn kuukausittaisten määrien jakautumisen pilvettömän taivaan alla (mahdolliset määrät) vuodenaikojen ja vuoden keskikuukausien keskiarvojen muodossa.
Suoran säteilyn lisääntynyt saapuminen Aasian puolelle johtuu ilmakehän suuremmasta läpinäkyvyydestä tällä alueella. Korkeat suoran säteilyn arvot kesällä Venäjän pohjoisilla alueilla selittyvät korkean ilmakehän läpinäkyvyyden ja pitkän päivän pituuden yhdistelmällä
Vähentää suoran säteilyn saapumista ja voi muuttaa merkittävästi sen päivittäistä ja vuosikiertoa. Keskimääräisissä pilvisissä olosuhteissa tähtitieteellinen tekijä on kuitenkin hallitseva, ja siksi suurin suora säteily havaitaan korkeimmalla auringon korkeudella.
Suurimmalla osalla Venäjän manneralueilla kevät- ja kesäkuukausina suora säteily on iltapäivällä suurempi kuin iltapäivällä. Tämä johtuu konvektiivisten pilvien kehittymisestä iltapäivällä ja ilmakehän läpinäkyvyyden heikkenemisestä tähän aikaan vuorokaudesta aamuun verrattuna. Talvella ennen ja iltapäivän säteilyarvojen suhde on päinvastainen - suoran säteilyn ennen iltapäivän arvot ovat alhaisemmat johtuen aamun pilvisyyden maksimista ja sen vähenemisestä vuorokauden toisella puoliskolla. Ero ennen ja iltapäivän suoran säteilyarvon välillä voi olla 25–35 %.
Vuosittain suoran säteilyn maksimi tapahtuu kesä-heinäkuussa, lukuun ottamatta Kaukoidän alueita, joissa se siirtyy toukokuuhun, ja Primoryen eteläosassa toissijainen maksimi havaitaan syyskuussa.
Suoran säteilyn kuukausittainen enimmäismäärä Venäjän alueella on 45–65 % pilvettömällä taivaalla mahdollisesta, ja jopa Euroopan osan eteläosassa se on vain 70 %. Minimiarvoja noudatetaan joulukuussa ja tammikuussa.
Suoran säteilyn osuus kokonaissaapumisesta todellisissa pilvisissä olosuhteissa saavuttaa maksiminsa kesäkuukausina ja on keskimäärin 50–60 %. Poikkeuksena on Primorsky Krai, jossa suurin suora säteily on syys- ja talvikuukausina.
Suoran säteilyn jakautuminen keskimääräisissä (todellisissa) pilviolosuhteissa Venäjän alueella riippuu suuresti. Tämä johtaa huomattavaan häiriöön säteilyn vyöhykejakaumassa yksittäisinä kuukausina. Tämä näkyy erityisesti keväällä. Huhtikuussa on siis kaksi maksimiarvoa - yksi eteläisillä alueilla ja Amurin alueella, toinen Jakutian koillisosassa ja edelleen, mikä on myös seurausta korkean ilmakehän läpinäkyvyyden, kirkkaan taivaan tiheyden ja yhdistelmästä. päivän pituus.
Karttojen tiedot viittaavat todellisiin pilviolosuhteisiin.
Tärkein lähde, josta maapallon pinta ja ilmakehä saavat lämpöenergiaa, on aurinko. Se lähettää valtavan määrän säteilyenergiaa kosmiseen avaruuteen: lämpöä, valoa, ultraviolettia. Auringon lähettämät sähkömagneettiset aallot kulkevat 300 000 km/s nopeudella.
Maan pinnan lämpeneminen riippuu auringonsäteiden tulokulmasta. Kaikki auringonsäteet saapuvat maan pinnalle yhdensuuntaisesti toistensa kanssa, mutta koska maa on pallomainen, auringonsäteet putoavat sen pinnan eri osiin eri kulmissa. Kun aurinko on zeniitissään, sen säteet putoavat pystysuoraan ja maa lämpenee enemmän.
Koko Auringon lähettämää säteilyenergiajoukkoa kutsutaan auringonsäteily, se ilmaistaan yleensä kaloreina pinta-alayksikköä kohden vuodessa.
Auringon säteily määrää maapallon ilman troposfäärin lämpötilan.
On huomattava, että auringon säteilyn kokonaismäärä on yli kaksi miljardia kertaa Maan vastaanottaman energian määrä.
Maan pinnalle tuleva säteily koostuu suorasta ja hajasäteilystä.
Säteilyä, joka tulee Maahan suoraan auringosta suoran auringonvalon muodossa pilvettömän taivaan alla, kutsutaan suoraan. Se kuljettaa suurimman määrän lämpöä ja valoa. Jos planeetallamme ei olisi ilmakehää, maan pinta vastaanottaisi vain suoraa säteilyä.
Ilmakehän läpi kulkevasta auringon säteilystä kuitenkin noin neljännes hajoaa kaasumolekyylejä ja epäpuhtauksia ja poikkeaa suoralta reitiltä. Jotkut niistä saavuttavat maan pinnan muodostaen hajallaan olevaa auringon säteilyä. Sironneen säteilyn ansiosta valo tunkeutuu paikkoihin, joihin suora auringonvalo (suora säteily) ei tunkeudu. Tämä säteily luo päivänvaloa ja antaa väriä taivaalle.
Auringon kokonaissäteily
Kaikki Maahan saavuttavat auringonsäteet ovat auringon kokonaissäteily, eli suoran ja hajasäteilyn kokonaisuus (kuva 1).
Riisi. 1. Auringon kokonaissäteily vuonna
Auringon säteilyn jakautuminen maan pinnalle
Auringon säteily jakautuu maapallolle epätasaisesti. Se riippuu:
1. ilman tiheydestä ja kosteudesta - mitä korkeammat ne ovat, sitä vähemmän säteilyä maan pinta vastaanottaa;
2. alueen maantieteellisestä leveysasteesta riippuen - säteilyn määrä kasvaa napoilta päiväntasaajalle. Auringon suoran säteilyn määrä riippuu sen reitin pituudesta, jonka auringonsäteet kulkevat ilmakehän läpi. Kun Aurinko on zeniitissä (säteiden tulokulma on 90°), sen säteet osuvat Maahan lyhintä polkua pitkin ja luovuttavat intensiivisesti energiaansa pienelle alueelle. Maapallolla tämä tapahtuu vyöhykkeellä 23° pohjoista leveyttä. w. ja 23° S. sh. eli tropiikkojen välissä. Kun siirryt pois tältä vyöhykkeeltä etelään tai pohjoiseen, auringonsäteiden polun pituus kasvaa, eli niiden tulokulma maan pinnalle pienenee. Säteet alkavat pudota Maahan pienemmässä kulmassa, ikään kuin liukuen, lähestyen tangenttiviivaa napojen alueella. Tämän seurauksena sama energiavirta jakautuu suuremmalle alueelle, jolloin heijastuneen energian määrä kasvaa. Siten päiväntasaajan alueella, jossa auringonsäteet putoavat maan pinnalle 90° kulmassa, maan pinnan vastaanottaman suoran auringonsäteilyn määrä on suurempi, ja kun siirrymme kohti napoja, tämä määrä jyrkästi vähenee. Lisäksi vuorokauden pituus eri vuodenaikoina riippuu alueen leveysasteesta, mikä määrää myös maan pinnalle tulevan auringon säteilyn määrän;
3. Maan vuotuisesta ja päivittäisestä liikkeestä - keski- ja korkeilla leveysasteilla auringon säteilyn sisäänvirtaus vaihtelee suuresti vuodenaikojen mukaan, mikä liittyy Auringon keskipäivän korkeuden ja vuorokauden pituuden muutoksiin;
4. maan pinnan luonteesta - mitä vaaleampi pinta, sitä enemmän auringonvaloa se heijastaa. Pinnan kykyä heijastaa säteilyä kutsutaan albedo(latinalaisesta valkoisuudesta). Lumi heijastaa säteilyä erityisen voimakkaasti (90 %), hiekka heikommin (35 %) ja musta maa vielä heikommin (4 %).
Maan pinta absorboi auringon säteilyä (absorboitunut säteily), lämpenee ja säteilee lämpöä ilmakehään (heijastunut säteily). Ilmakehän alemmat kerrokset estävät suurelta osin maanpäällisen säteilyn. Maan pinnan absorboima säteily kuluu maaperän, ilman ja veden lämmittämiseen.
Sitä osaa kokonaissäteilystä, joka jää jäljelle maan pinnan heijastuksen ja lämpösäteilyn jälkeen, kutsutaan säteilytasapaino. Maan pinnan säteilytase vaihtelee vuorokauden aikana ja vuodenaikojen mukaan, mutta vuoden keskiarvolla on positiivinen arvo kaikkialla, paitsi Grönlannin ja Etelämantereen jääaavikot. Säteilytasapaino saavuttaa maksimiarvonsa matalilla leveysasteilla (välillä 20° N ja 20° S) - yli 42*10 2 J/m 2, leveysasteella noin 60° molemmilla pallonpuoliskoilla se laskee arvoon 8*10 2 - 13*102 J/m2.
Auringon säteet luovuttavat jopa 20 % energiastaan ilmakehään, joka jakautuu koko ilmanpaksuudelle, ja siksi niiden aiheuttama ilman lämpeneminen on suhteellisen pientä. Aurinko lämmittää maan pintaa, mikä siirtää lämpöä ilmakehän ilmaan konvektio(alkaen lat. konvektio- toimitus), eli maan pinnalla lämmitetyn ilman pystysuuntaista liikettä, jonka tilalle laskeutuu kylmempää ilmaa. Näin ilmakehä saa suurimman osan lämmöstään – keskimäärin kolme kertaa enemmän kuin suoraan auringosta.
Hiilidioksidin ja vesihöyryn läsnäolo ei salli maan pinnalta heijastuneen lämmön pääsevän vapaasti avaruuteen. He luovat Kasvihuoneilmiö, jonka ansiosta lämpötilaero Maan päällä päivän aikana ei ylitä 15 °C. Jos ilmakehässä ei olisi hiilidioksidia, maan pinta jäähtyisi 40-50 °C yössä.
Ihmisen taloudellisen toiminnan lisääntymisen - hiilen ja öljyn polttaminen lämpövoimalaitoksilla, teollisuusyritysten päästöt ja autojen päästöjen kasvu - seurauksena ilmakehän hiilidioksidipitoisuus kasvaa, mikä johtaa nousuun. kasvihuoneilmiössä ja uhkaa globaalia ilmastonmuutosta.
Auringon säteet, jotka ovat kulkeneet ilmakehän läpi, osuvat maan pintaan ja lämmittävät sitä, mikä puolestaan vapauttaa lämpöä ilmakehään. Tämä selittää troposfäärille ominaisen piirteen: ilman lämpötilan laskun korkeuden myötä. Mutta on tapauksia, joissa ilmakehän korkeammat kerrokset osoittautuvat lämpimämmiksi kuin alemmat. Tätä ilmiötä kutsutaan lämpötilan inversio(latinasta inversio - kääntäminen).
Jos ilmakehä välittäisi kaikki auringonsäteet maan pinnalle, minkä tahansa maan pisteen ilmasto riippuisi vain maantieteellisestä leveysasteesta. Näin he uskoivat muinaisina aikoina. Kuitenkin, kun auringonsäteet kulkevat maan ilmakehän läpi, kuten olemme jo nähneet, ne heikkenevät samanaikaisten absorptio- ja sirontaprosessien vuoksi. Pilviä muodostavat vesipisarat ja jääkiteet imevät ja hajoavat erityisen paljon.
Sitä osaa auringon säteilystä, joka saavuttaa maan pinnan ilmakehän ja pilvien levittämisen jälkeen, kutsutaan ns. hajallaan olevaa säteilyä. Sitä auringon säteilyn osaa, joka kulkee ilmakehän läpi hajoamatta, kutsutaansuoraa säteilyä.
Säteilyä sirottavat pilvien lisäksi myös molekyylit, kaasut ja pölyhiukkaset kirkkaalla taivaalla. Suoran ja sironneen säteilyn suhde vaihtelee suuresti. Jos kirkkaalla taivaalla ja pystysuorassa auringonvalossa hajasäteilyn osuus on 0,1 % suorasta säteilystä, niin
Pilvisellä taivaalla hajasäteily voi olla suurempaa kuin suora säteily.
Selkeällä säällä, kuten Keski-Aasiassa, maan pinnan pääasiallinen lämmönlähde on suora auringon säteily. Siellä missä vallitsee pilvinen sää, kuten esimerkiksi Neuvostoliiton eurooppalaisen alueen pohjois- ja luoteisosissa, auringon hajasäteilystä tulee merkittävää. Pohjoisessa sijaitseva Tikhayan lahti saa hajasäteilyä lähes puolitoista kertaa enemmän kuin suoraa säteilyä (taulukko 5). Taškentissa päinvastoin diffuusi säteily on alle 1/3 suorasta säteilystä. Suora auringon säteily on Jakutskissa suurempi kuin Leningradissa. Tämä selittyy sillä, että Leningradissa on enemmän pilvisiä päiviä ja vähemmän läpinäkyvyyttä.
Albedo maan pinnasta. Maan pinnalla on kyky heijastaa sille putoavat säteet. Absorboituneen ja heijastuneen säteilyn määrä riippuu maan pinnan ominaisuuksista. Kehon pinnalta heijastuneen säteilyenergian määrän suhdetta tulevan säteilyenergian määrään kutsutaan albedo. Albedo kuvaa kehon pinnan heijastavuutta. Kun esimerkiksi sanotaan, että juuri sateen lumen albedo on 80-85%, se tarkoittaa, että 80-85% kaikesta lumen pinnalle tulevasta säteilystä heijastuu siitä.
Lumen ja jään albedo riippuu niiden puhtaudesta. Teollisuuskaupungeissa albedo on pienempi, koska lumelle kertyy erilaisia epäpuhtauksia, pääasiassa nokea. Päinvastoin, arktisilla alueilla lumialbedo on joskus 94 %. Koska lumen albedo on korkein verrattuna muun tyyppisten maanpintojen albedoon, maan pinnan lämpeneminen tapahtuu heikosti lumipeitteen vallitessa. Ruohokasvillisuuden ja hiekan albedo on paljon alhaisempi. Nurmikasvillisuuden albedo on 26 % ja hiekan 30 %. Tämä tarkoittaa, että ruoho imee 74% aurinkoenergiasta ja hiekka - 70%. Absorboitunutta säteilyä käytetään haihduttamiseen, kasvien kasvuun ja lämmittämiseen.
Suoralla auringon säteilyllä, jota usein kutsutaan yksinkertaisesti auringon säteilyksi, tarkoitetaan säteilyä, joka saavuttaa havaintopaikalle rinnakkaisten säteiden säteen suoraan Auringosta.
Auringon säteilyn vuot kohtisuorassa säteitä vastaan ( minä) ja vaakasuora ( I΄ = minä synti h) pinnat riippuvat seuraavista tekijöistä: a) aurinkovakio; b) Maan ja Auringon väliset etäisyydet (vuo minä 0 ) ilmakehän ylärajalla tammikuussa on noin 3,5 % enemmän ja heinäkuussa 3,5 % vähemmän kuin minä* 0 ); c) ilmakehän fysikaalinen tila havaintopisteen yläpuolella (absorboivien kaasujen ja kiinteiden ilman epäpuhtauksien pitoisuus, pilvien ja sumujen esiintyminen); d) Auringon korkeus.
Määritetyistä tekijöistä riippuen virtaukset minä Vastaanottaja minä΄ vaihtelevat suuresti. Jokaisessa pisteessä niillä on selkeästi määritelty päivä- ja vuosikierto (maksimi minä Ja minä΄ päivän kulkua tarkkaillaan paikallisella keskipäivällä). Vaikka Auringon korkeus (josta se riippuu T.) ja sillä on suuri vaikutus auringon säteilyn virtoihin, mutta ilmakehän sameudella ei ole vähemmän vaikutusta. Tämän vahvistavat suurimmat (keskipäivän) vuon arvot minä, joita on koskaan havaittu eri kohdissa (taulukot 6.3 ja 6.4). Taulukossa annetuista. 6.3 tiedoista seuraa, että huolimatta suuresta erosta asemien leveysasteissa ja siten Auringon maksimikorkeudessa, ero minä Max niissä on vähän. Lisäksi noin. Dixonin merkitys minä max on suurempi kuin etelämpänä sijaitsevissa pisteissä. Tämä selittyy sillä, että ilmakehä matalilla leveysasteilla sisältää enemmän vesihöyryä ja epäpuhtauksia kuin korkeilla leveysasteilla.
6.5 Hajallaan olevaa säteilyä
Hajasäteily on auringon säteilyä, joka on levinnyt ilmakehään. Yhdelle vaakapinnalle aikayksikköä kohden saapuvan sironneen säteilyn määrää kutsutaan sironneeksi säteilyvuoksi; sironneen säteilyn virtaa merkitään i. Koska hajasäteilyn ensisijainen lähde on suora auringon säteily, vuo i pitäisi riippua määrittävistä tekijöistä minä, nimittäin: a) Auringon korkeus h(sitä enemmän h, sitä enemmän i); b) ilmakehän läpinäkyvyys (mitä enemmän R, vähemmän i; c) pilvisyys.
6.6. Kokonaissäteily
Kokonaissäteilyvuo Q on suoran (I΄) ja sironneen ( i) vaakasuoralle pinnalle saapuva auringon säteily. Ratkaisemalla likimääräisiä säteilyn siirtoyhtälöitä K. Ya saivat seuraavan kaavan kokonaissäteilyvuolle pilvettömissä olosuhteissa.
Tässä τ on integraalivirtauksen optinen paksuus, jonka, kuten O. A. Avaste on osoittanut, voidaan olettaa olevan yhtä suuri kuin τ 0,55 - optinen paksuus monokromaattiselle virtaukselle, jonka λ = 0,55 μm; ε on kerroin, joka ottaa seuraavat arvot Auringon eri korkeuksilla:
6.7 Albedo
Albedo tai pinnan heijastuskyky, kuten jo todettiin, on tietyn pinnan heijastuneen säteilyvuon suhde tulevan säteilyn vuon yksikkönä ilmaistuna yksikön murto-osina tai prosentteina.
Havainnot osoittavat, että eri pintojen albedo vaihtelee suhteellisen kapeissa rajoissa (10-30%); poikkeus on lumi ja vesi. .
Aurinko on korpuskulaarisen ja sähkömagneettisen säteilyn lähde. Korpuskulaarinen säteily ei tunkeudu ilmakehään alle 90 km:n syvyydessä, kun taas sähkömagneettinen säteily saavuttaa maanpinnan. Meteorologiassa sitä kutsutaan auringonsäteily tai yksinkertaisesti säteilyä. Se muodostaa kahden miljardin osan Auringon kokonaisenergiasta ja kulkee Auringosta Maahan 8,3 minuutissa. Auringon säteily on energianlähde lähes kaikille ilmakehässä ja maan pinnalla tapahtuville prosesseille. Se on pääasiassa lyhytaaltoinen ja koostuu näkymättömästä ultraviolettisäteilystä - 9%, näkyvästä valosta - 47% ja näkymättömästä infrapunasta - 44%. Koska lähes puolet auringon säteilystä on näkyvää valoa, aurinko toimii paitsi lämmön, myös valon lähteenä - myös välttämättömänä ehtona elämälle maapallolla.
Suoraan aurinkolevyltä Maahan tulevaa säteilyä kutsutaan suoraa auringon säteilyä. Koska etäisyys Auringosta Maahan on suuri ja Maa on pieni, säteily putoaa mille tahansa sen pinnalle rinnakkaisten säteiden säteen muodossa.
Auringon säteilyllä on tietty vuontiheys pinta-alayksikköä kohti aikayksikköä kohti. Säteilyn intensiteetin mittayksikkö on energiamäärä (jouleina tai kaloreina 1), jonka 1 cm 2 pintaa vastaanottaa minuutissa kohtisuorassa auringonvalossa. Ilmakehän ylärajalla keskimääräisellä etäisyydellä Maasta Auringoon se on 8,3 J/cm2 minuutissa tai 1,98 cal/cm2 minuutissa. Tämä arvo hyväksytään kansainväliseksi standardiksi ja sitä kutsutaan aurinkovakio(S 0). Sen säännölliset vaihtelut ympäri vuoden ovat merkityksettömiä (+ 3,3 %), ja ne johtuvat etäisyyden muutoksista Maasta
1 1 cal = 4,19 J, 1 kcal = 41,9 MJ.
2 Auringon keskipäivän korkeus riippuu Auringon maantieteellisestä leveysasteesta ja deklinaatiosta.
Aurinko. Ei-jaksolliset värähtelyt johtuvat Auringon erilaisista emissiivisyysasteista. Ilmakehän huipulla olevaa ilmastoa kutsutaan säteilyä tai aurinko. Se lasketaan teoreettisesti auringonsäteiden kaltevuuskulman perusteella vaakasuoralla pinnalla.
Yleisesti ottaen aurinkoilmasto heijastuu maan pinnalle. Samanaikaisesti maan todellinen säteily ja lämpötila eroavat merkittävästi auringon ilmastosta erilaisten maanpäällisten tekijöiden vuoksi. Pääasiallinen on ilmakehän säteilyn heikkeneminen heijastukset, absorptio Ja hajoaminen, ja myös sen seurauksena säteilyn heijastus maan pinnalta.
Ilmakehän ylärajalla kaikki säteily tulee suorana säteilynä. S.P. Khromovin ja M.A. Petrosyantsin mukaan 21 % siitä heijastuu pilvistä ja ilmasta takaisin avaruuteen. Loput säteilystä tulee ilmakehään, jossa suora säteily osittain absorboituu ja siroaa. Jäljelle jäänyt suoraa säteilyä(24 %) saavuttaa maan pinnan, mutta heikkenee. Sen heikkenemismalli ilmakehässä ilmaistaan Bouguerin lailla: S=S 0 · p m(J tai cal/cm2, per min), jossa S on maan pinnalle tulevan suoran auringonsäteilyn määrä pinta-alayksikköä (cm2) kohti, joka sijaitsee kohtisuorassa auringonsäteitä vastaan, S0 on aurinkovakio, R- läpinäkyvyyskerroin yksikön murto-osina, joka osoittaa kuinka suuri osa säteilystä saavutti maan pinnan, T- säteen reitin pituus ilmakehässä.
Todellisuudessa auringonsäteet putoavat maan pinnalle ja mille tahansa muulle ilmakehän tasolle alle 90° kulmassa. Suoran auringonsäteilyn virtausta vaakasuoralle pinnalle kutsutaan auringonpaistetta(5,). Se lasketaan kaavalla S 1 =S·sin h ☼ (J, tai cal/cm 2, minuutissa), jossa h ☼ on Auringon korkeus 2. Luonnollisesti vaakapinnan yksikköä kohden on pienempi määrä
energiaa kuin pinta-alayksikköä kohti, joka sijaitsee kohtisuorassa auringonsäteisiin nähden (kuva 22).
Ilmapiirissä imeytyy noin 23% ja haihtuu noin 32 % suorasta auringon säteilystä pääsee ilmakehään, 26 % hajasäteilystä tulee sitten maan pinnalle ja 6 % avaruuteen.
Auringon säteily ilmakehässä ei käy läpi vain määrällisiä, vaan myös laadullisia muutoksia, koska ilmakaasut ja aerosolit absorboivat ja sirottavat auringonsäteitä selektiivisesti. Pääasiallisia säteilyn absorboijia ovat vesihöyry, pilvet ja aerosolit sekä otsoni, joka absorboi voimakkaasti ultraviolettisäteilyä. Erilaisten kaasujen ja aerosolien molekyylit osallistuvat säteilyn siroamiseen. Sironta- valonsäteiden poikkeama kaikkiin suuntiin alkuperäisestä suunnasta niin, että hajallaan olevaa säteilyä ei tule maan pinnalle aurinkolevyltä, vaan koko taivaanholvista. Sironta riippuu aallonpituudesta: Rayleighin lain mukaan mitä lyhyempi aallonpituus, sitä voimakkaampi on sironta. Siksi ultraviolettisäteet ovat hajallaan eniten kaikista muista, ja näkyvät - violetit ja siniset. Tästä syystä ilman sininen väri ja vastaavasti taivas kirkkaalla säällä. Suora säteily osoittautuu enimmäkseen keltaiseksi, joten aurinkolevy näyttää kellertävältä. Auringonnousun ja -laskun aikaan, kun säteen polku ilmakehässä on pidempi ja sironta suurempi, vain punaiset säteet pääsevät pintaan, jolloin aurinko näyttää punaiselta. Hajasäteily aiheuttaa valoa päivällä pilvisellä säällä ja varjossa kirkkaalla säällä siihen liittyy hämärän ja valkoisten öiden ilmiö. Kuussa, jossa ei ole ilmakehää ja vastaavasti hajallaan olevaa säteilyä, varjoon putoavat esineet muuttuvat täysin näkymättömiksi.
Korkeuden myötä, kun ilman tiheys ja vastaavasti sirontahiukkasten määrä vähenee, taivaan väri tummenee, muuttuen ensin syvän siniseksi, sitten siniviolettiksi, mikä näkyy selvästi vuorilla ja heijastuu N. Roerichin Himalajan maisemissa. Stratosfäärissä ilman väri on musta-violetti. Astronautien mukaan 300 kilometrin korkeudessa taivaan väri on musta.
Suurien aerosolien, pisaroiden ja kiteiden läsnä ollessa ilmakehässä ei havaita enää sirontaa, vaan hajaheijastusta, ja koska diffuusisti heijastuva säteily on valkoista valoa, taivaan väri muuttuu valkeaksi.
Suoralla ja hajasäteilyllä on tietty päivä- ja vuosikierto, joka riippuu ensisijaisesti Auringon korkeudesta.
Riisi. 22. Auringon säteilyn sisäänvirtaus pinnalle AB, kohtisuoraan säteitä vastaan, ja vaakasuoralle pinnalle AC (S.P. Khromovin mukaan)
tsa horisontin yläpuolella, ilman läpinäkyvyydestä ja pilvisyydestä.
Suora säteilyvirta sisään päivän aikana auringonnoususta puoleenpäivään se kasvaa ja laskee sitten auringonlaskuun asti auringon korkeuden ja säteen reitin muutoksista ilmakehässä. Koska puolenpäivän aikoihin ilmakehän läpinäkyvyys kuitenkin laskee ilmassa olevan vesihöyryn ja pölyn lisääntymisen ja konvektiivisen pilvisyyden lisääntymisen vuoksi, säteilyn maksimiarvot siirtyvät ennen puoltapäivää. Tämä kuvio on tyypillinen päiväntasaaja-trooppisille leveysasteille ympäri vuoden ja lauhkeille leveysasteille kesällä. Talvella lauhkeilla leveysasteilla suurin säteily tapahtuu keskipäivällä.
Vuosikurssi kuukausittaiset keskimääräiset suoran säteilyn arvot riippuvat leveysasteesta. Päiväntasaajalla suoran säteilyn vuotuinen kulku tapahtuu kaksoisaallon muodossa: maksimiarvot kevät- ja syyspäiväntasauksena, minimit kesä- ja talvipäivänseisauksen aikana. Lauhkeilla leveysasteilla suoran säteilyn maksimiarvot esiintyvät keväällä (huhtikuussa pohjoisella pallonpuoliskolla) kesäkuukausien sijaan, koska ilma on tällä hetkellä kirkkaampaa, koska vesihöyryä ja pölyä on vähemmän sekä vähäisiä. pilvisyys. Vähimmäissäteilyä havaitaan joulukuussa, jolloin aurinko on alimmalla korkeudellaan, päivänvalotunnit ovat lyhyitä ja se on vuoden pilvisin kuukausi.
Sironneen säteilyn päivittäinen ja vuosivaihtelu määräytyy auringon korkeuden horisontin yläpuolella ja vuorokauden pituuden muutoksilla sekä ilmakehän läpinäkyvyydellä. Päivän aikana hajallaan olevan säteilyn maksimi havaitaan päivän aikana säteilyn lisääntyessä kokonaisuutena, vaikka sen osuus aamu- ja iltatunneilla on suurempi kuin suora säteily, ja päivällä päinvastoin suora säteily hallitsee. hajallaan olevaa säteilyä. Hajasäteilyn vuotuinen kulku päiväntasaajalla seuraa yleensä suoraa kulkua. Muilla leveysasteilla se on suurempi kesällä kuin talvella, mikä johtuu auringon säteilyn kokonaisvirtauksen lisääntymisestä kesällä.
Suoran ja hajasäteilyn suhde vaihtelee Auringon korkeuden, ilmakehän läpinäkyvyyden ja pilvipeitteen mukaan.
Suoran ja hajasäteilyn suhteet eri leveysasteilla eivät ole samat. Polaarisilla ja subpolaarisilla alueilla sironneen säteilyn osuus on 70 % kokonaissäteilyvirrasta. Sen arvoon vaikuttaa Auringon matalan sijainnin ja pilvisyyden lisäksi myös auringon säteilyn moninkertainen heijastuminen lumen pinnalta. Alkaen kohtalaisilta leveysasteilta ja lähes päiväntasaajalle asti suora säteily hallitsee hajasäteilyä. Sen absoluuttinen ja suhteellinen merkitys on erityisen suuri sisämaan trooppisissa aavikoissa (Sahara, Arabia), joille on ominaista vähäinen pilvisyys ja selkeä, kuiva ilma. Päiväntasaajalla hajasäteily hallitsee jälleen suoraa säteilyä korkean ilmankosteuden ja auringon säteilyä hyvin hajottavien kumpupilvien vuoksi.
Kun paikan korkeus merenpinnan yläpuolella kasvaa, absoluuttinen-Kuva. 23. Auringon kokonaissäteilyn vuosimäärä [MJ/(m 2 xvuosi)]
suoran säteilyn ja hajasäteilyn suhteellinen suuruus pienenee ilmakehän kerroksen oheneessa. 50-60 km:n korkeudessa suora säteilyvuo lähestyy aurinkovakiota.
Kaikkea maan pinnalle tulevaa auringon säteilyä - suoraa ja hajanaista - kutsutaan kokonaissäteily: (Q=S· sinh¤+D missä Q on kokonaissäteily, S on suora, D on diffuusi, h ¤ on Auringon korkeus horisontin yläpuolella. Kokonaissäteily on noin 50 % ilmakehän ylärajalle saapuvasta auringon säteilystä.
Pilvettömän taivaan alla kokonaissäteily on merkittävää ja sen vuorokausivaihtelu on maksimi puolenpäivän aikoihin ja vuosivaihtelu maksimissaan kesällä. Pilvisyys vähentää säteilyä, joten kesällä sen saapuminen iltapäivällä on keskimäärin suurempi kuin iltapäivällä. Samasta syystä se on vuoden ensimmäisellä puoliskolla korkeampi kuin toisella vuosipuoliskolla.
Kokonaissäteilyn jakautumisessa maan pinnalla havaitaan useita kuvioita.
Pääkuvio on, että kokonaissäteily jakautuu alueellisesti, laskeva päiväntasaajan-trooppisesta
ikaalinen leveysaste napoihin auringonsäteiden tulokulman pienenemisen mukaisesti (kuva 23). Poikkeamat vyöhykejakaumasta selittyvät erilaisella pilvisyydellä ja ilmakehän läpinäkyvyydellä. Kokonaissäteilyn korkeimmat vuosiarvot, 7200 - 7500 MJ/m2 vuodessa (noin 200 kcal/cm2 vuodessa), esiintyvät trooppisilla leveysasteilla, joissa on vähän pilvisyyttä ja alhainen ilmankosteus. Sisämaan trooppisissa aavikoissa (Sahara, Arabia), joissa suoraa säteilyä on runsaasti ja pilviä ei juuri ole, auringon kokonaissäteily saavuttaa jopa yli 8000 MJ/m2 vuodessa (jopa 220 kcal/cm2 vuodessa). Päiväntasaajan lähellä kokonaissäteilyarvot laskevat 5600 - 6500 MJ/m vuodessa (140-160 kcal/cm 2 vuodessa) merkittävän pilvisyyden, korkean kosteuden ja heikomman ilman läpinäkyvyyden vuoksi. Lauhkeilla leveysasteilla kokonaissäteily on 5000 - 3500 MJ/m2 vuodessa (≈ 120 - 80 kcal/cm2 vuodessa), subpolaarisilla leveysasteilla - 2500 MJ/m2 vuodessa (≈60 kcal/cm2 vuodessa). Lisäksi Etelämantereella se on 1,5-2 kertaa suurempi kuin arktisella alueella, mikä johtuu pääasiassa mantereen suuremmasta absoluuttisesta korkeudesta (yli 3 km) ja siksi alhaisesta ilman tiheydestä, sen kuivuudesta ja läpinäkyvyydestä sekä osittain pilvisestä säästä. Kokonaissäteilyn vyöhykejako ilmaistaan paremmin valtamerten kuin mantereiden yli.
Toinen tärkeä malli kokonaissäteily on sitä maanosat saavat sitä enemmän kuin valtameret, yläpuolella olevan vähemmän (15-30 %) pilvisyyden ansiosta
mantereilla. Ainoa poikkeus ovat lähes päiväntasaajan leveysasteet, koska päivällä valtameren yllä on vähemmän konvektiivista pilvisyyttä kuin maan päällä.
Kolmas ominaisuus onko tuo pohjoisella, mannermaisemmalla pallonpuoliskolla kokonaissäteily on yleensä suurempi kuin eteläisellä valtameren pallonpuoliskolla.
Kesäkuussa pohjoinen pallonpuolisko, erityisesti sisämaan trooppiset ja subtrooppiset alueet, saa suurimmat kuukausittaiset määrät auringonsäteilyä. Lauhkeilla ja polaarisilla leveysasteilla säteilyn määrä vaihtelee hieman leveysasteittain, koska säteiden tulokulman pienenemistä kompensoi auringonpaisteen kesto aina napapiirin takana olevaan napapäivään asti. Eteläisellä pallonpuoliskolla leveysasteen kasvaessa säteily vähenee nopeasti ja Etelämantereen yläpuolella on nolla.
Joulukuussa eteläinen pallonpuolisko saa enemmän säteilyä kuin pohjoinen. Tällä hetkellä suurimmat kuukausittaiset aurinkolämpömäärät esiintyvät Australian ja Kalaharin aavikoilla; edelleen lauhkeilla leveysasteilla säteily vähenee vähitellen, mutta Etelämantereella se taas lisääntyy ja saavuttaa samat arvot kuin tropiikissa. Pohjoisella pallonpuoliskolla leveysasteen kasvaessa se pienenee nopeasti ja puuttuu napapiirin ulkopuolella.
Yleisesti ottaen suurin vuotuinen kokonaissäteilyn amplitudi havaitaan napapiireissä, erityisesti Etelämantereella, ja pienin päiväntasaajan vyöhykkeellä.
