2.3 Рассеянная и поглощенная радиация в атмосфере
В результате рассеяния и поглощения прямой солнечной радиации в атмосфере ее поток, достигающий земной поверхности, уменьшается. При этом изменяется состав спектра, поскольку лучи с различными длинами волн поглощаются и рассеиваются в атмосфере в различной степени.
Основным поглотителем радиации в атмосфере является водяной пар, содержащийся в основном в тропосфере. Он поглощает значительную долю инфракрасной части спектра. В целом в атмосфере поглощается приблизительно 15-20% прямой солнечной радиации.
Рассеянный свет обеспечивает освещение в тех местах, куда не попадают прямые солнечные лучи, например, в помещениях или на открытой местности при пасмурной погоде и т.п.
Вечером, после захода Солнца, темнота наступает не сразу, поскольку находящееся ниже линии горизонта Солнце освещает верхние слои атмосферы. Аналогичная ситуация наблюдается и утром перед восходом Солнца. Это явление носит название утренних или вечерних сумерек.
В целях практического использования сумерки разделяются на три вида:
гражданские сумерки, в течение которых погружение Солнца ниже линии горизонта не превышает 70. В эту наиболее светлую часть сумерек естественное освещение настолько интенсивно, что на открытом месте можно выполнять любые работы, в том числе чтение и письмо без искусственного освещения;
навигационные сумерки, соответствующие погружению Солнца до 120. Условия видимости местности в этот период в значительной мере ухудшены вследствие недостаточной освещенности. Однако, при плавании судов и кораблей вблизи береговой черты судоводитель еще может ориентироваться по береговым предметам;
астрономические сумерки определяются погружением Солнца до 180. В этот момент на земной поверхности наступает полная темнота, но в верхних слоях атмосферы наблюдается некоторое свечение, препятствующее астрономическим наблюдениям слабых светил.
Продолжительность сумерек определяется углом между направлением видимого суточного движения Солнца по отношению к линии горизонта, вследствие чего она зависит от широты местности. Поэтому в средних широтах сумерки длятся в полтора – да раза дольше, чем на экваторе.
Кроме того, с широтой местности связан угол опускания Солнца за линию горизонта. Если в летнее время в течение суток в полночь склонение Солнца, т.е. угол наклона его к линии горизонта, не превышает –70, то утренние сумерки сливаются с вечерними и наблюдается явление, называемое “белые ночи”.
Солнечная радиация ослабляется в атмосфере за счет поглощения и рассеяния. Ослабление уровня радиации прямо пропорционально величине потока радиации и количеству поглощающих и рассеивающих частиц на пути солнечных лучей, а также плотности атмосферы (Рис. 2.2).
Дифференциальное уравнение потока радиации S для тонкого слоя атмосферы dF с плотностью ρ имеет вид dS= -a*p*dF
где a-коэффициент пропорциональности, называемый массовым показателем ослабления.
Интегрируя выражение (2.1) от A до B (рис. 2.2), получим
Коэффициент прозрачности показывает, какая доля солнечной радиации доходит до земной поверхности при отвесном падении лучей на нее.
При высоте Солнца более 300 оптическая масса атмосферы примерно определяется по формуле m=Сosec h, тогда S=S0PСosec h (2.5)
При меньших высотах Солнца сказывается сферичность атмосферы и рефракция. При когда Солнце на линии горизонта, m=35, а не ∞ .
Поскольку S0 есть величина постоянная, то по результатам измерений потока солнечной радиации у земной поверхности при определенной высоте Солнца, используя формулу (2.5) можно вычислить средний коэффициент прозрачности атмосферы на данный момент времени.
Для идеальной атмосферы, не содержащей примесей, коэффициент прозрачности равен 0,9, в реальных условиях он колеблется в пределах от 0,60 до 0,85.
Все ослабление радиации за счет поглощения и рассеивания делится на две части: ослабление радиации идеальной атмосферой и ослабление ее водяным паром и аэрозольными примесями.
Среднее значение фактора мутности в равнинных условиях средних широт близки к 3. В городах величина T может превышать 4. Зимой фактор мутности имеет наименьшее значение, а летом возрастает.
\
