Суммарная радиация – это что такое? В каких случаях можно говорить именно об этом явлении? В чем заключается его особенность и отличие от обычной радиации? От чего зависит величина данного понятия? Вот эти, а также ряд других вопросов и будут рассматриваться в рамках данной статьи.
Вводная информация
Солнечная суммарная радиация – это одно из чудес природы. Как оно возникает? Солнце – это источник корпускулярного и электромагнитного излучения. Первое не может проникнуть в атмосферу ниже, чем на 90 километров. А вот электромагнитное вполне доходит до земной поверхности. Вот его в метеорологии и называют "солнечной радиацией". Это всего одна двухмиллиардная доля от энергии Солнца, которая проходит от звезды к Земле всего за 8,3 минуты. Но, несмотря на это, она является источником энергии практически всех процессов, которые имеют место в атмосфере и на поверхности. В основном она является коротковолновой. Сформирована приблизительно из невидимых ультрафиолетовой (~9 %) и инфракрасной (~44 %), а также замечаемой нами световой (~47 %) радиации. То есть Солнце является источником тепла. И что не менее важно – оно еще и поставляет свет. Все это является необходимым условием поддержания жизни на нашей планете.
О величинах
То, что идет непосредственно от звезды, называют "прямой солнечной радиацией". Учитывая, что расстояние между ней и Землей огромное, а планета маленькая, то падение происходит в виде пучка параллельных лучей. В качестве единицы измерения интенсивности используется количество энергии, которую получает один квадратный сантиметр поверхности за минуту при перпендикулярном направлении. Это значение составляет 1,98 калорий или 8,3 Джоулей на верхней границе атмосферы. Оно же принято как международный стандарт, и называется "солнечной постоянной". Присутствуют незначительные периодические колебания в течении года. Это обусловлено изменением величины расстояния от Земли до Солнца. Величина суммарной радиации иногда может меняться неожиданным образом, например, через внезапные изменения излучательной способности Солнца.
Проблема теоретических величин
То, что есть наверху, рассчитывается теоретически. В качестве основы используется угол наклона на горизонтальную поверхность солнечных лучей. В общих чертах на земле то же, что и в атмосфере. Но реальные показатели все же существенно отличаются за счет различных факторов. Главное среди всего многообразия – ослабление за счет поглощения, рассеяния и отражения. То, что доходит до поверхности несмотря на все противостоящие факторы является получаемой землей энергией. В результате прямая + рассеянная вместе - это суммарная солнечная радиация. Следует отметить, что зависимо от ряда факторов значение получаемой энергии может разниться даже на Земле. Давайте разберем, как это возможно.
Пример с тайгой
Почему именно такой выбор? Дело в том, что тайга является одновременно очень показательной и весьма обширной зоной. К тому же, не лишним будет сопоставить ее показатели с уже ранее приведенными данными, чтобы сравнить и понять многообразие мира. Итак, суммарная радиация тайги на своих южных рубежах не может похвастаться впечатляющими показателями. Например, даже при наличии продолжительного сияния длительностью в 1500-1700 часов приходится рассчитывать в лучшем случае на 35-41 % от возможного максимума. Хотя даже этого достаточно, чтобы средняя годовая температура возросла примерно до диапазона -9…-3°С. Суммарная радиация тайги сейчас позволяет при наблюдении за ситуацией сделать вывод, что постепенно количество получаемой энергии увеличивается. Хотя условия для перезимовки все еще суровые, но есть предпосылки, что местная земля получает достаточно тепла, которое позволит произрастать лесам. Но суммарная радиация – это не только тепло. Говоря о ней, следует помнить и про осадки. Так, в той же тайге фиксируется рост их количества. Но характерным при этом является увеличение снежного покрова. Ведь температура еще недостаточно высокая. Но почему такой существенный перекос? Это во многом связано с тем, что ослабление может достигать кратных величин. К тому же, распределение суммарной радиации на полюсах и экваторе неоднозначное из-за действия геофизических факторов.
Что имеем в результате?
Солнечные лучи падают, в большинстве своем, на атмосферу и земную поверхность не перпендикулярно (то есть, не под углом в 90°). Реально поступающий поток энергии называют инсоляцией. Она поступает в две волны. Сначала на землю падают прямые лучи. Часть из них поглощается атмосферой, рассеивается и отражается в космос. Но остальное достается живым организмам, которые получают тепло и свет. Затем доходит рассеянная ранее энергия – вторая волна.
О физических процессах
Радиация в атмосфере подвергается не только количественным, но и качественным изменениям. Ведь аэрозоли и газы воздуха рассеивают солнечные лучи избирательно. Суммарная радиация – это то, что смогло пройти все преграды. Поглощают радиацию водяной пар, облака, озон. Последний, кстати, очень сильно уменьшает количество ультрафиолетовой радиации. В рассеивании принимают участие газы и аэрозоли. Суть этого физического процесса заключается в отклонении световых лучей в разные стороны от их первоначального направления. Поэтому рассеянная радиация приходит к земной поверхности не со стороны солнечного диска, а от площади небесного свода. При этом интенсивность данного процесса зависит от длины волн. Согласно закону Рэлея, чем она короче, тем активней будет происходить. Кстати, этим объясняется тот факт, что наиболее интенсивно рассеиваются ультрафиолетовые лучи. Благодаря этому же небо имеет голубой цвет в ясную погоду. Кстати, прямая радиация видится желтоватой. Именно этим и объясняется цвет Солнца во время полудня. Во время восхода/захода освещающей нас звезды путь луча длиннее и рассеяние больше. Поэтому земную поверхность могут достигать только красные лучи. Именно благодаря рассеиванию радиации есть свет в тени, при пасмурной погоде, сумерки и белые ночи. С этим связан один интересный эффект, правда, не на Земле, а на Луне. Поскольку там нет атмосферы, то предметы, которые попадают в тень, становятся буквально невидимыми.
Отдельные особенности
Необходимо четко запомнить момент, который неявно уже проскакивал между строк: соотношение между прямой и рассеянной радиацией в общей сумме может меняться. Это зависит от прозрачности атмосферы, облачности и высоты солнца. Также различается пропорция между ними на разных широтах. Например, в (суб)полярных областях рассеянная радиация составляет около 70% от всего потока. На эту величину, кроме низкого положения Солнца, оказывает влияние еще и многочисленное отражение от снежной поверхности. Но, начиная с умеренных широт, начинает преобладать постоянная. Особенно велико ее значение во внутриконтинентальных тропических пустынях, как-то Сахара и Аравия. По мере роста высоты места над уровнем моря растет показатель суммарной радиации. Это связано с тем, что уменьшается количество препятствий.
Заключение
Вот и рассмотрено определение «суммарная радиация». Давайте подведем итог. Суммарная радиация – это понятие, которое включает в себя солнечное излучение, как прямое, так и рассеянное, которое падает на Землю, принося столь необходимую для жизнедеятельности всех проживающих на ней организмов энергию.
