Распределение солнечной радиации

 

Поток солнечной радиации на верхней границе атмосферы называется солярным климатом. Поскольку кривая содержания воздуха в атмосфере имеет асимптотический характер, верхняя граница атмосферы, по современным воззрениям, располагается на половине расстояния от Солнца до Земли. Принято считать, что на пути от Солнца до Земли солнечная радиация не рассеивается и не поглощается атмосферой.

Солнечная постоянная равна 1,36 кВт/м². В январе она достигает 1,400 кВт/м², а в июле уменьшается до 1,306 кВт/м². В результате северное полушарие Земли получает несколько меньше солнечной энергии летом, чем южное полушарие в свое лето.

Количество солнечной радиации, получаемое земной поверхностью в течение суток зависит от времени года и широты местности. В каждой точке, расположенной на определенной широте, продолжительность светового дня определяется датой, в свою очередь, определяющей продолжительность притока солнечной радиации. На различной широте местности продолжительность светового дня на одну и ту же дату существенно различается. В течение года продолжительность дня изменяется по законам, связанным с широтой местности (рис. 2.3).

 

 

Рис. 2.3. Продолжительность дневной части суток

в самый короткий – зимний и самый длинный – летний день в разных широтах

 

В частности, на экваторе дневная часть суток всегда продолжается 12 ч. От экватора к полюсу летом дневная часть суток увеличивается, а зимой убывает.

Величина потока солнечной энергии зависит также и от высоты Солнца над линией горизонта, что со всей очевидностью вытекает из формулы (2.9), приведенной выше.

Максимальная полуденная высота Солнца в день летнего солнцестояния определяется формулой h_Q= 90º –j+ 23.5º, где φ; – широта местности. Наименьшая полуденная высота Солнца, наблюдаемая в день зимнего солнцестояния h_Q= 90º –j– 23.5º, в дни равноденствия в полдень h_Q= 90º –j.

Сведения о потоке прямой солнечной радиации, приходящейся на единицу горизонтальной поверхности на верхней границе атмосферы, а также величины прямой и рассеянной радиации на уровне земной поверхности для основных дат приведены в табл. 2.1.

На широте экватора полуденная высота Солнца в течение года изменяется в пределах от 90º до 66,5º, на тропиках она располагается в диапазоне от 90º до 43º. На широте полярного круга полуденная высота Солнца изменяется от 47º до 0º, а на полюсе – от 23,5º до 0º.

Поток радиации, приходящий к верхней границе атмосферы, по мере приближения к земной поверхности поглощается и рассеивается в атмосфере. Облачность в больших количествах поглощает прямую солнечную радиацию. В Санкт-Петербурге, например, облака в среднем за год задерживают приблизительно 65% прямой солнечной радиации. Экваториальные области Земли, как правило, закрыты облаками. По этой причине максимум прямой солнечной радиации у земной поверхности наблюдается не на экваторе, а на широте 10–20º весной и 20–30º осенью.

Прозрачность атмосферы и облачность существенным образом влияют на распределение солнечной радиации. Вследствие этого обстоятельства изолинии потока радиации, нанесенные на карту, далеко не всегда совпадают с границами климатических поясов.

Радиационный баланс представляет собой разность между общим количеством поглощенной земной поверхностью радиацией и эффективным излучением.

Таблица 2.1

Средний поток радиации (кВт/м²) в дни равноденствия и солнцестояния

Дата	Широта, град.
0 – 10	10 – 20	20 - 30	30 – 40	40 - 50	50 – 60	60 - 90
На верхней границе атмосферы
22.12	0,383	0,324	0,260	0,191	0,121	0,055	0,004
22.03	0,432	0,419	0,386	0,355	0,308	0,250	0,147
22.06	0,404	0,439	0,463	0,477	0,481	0,477	0,491
22.09	0,425	0,392	0,388	0,351	0,304	0,246	0,145
Прямая радиация у земной поверхности
22.12		0,112	0,094	0,057	0,025	0,009	0,001
22.03	0,133	0,156	0,144	0,112	0,081	0,068	0,038
22.06	0,101	0,119	0,151	0,163	0,128	0,111	0,093
22.09	0,119	0,113	0,140	0,128	0,091	0,055	0,020
Рассеянная радиация у земной поверхности
22.12	0,045	0,055	0,046	0,036	0,024	0,011	0,001
22.03	0,075	0,073	0,069	0,065	0,058	0,046	0,033
22.06	0,073	0,080	0,087	0,087	0,088	0,085	0,107
22.0	0,075	0,073	0,068	0,064	0,056	0,045	0,034

 

Эффективное излучение распределяется по поверхности земного шара более равномерно, чем суммарная радиация. Этот факт объясняется тем, что в низких широтах одновременно с ростом температуры земной поверхности растет и встречное излучение, которое обеспечивается повышенной температурой и влажностью воздуха.