Radiação total-é a soma da radiação direta (em uma superfície horizontal) e espalhada:
A composição da radiação total, ou seja, a razão entre radiação direta e difusa, varia de acordo com a altura do sol, a transparência da atmosfera e a nebulosidade.
1. Antes do nascer do sol, a radiação total consiste inteiramente e, em baixas altitudes do sol, consiste principalmente em radiação espalhada.
2. Quanto mais transparente a atmosfera, menor a proporção de radiação espalhada no total.
3. Dependendo da forma, altura e número de nuvens, a proporção de radiação espalhada aumenta em graus variados. Quando o sol está coberto por nuvens densas, a radiação total consiste apenas em radiação espalhada. Com essas nuvens, a radiação espalhada compensa apenas parcialmente a diminuição na linha reta; portanto, um aumento no número e densidade de nuvens é, em média, acompanhado por uma diminuição na radiação total. Mas com uma cobertura de nuvens pequena ou fina, quando o sol está completamente aberto ou não completamente coberto por nuvens, a radiação total devido a um aumento na radiação espalhada pode ser maior do que em um céu claro,
Reflexão da radiação solar na superfície da Terra
A radiação total que chega a qualquer superfície é parcialmente absorvida por ela e parcialmente refletida. A razão entre a quantidade de radiação solar refletida por uma determinada superfície e a radiação total incidente é chamada de refletividade ou albedo: A=R K/Q
onde Rk - fluxo de radiação refletido. Albedo é geralmente expresso como uma fração de uma unidade ou como uma porcentagem.
Albedo superfície da Terra depende de suas propriedades e condições: cor, umidade, rugosidade, presença e natureza da cobertura vegetal. Solos escuros e ásperos refletem menos do que solos leves e lisos. Solos úmidos refletem menos do que solos secos porque são mais escuros. Consequentemente, com o aumento da umidade do solo, a parcela da radiação total absorvida por ele aumenta. Isso tem grande influência, por exemplo, no regime térmico dos campos irrigados.
A neve recém-caída é a mais reflexiva. Em alguns casos, o albedo da neve chega a 87,%, e no Ártico e na Antártida, até 98%. A neve compactada, derretida e mais poluída reflete muito menos. O albedo de diferentes solos e cobertura vegetal difere relativamente pouco.
O albedo das superfícies naturais muda um pouco durante o dia, com o albedo mais alto sendo observado de manhã e à noite, e durante o dia o albedo diminui ligeiramente. Isso é explicado pela dependência da composição espectral da radiação total na altura do sol e a refletividade desigual da mesma superfície para diferentes comprimentos de onda. Em uma baixa altitude ao sol, a fração de radiação espalhada na composição da radiação total é aumentada, e esta é refletida de uma superfície rugosa mais fortemente do que uma reta.
O albedo das superfícies da água é, em média, menor que o albedo da superfície da terra. Isso se explica pelo fato de que os raios do sol penetram muito mais profundamente nas camadas superiores de água que são transparentes para eles do que no solo. Na água são dispersos e absorvidos. A este respeito, o albedo da água é afetado pelo grau de sua turbidez: para a água poluída e turva, o albedo aumenta visivelmente em comparação com a água pura. A refletividade das nuvens é muito alta: em média, seu albedo é de cerca de 80 %.
Conhecendo o albedo da superfície e a radiação total, é possível determinar a quantidade de radiação de ondas curtas absorvida por uma determinada superfície. O valor de 1-A é o coeficiente de absorção da radiação de ondas curtas por uma determinada superfície. Mostra qual parte da radiação total que chega a uma determinada superfície é absorvida por ela.
As medições de albedo de grandes áreas da superfície da Terra e nuvens são realizadas com satélites artificiais Terra. A informação sobre o albedo das nuvens permite estimar a sua extensão vertical, e o conhecimento do albedo do mar permite calcular a altura das ondas.
Pode-se ver pela fórmula de Bouguet que, com a transparência da atmosfera inalterada, a intensidade da radiação solar direta depende da massa óptica da atmosfera, ou seja, finalmente na altura do sol. Assim durante o dia radiação solar deve subir rapidamente no início, depois mais lentamente do nascer ao meio-dia, e lentamente no início, depois diminuir rapidamente do meio-dia ao pôr do sol .
Mas a transparência da atmosfera durante o dia varia dentro de certos limites. Portanto, a curva do curso diário da radiação, mesmo em um dia completamente sem nuvens, mostra algumas irregularidades. No entanto, nas conclusões médias, as irregularidades das curvas diurnas individuais são suavizadas e a mudança na radiação durante o dia parece ser mais uniforme.
As diferenças na intensidade da radiação ao meio-dia devem-se principalmente às diferenças na altura do sol ao meio-dia, que é menor no inverno do que no verão. Intensidade mínima em latitudes temperadas ah é em dezembro, quando o sol está mais baixo. Mas a intensidade máxima não é nos meses de verão, mas em mola. O fato é que na primavera o ar é o menos turvo por produtos de condensação e pouco empoeirado. No verão, a poeira aumenta e o teor de vapor de água na atmosfera também aumenta, o que reduz um pouco a intensidade da radiação.
Os valores máximos da intensidade de radiação aumentam muito pouco com a diminuição latitude geográfica apesar do sol nascente. Isso é explicado por um aumento no teor de umidade e, em parte, pela poeira do ar nas latitudes do sul. No equador, os valores máximos de radiação não excedem muito os máximos de verão das latitudes temperadas. No ar seco dos desertos subtropicais (Saara), no entanto, foram observados valores de até 1,58 cal/(cm2 min).
Com altura acima do nível do mar, os valores máximos de radiação aumentam devido à diminuição da massa óptica da atmosfera na mesma altura do sol. Para cada 100 m altitude, a intensidade de radiação na troposfera aumenta em 0,01-0,02 cal/(cm2 min) Já dissemos que os valores máximos de intensidade de radiação observados nas montanhas atingem 1,7 cal/(cm2 min) e mais.
Intensidade espalhado radiação, medida, como mencionado acima, para uma unidade horizontal superfície também muda durante o dia.
Aumenta antes do meio-dia à medida que a altura do sol nasce e diminui após o meio-dia. Depende também da transparência da atmosfera; no entanto, a diminuição da transparência, ou seja. um aumento no número de partículas turvantes na atmosfera não reduz, mas aumenta radiação espalhada. Além disso, a radiação espalhada varia em uma faixa muito ampla, dependendo da nebulosidade; a radiação refletida pelas nuvens também é parcialmente espalhada e, portanto, a intensidade total da radiação espalhada aumenta. Pela mesma razão, a reflexão da radiação pela cobertura de neve aumenta a radiação espalhada.
Em dias sem nuvens, a radiação difusa é baixa. Mesmo com sol alto, ou seja, ao meio-dia no verão, sua intensidade na ausência de nuvens não excede 0,1 cal/(cm2·min) A nebulosidade aumenta este valor em 3 - 4 vezes.
A radiação difusa pode, assim, suplementar substancialmente a radiação solar direta, especialmente quando o sol está baixo.
A radiação espalhada não só aumenta o aquecimento da superfície da Terra. Também aumenta a iluminação na superfície da Terra. Especialmente significativamente, às vezes até 40%, a iluminação total aumenta se houver nuvens no céu que não cobrem o disco solar.
Toda radiação solar que chega à superfície da Terra, direta e espalhada, é chamada de radiação total. Sob a intensidade da radiação total entendemos o influxo de sua energia em um minuto por centímetro quadrado de uma superfície horizontal colocada sob céu aberto e sem sombra da luz solar direta. Assim, a intensidade da radiação total é igual a
pecado h + eu, (55)
Onde eué a intensidade da radiação direta, eu - intensidade de radiação espalhada, hé a altura do sol.
Com um céu sem nuvens, a radiação total tem uma variação diária com um máximo por volta do meio-dia e uma variação anual com um máximo no verão. A nebulosidade parcial que não cobre o disco solar aumenta a radiação total em relação a um céu sem nuvens; a nebulosidade total, pelo contrário, a reduz. Em média, a nebulosidade reduz a radiação total. Portanto, no verão, a chegada da radiação total no período pré-meio-dia é, em média, maior do que no período da tarde. Pela mesma razão, é maior no primeiro semestre do que no segundo.
Os valores de radiação total ao meio-dia nos meses de verão perto de Moscou com céu sem nuvens são em média 1,12 cal/(cm2 min), com sol e nuvens - 1,15, com nuvens contínuas - 0,37 cal/(cm2 min).
Caindo na superfície da Terra, a radiação total é absorvida principalmente na camada superior e fina do solo ou da água e se transforma em calor e é parcialmente refletida. A quantidade de reflexão da radiação solar pela superfície da Terra depende da natureza dessa superfície. A razão entre a quantidade de radiação refletida e a quantidade total de radiação incidente em uma determinada superfície é chamada de albedo de superfície. Essa proporção é expressa em porcentagem.
Então, do fluxo total de radiação total eu pecado h+ eu parte dela é refletida na superfície da Terra (eu pecado h + eu)MAS, Onde MAS - albedo superficial. O resto da radiação total (eu pecado h + eu) (1-A) absorvido pela superfície da terra e é usado para aquecer as camadas superiores do solo e da água. Esta parte é chamada de radiação absorvida. .
O albedo da superfície do solo está geralmente na faixa de 10 a 30%; no caso de chernozem úmido, diminui para 5% e, no caso de areia leve e seca, pode subir para 40%. À medida que a umidade do solo aumenta, o albedo diminui. O albedo da cobertura vegetal - florestas, prados, campos - é de 10 a 25%. Para neve recém-caída, o albedo é de 80 a 90%, para neve de longa data - cerca de 50% ou menos. O albedo de uma superfície de água lisa para radiação direta varia de alguns por cento em sol alto a 70% em sol baixo; também depende da excitação. Para radiação espalhada, o albedo das superfícies da água é de 5 a 10%. Em média, o albedo da superfície dos oceanos do mundo é de 5 a 20%. Albedo da superfície superior das nuvens - de alguns por cento a 70 - 80%, dependendo do tipo e espessura da cobertura de nuvens; em média, é 50 - 60%. Os números dados referem-se à reflexão da radiação solar, não apenas visível, mas em todo o seu espectro. Além disso, os meios fotométricos medem o albedo apenas para a radiação visível, que, é claro, pode diferir ligeiramente em valor do albedo para todo o fluxo de radiação.
A parte predominante da radiação refletida pela superfície da Terra e a superfície superior das nuvens vai além da atmosfera para o espaço mundial. Além disso, parte da radiação espalhada, cerca de um terço dela, vai para o espaço do mundo. A razão entre essa radiação solar refletida e espalhada que deixa o espaço e a quantidade total de radiação solar que entra na atmosfera é chamada de albedo planetário da Terra ou simplesmente albedo da Terra .
O albedo planetário da Terra é estimado em 35 - 40%; parece estar mais perto de 35%. A parte principal do albedo planetário da Terra é a reflexão da radiação solar pelas nuvens.
A quantidade de radiação solar direta (S) que atinge a superfície da Terra em um céu sem nuvens depende da altura do sol e da transparência. A tabela para três zonas latitudinais mostra a distribuição dos totais mensais de radiação direta com céu sem nuvens (somas possíveis) como valores médios para os meses centrais das estações e do ano.
O aumento da chegada de radiação direta na parte asiática se deve à maior transparência da atmosfera nesta região. Os altos valores de radiação direta no verão nas regiões do norte da Rússia são explicados por uma combinação de alta transparência da atmosfera e um longo dia
Reduz a chegada de radiação direta e pode alterar significativamente seu curso diário e anual. No entanto, em condições de nebulosidade média, o fator astronômico é predominante e, portanto, a radiação direta máxima é observada em altitude mais alta sol.
Na maioria das regiões continentais da Rússia nos meses de primavera-verão, a radiação direta nas horas antes do meio-dia é maior do que à tarde. Isso se deve ao desenvolvimento de nebulosidade convectiva no período da tarde e à diminuição da transparência da atmosfera neste horário do dia em comparação com as horas da manhã. No inverno, a proporção dos valores de radiação pré e vespertina é invertida - os valores de radiação direta pré-meio-dia são menores devido à nebulosidade máxima da manhã e sua diminuição na segunda metade do dia. A diferença entre os valores pré e vespertinos de radiação direta pode chegar a 25-35%.
No curso anual, a radiação direta máxima cai em junho-julho, com exceção de áreas Extremo Oriente, onde muda para maio, e no sul de Primorye um máximo secundário é observado em setembro.
A quantidade máxima mensal de radiação direta no território da Rússia é de 45 a 65% do que é possível sob um céu sem nuvens, e mesmo no sul da parte europeia atinge apenas 70%. Os valores mínimos são observados em dezembro e janeiro.
A contribuição da radiação direta para a chegada total sob nebulosidade real atinge um máximo nos meses de verão e é em média de 50 a 60%. A exceção é Primorsky Krai, onde a maior contribuição de radiação direta recai nos meses de outono e inverno.
A distribuição de radiação direta sob nebulosidade média (real) sobre o território da Rússia depende em grande parte de . Isso leva a uma violação notável da distribuição zonal de radiação em certos meses. Isto é especialmente evidente na primavera. Assim, em abril há dois máximos - um em regiões do sul E região de Amur, o segundo - no nordeste de Yakutia e Kolyma, que também é o resultado de uma combinação de alta transparência atmosférica, alta frequência de céu claro e duração do dia.
Os dados mostrados nos gráficos referem-se às condições reais das nuvens.
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Se a atmosfera passasse todos os raios do sol para a superfície da Terra, então o clima de qualquer ponto da Terra dependeria apenas da latitude geográfica. Assim se acreditava nos tempos antigos. No entanto, quando a luz do sol passa atmosfera da Terra há, como já vimos, seu enfraquecimento devido aos processos simultâneos de absorção e espalhamento. Gotas de água e cristais de gelo, que compõem as nuvens, absorvem e espalham muito.
A parte da radiação solar que atinge a superfície da Terra após ser espalhada por sua atmosfera e nuvens é chamada de radiação espalhada. A porção da radiação solar que passa pela atmosfera sem ser espalhada é chamada deradiação direta.
A radiação é espalhada não apenas por nuvens, mas também em um céu claro por moléculas, gases e partículas de poeira. A razão entre radiação direta e espalhada varia em uma ampla faixa. Se, com céu claro e incidência vertical de luz solar, a fração de radiação espalhada é 0,1% da radiação direta, então
em céu nublado, a radiação difusa pode ser maior que a radiação direta.
Nas partes da terra onde o tempo claro prevalece, por exemplo em Ásia Central, a principal fonte de aquecimento da superfície terrestre é a radiação solar direta. Onde predomina o tempo nublado, como, por exemplo, no norte e noroeste do território europeu da URSS, a radiação solar difusa torna-se essencial. A Baía de Tikhaya, localizada ao norte, recebe radiação espalhada quase uma vez e meia mais que a radiação direta (Tabela 5). Em Tashkent, pelo contrário, a radiação difusa é inferior a 1/3 da radiação direta. A radiação solar direta em Yakutsk é maior do que em Leningrado. Isso se explica pelo fato de que em Leningrado há mais dias nublados e menos transparência do ar.
Albedo da superfície da Terra. A superfície da Terra tem a capacidade de refletir os raios que incidem sobre ela. A quantidade de radiação absorvida e refletida depende das propriedades da superfície da Terra. A razão entre a quantidade de energia radiante refletida da superfície do corpo e a quantidade de energia radiante incidente é chamada albedo. Albedo caracteriza a refletividade da superfície do corpo. Quando, por exemplo, eles dizem que o albedo da neve recém-caída é de 80-85%, isso significa que 80-85% de toda a radiação que cai na superfície da neve é refletida por ela.
O albedo da neve e do gelo depende de sua pureza. Nas cidades industriais, devido à deposição de várias impurezas na neve, principalmente fuligem, o albedo é menor. Pelo contrário, nas regiões do Ártico, o albedo da neve às vezes chega a 94%. Como o albedo da neve é o mais alto em comparação com o albedo de outros tipos de superfície da Terra, o aquecimento da superfície da Terra ocorre fracamente sob a cobertura de neve. O albedo da vegetação herbácea e da areia é muito menor. O albedo da vegetação herbácea é de 26% e o da areia é de 30%. Isso significa que a grama absorve 74% da energia do sol, enquanto a areia absorve 70%. A radiação absorvida é usada para evaporação, crescimento de plantas e aquecimento.
A água tem a maior capacidade de absorção. Mares e oceanos absorvem cerca de 95% da energia solar que entra em sua superfície, ou seja, o albedo da água é de 5% (Fig. 9). É verdade que o albedo da água depende do ângulo de incidência dos raios do sol (VV Shuleikin). Quando os raios caem verticalmente da superfície água limpa apenas 2% da radiação é refletida, e em baixa posição do sol - quase tudo.
