Длинноволновое излучение Земли и атмосферы

2.5.5. Длинноволновое излучение Земли и атмосферы

Земное излучение Е₃ несколько меньше излучения абсолютно черного тела при той же температуре и пропорционально четвер­той степени абсолютной температуры земной поверхности. Оно выражается уравнением

где б — относительная излучательная способность, показывающая, какую долю излучения абсолютно черного тела (сгГ⁴) составляет его излучение. Для разных поверхностей эта величина различна (табл. 10).

Величина а называется постоянной Стефана — Больцмана  Она равна 5,67-10-⁸ Вт/(м²-К⁴).

Таблица 10 Относительная   излучательная  способность  б  разных   поверхностей

Излучение земной поверхности происходит непрерывно. Чем выше температура излучающей поверхности, тем интенсивнее ее излучение. Также непрерывно происходит излучение атмосферы, которая, поглощая часть солнечной радиации и излучения земной поверхности, сама излучает длинноволновую радиацию.

В умеренных широтах при безоблачном небе излучение атмо­сферы составляет 280—350 Вт/м², а в случае облачного неба оно на 20—30% больше. Около 62—64% этого излучения направлено к земной поверхности. Приход его на земную поверхность состав­ляет встречное излучение атмосферы Е_а.

Разность этих двух потоков характеризует потерю лучистой ергии деятельным слоем. Эту разность называют эффективным лучением Е_Эф- Приближенно оно выражается уравнением

Эффективное излучение деятельного слоя зависит от его тем­пературы, от температуры и влажности воздуха, а также от об­лачности. С повышением температуры земной поверхности ^_Эф увеличивается, а с повышением температуры и влажности возду­ха уменьшается. Особенно влияют на эффективное излучение об­лака, так как капли облаков излучают почти так же, как и дея­тельный слой Земли. Если облака плотные и температура их ' близка к температуре деятельного слоя, то Е₃~Е_а и тогда ^_ЭФ~0. В среднем эффективное излучение ночью и днем при ясном небе в разных пунктах земной поверхности изменяется в пределах 70—140 Вт/м².

Суточный ход эффективного излучения характеризуется мак­симумом в 12—14 ч и минимумом перед восходом Солнца. Макси­мум достигает 210—280 Вт/м². Годовой ход эффективного излу­чения в районах с континентальным климатом характеризуется максимумом в летние месяцы и минимумом в зимние. В районах с морским климатом годовой ход эффективного излучения выра­жен слабее, чем в районах, расположенных в глубине континента (табл. 11).

Таблица 11

Годовой  ход суточных  сумм эффективного  излучения при безоблачном небе (МДж/м²) (по П. Н. Тверскому)

Излучение земной поверхности поглощается водяным паром ^и Углекислым газом, содержащимися в воздухе. Но коротковол­новую радиацию Солнца атмосфера в значительной степени про-Солнечная радиация

49

пускает. Это свойство атмосферы называется «оранжерейным эф,       „  _П03воляет рассчитывать   количество   радиации, поглощенной фектом», поскольку атмосфера при этом действует подобно сте^.   ^ди~_евами и почвой, в зависимости от высоты Солнца, структуры лам в теплицах: стекло хорошо пропускает солнечные лучи, на.   ^п°_сева  фазы развития растений. Для оценки разных приемов ре-гревающие почву и растения в теплице, но плохо пропускает во   ^Пу_лиро'вания температуры и влажности почвы, испарения и дру-внешнее пространство тепловое    излучение    нагревшейся   почвы,   ^г^   величин определяют радиационный баланс сельскохозяйствен-Расчеты показывают, что при отсутствии атмосферы средняя тем.   ^г   _х полей при различных типах растительного покрова, пература деятельного слоя Земли была бы на 38° С ниже факти­чески наблюдающейся и Земля была бы покрыта вечным льдом, ₂.5.7. Методы измерения солнечной радиации

и составляющих радиационного баланса 2.5.6. Уравнение радиационного баланса

Для измерения потоков солнечной радиации применяются аб-

Радиационный баланс земной поверхности складывается из _солк>тные и относительные методы и соответственно разработаны приходящей прямой и рассеянной радиации, а также встречного абсолютные и относительные актинометрические приборы. Абсо-излучения атмосферы. Расходную часть баланса составляют отра-^ _Лютные приборы обычно,применяют только для тарировки и по-женная солнечная радиация и излучение земной поверхности. Цверки относительных приборов.

Уравнение радиационного баланса имеет следующий вид:      Ш     Относительные   приборы   применяются   при   регуляр-

, Цных наблюдениях на сети метеостанций, а также в экспедициях В ⁼⁼ $' + & ~~ Я* ~~ ез + Е_&, Р_{и п}р_{и полевых} наблюдениях. Из них наиболее широко использу­йте В — радиационный баланс; 5' —прямая радиация, приходя- ются термоэлектрические приборы: актинометр, пиранометр и аль-щая на горизонтальную поверхность; О — рассеянная радиация; бедометр. Приемником солнечной радиации у этих приборов слу-Я« - отраженная радиация; Е₃ - излучение земной поверхности; жат термобатареи, составленные из двух металлов (обычно ман-Е — встречное излучение атмосферы ганина и константана). В зависимости от интенсивности радиации ³ Уравнение радиационного баланса может быть записано ^межДУ спаями термобатареи создается разность температур и воз-^{г г} никает электрический ток различной силы, который измеряется

гальванометром. Для перевода делений шкалы гальванометра в абсолютные единицы применяются переводные множители, ко­торые определяются для данной пары: актинометрический при­бор — гальванометр.

Актинометр термоэлектрический (М-3) Савино­ва — Янишевского служит для измерения прямой радиации, при­ходящий на поверхность, перпендикулярную к солнечным лучам. Пиранометр (М-80М) Янишевского служит для измере­ния суммарной и рассеянной радиации, приходящей на горизон­тальную поверхность.

При наблюдениях приемная часть пиранометра устанавливает­ся горизонтально. Для определения рассеянной радиации пирано­метр затеняется от прямой радиации теневым экраном в виде круглого диска, закрепленного на стержне на расстоянии 60 см Если приход радиации больше расхода, то радиационный ба- °т приемной поверхности. При измерении суммарной радиации те-ланс положителен и деятельный слой Земли нагревается. При невой экран отводится в сторону. Измерив суммарную С! и рас-отрицательном радиационном балансе этот слой охлаждается, сеянную О радиацию, можно по формуле 5' = (2—В рассчитать Радиационный баланс днем обычно положителен, а ночью отри- прямую радиацию 5', приходящую на горизонтальную поверх-цателен. Примерно за 1—2 ч до захода Солнца он становится от- ность.

рицательным, а утром, в среднем за 1  ч после восхода Солнца      Альбедоме-тр — это пиранометр, приспособленный также снова делается положительным. Ход радиационного баланса днем Для измерения отраженной радиации. Для этого служит устрой-при ясном небе близок к ходу прямой радиации. ^^тво, позволяющее поворачивать приемную часть прибора вверх Изучение радиационного   баланса   сельскохозяйственных уго- 1Для измерения С}) и вниз (для измерения #_к). Определив альбе-

⁴ 1097

и в другом виде:

где Р — суммарная радиация; Е_Эф — эффективное излучение. В пасмурную погоду при отсутствии прямой радиации

или

Ночью

о _ р      р _ _ р

О — ^я — '-я ——         '-'

_Эф. 50

Глава 2

"14.1 Научно-техническая революция" - тут тоже много полезного для Вас.

Солнечная радиация    51

дометром суммарную и отраженную радиацию, вычисляют альбе­до подстилающей поверхности. Для полевых измерений использу­ют альбедометр походный М-69.

Балансомер термоэлектрический М-ЮМ. Этот прибор применяется для измерения радиационного баланса под­стилающей поверхности.

Кроме рассмотренных приборов, используют также люкс­метры — фотометрические приборы для измерения освещенно­сти, спектрофотометры, различные приборы для измере­ния ФАР и т. д. Многие актинометрические приборы приспособ­лены для непрерывной записи составляющих радиационного баланса.

Важной характеристикой режима солнечной радиации являет­ся продолжительность солнечного сияния. Для ее определения служит гелиограф.

В полевых условиях наиболее часто применяются пираномет-ры, походные альбедометры, балансомеры и люксметры. Для на­блюдений среди растений наиболее удобны походные альбедомет­ры и люксметры, а также специальные микропиранометры.