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
Вид поверхности | г | Вид поверхности | 8 |
Рекомендуемые материалыFREE Лабораторная работа №2 комбинированные узлы и устройства FREE Новая философская энциклопедия В 4 томах. Том 2.pdf FREE Повышение эффективности использования государственной собственности в РФ FREE 2011 Ответы на экзаменационные билеты.pdf FREE Налоговая система Германии FREE Анализ финансово-экономической деятельности Открытого акционерного общества "КамАЗ" Чернозем | 0,87 | Вода | 0,96 |
Песок | 0,89 | Снег | 0,995 |
Луг | 0,94 |
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 Еа.
Разность этих двух потоков характеризует потерю лучистой ергии деятельным слоем. Эту разность называют эффективным лучением ЕЭф- 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~Еа 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)
Станция | I | II | III | IV | V | VI | |||||||
Якутск | 5,46 | 6,63 | 7,60 | 7,56 | 8,69 | 8,06 | |||||||
Карадаг (Кр^ым) | 9,87 | 9,78 | 10,16 | 9,66 | 8,56 | 8,48 | |||||||
Станция | VII | VIII | IX | X | XI | XII | |||||||
Якутск | 7,98 | 6,72 | 6,72 | 5,96 | 5,37 | 5,12 | |||||||
Карадаг (Крым) | 9,32 | 8,78 | 9,19 | 10,58 | 10,41 | 9,57 | |||||||
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 Пулиро'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&, Ри при 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; ЕЭф — 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.