Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 39
Текст из файла (страница 39)
6.9. Зависимость альбедо слоистых Альбедо возрастает с увелиоблвков от их толщины оо данным изме- чением толщины облаков. рени» в Москве (1) и Калифорнии (2!. Это возрастание происходит более быстро при малой толщине облаков (до 200 †3 м) и замедляется прн дальнейшем ее увеличении. Альбедо зависит от формы облаков. Наибольшими значениями альбедо характеризуется высоко-кучевая и слоисто-кучевая облачность. Так, при одинаковой толщине (300 м) альбедо Ас равно примерно 73%, Зс — 64 %, смешанных облаков Ьс — Сп — около 52% (в районе Архангельска) и Ас — 71%, Ьс — 56% (в районе Москвы).
Более полные исследования радиационных характеристик слоистых и слоисто-кучевых облаков проведены на Украине (Н. И. Гойса, В. М. Шошин). Средние значения альбедо оказались равными: 73% для 51 (при средней толщине облаков 430 м и их водности 0,20 г/мз, по наблюдениям в 58 случаях), 66% для Яс (при средней толщине облаков 350 м и их водности 0,13 г/мз, по наблюдениям в 54 случаях). Функции пропускания для этих облаков соот- ветственно равны 21 и 26 о(о. С ростом толщины облака Лй аль- бедо г растет, а функция пропускания Р уменьшается: Ь(з .... 100 г о(о.... 31 Р о(о ° ° 63 120 145 185 225 275 325 375 425 550 650 850 37 44 52 59 66 71 74 76 79 81 82 56 50 39 32 27 23 21 18 16 14 12 Альбедо увеличивается, а функция пропускания уменьшается с ростом так называемого водозапаса облака (массы капель воды в вертикальном столбе единичного сечения).
Альбедо г, функции пропускания Р и поглощения А зависят от высоты Солнца. При толщине облака 350 м эта зависимость такова: а'о г о1о. Р о(о 30 71 22 7 50 67 26 7 1О 73 20 7 69 24 7 76 18 6 А о!о Альбедо облака зависит от альбедо земной поверхности г„над которой находится облако: физически очевидно, что, чем больше г„ тем больше поток отраженной от земли радиации и поток радиации, уходящей через верхнюю границу облака.
Поскольку альбедо облака г есть отношение этого последнего потока к поступившему, то с увеличением г, растет и альбедо облака. Для облаков 81 и Яс получены следующие данные; 20 74 23 8 40 76 27 8 60 78 34 9 0 74 19 7 75 85 80 82 43 52 9 10 го% г о1,. Р о(о А% С увеличением альбедо земной поверхности растут, согласно этим данным, функции поглощения А и пропускания Р, что объясняется поглощением идущего от земли потока радиации облаком и вторичным отражением его от нижней поверхности облака.
В табл. 6.18 приведены значения альбедо облаков различных форм, определенные по измерениям яркости облачного покрова с искусственных спутников Земли. Альбедо облаков по этим данным колеблется в широких пределах — от 29 до 86%. Характерно, что перистые облака в большинстве случаев отличаются меньшими значениями альбедо по сравнению с остальными формами облаков; и только плотные пернета-слоистые облака, имеющие большую вертикальную протяженность, хорошо отражают солнечную радиацию (г = 74 % ) . 12 заказ го 241 778 Ралнацнонама рамам асмосферм Ослабленне солневмоа раднацнн Форма облаков Альбсдо, тс л баллы Параметр 86 29 68 60 42 74 36 32 2 — 3 ~ 5-4 в-э 6-7 0-10 7-6 5-6 4-5 54,5 78,8 39,0 10,4 19 8,2 28 31,0 41,1 21,4 6,3 20 5,6 29 43,6 66,8 21,5 12,2 28 9,2 19 27,2 39,5 19,3 5,4 20 4,5 4! 25,0 43,3 14,5 5,3 2! 4,0 57 22,9 43,2 13,7 4,9 21 3,6 20,7 35,2 11,0 3,7 18 2,8 19,1 25,7 10,9 2,9 15 2,3 63 18,8 25,3 11,2 3,! 16,0 2,3 14,5 22,0 5,0 2,1 8,7 1,4 242 гвг.
ср Гвг макс Гвг. мвн и Гвг (74) = Гю (О) (1 — И) + Г,б,л, (7. 1) л вг (И) гвг( ) 0 826 0 060 (7. 3) гв, (л! — г„г (1 — л) г,б,(и) = л (7.2) Таблица 6.18. Средние значения альбедо облаков различных ферм Кучево-дождевые Кучевые облака хорошей погоды над сушей, более 8 баллов Слоисто-кучевые пад сушей, более 8 баллов Слоисто-кучевые, сплошной массив над океаном Слоистые облака, просвечивающие, иад океаном Перисто-слоистые облака, плотные Перистые облака над сушей Пернета-слоистые облака над сушей В 19?1 — 1974 гг.
на Украине выполнены наблюдения (с самолета) за потоками солнечной радиации преимущественно при облаках Сп)вшп. и Ситес(. (90%) н отчасти при Спсопй'. (10% наблюдений). Каждое измерение является результатом осреднеиия иа пути от 70 до 100 км. Материалы этих наблюдений позволили получить сведения об альбедо облаков и об альбедо облачного слоя атмосферы в целом. Альбедо слоя г„(и) связано с альбедо собственно облаков гоги соотношением где и — количество облаков (в долях единицы), г„(0) — альбедо безоблачной атмосферы на уровне верхней границы облаков. При отсутствии облаков альбедо в свободной атмосфере изменяется с высотой незначительно (при альбедо земной поверхности, равном 15 — 20 %, в слое 1 — 3 км альбедо, по данным измерений, уменьшается в среднем на 0,3 % на 1 км высоты), поэтому можно положить г„(0) =г . Из соотношения (7.1) следует На альбедо и другие радиационные характеристики облачного слоя оказывает влияние (наряду с и и толщиной облаков) высота Солнца.
Однако это влияние существенно лишь при высоте Солнца меньше 30'. При проводимых наблюдениях высота Солнца в 94 % случаев превышала 30'. Среднее значение г составило 14,5%, причем значения г (13 70 и г г>20% зафиксированы только в 20 % случаев (минимальные значения г„„равные 5— 6%, наблюдались весной вскоре после схода снежного покрова). Сведения Об альбедо г (и) слоя атмосферы при разном количестве облаков помещены в табл.
6.19. Видно, что с увеличением и растут как средние, так и экстремальные значения г„(и). Таблица 6.!9. Статистические характернстнкм альбедб нерхией границы облачного слоя г„ (08) Пр и меча н не. й таблице обозначено; и — среднее квадратическое отклонение, г' — коэффициент вариации, б — среднее арифметическое из абсолютных ! отклонений от среднего, Ч вЂ” число наблюдений. Анализ опытных данных показал, что связь между г„(и) и и может быть с удовлетворительной точностью аппроксимирована выражением где альбедо — в процентах; и — в баллах. Коэффициент корреляции между фактическими значениями г„(и) и рассчитанными по выражению (7.3) достаточно высок: он равен 0,91~0,01.
Среднее квадратическое отклонение вычисленных по (7.3) значений г„(и) от фактических составляет 4,5 %, среднее арифметическое из абсолютных отклонений этих величин равно З,З %. Альбедо собственно облаков гоб. (и), определенное по (7.2), при увеличении и до 6 — 7 баллов остается практически постоянным (31 — 34 %), а затем быстро возрастает и при и=10 баллам ПрИбЛИжаЕтея К Г„(И). 06ЪяСНИтЬ таКОй ХОд Гобсг(п) МОЖНО тЕМ, что при небольшом количестве облаков (и~6 баллам) расстояние между ними велико (существенно больше толщины) и отдельные облака в отношении радиации ведут себя самостоятельно, не взаимодействуя друг с другом. При увеличении п растут геометрические размеры отдельных облаков, в том числе их толщина (при описываемых наблюдениях средняя толщина облаков изменялась от 0 40 км при и= 1 баллу до 1,94 км при и= 10 баллам). Радиация, рассеянная боковыми частями одних облаков, достигает поверхности других и вновь рассеивается.
Вследствие этого увеличивается отражательная способность облачного слоя в целом, а также растет поглощательная способность под влия- 12* Рлдмеммеемма реммм етмееФерм иллутееее Земля е етмееФерм Глава 7 Излучение Земли и атмосферы 1 Излучение земной поверхности у Ос В кит/мт нием увеличения длины пути солнечных лучей в облачном слое. В таком слое альбедо безоблачного пространства на верхней границе облаков г„(0) уже нельзя считать равным альбедо атмосферы на уровне нижней границы облаков г,„ (поэтому формула (7.2) при больших п неточна).
Анализ опытных данных показал, что альбедо облачного слоя грл(п) слабо зависит от толщины облаков (так, при и, равном 4— 6 баллам, коэффициент корреляции между г,„(п) — г„(01 н толщиной облаков составляет всего лишь О,!9~0„10). Объясняется это тем, что альбедо самих облаков существенно изменяется при увеличении их толщины лишь при малых значениях последней (рассеивание радиации в облаке происходит главным образом в его верхней части).
Так, альбедо облаков растет от 40 до 72 % при увеличении их толщины от 100 до 400 м, дальнейший рост толщины до 700 м сопровождается увеличением альбедо только на 10 Ъ. Поскольку в обсуждаемых наблюдениях толщина облаков, как правило, превышала 400 м, изменение ее существенно не влияло на альбедо собственно облаков герм, а следовательно, и на альбедо облачного слоя в целом. Земля и атмосфера, как и любое другое тело, излучают энергию. Поскольку по сравнению с температурой Солнца температура Земли и атмосферы мала, излучаемая ими энергия приходится преимущественно на невидимый инфракрасный участок спектра.
Следует отметить, что ни земную поверхность, ни тем более атмосферу нельзя рассматривать как абсолютно черное тело. Однако изучение спектров длннноволновой радиации различных поверхностей показало, что с вполне достаточной степенью точности земную поверхность можно считать серым телом. Это значит, что излучение земной поверхности при всех длинах волн отличается на один и тот же множитель от излучения абсолютно черного тела, имеющего температуру, одинаковую с температурой земной поверхности, Таким образом, формула для потока излучения земной поверхности Ве может быть записана (на основе закона Кирхгофа) в следующем виде: Ве = 6отр, (1.1) где- Те — температура земной поверхности1 6 — относительный коэффициент поглощения, или поглощательная способность земной поверхности. Значения 6 для различных поверхностей, по данным измерений, колеблются от 0,85 до 0,99 (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
