04радиация в атмосфере

СПЕКТР ИЗЛУЧЕНИЯ СОЛНЦА
•
•
•
•
•
•
Гамма-лучи (λ < 10-5 мкм)
Рентгеновское излучение (10-5 мкм< λ < 10-2)
Ультрафиолетовая радиация (10-2 < λ <0,39)
Видимое излучение (0,39 < λ < 0,76):
красный (λ=0,62÷0,76); оранжевый; желтый;
зеленый; голубой; синий; фиолетовый
(λ=0,39÷0,45)
Инфракрасная радиация (0,76 < λ < 3000)
Радиоволновое излучение (λ > 0,3 см)
ОПТИЧЕСКОЕ ОКНО
• Большая часть (свыше 95%) излучения Солнца
•
приходится на область оптического окна (0,76÷2,4
мкм), включающего видимый, близкий
ультрафиолетовый (0,29<λ<0,39) и близкий
инфракрасный (0,76<λ<0,39) участки спектра
Эта область называется оптическим окном, поскольку
именно здесь земная атмосфера наиболее прозрачна
для солнечного излучения (пропускает около 80%), в
то время как излучение в дальних коротковолновой и
инфракрасной областях (на которые приходится
около 1 и 3,6%) полностью или почти полностью
поглощается атмосферой
ПОТОКИ ЛУЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ В
АТМОСФЕРЕ
• Суммарная солнечная радиация = прямая
•
•
•
солнечная радиация + рассеянная радиация
Отраженная радиация (солнечная радиация,
отраженная земной поверхностью и
атмосферой)
Земное излучение (земная радиация)
Излучение атмосферы = противоизлучение
атмосферы (излучение, направленное к
земной поверхности) + уходящее излучение
(направленное в мировое пространство)
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
• ЗАКОН КИРХГОФА: отношение
излучательной способности тела Fλ к
поглощательной способности aλ в
условиях термодинамического
равновесия не зависит от природы
тела: оно является для всех тел одной и
той же функцией B(λ, T) длины волны λ
и температуры Т:
Fλ/aλ= B(λ, T)
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
• ПЕРВЫЙ ЗАКОН ВИНА - ЗАКОН
СМЕЩЕНИЯ ДЛИНЫ ВОЛНЫ: длина
волны λm, на которую приходится
максимум излучательной способности
абсолютно черного тела, обратно
пропорциональна температуре Т:
λm= с,/Т,
где с, = 0,28976 ∙ 10-2м К – постоянная
величина
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
• ЗАКОН СТЕФАНА – БОЛЬЦМАНА: поток
излучения В абсолютно черного тела
увеличивается пропорционально
четвертой степени абсолютной
температуры тела Т:
В = σТ4,
где σ = 5,67032 ∙ 10-8 Вт/(м2∙К4) –
постоянная Стефана - Больцмана
ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ТЕПЛОВОГО
ИЗЛУЧЕНИЯ
• ВТОРОЙ ЗАКОН ВИНА устанавливает,
что максимальная излучательная
способность абсолютно черного тела
В(λm,Т) возрастает пропорционально
пятой степени абсолютной температуры
Т:
В(λm,Т) = с,,Т5,
где с,, = 1,301 ∙ 10-5Вт/(м3 К5)
РАССЕЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ
РАДИАЦИИ
• РАССЕЯНИЕМ называется частичное
преобразование радиации, имеющей
определенное направление (именно такой
является прямая солнечная радиация) в
радиацию, идущую по всем направлениям
прямая солнечная радиация
рассеивающая частица
ЯВЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С
РАССЕЯНИЕМ
• ГОЛУБОЙ ЦВЕТ НЕБА – это цвет самого
воздуха (без примесей), обусловленный
рассеянием в нем солнечных лучей : согласно
закону Релея при молекулярном рассеянии
объемный показатель рассеяния радиации
обратно пропорционален четвертой степени
длины волны, т.е. на долю коротких синих,
голубых фиолетовых волн приходится больше
энергии, чем в прямой солнечной радиации
ЯВЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С
РАССЕЯНИЕМ
• РАССЕЯННЫЙ СВЕТ В ДНЕВНОЕ ВРЕМЯ:
в отсутствии атмосферы на земле было
бы светло только там, куда попадали
бы прямые солнечные лучи или лучи,
отраженные земной поверхностью и
предметами на ней. Благодаря
рассеянию света вся атмосфера днем
служит источником освещения: днем
светло даже там, куда солнечные лучи
непосредственно не попадают
ЯВЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С
РАССЕЯНИЕМ
• СУМЕРКИ: освещение небесного свода и земной
поверхности рассеянным светом после того, как
солнце уже зашло за горизонт (вечерние сумерки) ,
или перед тем, как оно взойдет (утренние сумерки)
• Освещенность во время сумерек обусловлена
рассеянием солнечного света высокими слоя-ми
атмосферы, еще освещенными солнцем
• В высоких широтах летом солнце может не
опускаться под горизонт или опускаться неглубоко,
тогда полной темноты не наступает и вечерние
сумерки сливаются с утренними, это явление
называется белыми ночами
СУМЕРЕЧНАЯ ОСВЕЩЕННОСТЬ
ЯВЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С
РАССЕЯНИЕМ
• ЗАРЯ: изменение окраски небесного сведа в
•
•
стороне Солнца во время сумерек
Явления зари объясняются рассеянием света
мельчайшими частицами атмосферных
аэрозолей и дифракцией света на более
крупных частицах. Интенсивность и разнообразие цветовых оттенков меняется в
зависимости от содержания аэрозольных
примесей в воздухе
После захода Солнца в части небосвода,
противоположной Солнцу появляется тень
Земли – растущий в высоту и в стороны сероголубой сегмент
ЯВЛЕНИЯ ЗАРИ
ЯВЛЕНИЯ, СВЯЗАННЫЕ С
РАССЕЯНИЕМ
• На фотографии солнце
светит из-за растущей
башни кучево-дождевого
облака. Яркий контур
вдоль границы облака
называется серебристой
линией, которая возникает,
когда свет рассеивается
частицами облака вдоль
его границы. Серебристые линии наблюдаются вокруг
плотных облаков, содержащих много частиц (капель).
РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС
ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
• Радиационный баланс земной поверхности – разность
•
•
•
•
•
•
между поглощенной суммарной радиацией и
эффективным излучением земной поверхности:
R = (Q + q)(1 – r) + δBa- B0, где
R – радиационный баланс земной поверхности
Q – поток прямой радиации
q – поток рассеянной радиации
R - альбедо земной поверхности
δBa- поглощенная часть противоизлучения
атмосферы
B0- собственное излучение земной поверхности
РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС
АТМОСФЕРЫ
• Радиационный баланс атмосферы –
•
•
•
алгебраическая сумма потоков радиации,
поглощаемой и излучаемой атмосферой:
Ra= B*+ Qп+ U∞, где
Ra- радиационный баланс атмосферы
B*- эффективное излучение земной
поверхности
U∞- излучение земной поверхности и
атмосферы, уходящее в мировое
пространство
РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС
СИСТЕМЫ ЗЕМЛЯ - АТМОСФЕРА
• Радиационный баланс системы Земля – атмосфера –
•
алгебраическая сумма потоков радиации, входящих в
земную атмосферу из мирового пространства и
уходящих из него обратно:
Rз= (Q + q)(1 – r) + Qп- U∞ ,где
Rз- радиационный баланс системы Земля –
атмосфера
Q – поток прямой радиации
•
поглощенный атмосферой
U∞- уходящее излучение
•
• q – поток рассеянной радиации
• r – альбедо земной поверхности
• Qп- поток прямой и рассеянной радиации,