Що таке розсіяна радіація?

Розсіяна радіація — сонячна радіація, що була розсіяна в атмосфері, надходить на земну поверхню з усього небокраю.

Що відбиває сонячну радіацію?

Частина сонячної радіації відбивається від поверхонь, на які вона падає. Наприклад, сніг відбиває до 85% загальної променевої енергії, жовтий кварцовий пісок – 35% сонячної радіації, річковий пісок – 29%, зелена трава – 26%, чорнозем – 14%, водна поверхня при стрімкому падінні сонячних променів – тільки 2%.

Як знайти сумарну сонячну радіацію?

Частина сонячної радіації в результаті розсіювання атмосферою на поверхню Землі, надходить у виді розсіюваної радіації (і). Пряма (І) і розсіювана (і), що приходить на горизонтальну земну поверхню, складають сумарну радіацію Is = I sinh + i.

Види сонячної радіації :: Енергія Сонця :: Матеріали | novageo…

Сумарна сонячна радіація, визначення її величини та складу потоку протягом доби

Склад сумарної радіації, тобто відношення між прямою і розсіяною радіацією, змінюється в залежності від висоти Сонця над горизонтом, прозорості атмосфери та хмарності.

1. До сходу Сонця сумарна радіація повністю складається з розсіяної радіації, а при малих висотах Сонця - переважно з неї. Із збільшенням висоти Сонця частка розсіяної радіації в складі сумарної при безхмарному небі зменшується: при куті Сонця над горизонтом 8° вона складає 50%, а при 50° - лише 10-20%.

2. Чим прозоріша атмосфера, тим менша частка розсіяної радіації в складі сумарної.

3. В залежності від форми, висоти та кількості хмар частка розсіяної радіації збільшується. Коли Сонце закрите щільними хмарами, сумарна радіація складається лише з розсіяної. При незначній, або тонкій хмарності, коли Сонце цілком відкрите або не повністю закрите хмарами, сумарна радіація за рахунок розсіяної може бути більшою, ніж при ясному небі.

Добовий хід сумарної радіації визначається головним чином зміною висоти Сонця. Сумарна радіація зростає пропорційно зростанню висоти Сонця. Але вплив хмарності та прозорості повітря сильно ускладнює цю залежність і порушує плавний хід сумарної радіації.

Сумарна радіація значно залежить від пункту спостереження. Із зменшенням широти місцевості її добові суми збільшуються, причому чим менша широта, тим рівномірніший розподіл сумарної радіації по місяцям, тобто тим менша амплітуда її річного ходу.

Поглинання та розсіювання сонячної радіації в атмосфері

В атмосфері поглинається порівняно невелика кількість сонячної радіації, головним чином в інфрачервоній частині спектра. Це поглинання вибіркове: різні гази поглинають радіацію в різних ділянках спектра і у різному ступені.

Азот поглинає радіацію лише дуже малих довжин хвиль в ультрафіолетовій частині спектру. Енергія сонячної радіації на цій ділянці спектра дуже мала, і тому поглинання азотом практично не впливає на потік сонячної радіації.

Дещо більше, але все одно у дуже невеликих обсягах, поглинає сонячну радіацію кисень – у двох вузьких ділянках видимої частини спектру та в ультрафіолетовій його частині.

Більш сильно поглинає сонячну радіацію озон. Його концентрація в повітрі, навіть у стратосфері, дуже мала, але він настільки сильно поглинає ультрафіолетову радіацію, що з потоку сонячної радіації втрачається декілька відсотків. В результаті поглинання у верхніх шарах атмосфери, у сонячному спектрі біля земної поверхні не спостерігаються хвилі коротші 0,29 мкм.

Сильно поглинає радіацію в інфрачервоній області спектра вуглекислий газ, але його концентрація в атмосфері мала, тому і загальне поглинання незначне.

Основну роль у поглинанні сонячної радіації в атмосфері відіграє водяна пара, концентрована у тропосфері, а особливо в її нижній частині. Із загального потоку сонячної радіації водяна пара поглинає значну її частину в інфрачервоній області спектра. Поглинають сонячну радіацію також хмари і аерозолі, зважені в атмосфері.

Загалом в атмосфері поглинаються 15-20% радіації, що надходить від Сонця до Землі. Поглинання здійснюється у часі з варіаціями, у залежності від перемінної концентрації в повітрі поглинаючих субстанцій, головним чином водяної пари, хмар, пилу, від висоти Сонця над горизонтом, тобто від товщі шару повітря, крізь який проходить сонячне випромінювання.

Окрім поглинання, пряма сонячна радіація на шляху до земної поверхні крізь атмосферу послаблюється також шляхом розсіювання, причому це послаблення значно вагоміше у порівнянні з поглинанням. При цьому розсіювання радіації тим інтенсивніше, чим вища концентрація аерозольних домішок в повітрі.

Розсіюванням називають часткове перетворення радіації, яка має визначений напрям поширення, у радіацію, що поширюється по всім напрямкам. Розсіювання проходить в оптично неоднорідному середовищі, тобто в середовищі, де показник заломлення змінюється в різних точках. Таким оптично неоднорідним середовищем є атмосферне повітря, що містить дрібні частинки домішок і води – краплі, кристали, ядра концентрації, пил, аерозолі тощо. Але оптично неоднорідним середовищем є також і чисте, вільне від домішок повітря, так як в ньому внаслідок теплового руху молекул постійно виникають згущення та розрідження, тобто коливання густини.

Таким чином, зустрічаючись із молекулами і домішками в атмосфері, сонячні промені, що несуть сонячну енергію, втрачають прямолінійний напрям свого поширення і розсіюються. Радіація від розсіюючих частинок і субстанцій поширюється таким чином, наче вони самі є джерелом радіації.

Близько 25% загального потоку сонячної радіації перетворюється в атмосфері в розсіяну радіацію. Проте значна частка (2/3) розсіяної радіації також доходить до земної поверхні. Але це вже дещо інший вид радіації, відмінний від прямої радіації. По-перше, розсіяна радіація надходить до земної поверхні не від сонячного диску, а від усього небосхилу. По-друге, розсіяна радіація відмінна від прямої за спектральним складом. Справа в тому, що промені різної довжини хвиль розсіюються по-різному. Співвідношення енергії випромінювання різних довжин хвиль у розсіяній радіації змінено на користь більш короткохвильових хвиль. При цьому, чим менші розміри розсіюючих частинок, тим сильніше розсіюється короткохвильове випромінювання в порівнянні з довгохвильовим.

Розрізняють 2 види розсіювання сонячної енергії в атмосфері.

1. Молекулярне розсіювання – відбувається тоді, коли розміри розсіюючих частинок будуть меншими, ніж довжина хвилі потоку сонячної енергії (r < λ). Інтенсивність потоку розсіяної радіації (і) при молекулярному розсіюванні можна виразити законом Релея:

де і – інтенсивність розсіяної радіації, С – коефіцієнт, який залежить від фізичної природи газу та його концентрації в одиниці об’єму повітря, λ – довжина хвилі сонячного випромінювання, І – інтенсивність прямої сонячної радіації.

Інтенсивність молекулярного типу розсіваюння сонячної радіації обернено пропорційна четвертому степеню довжини хвилі сонячного випромінювання К = C/λ 4 , і в умовах земної атмосфери для фіолетових променів К = 4,4, для блакитних К = 1,9, червоних К = 3,0. В спектрі розсіяної радіації, що надходить до земної поверхні, максимальна енергія припадає на синьо-блакитні промені, тому при ясній погоді ми бачимо блакитний колір неба. Якщо показати розподіл інтенсивності потоків розсіяної радіації, що поширюється від точкового джерела, то така діаграма називається індикатрисою розсіювання, і матиме у даному випадку центрально-симетричний вигляд.

2. Аерозольне розсіювання – відбувається в тому випадку, коли розміри розсіюючих комплексів більші або рівні довжинам хвиль сонячного випромінювання (r > λ). Інтенсивність аерозольного розсіювання описується законом Шулейкіна-Мі:

і = Іβ/λ ε , де і – інтенсивність аерозольного розсіювання, β – коєфіцієнт пропорційності, що залежить від природної будови речовини, що розсіює, ε (0 < ε < 4) – число, яке залежить від розміру частинок, що розсіюють, λ – довжина хвилі.

При аерозольному розсіюванні інтенсивність потоку, що поширюється від джерела розсіювання, залежатиме від розміру частинки. При збільшенні розміру частинки збілшуватиметься частка енергії в потоці розсіяної радіації, спрямованої прямо по напрямку падіння променів.

Молекулярне розсіювання переважає у верхніх шарах тропосфері і в стратосфері, а аерозольне розсіювання – у нижньому, трикілометровому шарі тропосфери.