Материал: Океанография и морская метеорология учебник.

ция не наблюдается. Солнце находится в состоянии не­ равновесного теплового излучения; оно больше излучает энергии, чем получает от космических соседей. Вслед­ ствие этого температура Солнца должна беспрерывно понижаться. Однако этот процесс идет настолько мед­ ленно, что в пределах тех отрезков времени, в течение которых производятся актинометрические наблюдения, можно распространить закон равновесного излучения и на солнечные процессы. Это значительно облегчает про­ цесс изучения распределения солнечной радиации у по­ верхности Земли и дает возможность использовать зако­ номерности, свойственные равновесному излучению энергии.

Поток радиации и его характеристика. Пусть через площадку dS поверхности в одну минуту тело излучает во все стороны количество энергии гіФ, тогда количе­ ство энергии, излучаемое через единицу поверхности, бу­ дет равно dP. Это количество энергии называется пото­ ком лучистой энергии или потоком радиации. Поток ра­ диации определяется отношением

Этой лучистой энергии, которую ежесекундно теряет Солнце, достаточно, чтобы растопить слой льда толщи­ ной 1 0 0 0 км, покрывающий полностью весь земной шар, и образовавшуюся воду довести до кипения. До Земли, однако, доходит лишь ничтожная часть всей энергии, излучаемой Солнцем в мировое пространство, но и ее до­ статочно, чтобы играть основную роль в тепловом ре­ жиме Земли.

Лучистая энергия Солнца носит спектральный харак­ тер и состоит из целого спектра волн, отличающихся по длинам. Для метеорологических целей основной интерес

средоточено свыше 99% лучистой'энергии Солнца. По­ этому для полной энергетической характеристики пото­ ка радиации интересно выяснить распрОделение энергии по длинам волн. Для этого выделим в общем потоке элементарный участок в интервале длин волн от X до

4 38

X + dX. Очевидно, что количество энергии d<T>x в этом

интервале, испускаемое с поверхности, будет пропорцио­ нально dS и dX, т. е.

Здесь величина Fx представляет собой поток излуче­

ния, отнесенный к единичному интервалу длин волн, вблизи данной длины Х\ она называется излучательной способностью тела и измеряется в кал/(см2 • мин • мкм). Тогда

а полный поток излучения всех длин волн F будет ра­ вен

Поток радиации, падающий на данное тело, не пол­ ностью трансформируется им. Часть потока F'x погло­

щается телом, другая часть F[ отражается, а третья F'x проходит сквозь него. Тогда

439

При этом сумма этих коэффициентов равна единице:

Следовательно, в формуле закона Кирхгофа В(Х, Т) — излучательная способность абсолютно черного тела. В природе таких тел нет, для всех реальных тел ак < 1.

Тогда на основании этой закономерности можно утверж­ дать, что при постоянной температуре все тела излу­ чают энергии меньше, чем абсолютно черное тело.

Исследования показали, что распределение энергии в спектре излучения абсолютно черного тела по длинам волн зависит от температуры самого тела. Эта зависи­ мость определяется законом Вина, который утверждает, что длина волны Хт, на которую приходится максимум излучения абсолютно черного тела, обратно пропор­ циональна температуре:

ние при возрастании температуры тела смещается в сто­ рону более коротких волн, поэтому этот закон и назы­ вается законом смещения длины волны.

Наконец, излучательная способность тела зависит от его температуры. Эта зависимость определяется зако­ ном Стефана — Больцмана. Для абсолютно черного тела

4 4 0

Количество солнечной радиации, поступающее в еди­ ницу времени на площадку в 1 см2, расположенную пер­ пендикулярно к солнечным лучам вне пределов атмо­ сферы Земли при среднем расстоянии между Землей и Солнцем, называется солнечной постоянной. Ее величи­ на принимается равной 1,98 кал/(см2 • мин). Однако сол­ нечная радиация, прежде чем достигнуть земной поверх­ ности, претерпевает ряд существенных изменений: она рассеивается молекулами газов, составляющих атмосфе­ ру, частицами органического и неорганического проис­ хождения (аэрозолями), частично поглощается и отра­ жается от самой атмосферы и поверхности Земли. Рас­ сеяние солнечной радиации связано с тем, что земная атмосфера по отношению к потокам радиации представ­ ляет мутную среду. Рассеяние лучистой энергии прини­ мается эквивалентным рассеянию света и описывается законами рассеяния света (законы Рэлея) в мутной сре­ де. На основании этих закономерностей получена сле­ дующая зависимость:

Поглощение солнечной радиации при прохождении через атмосферу происходит водяным паром, молеку­ лами газов, кристалликами льда и особенно интенсив­ но капельками воды, постоянно находящимися в атмо­

сфере.

Рассеяние и поглощение солнечной энергии при про­ хождении ее через атмосферу учитывается суммарно пу­ тем введения общего коэффициента ослабления, назы­ ваемого коэффициентом прозрачности, который показы­ вает, какая доля солнечной радиации достигает земной поверхности при положении Солнца в зените. Значение этого коэффициента зависит только от физических свойств воздушной массы и.не зависит от высоты Солн­

441