Радиационный баланс земной поверхности

Разность между поглощенной радиацией и эффективным из­лучением

R = (I sinh + i)(1 – A) - E_e

называют радиационным балансом земной поверхности. Другое ее название — остаточная радиация.

Радиационный баланс переходит от ночных, отрицательных значений к дневным, положительным после восхода солнца при высоте его 10—15°. От положительных значений к отрицатель­ным он переходит перед заходом солнца при той же его высоте над горизонтом. При наличии снежного покрова радиационный баланс переходит к положительным значениям только при вы­соте солнца около 20—25°, так как при большом альбедо снега поглощение им суммарной радиации мало. Днем радиационный баланс растет с увеличением высоты солнца и убывает с ее уменьшением. В ночные часы, когда суммарная радиация отсут­ствует, отрицательный радиационный баланс равен эффектив­ному излучению и потому меняется в течение ночи мало, если только условия облачности остаются одинаковыми.

Распределение радиации «на границе атмосферы»

Для климатологии представляет существенный интерес во­прос о распределении притока и отдачи радиации по Земному шару. Рассмотрим сначала распределение солнечной радиации на горизонтальную поверхность «на границе атмосферы». Можно было бы также сказать: «в отсутствии атмосферы». Этим мы до­пускаем, что нет ни поглощения, ни рассеяния радиации, ни от­ражения ее облаками. Распределение солнечной радиации на границе атмосферы является простейшим. Оно действительно существует на высоте нескольких десятков километров. Указанное распределение называют солярным климатом.

Известно, как меняется в течение года солнечная постоянная и, стало быть, количество радиации, при­ходящее к Земле. Если определять солнечную постоянную для фактического расстояния Земли от Солнца, то при среднем годо­вом значении 1,98 кал/см² мин она будет равна 2,05 кал/см² мин в январе и 1,91 кал/см² мин в июле.

Стало быть, северное полу­шарие за летний день получает на границе атмосферы несколь­ко меньше радиации, чем юж­ное полушарие за свой летний день.

Количество радиации, получаемое за сутки на гра­нице атмосферы, зависит от времени года и широты места. Под каждой широтой время года определяет продолжи­тельность притока радиации. Но под разными широтами про­должительность дневной части суток в одно и то же время разная.

На полюсе солнце летом не заходит вовсе, а зимой не восхо­дит в течение 6 месяцев. Между полюсом и полярным кругом солнце летом не заходит, а зимой не восходит в течение периода от полугода до одних суток. На экваторе дневная часть суток всегда продолжается 12 часов. От полярного круга до экватора дневное время суток летом убывает и зимой возрастает.

Но приток солнечной радиации на горизонтальную поверх­ность зависит не только от продолжительности дня, а еще и от высоты солнца. Количество радиации, приходящее на границе атмосферы на единицу горизонтальной поверхности, пропорцио­нально синусу высоты солнца. А высота солнца не только ме­няется в каждом месте в течение дня, но зависит и от времени года. Высота солнца на экваторе меняется в течение года от 90 до 66,5°, на тропиках — от 90 до 43°, на полярных кру­гах — от 47 до 0° и на полюсах от 23,5 до 0°.

Шарообразность Земли и наклон плоскости экватора к плоскости эклиптики создают сложное распределение притока радиации по широтам на границе атмосферы и его измене­ния в течение года.

Зимой приток радиации очень быстро убывает от экватора к по­люсу, летом — гораздо медленнее. При этом максимум летом наблю­дается на тропике, а от тропика к экватору приток радиации не­сколько убывает. Малая разница в притоке радиации между тро­пическими и полярными широтами летом объясняется тем, что хотя высоты солнца в полярных широтах летом ниже, чем в тропиках, но зато велика продолжи­тельность дня. В день летнего солнцестояния полюс поэтому по­лучал бы в отсутствии атмосферы больше радиации, чем экватор. Однако у земной поверхности в результате ослабления радиации атмосферой, отражения ее облачностью и т.д., летний приток ра­диации в полярных широтах существенно меньше, чем в более низких широтах.

На верхней границе атмосферы вне тропиков имеется в годовом ходе один максимум радиации, приходящийся на время летнего солнцестояния, и один минимум, приходящийся на время зимнего солнцестояния. Но между тро­пиками приток радиации имеет два максимума в году, прихо­дящиеся на те сроки, когда солнце достигает наибольшей полу­денной высоты. На экваторе это будет в дни равноденствий, в других внутритропических широтах — после весеннего и перед осенним равноденствием, отодвигаясь тем больше от сроков рав­ноденствий, чем больше широта. Амплитуда годового хода на экваторе мала, внутри тропиков невелика; в умеренных и высо­ких широтах она значительно больше.