что такое радиационный баланс

Что такое радиационный баланс

Радиационный баланс зависит от многих факторов, главные из которых: широта местности, влияющая на суммарную радиацию, характер подстилающей поверхности и увлажнение территории, сказывающееся на альбедо и эффективном излучении. Рассмотрим географическое распределение годовых значений (сумм) радиационного баланса земной поверхности. В целом по земному шару величины годового радиационного баланса в пределах тропических, умеренных и частично полярных широт Северного и Южного полушарий имеют положительные значения. Так как есть существенные различия в поступлении суммарной радиации на океаническую поверхность и поверхность суши в тропических и субтропических зонах (обусловленные неодинаковым распределением облачности), кроме того, океан и суша различаются по отражательной способности, поэтому имеются различия в распределении радиационного баланса над сушей и океаном (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Географическое распределение радиационного баланса земной поверхности за год (МДж/м 2 ) (Хромов С.П., Петросянц М.А., 2006)

Годовые суммы радиационного баланса поверхности суши изменяются от значений менее 200 МДж/м 2 в Антарктиде до 3700–4000 МДж/м 2 в тропических широтах. В средних и высоких широтах имеет место зональное распределение радиационного баланса, которое нарушается в областях, где существенно увеличивается облачность под действием циклонической деятельности. В различных географических зонах высоких и умеренных широт годовые суммы радиационного баланса достигают значений (МДж/м 2 ):

Северная и средняя тайга

Смешанные, лиственные леса

и степи умеренных широт

Географическое распределение радиационного баланса на поверхности океанов во многом сходно с распределением суммарной радиации. Наибольшие значения баланса, достигающие 5800 МДж/м 2 в год, приходятся на тропические и субтропические зоны океанов, наименьшие – на границы плавучих льдов, и составляют 600–800 МДж/м 2 в год.

Источник

Радиационный баланс

Смотреть что такое «Радиационный баланс» в других словарях:

радиационный баланс — баланс излучения Разность между нисходящим и восходящим потоками излучения. [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы баланс излучения EN radiation balance … Справочник технического переводчика

радиационный баланс — алгебраическая сумма потоков радиации в определённом объёме или на определённой поверхности. Напр., когда говорят о радиационном балансе атмосферы или системы «Земля – атмосфера», чаще всего подразумевают радиационный баланс земной поверхности,… … Географическая энциклопедия

радиационный баланс — spinduliuotės balansas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. radiation balance vok. Strahlungsbilanz, f rus. баланс излучения, m; радиационный баланс, m pranc. bilan de la radiation, m; bilan du rayonnement, m … Fizikos terminų žodynas

радиационный баланс — радиационный баланс, разность между потоками радиации, поступающими на земную поверхность, и уходящими от неё. Уравнение Р. б. имеет вид:B = S + D + Ea R E,где S — прямая радиация солнца, D — рассеянная радиация, Ea —… … Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь

РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ — разность между суммарной солнечной радиацией, поглощенной земной поверхностью, и эффективным излучением Земли. Р.б. важнейший компонент теплового баланса земной поверхности. Экологический словарь, 2001 Радиационный баланс земной поверхности… … Экологический словарь

радиационный баланс атмосферы — Разница между потоками радиации, поглощаемыми и излучаемыми атмосферой. → Рис. 267, с. 584 … Словарь по географии

радиационный баланс земной поверхности — Разница между приходящей и уходящей солнечной радиацией у поверхности Земли … Словарь по географии

радиационный баланс атмосферы — atmosferos spinduliuotės balansas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Žemės paviršiaus ir atmosferos sugertos ir išspinduliuotos Saulės spinduliuotės skirtumas. Reiškiamas kalorijomis 1 cm² arba J/m² per laiko vienetą (sekundę,… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС поверхности океана — разность между поглощенной солнечной радиацией и эффективным излучением. Изменяется в зависимости от широты места, времени года, суток и погодных условий. В светлое время года и суток Р. б. положителен, в темное отрицателен. В ср. за год Р. б. в… … Морской энциклопедический справочник

Источник

Что такое радиационный баланс

Сухие глинистые почвы

Альбедо водных поверхностей при высоте Солнца свыше 60° меньше, чем альбедо суши, поскольку солнечные лучи, проникая в воду, в значительной мере поглощаются и рассеиваются в ней. При отвесном падении лучей А = 2— 5%, при высоте Солнца мень­ше 10° А = 50— 70%. Большое альбедо льда и снега обусловлива­ет замедленный ход весны в полярных районах и сохранение там вечных льдов.

Наблюдения за альбедо суши, моря и облачного покрова про­водятся с искусственных спутников Земли. Альбедо моря позво­ляет рассчитывать высоту волн, альбедо облаков характеризует их мощность, а альбедо разных участков суши позволяет судить о степени покрытия полей снегом и о состоянии растительного покрова.

Альбедо всех поверхностей, а особенно водных, зависит от высоты Солнца: наименьшее альбедо бывает в полуденные часы, наибольшее — утром и вечером. Это связано с тем, что при ма­лой высоте Солнца в составе суммарной радиации возрастает до­ля рассеянной, которая в большей степени, чем прямая радиа­ция, отражается от шероховатой подстилающей поверхности.

Длинноволновое излучение Земли и атмосферы

Земное излучение несколько меньше излучения абсолютно черного тела при той же температуре.

Излучение земной поверхности происходит непрерывно. Чем выше температура излучающей поверхности, тем интенсивнее ее излучение. Также непрерывно происходит излучение атмосферы, которая, поглощая часть солнечной радиации и излучения земной поверхности, сама излучает длинноволновую радиацию.

Эффективное излучение деятельного слоя зависит от его тем­пературы, от температуры и влажности воздуха, а также от об­лачности. С повышением температуры земной поверхности Еэф увеличивается, а с повышением температуры и влажности возду­ха уменьшается. Особенно влияют на эффективное излучение об­лака, так как капли облаков излучают почти так же, как и дея­тельный слой Земли. В среднем Еэф ночью и днём при ясном небе в разных пунктах земной поверхности изменяется в пределах 70—140 Вт/м².

Суточный ход эффективного излучения характеризуется мак­симумом в 12—14 ч и минимумом перед восходом Солнца. Годовой ход эффективного излу­чения в районах с континентальным климатом характеризуется максимумом в летние месяцы и минимумом в зимние. В районах с морским климатом годовой ход эффективного излучения выра­жен слабее, чем в районах, расположенных в глубине континента

Если приход радиации больше расхода, то радиационный ба­ланс положителен и деятельный слой Земли нагревается. При отрицательном радиационном балансе этот слой охлаждается. Радиационный баланс днем обычно положителен, а ночью отри­цателен. Примерно за 1—2 ч до захода Солнца он становится от­рицательным, а утром, в среднем за 1 ч после восхода Солнца снова делается положительным. Ход радиационного баланса днем при ясном небе близок к ходу прямой радиации.

Изучение радиационного баланса сельскохозяйственных угодий позволяет рассчитывать количество радиации, поглощенной посевами и почвой, в зависимости от высоты Солнца, структуры посева, фазы развития растений. Для оценки разных приемов ре­гулирования температуры и влажности почвы, испарения и дру­гих величин определяют радиационный баланс сельскохозяйствен­ных полей при различных типах растительного покрова.

Методы измерения солнечной радиации и составляющих радиационного баланса

Для измерения потоков солнечной радиации применяются аб­солютные и относительные методы и соответственно разработаны абсолютные и относительные актинометрические приборы. Абсо­лютные приборы обычно применяют только для тарировки и по­верки относительных приборов.

Относительные приборы применяются при регуляр­ных наблюдениях на сети метеостанций, а также в экспедициях, и при полевых наблюдениях. Из них наиболее широко использу­ются термоэлектрические приборы: актинометр, пиранометр и альбедометр. Приемником солнечной радиации у этих приборов слу­жат термобатареи, составленные из двух металлов (обычно ман­ганина и константана). В зависимости от интенсивности радиации между Спаями термобатареи создается разность температур и воз­никает электрический ток различной силы, который измеряется гальванометром. Для перевода делений шкалы гальванометра в абсолютные единицы применяются переводные множители, ко­торые определяются для данной пары: актинометрический при­бор — гальванометр.

Актинометр термоэлектрический (М-3) Савино­ва — Янишевского служит для измерения прямой радиации, при­ходящий на поверхность, перпендикулярную к солнечным лучам.

Пиранометр (М-80М) Янишевского служит для измере­ния суммарной и рассеянной радиации, приходящей на горизон­тальную поверхность.

При наблюдениях приемная часть пиранометра устанавливает­ся горизонтально. Для определения рассеянной радиации пирано­метр затеняется от прямой радиации теневым экраном в виде круглого диска, закрепленного на стержне на расстоянии 60 см от приемной поверхности. При измерении суммарной радиации те­невой экран отводится в сторону

Альбедометр — это пиранометр, приспособленный также. Для измерения отраженной радиации. Для этого служит устрой­ство, позволяющее поворачивать приемную часть прибора вверх (для измерения прямой) и вниз (для измерения отраженной радиаций). Определив альбедометром суммарную и отраженную радиацию, вычисляют альбе­до подстилающей поверхности. Для полевых измерений использу­ют альбедометр походный М-69.

Балансомер термоэлектрический М-10М. Этот прибор применяется для измерения радиационного баланса под­стилающей поверхности.

Кроме рассмотренных приборов, используют также люкс­метры — фотометрические приборы для измерения освещенно­сти, спектрофотометры, различные приборы для измере­ния ФАР и т. д. Многие актинометрические приборы приспособ­лены для непрерывной записи составляющих радиационного баланса.

В полевых условиях наиболее часто применяются пиранометры, походные альбедометры, балансомеры и люксметры. Для на­блюдений среди растений наиболее удобны походные альбедомет­ры и люксметры, а также специальные микропиранометры.

Источник

Том 2

Климат

Радиационный баланс

Радиационный баланс подстилающей поверхности равен разности поглощенной земной поверхностью суммарной радиации и эффективного излучения:

где S ‘ — прямая солнечная радиация; D — рассеянная радиация; Q — суммарная солнечная радиация; R — отраженная радиация; Ak — альбедо подстилающей поверхности, Ез — собственное излучение земной поверхности; b— относительный коэффициент поглощения длинноволновой радиации подстилающей поверхностью; E а — встречное излучение атмосферы; Еэф — эффективное излучение подстилающей поверхности.

Радиационный баланс изменяется под действием факторов, влияющих на его основные составляющие. Ночью значения радиационного баланса, определяемые только эффективным излучением, зависят от температуры подстилающей поверхности, облачности и стратификации атмосферы. Днем основная составляющая радиационного баланса — суммарная радиация — зависит от высоты солнца, облачности и альбедо подстилающей поверхности.

Ночью радиационный баланс имеет отрицательные значения. Переход от отрицательных значений к положительным происходит в среднем через 1 час после восхода солнца и обратный переход от положительных значений к отрицательным — за 1час 30мин до захода солнца. В зимние месяцы на севере отрицательный радиационный баланс наблюдается в течение суток.В годовом ходе смена знака радиационного баланса связана с датами образования и разрушения устойчивого снежного покрова. На островных полярных станциях (до 75–77°с.ш.) отрицательный радиационный баланс наблюдается в течение 7–8 мес., в умеренных широтах 3–4 мес. (с ноября по февраль), на юге (до 45–46°с.ш.) — в течение 1–2 мес. (декабрь-январь), а еще южнее радиационный баланс положителен в течение всего года.

Радиационный баланс открытых участков земной поверхности (метеорологических площадок) наиболее близко характеризует условия мест жилья и хозяйственной деятельности человека, но он отличается от радиационного баланса реальной поверхности (например, лесных массивов). Так, радиационный баланс хвойных лесов на 50–60% выше, чем открытой площадки. Для лиственных лесов эти различия меньше. Лесостепи, степи и другие нелесные поверхности по своим отражательным способностям близки к метеорологическим площадкам, поэтому данные актинометрических наблюдений можно использовать для оценки радиационного баланса полей зерновых культур.

В зимние месяцы (для большей территории России это период с ноября по февраль) радиационный баланс имеет отрицательные значения и его распределение по территории сильно отличается от широтного. В январе нарушение зональности связано с наличием в умеренных широтах двух обширных областей, для которых характерно некоторое уменьшение отрицательных значений радиационного баланса. Одна из них расположена на северо-западе Европейской части России, где увеличение радиационного баланса связано с большой облачностью под влиянием западного переноса влажных воздушных масс. Вторая область находится в Восточной Сибири, где рост радиационного баланса связан с преобладанием в зимние месяцы антициклональной циркуляции, способствующей образованию инверсий.

Граница нулевого радиационного баланса в январе и декабре проходит на широте 45–46°с.ш. по Краснодарскому краю. В ноябре и феврале на Европейской части России нулевая изолиния поднимается до 50°с.ш., а на Азиатской части она проходит по югу Приморского края.

В летние месяцы изменение радиационного баланса по территории России в целом характеризуется увеличением его с севера на юг. В июне наименьшие месячные значения баланса (менее 240 МДж/м 2 ) отмечаются в северных прибрежных районах востока Европейской части России и Западной Сибири. При продвижении к югу отмечается резкое возрастание радиационного баланса.

В ноябре радиационный баланс отрицательный практически на всей территории России, лишь к югу от 50°с.ш. он сохраняет небольшие положительные значения. Широтный характер распределения в отличие от предыдущих месяцев нарушается в связи с особенностями циркуляционных процессов и характером подстилающей поверхности. Рост радиационного баланса происходит не с севера на юг, а с северо-востока на юго-запад.

Источник

Лекция 17 Радиационный баланс земной поверхности

ЛЕКЦИЯ 17 РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

1 Система «Солнце–Земля»

2 Солнечная радиация

1 Система «Солнце–Земля»

Солнечная система – это система небесных тел, которые двигаются в области гравитационного влияния Солнца. В нее входят Солнце, 8 планет (ранее считавшаяся девятой планета Плутон недавно лишена такого статуса) с 53 спутниками, более 100000 малых планет (астероидов), сотен миллиардов комет и мелких метеоритных тел.

Солнце – это желтая звезда средней величины, возраст которой примерно 5 млрд. лет. Представляет собой раскаленный газовый шар, диаметр которого в 109 раз, а масса в 323000 раз больше Земли. Среднее расстояние от Земли до Солнца составляет 149,6 млн. км (астрономическая единица). Температура в недрах Солнца составляет 20 млн. градусов Цельсия, а на поверхности – около 6000º С.

В межпланетное пространство Солнце постоянно излучает энергию общей мощностью 3,83 • 1020 МВт, одна двухмиллиардная доля которой приходит на Землю, однако и ее хватает для развития жизни.

Наиболее динамичны внешние слои Солнца (атмосфера), которые делятся на фотосферу, хромосферу и корону.

Фотосфера – нижняя область солнечной атмосферы, толщиной до 300 км; из нее выходит все видимое излучение. Над фотосферой находится хромосфера – которая видна при полных затмениях Солнца как розовое кольцо толщиной 7000–8000 км. В ней наблюдаются светлые образования – флокулы и тёмные – волокна, которые выступают за диск Солнца и называются протуберанцами. Солнечная корона – внешняя и наиболее разреженная часть атмосферы Солнца, распростирается на расстояние более 10 солнечных радиусов. Из нее идут поток частиц, которые образуют солнечный ветер. Переходный слой между хромосферой и короной является источником значительной части ультрафиолетового солнечного излучения.

Активность Солнца оценивают числами Вольфа (по количеству пятен), хотя этот показатель не в полной мере отражает процессы, происходящие на Солнца в период повышенной активности. Считается несомненным существование 11-летнего цикла солнечной активности, более спорно существование 2 2-летнего цикла и мало обоснованно существование 80-90-летнего цикла.

Земля двигается около Солнца по эллипсоидной орбите, поэтому расстояние до Солнца меняется от 152 млн. км (афелий – 5 июля) до 147 млн. км (перигелий – 3 января). Полный оборот вокруг Солнца земля делает за 365 суток 6 часов 9 минут и 9,6 секунды. Это звездный (сидерический) год.

Земная ось вращения не направлена перпендикулярно к плоскости земной орбиты (эклиптики), а наклонена под углом 66º33´. Благодаря этому наклону солнечный свет на протяжении года неравномерно прогревает земную поверхность, что приводит к смене сезонов. Так 21 марта и 23 сентября солнечные лучи в полдень падают вертикально на экватор, равномерно освещают северное и южное полушарие, и в связи с суточным вращением Земли во всех широтах день равен ночи. Это дни весеннего и осеннего равноденствия.

22 июня солнечные лучи в полдень вертикально падают на параллель 23º27´ с. ш. Это северный тропик. В это же время над поверхностью Земли на север от параллели 66º33´ с. ш. Солнце совсем не заходит за горизонт и там господствует полярный день. Эта параллель называется северным полярным кругом, а сам день 22 июня – днем летнего солнцестояния. Этот период соответствует лету в северном полушарии. Поверхность Земли на юг от 66º33´ ю. ш. совсем не освещается Солнцем и там господствует полярная ночь. А сама параллель – южный полярный круг. В южном полушарии – зима.

22 декабря солнечные лучи вертикально падают в полдень на параллель 23º27´ ю. ш. – южный тропик, а сам день – день зимнего солнцестояния. В этот день на север от северного полярного круга наблюдается полярная ночь, а к югу от южного полярного круга – полярный день. Кроме этого в этот период в северном полушарии – зима, а в южном – лето.

В каждом полушарии выделяют 13 поясов освещенности.

2 Солнечная радиация

2.1 Понятие о солнечной радиации

Излучения Солнца, земной атмосферы и самой Земли подчиняются общим законам излучения. Так, согласно закону Стефана-Больцмана излучательная способность абсолютно черного тела Е пропорциональна четвертой степени его абсолютной температуры Т:

,

где δ – постоянная Стефана-Больцмана (5,67*10-11 кВт/м*К4)

Произведение длины волны λm, которой соответствует максимальная энергия излучения тела, на его абсолютную температуру Т есть величина постоянная (закон Вина):

λm • Т = 2898 мкм • °К

Из закона Вина следует, что при изменении температуры тела в ту или другую сторону соответственно происходит смещение максимума энергии спектра в сторону более длинных или коротких волн.

Под солнечной радиацией понимают спектр электромагнитных волн, излучаемых Солнцем. Спектр солнечной радиации близок к спектру излучения абсолютно черного тела с температурой около 6000°К. Этот спектр за пределами земной атмосферы делят на 3 качественно различные части: ультрафиолетовую (длина волн от 0,01 до 0,39 мкм), видимую (от 0,40 до 0,76 мкм) и инфракрасную (от 0,76 до 4,0 мкм). За ультрафиолетовой частью спектра находится рентгеновское излучение, а за инфракрасной – радиоизлучение Солнца. Максимум энергии излучения приходится на волну длиной 0,475 мкм (зелено-голубые лучи).

Излучение с длинами волн от 0,1 до 4,0 мкм – коротковолновое (99% энергии), а волны от 4 до 100 мкм – длинноволновое.

Интенсивность солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность при отсутствии атмосферы и при среднем расстоянии от Земли до Солнца называется солнечной постоянной (1,37 кВт/м2).

Из поступающей на верхнюю границу атмосферы солнечной радиации 43% отражается в мировое пространство, остальные 57% поглощаются Землей, в том числе 14% поглощается атмосферой и 43% доходит до Земли в виде прямой и рассеянной радиации.

Прямая солнечная радиация – это коротковолновая радиация Солнца, которая поступает от солнечного диска и околосолнечной зоны радиусом 5°.

Интенсивность прямой радиации на горизонтальную поверхность определяется по формуле:

где S – интенсивность прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность, кВт/м2; hθ – высота Солнца

Рассеянная солнечная радиация – это коротковолновая радиация Солнца, которая поступает на горизонтальную поверхность от небосвода, за исключением диска Солнца и околосолнечной зоны радиусом 5°. Она обуславливает солнечный свет в пасмурный день.

Общий приход на горизонтальную поверхность прямой и рассеянной радиации называется суммарной радиацией Q:

где S’ – интенсивность прямой радиации на горизонтальную поверхность, кВт/м2; D – интенсивность рассеянной радиации на горизонтальную поверхность, кВт/м2

Соотношение между прямой и рассеянной радиацией в составе суммарной радиации зависит от высоты Солнца, прозрачности атмосферы, т. е. от содержания в ней рассеивающих газов, аэрозоля, наличия облаков.

При ясном небе перед восходом Солнца суммарная радиация полностью состоит из рассеянной, а при низком Солнце после восхода – преимущественно из рассеянной радиации. При высоком положении Солнца при ясном небе преобладает прямая радиация. С увеличением облачности доля прямой радиации уменьшается.

Светлые и тонкие облака (перистые, высококучевые и кучевые), особенно освещенные Солнцем сбоку, могут увеличивать рассеянную радиацию в 8-10 раз по сравнению с безоблачным небом. Сильно увеличивает рассеянную радиацию снежный покров, так как отраженная от его поверхности радиация вторично рассеивается в атмосфере.

Плотная сплошная облачность прямую радиацию не пропускает. С увеличением высоты над уровнем моря при ясном небе увеличивается прямая радиация, а рассеянная – уменьшается за счет большей прозрачности воздуха и уменьшения толщины вышележащего слоя атмосферы.

2.2 Радиационный баланс подстилающей поверхности

Часть прямой и рассеянной солнечной радиации, поступающей к земной поверхности, ею отражается. Отражательная способность подстилающей поверхности зависит от ее физических свойств, цвета, состояния и характеризуется величиной альбедо.

Альбедо – это отношение отраженной (коротковолновой) радиации Rk к суммарной Q, поступающей на подстилающую поверхность:

Альбедо выражается в долях единицы или в процентах. Альбедо для свежевыпавшего снега – 80-95%, для темных почв – 5-10%.

Земная поверхность, поглощая суммарную солнечную радиацию (коротковолновую), в то же время сама излучает длинноволновую радиацию. Часть этой энергии уходит в мировое пространство и в значительной части поглощается атмосферой. В этом поглощении большое участие принимают водяной пар, озон, углекислый газ, пыль. Вследствие поглощения излучения Земли атмосфера нагревается и, в свою очередь, излучает длинноволновую радиацию. Часть этой радиации направлена в сторону земной поверхности.

Таким образом, в атмосфере создаются два потока длинноволновой радиации: один из них состоит из излучения подстилающей поверхности Е3 и направлен вверх, а другой представляет радиацию атмосферы Еа и направлен вниз. Разность Ез – Еа называют эффективным излучением подстилающей поверхности Еэф.

Радиационный баланс подстилающей поверхности представляет собой разность между приходом и расходом лучистой энергии (равен количеству энергии, поглощенной подстилающей поверхностью).

Уравнение радиационного баланса подстилающей поверхности имеет вид:

Величина Ra очень мала, поэтому в практических расчетах её не учитывают.

Разность между суммарной поступающей радиацией и отраженной представляет собой поглощенную подстилающей поверхностью коротковолновую радиацию – коротковолновой радиационный баланс:

Эффективное излучение является длинноволновым радиационным балансом, отсюда полный радиационный баланс может быть представлен в виде разности коротковолнового и длинноволнового балансов:

Источник