Потоки сонячної радіації біля земної поверхні. Пряма, розсіяна та сумарна радіація

Радіацію, яка надходить до земної поверхні безпосередньо від сонячного диска, називають прямою сонячною радіацією. Відстань від Землі до Сонця дуже велика, тому пряму радіацію розглядають у вигляді паралельних променів, які надходять а нескінченності. Інтенсивність прямої сонячної радіації, або інсоляція,- це кількість променистої енергії, що падає на одиницю площі. Вона вимірюється в джоулях /Дж/ за системою одиниць СІ або кіловатах /кВт/. Зовні системною одиницею інтенсивності радіації, або теплоти, є калорія, яка дорівнює 4,19 Дж (1 ккал на квадр. см дорівнює 41.9 МДж на квадр. метр.Проходячи крізь атмосферу, частина сонячної радіації розсіюється атмосферними газами, частина поглинається, решта досягає земної поверхні. частково відбивається, а в більшості поглинається і нагріває її. Частина розсіяної радіації виходить в міжпланетний простір, а частина йде до земної поверхні, частково відбивається, а частково поглинається нею, тому інтенсивність прямої сонячної радіації біля земної поверхні зменшується. Вона залежить від тривалості освітлення і кута падіння сонячних променів, обумовленого висотою Сонця над горизонтом, а також прозорості атмосфери. Сильно ослаблює сонячну радіацію хмарність /в середньому на 20%/.Всю сонячну радіацію, яка надходить до земної поверхні у вигляді прямої і розсіяної, називають сумарною. Інтенсивність сумарної радіації - це надходження енергії за 1 хвилину на 1 см квадратний горизонтальної поверхні, вона дорівнює сумі інтенсивності прямої радіації, помноженої на сінус висоти сонця і інтенсивності розсіяної радіації.При безхмарному небі сумарна радіація має правильний добовий хід з максимумом біля полудня і річний хід з максимумом влітку. Хмарність в середньому зменшує сумарну радіацію. Географічний розподіл сумарної сонячної радіації на верхній межі атмосфери залежить від широти і пори року, обумовлених кулястістю Землі та нахилом площини екватора до площини земної орбіти. За рік кількість сумарної радіації зменшується від 313 ккал на см квадр. на екваторі до 133 ккал на см квадр. на полюсах. Влітку надходження радіації зменшується від 160 ккал на см квадратний на екваторі до 133 ккал на см квадр. на полюсі за 6 місяців теплого періоду, а зимою - від 160 ккал на квадр. см на екваторі до 0 біля 75° пн.ш.У річному ході радіації на верхній межі атмосфери між тропіками є два максимуми, коли Сонце досягає найбільшої полуденної висоти /на екваторі - рівнодення, в інших широтах між рівноденнями і літнім сонцестоянням/. Ззовні тропіків спостерігається тільки один максимум в річному ході радіації під час літнього сонцестояння, коли висота Сонця найбільша /90° - широта + 23,5°/ і залежить від широти місця, і один мінімум під час зимового сонцестояння, відповідно, коли висота Сонця найменша /90° - широта - 23.5°/.

Розподіл сумарної радіації біля земної поверхні широтно-зональний. Тут радіація послаблена тим, що пройшла крізь атмосферу, частина її поглинулася, розсіялася, відбилася хмарами. Хмарність зменшує пряму сонячну радіацію на 20—75%. Ізолінії сумарної радіації на картах відхиляються від широтного ходу під впливом прозорості атмосфери і хмарності /рис. 2/.

Рис.2. Сумарна сонячна радіація в ккал на квадратний см за рік. /ФГАМ, 1964/.

Річна кількість сумарної радіації найбільша в тропічних і субтропічних широтах /понад 140 ккал на квадр. см за рік/, а в пустелях північної Африки і Аравії становить 200...220 ккал на квадр. см за рік. На екваторі над ба­сейнами Амазонки і Конго та в Індонезії вона зменшується до 100-120 ккал на квадр. см за рік. Від субтропіків на північ і південь радіація знижується до полярного кола, де становить 60...80, потім до північного полюса дещо підвищується. а над Антарктидою досягає 120....130 ккал на квадр. см за рік. На всіх широтах, крім екваторіальних, сумарна радіація над океанами нижча, ніж над сушею.

У грудні найбільша сумарна радіація в пустелях південної півкулі /20...22 ккал на квадратний см за міс/, а біля екватора - 8...І2 ккал на квадр. см. У північній півкулі вона швидко зменшується до 2 ккал на 50° пн.ш. і до 0 біля полярного кола. В південній півкулі сумарна радіація знижується до 10 ккал на квадр. см на 60° пд.ш., а потім збільшується до 20....30 ккал на квадр. см за місяць в Антарктиді, де вона більша, ніж в тропіках, в зв'язку з полярним днем, мізерною хмарністю і чистішою атмосферою.

У червні найбільша сумарна радіація надходить до поверхні Африки. Аравії, Ірану, тобто до 30...22 ккал на квадр. см і вище в тропічних і суб­тропічних пустелях північної півкулі. В приекваторіальних хмарних широтах вона знижується до 8...І2 ккал на квадр. см, а в тропіках південної півкулі на суші зростає до 14 ккал на квадр. см за міс., а далі падає до 0 біля південного полярного кола. У північній півкулі літом сумарна радіація зменшується до 8....10 ккал на квадр. см над океанами в помірних широтах, де найбільша хмарність. а біля північного полярного кола знову збільшується до 20 ккал на квадр. см в Арктиці.