Спектральний склад сонячної та земної радіації

Випромінювання Сонця у навколишній простір характеризується широким спектром, що наближено відповідає енергетичному спектру абсолютно чорного тіла за температури близько 5800⁰ К. Лише в ультрафіолетовій частині спектра випромінювання Сонця менше, ніж у спектрі абсолютно чорного тіла.

Весь спектр випромінювання Сонця дуже широкий і його за довжиною хвиль поділяють на ряд ділянок. Випромінювання з довжиною хвилі‹10^-5 мкм – це гамма-промені, з довжиною хвилі від 10^-5 до 10^-2 мкм - це рентгенівське випромінювання. Усе це не теплова енергія і в метеорології не вивчається. Теплове випромінювання:

від 0,01 до 0,39 мкм – ультрафіолетова радіація;

від 0,39 до 0,76 мкм – видиме випромінювання, що створює освітлення;

від 0,76 до 3000 мкм – інфрачервона радіація.

Випромінювання з довжиною хвилі більше 0,3 см також не теплове випромінювання – це радіохвилі.

Виділяють також близьку ультрафіолетову радіацію (0,29-0,39 мкм) та близьку інфрачервону радіацію (0,76-2,4 мкм). В інтервалах довжин хвиль від 0,1 до 4 мкм є 99 % усієї енергії сонячної радіації. Усього лише 1 % енергії залишається на радіацію з меншими та довшими хвилями. Тому сонячну радіацію умовно називають короткохвильовою радіацією. Максимум випромінювання Сонця спостерігається за довжини хвилі 0,4738 мкм. Кількість енергії, що випромінюється Сонцем у різних ділянках спектра змінюється у великих межах (табл. 3.1.)

Таблиця 3.1. Частка різних ділянок спектра сонячної радіації, %

Видима ділянка спектра променистої енергії Сонця поділяється на сім кольорів (табл. 3.2)

Промениста енергія, яку випромінює Земля, відповідно до своєї температури, має значну довжину хвиль. Близько 99 % енергії випромінювання Землі та атмосфери припадає на інтервал довжини хвиль від 3 до 80 мкм. Максимальне випромінювання припадає на довжину хвиль 10-15 мкм. У зв’язку з цим випромінювання Землі та атмосфери називається довгохвильовим.

Таблиця 3.2 Довжини хвиль, що відповідають різним кольорам.

Сонячна стала

За кількісну міру сонячної радіації беруть енергетичну освітленість або потік радіації. Потік радіації – це кількість енергії, що випромінюється тілом крізь одиничну поверхню або надходить до одиничної поверхні за одиницю часу. Потік радіації в системі одиниць СІ визначається у Вт/м² або Дж/(м²·хв), у позасистемній – кал/(см²хв):

1кал/(см²хв) = 698 Дж/(см²·хв) = 697,8 Вт/м² = 0,698 КВт/м²

Потік радіації, що надходить на верхню межу земної атмосфери за одиницю часу на одиничну перпендикулярну сонячним променям поверхню за середньої відстані від Землі до Сонця, називається сонячною сталою. Міжнародна комісія з радіації рекомендувала взяти як стандартне значення сонячної сталої

І₀ = 1,98 кал/(см²хв) = 1382 Вт/м² = 1,38 кВт/м²

Оскільки на початку січня відстань між Землею і Сонцем найменша (147 млн км), а на початку липня – найбільша (152 млн км) та сонячна стала протягом року змінюється у межах ±3,5%. Взагалі зміст поняття „сонячна стала” полягає в тому, що на цю величину ще не впливає атмосфера.

На думку вчених ще не встановлено точного значення сонячної сталої. Можливо сонячна стала змінюється з часом під впливом коливання сонячної активності. Ще не відомо, чи є добові та річні коливання цієї величини. Для остаточного з’ясування цього питання необхідні тривалі прямі вимірювання спектрального розподілу радіації поза земною атмосферою.