Солнечное излучение

Ежегодно с солнечной радиацией на Землю поступает около 5·10²⁴ Дж энергии. Солнечное излучение проходит путь от Солнца до Земли 1,5·10⁸ км за восемь минут. Начальная интенсивность излучения настолько велика, что на пределах земной атмосферы плотность потока энергии его составляет 1360 Вт/м². Эту величину называют иногда солнечной постоянной. Однако вследствие различных взаимодействий в атмосфере до Земли доходит лишь часть этой энергии (рис.3.1). Кроме того, интенсивность солнечного излучения в любой точке земного шара зависит от времени суток, сезона и географического положения.

Рис.3.1. Возможные потери энергии солнечного излучения
при прохождении атмосферы Земли: а - отражение от поверхности Земли;
б - отражение в пределах атмосферы; в – рассеяние в пределах атмосферы;
г - рассеяние у поверхности Земли; д - излучение, достигающее поверхности Земли

Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите, затрачивая год на каждый цикл. Угол наклона земной оси к плоскости вращения Земли составляет 23,5^o. Такая ориентация оси вращения Земли при ее движении относительно Солнца обуславливает колебания продолжительности светового дня в течение года. Например, в Северном полушарии наибольшая продолжительность светового дня отмечается 22 июня в период летнего солнцестояния, когда земная ось наклонена Северным полюсом в сторону Солнца, наименьшая - 22 декабря в период зимнего солнцестояния, когда ось ориентирована в противоположную сторону. Существуют еще два характерных положения Земли относительно Солнца, когда ось вращения Земли оказывается перпендикулярной линии, соединяющей центры Земли и Солнца. Эти моменты равноденствия отмечаются 21 марта и 23 сентября, когда продолжительность дня равна продолжительности ночи.

Кажущееся положение Солнца из любой точки Земли определяется двумя углами: между направлением на Солнце из точки наблюдения и горизонтальной плоскостью, проходящей через эту точку (высота h) и между плоскостью меридиана и вертикальной плоскостью, проведенной через точку наблюдения и Солнце (азимут β). Когда Земля обращена к Солнцу южной стороной и азимут равен нулю, высота - максимальна. Отсюда вытекает понятие «полдень». В астрономических таблицах и картах обычно используют солнечное время, т.е. время относительно полудня, которое несколько отличается от местного поясного времени.

Сезонное изменение кажущегося положения Солнца описывается углом склонения d, который изменяется от +23,5^o до –23,5^o.

Поступающую на поверхность Земли солнечную радиацию делят на прямую, диффузную (рассеянную) и суммарную. Прямая солнечная радиация H_I представляет собой поток излучения, поступающего непосредственно от солнечного диска и измеряемого на плоскости, перпендикулярной направлению луча. Диффузная (рассеянная) солнечная радиация Н_d также измеряется на плоскости, перпендикулярной направлению на Солнце, и поступает на эту плоскость от остальной части небесной полусферы (кроме солнечного диска).

Суммарная солнечная радиация Н включает в себя оба вида солнечного излучения: