3.2. Залежність інтенсивності сонячної радіації від кута падіння променів

Прихід прямої радіації на земну поверхню залежить від кута падіння сонячного проміння. Максимальна кількість радіації падає на поверхню, що перпендикулярна напрямку сонячних променів.

Чим менше кут падіння променів, тим менше інтенсивність сонячної радіації. Так як протягом року і протягом доби висота сонця на всіх широтах не залишається постійною, кількість сонячного тепла, що одержується поверхнею, безупинно змінюється.

Потік прямої радіації на горизонтальну поверхню називають інсоляцією. Якщо поверхня не горизонтальна, то прихід радіації залежить також від нахилу поверхні. Інтенсивність сонячної радіації залежить і від висоти Сонця і від прозорості атмосфери.

3.3. Види потоків сонячної радіації

В атмосфері спостерігаються три види потоків сонячної радіації: пряма, розсіяна і відбита.

Радіація, що надходить на Землю безпосередньо від сонячного диска у виді пучка рівнобіжних променів, називається прямою радіацією (S’). Інтенсивність прямої радіації залежить від висоти Сонця і прозорості атмосфери і зростає зі збільшенням висоти місця над рівнем моря.

Середні багаторічні суми прямої радіації на території України збільшуються від 210 МДж/м² на півночі до 290 МДж/м² на півдні.

Розсіяна радіація (D) – це частина сонячної радіації, яка проходячи через атмосферу, частково перетворюється, розсіюється молекулами атмосферних газів і аерозолями. Вона надходить на горизонтальну земну поверхню від усього небесного схилу.

Середні багаторічні суми розсіяної радіації за рік на території України складають 200 – 215 МДж/м².

Сума прямої і розсіяної сонячної радіації, які поступають на горизонтальну поверхню складають потік сумарної радіації: Q = S' + D

Співвідношення між прямою і розсіяною радіацією в складі сумарної радіації залежить від висоти Сонця, хмарності і забруднення атмосфери.

Чим менше висота Сонця і більше забруднення атмосфери, тим більше частка розсіяної радіації в потоці сумарної радіації. Хмари, що не закривають Сонця, збільшують прихід розсіяної радіації в кілька разів у порівнянні з ясним небом. Збільшує розсіяну радіацію і сніжний покрив, що відбиває до 70—90% прямої радіації, що потім розсіюється в атмосфері. Зі збільшенням висоти місця над рівнем моря розсіяна радіація при ясному небі зменшується.

Добовий і річний хід розсіяної радіації при ясному небі взагалі відповідає ходу прямої радіації. Однак ранком розсіяна радіація з'являється вже до сходу Сонця, а увечері вона ще надходить у період сутінок, тобто після заходу. У річному ході максимум розсіяної радіації спостерігається влітку.

Сумарна радіація, надходячи на поверхню Землі, частково відбивається від неї і спрямовується назад в атмосферу у вигляді відбитої радіації (R_к). Відношення відбитої частини R до всієї сумарної радіації Q, що надходить до Земної поверхні, називається відбивною здатністю, або альбедо А даної поверхні:

A = R/Q

Альбедо зазвичай виражають у відсотках (при множенні цього співвідношення на 100). Альбедо залежить від кольору поверхні, шорсткості, вологості й інших властивостей. Альбедо водяних поверхонь менше, ніж суші, оскільки сонячні промені, особливо при великій висоті Сонця, проникаючи у воду, значною мірою поглинаються і розсіюються у ній.

Велике альбедо льоду і снігу обумовлює уповільнений хід весни в північних районах і збереження багаторічних льодів у полярних областях. Спостереження за альбедо суші, моря і хмарного покриву проводяться зі штучних супутників Землі. Альбедо моря дозволяє розрахувати висоту хвиль, альбедо хмар характеризує їхню потужність, а розходження в альбедо різних ділянок суші дає уявлення про ступінь закритості полів снігом і про стан рослинного покриву.

Сонячна радіація, що досягла поверхні Землі, частково відбивається від неї, а частково поглинається Землею, тому вона називається поглиненою радіацією (С) (тобто це різниця між сумарною і відбитою радіацією). Вона може бути виражена такими рівняннями С=Q–R або C=Q(1-A).

Атмосфера поглинає взагалі 15—20% сонячної радіації, що надходить до Землі, головним чином інфрачервону. Поглинають радіацію більше за все водяна пара, аерозолі, озон.

Пряма, розсіяна, сумарна, відбита види радіації мають назву короткохвильова радіація (0,1<<4 мкм).

Розділ метеорології, що вивчає потоки променистої енергії в атмосфері, називається актинометрією.