Количество солнечного тепла и света

Если бы каждый квадратный сантиметр земной поверхно­сти, перпендикулярной солнечным лучам, при среднем расстоя­нии Земли от Солнца, равном почти 150 миллионам км, и при отсутствии атмосферы получал в 1 мин. 1,88 кал, то в течение года при тех же условиях он получил бы до 1000 ккал тепла. Но так как Земля близка по форме к шару и солнечные лучи не везде падают отвесно, да при этом всегда освещена только половина земного шара, то за год на 1 см2 на верхней границе атмосферы поступает в среднем лишь четвертая часть назван­ной величины, т. е. около 250 ккал/см2. Из этого количества солнечного тепла поверхностью земли и атмосферой погло­щается до 140—150 ккал/см2год.
Количество тепла, получаемого от Солнца земной поверх­ностью, зависит прежде всего от угла падения солнечных лу­чей. Чем отвеснее падают солнечные лучи, т. е. чем больше высота солнца над горизонтом, тем меньше путь солнечных лучей в атмосфере (рис. 12) и тем большее количество энергии приходится на единицу площади, и, наоборот, чем меньше угол падения, тем больше путь солнечных лучей в атмосфере и тем меньше энергии приходится на единицу площади.

При прохождении через атмосферу солнечные лучи теряют тем больше энергии, чем длиннее их путь

При прохождении через атмосферу солнечные лучи теряют тем больше энергии, чем длиннее их путь

Максимальное количество солнечной радиации поступает на единицу горизонтальной поверхности земли, перпендикуляр­ной солнечным лучам, тогда, когда солнце находится в зените, т. е. когда угол падения солнечных лучей равен 90°.
В табл. 5 приведены рассчитанные суммы солнечной радиа­ции для летнего и зимнего солнцестояния при отсутствии атмо­сферы. Из данных этой таблицы следует, что при отсутствии атмосферы в дни летнего солнцестояния Арктика получала бы солнечного тепла 1110 кал /см2 сутки, т. е. больше, чем эквато­риальная зона, где суточная сумма тепла составляла бы всего лишь 814 кал/см2.

T_5
Расчеты показывают, что при так называемой идеальной атмосфере (абсолютно сухой и чистой) поверхность Земли в вы­соких и даже средних широтах летом получала бы больше тепла, чем в экваториальной зоне. Согласно расчетам, в послед­них числах июня при отсутствии облаков и при средней про­зрачности атмосферы на Северный полюс поступало бы около 670 кал/см2 сутки, на широту 55° 630 кал/см2 сутки, а в эквато­риальную зону лишь около 500 кал/см2 сутки.
В экваториальной зоне количество солнечного тепла не ис­пытывает больших сезонных колебаний (табл. 5). В то же время в средних широтах оно уменьшается в несколько раз, а на Северном полюсе поступление тепла вовсе прекращается в период сентябрь — март.
Такое распределение солнечной радиации объясняется тем, что в Полярном бассейне летом солнце круглые сутки не захо­дит за горизонт, а зимой не появляется над горизонтом, в то время как в экваториальной зоне продолжительность светлого времени суток в течение года не испытывает заметных колеба­ний и равна приблизительно 12 час. Поэтому в течение года низкие широты получают больше тепла, чем средние и высокие широты.
Чтобы выяснить, в какой степени количество энергии, посту­пающей на перпендикулярную солнечным лучам поверхность, зависит от угла их падения, обратимся к табл. 6, составленной Н. Н. Калитиным.

T_6
В этой таблице приводятся теоретически вычисленные дан­ные о количестве солнечной радиации, приходящей на перпен­дикулярную поверхность, в зависимости от высоты солнца над горизонтом при полном отсутствии атмосферы (солнечная постоянная) и при прохождении солнечных лучей через иде­альную атмосферу, а также данные, полученные непосредственно из наблюдений при наличии реальной атмосферы при средней прозрачности ее.
Как видно из табл. 6, по сравнению с солнечной постоянной интенсивность радиации даже при условии идеальной атмо­сферы заметно меньше и, конечно, она еще меньше при усло­вии реальной атмосферы. При высоте солнца, равной 20°, интен­сивность солнечной радиации по сравнению с солнечной посто­янной уменьшается почти вдвое, а при высоте солнца 60° — на 30%. Резкое уменьшение интенсивности солнечной радиации в реальной атмосфере происходит главным образом из-за со­держания в ней водяного пара и пыли, обладающих поглощательной способностью.
Так обстоит дело с приходом солнечного тепла на перпен­дикулярную лучам поверхность.
Фактически на единицу горизонтальной поверхности прихо­дится гораздо меньше солнечной энергии. Так, при падении лучей солнца под углом 30° количество радиации, поступающей на 1 см2 горизонтальной поверхности, по сравнению с данными, приведенными в табл. 6, уменьшается в 2 раза, а при высоте солнца 5° — почти в 12 раз. Поток солнечной радиации, посту­пающей на горизонтальную поверхность, быстро убывает от эк­ватора к полюсам.
В дни весеннего и осеннего равноденствия в полдень на эк­ваторе солнце бывает в зените, а на полюсах — на горизонте (рис. 13, а).

Положение Земли по отношению к солнечным лучам в различные сезоны года

Положение Земли по отношению к солнечным лучам в различные сезоны года

В день летнего солнцестояния в северном полушарии высота солнца на экваторе 66,5°, на северном тропике 90°, а на Север­ном полюсе лишь 23,5°. В это время в Арктике солнце не захо­дит за горизонт и вступает в силу полярный день, а Антарк­тика погружается в полярную ночь (рис. 13, б).
В день зимнего солнцестояния в Арктике солнце находится за горизонтом (полярная ночь), а в Антарктике наблюдается полярный день( рис. 13, в). Однако как на Северном, так и на Южном полюсе в полярный день лучи солнца падают под наи­меньшим углом. Продолжительность периода с полярным днем, как и с полярной ночью, равна приблизительно половине года. Поэтому в низких широтах Земли, где высота солнца в тече­ние всего года наибольшая, значительно теплее, чем в средних и особенно в высоких широтах северного и южного полушарий. Этим же объясняется наибольший нагрев земной поверхности в полдень, когда солнечные лучи падают на нее под наиболь­шим углом.



Source: collectedpapers.com.ua