Географическое распределение солнечной радиации и радиационного баланса земной поверхности

4. Географическое распределение солнечной радиации и радиационного баланса земной поверхности

Количество радиации зависит от солнечной постоянной (1,367 кВт/м²±3,5%), времени года и широты места. Широта места определяет продолжительность дневной части суток, которая также изменяется в течение года. Широта места определяет высоту солнца над горизонтом, она в свою очередь изменяется в течение суток и в течение года.

Полуденная высота солнца может быть рассчитана по следующей формуле:
H = 90º – φ ± φ_z,

где φ – широта данной точки, φ_z – широта параллели, под которой солнце в данный день в зените.

В Республике Беларусь наибольшая и наименьшая продолжительность дня на севере, где она в декабре составляет 7 часов, а в июне – 17,5 часов. В теплый период года (21.03 – 23.09) продолжительность дня растет с юга на север. Максимальная разность в пределах республики достигает почти 1 час. На юге максимальная продолжительность дня 16,5 часов, минимальная – 8 часов.

Разность максимальных высот Солнца для РБ составляет 4º. Выше всего 22.06 оно поднимается на юге (63,5°). Минимальная высота Солнца в полдень 22.12 на севере (11°). В декабрьский полдень тень от вертикальных предметов в 5 раз длиннее, в июньский – в 2 раза короче.

Показатели солярного климата рассчитываются по формулам. В зимнее время поток радиации быстро убывает от тропика к полюсу, а также несколько убывает по направлению к экватору. Летом это убывание не столько значительно (причина – длина дня). Вне тропиков годовой ход солнечной радиации имеет 1 максимум (22.06) и 1 минимум (22.12). Между тропиками – 2 максимума (21.03 и 23.09).
4.2. Годовые значения солнечной радиации. По сравнению с потоком радиации у верхней границы атмосферы солнечная радиация у земной поверхности значительно меньше по интенсивности. Поэтому в летнее время наибольший поток радиации не в полярных широтах, а под 30–40º широты, весной и осенью не у экватора, а на 10–20° широты весной и 20–30º осенью.

Годовые количества суммарной солнечной радиации I_s в низких широтах достигают максимальных значений в тропических широтах (Сахара, Аравия). Экваториальные районы из-за большой облачности и влажности получают тепла несколько меньше. От тропических широт к умеренным поток суммарной солнечной радиации уменьшается. Начиная с 60° широты суммы суммарной солнечной радиации вновь растут, при этом над Антарктидой больше, чем над Арктикой). Над областью южного полюса они достигают значений, превышающих экваториальные. Над океанами суммы радиации меньше, чем над сушей.

В июне наибольшие суммы радиации получает северное полушарие, особенно внутриконтинентальные тропические и субтропические области (северо-восток Африки, Аравия, Иранское нагорье). Суммы солнечной радиации в умеренных и полярных широтах северного полушария отличаются мало (продолжительность дня). В облачных приэкваториальных районах они несколько снижены. В южном полушарии суммы радиации быстро убывают к югу до 0 за полярным кругом.

Годовые суммы суммарной радиации в Беларуси изменяются, примерно, от 4100 МДж/м² на юге республики до 3500 МДж/м² на севере и в районе Вилейки. Общий приход радиации на юге на 16% больше, чем на севере. В среднем можно говорить об увеличении прихода радиации на 100 МДж на каждые 100 км продвижения к югу.

В годовой сумме суммарной солнечной радиации более половины (55%) составляет рассеянная. По территории республики ее годовые суммы меняются в пределах 10%: от 2100 МДж/м² на юге до 1900 МДж/м² на севере. Значительно сильнее, более чем на 25%, меняются суммы прямой радиации. Она более чувствительна к облачности. Минимальные суммы прямой солнечной радиации отмечены в районе Вилейки (1530 МДж/м²), а наибольшие – в районе Брагина (2005 МДж/м²). Облачность уменьшает годовые суммы прямой радиации в 2–2,5 раза. Например, в Минске при отсутствии облачности годовые суммы прямой радиации равны 4485 МДж/м², в реальных условиях – 1726 МДж/м². Годовые суммы суммарной солнечной радиации уменьшаются только на 40% за счет возрастания сумм рассеянной радиации при развитии облачности.
4.3. Географическое распределение радиационного баланса

Для всей земли, кроме полярных областей, радиационный баланс земной поверхности за год положительный. Избыток тепла идет на нагревание и движение воздуха, испарение, биологические процессы.

Для ледовых зон Арктики и Антарктики характерны малые значения всех членов радиационного баланса земной поверхности, что объясняется высоким альбедо снега, и отрицательный или близкий к нулю радиационный баланс земной поверхности.

Наибольший приход тепла свойственен тропическим морям (особенно Аравийскому) по причине низкого альбедо. В тропических пустынях радиационный баланс земной поверхности в 2 раза меньше, чем в морях, а температура воздуха над сушей больше, чем над морем. В морях главная доля тепла расходуется на испарение, переходит в скрытую теплоту парообразования, а на суше все тепло идет на нагревание воздуха и эффективное излучение.

В целом распределение радиационного баланса, как и суммарной радиации, носит зонально-региональный характер: выделяются экваториальные, тропические, умеренные и полярные пояса, которые делятся на регионы (океанические и материковые).

В декабре радиационный баланс земной поверхности отрицателен до 40º с.ш., южнее – растет до южного тропика и вновь убывает по направлению к полюсу (на территории Антарктиды больше нуля).

В июне в северном полушарии радиационный баланс земной поверхности больше нуля, при этом с изменением широты меняется медленно (с уменьшением широты, радиационный баланс земной поверхности растет) достигая max на северном тропике. Далее убывает, а с 40° ю.ш. становится отрицательным.

Годовые суммы радиационного баланса на территории РБ изменяются от 1500 до 1800 МДж/м² с тенденцией увеличения от северо-востока к юго-западу. Но ландшафт, режим облачности и другие факторы вносят свои коррективы. Так сравнительно малой суммой (около 1500 МДж/м²), как и по суммарной солнечной радиации выделяются районы Вилейки, Славгорода. А суммы баланса больше 1750 МДж/м² отмечены не только в районе Бреста, но и Новогрудка.