1. Для климатологии представляет существенный интерес вопрос о
распределении притока и отдачи радиации по земному шару. Рассмотрим
сначала распределение солнечной радиации на горизонтальную
поверхность "на границе атмосферы". Можно было бы также сказать: "в
отсутствии атмосферы". Этим мы допускаем, что нет ни поглощения, ни
рассеяния радиации, ни отражения ее облаками. Распределение
солнечной радиации на границе атмосферы является простейшим. Оно
действительно существует на высоте нескольких десятков километров.
Указанное распределение называют по традиции солярным климатом.
2. Из п. 5 нам известно, как меняется в течение года поток солнечной
радиации и, стало быть, количество радиации, приходящее к Земле. При
значении солнечной постоянной 1,353 кВт/м2 этот поток будет равен
1,400 кВт/м2 в январе и 1,306 кВт/м2 в июле.
Стало быть, северное полушарие за летний день получает на границе
атмосферы несколько меньше радиации, чем южное полушарие за свой
летний день.
3. Количество радиации, получаемое за сутки на границе атмосферы,
зависит от времени года и широты места. Под каждой широтой время
года определяет продолжительность дневной части суток и, стало быть,
продолжительность притока радиации. Но под разными широтами
продолжительность дневной части суток в одно и то же время разная.
По-разному изменяется она и в течение года (рис. 14).
На полюсе солнце летом не заходит вовсе, а зимой не восходит в
течение 6 месяцев. Между полюсом и полярным кругом солнце летом не
заходит, а зимой не восходит в течение периода от полугода до одних
суток. На экваторе дневная часть суток всегда продолжается 12 ч. От
полярного круга до экватора дневное время суток летом убывает, а
зимой возрастает.
Рис. 14. Продолжительность дневной части
суток в самый короткий зимний и самый длинный летний день под
разными широтами
Но проток солнечной радиации на горизонтальную поверхность
зависит не только от продолжительности дня, а еще и ют высоты
солнца. Количество радиации, приходящее на границе атмосферы на
единицу горизонтальной поверхности, пропорционально синусу высоты
солнца. А высота солнца не только изменяется в каждом месте в
течение дня, но зависит и от времени года. Максимальная (в полдень)
высота солнца в день летнего солнцестояния равна 90°-ф + 23,5 где ср
- широта
места. Наименьшая полуденная высота солнца наблюдается в день
зимнего солнцестояния: 90° -ф -23,5°; в дни равноденствий высота
солнца в полдень равна 90° - ф. Таким образом, полуденная высота
солнца на экваторе изменяется в течение года от 90 до 66,5°, в
тропиках - от 90 до 43°, на полярных кругах - от 47 до 0°, на
полюсах - от 23,5 до 0°.
4. Итак, шарообразность Земли и наклон плоскости экватора к
плоскости эклиптики (23,5°) создают сложное распределение потока
радиации по широтам на границе атмосферы и его изменение в течение
года. Поскольку это распределение зависит лишь от астрономических
факторов, его можно рассчитать по точным формулам (здесь они не
приводятся), приняв известное значение солнечной постоянной. На
основании таких расчетов на рис. 15 представлен приход радиации в
северном полушарии на границе атмосферы в мегаджоулях на каждый
квадратный метр горизонтальной поверхности за год и за каждое
полугодие. Из рисунка видно, что за год количество приходящей
солнечной радиации изменяется от 133-102 МДж/м2 на экваторе до 56
102 МДж/м2 на полюсе.
Зимой поток радиации очень быстро убывает от экватора к полюсу,
летом - гораздо медленнее. При этом максимум летом наблюдается на
тропике, а от тропика к экватору поток радиации несколько убывает.
Малая разница в потоке радиации между тропическими и полярными
широтами летом объясняется тем, что хотя высоты солнца в полярных
широтах летом ниже, чем в тропиках, но зато велика продолжительность
дня. В день летнего солнцестояния полюс поэтому получал бы в
отсутствии атмосферы больше радиации, чем экватор. Однако у земной
поверхности в результате ослабления радиации атмосферой, отражения
ее облачностью и льдом летний поток радиации в полярных широтах
существенно меньше, чем в более низких широтах.
Рис. 15. Приток солнечной радиации на
горизонтальную поверхность в отсутствии атмосферы (МДж/м2) в зимнее
и летнее полугодия и за весь год в зависимости от географической
широты.
5. Расчеты показывают, что на верхней границе атмосферы вне
тропиков имеется в годовом ходе один максимум радиации, приходящийся
на время летнего солнцестояния, и один минимум, приходящийся на
время зимнего солнцестояния. Но между тропиками поток радиации имеет
два максимума в году, приходящиеся па те сроки, когда солнце
достигает наибольшей полуденной высоты. На экваторе это будет в дни
равноденствий, в других внутритропических широтах - после весеннего
и перед осенним равноденствием, отодвигаясь тем больше от сроков
равноденствий, чем больше, широта. Амплитуда годового хода на
экваторе мала, внутри тропиков невелика; в умеренных и высоких
широтах она значительно больше.
Это можно видеть из таблицы, где поток солнечной радиации на единицу
горизонтальной поверхности на верхней границе атмосферы указан для
дней равноденствия и солнцестояния по широтным зонам северного
полушария. В таблице приводятся также соответствующие значения
прямой и рассеянной радиации у земной поверхности.
