Файл: Лабораторный практикум В. Ф. Говердовский, А. В. Дикинис.pdf

5.18. Альбедо свежевспаханного влажного чернозема около 10 %, а чистого сухо­

го снега около 90 %. Если суммарная радиация на этих участках одинако­
ва, то какой участок больше поглощает и во сколько раз? Как влияет раз­
личие в альбедо на количество поглощенной радиации?  Как это сказыва­
ется на тепловом режиме разных участков  земной поверхности и приле­
гающих к ней  слоев  атмосферы при одинаковом поступлении солнечной 
радиации?

5.19. Среднее значение альбедо поверхности Черного моря летом:

Высота Солнца, град

20

30

40

50

60

Альбедо, %

10

7

6

6

5

Построить  график  функции  A(h®)  и  указать  причину уменьшения  альбедо
моря при увеличении высоты 

Солнца (волнением моря пренебречь).

5.20.  Определить  количество  солнечной  радиации,  поглощаемой  поверхностью 

снега, альбедо которого составляет 80 %, в истинный полдень 20 февраля на 
60° с.  ш.,  если коэффициент ослабления  С [см.  формулу  (5.20)]  равен 0,25, 
а рассеянная радиация составляет 0,07 кВт/м".

5.21. Вычислить освещенность горизонтальной поверхности Земли и коэффици­

ент  пропускания  атмосферы  при  высоте  Солнца  19,3°,  если  коэффициент 
прозрачности атмосферы равен 0,71. Использовать табл. 5.4.

5.22.  В  безоблачный  день  прямая  солнечная  радиация,  измеренная  при  массах 

атмосферы  2,  3,  4  и  5,  равнялась  соответственно  0,82;  0,68;  0,59  и  0,54 
кВт/м2. Вычислить при заданных массах атмосферы: а) освещенность земно­
го участка, перпендикулярного солнечным лучам, используя световой экви­
валент солнечной радиации к (см. табл.  5.5);  б) освещенность горизонталь­
ной земной поверхности;  в) коэффициенты прозрачности для светового по­

тока; г) коэффициенты пропускания: какую часть (в %) светового солнечного 

потока задерживают в отдельности только первая, только вторая, только тре­

тья, только четвертая и только пятая масса атмосферы? Использовать табл. 5.4. 

Ответить на вопросы:  а) почему каждая последующая масса атмосферы ос­

лабляет (задерясивает) меньшую долю светового потока по сравнению с пре­

дыдущей и коэффициент прозрачности увеличивается с увеличением числа 

пройденных  масс?  б)  соответствуют ли  эти изменения  коэффициента  про­

зрачности  фактическим изменениям .мутности  атмосферы?;  в)  наблюдалось 
бы это явление,  если бы измерения были выполнены монохроматическими 

потоками солнечной радиации?

5.23. Отношение длин волн красного (0,76 мкм) и фиолетового (0,38 мкм) лучей 

равно 2. Во сколько раз (приблизительно) различаются: поперечные сечения 
молекулярного  рассеяния;  объемные  коэффициенты  молекулярного  рассея­
ния;  плотности потоков света, рассеянного единицами объема вперед и на­
зад? Для каких лучей они больше?

5.24. Вычислить коэффициенты пропускания для слоя облаков толщиной 100 м и 

потери энергии при прохождении этого слоя волнами видимой части спектра 
электромагнитного излучения - от 0,38 до 0,78 мкм. Значительно ли изменя­
ются коэффициенты аэрозольного ослабления и пропускания, а также потери 
энергии излучения Для всех длин волн видимой части спектра? Как называ­

126

ется такое  ослабление?  Почему  некоторые  облака и многие туманы имеют 

белый цвет? Использовать табл. 5.6.

5.25. Определить освещенность Солнцем горизонтальной поверхности на острове 

Диксон  в  день  летнего  солнцестояния  (в  истинный  полдень  б®  =  23,26°) 
в полдень и в полночь, если широта острова 73,5°, а среднее месячное значе­
ние коэффициента прозрачности атмосферы 0,79. Использовать табл. 5.4.

5.26.  Какая  поверхность -  горизонтальная  или  вертикальная  -  в  полдень  в день 

осеннего равноденствия будет больше освещена прямыми солнечными лучами 

(в истинный поддень 5® = -0,03°)на острове Хейса (широта 80,5°) и во сколько 

раз? Использовать табл. 5.4.

5.27. Какова максимальная возможная освещенность горизонтальной поверхности 

в полдень в день весеннего равноденствия (в истинный полдень 5® = 0,13°) на 
экваторе,  в  Санкт-Петербурге (60°  с.ш.); на ст.  Восток в Антарктиде (78,5° 
ю.ш.). Во сколько раз освещенность на экваторе больше, чем в Санкт-Петер- 

бурге и на ст. Восток? Ослабление света в атмосфере не учитывать.

5.28. Вычислить освещенность горизонтальных площадок в пунктах, перечислен­

ных  в  предыдущей  задаче,  с  учетом  ослабления  света  в  атмосфере,  если 

средние месячные коэффициенты прозрачности соответственно равны 0,70; 
0,79;  0,80;  0,84.  Во  сколько  раз  освещенность  на  экваторе  больше,  чем  в 
Санкт-Петербурге и на ст. Восток? Почему  изменились  соотношения осве­

щенностей по сравнению с ответами к предыдущей задаче, хотя в Антаркти­

де и Санкт-Петербурге прозрачность воздуха больше, чем на экваторе? Ис­

пользовать табл. 5.4.

5.29.  Какую  освещенность  создает  прямой  солнечный  свет  на  поле,  покрытом 

травой,  если яркость поля равна 3,5-103  кд/м2, а альбедо 0,22? Считать,  что 

трава отражает по закону Ламберта.

5.30. Освещенность снежных и фирновых полей на склонах гор Кавказа в летний 

полдень может достигать 120 000 лк. Определить яркость и светимость снеж­
ных полей, если коэффициент отражения снега равен 0,85.

М ат ериалы  д л я  работ ы

1. 

Астрономический календарь (постоянная часть и ежегодник).

2. 

Лист миллиметровой бумаги для построения графиков.

3. 

Калькулятор (или компьютер) для вычислений.

Р е к о м е н д у е м а я  лит ерат ура

1.  Бакулин П .И., Кононович Э.В., Мороз В.И . Курс общей астрономии. - М.: Нау­

ка, 1977; гл. IX.

2.  Говердовский В.Ф .  Космическая метеорология. Ч. I.  Спутниковая метеороло­

гия. - СПб.: изд. РГГМУ, 2009-

3.  Кронберг П. Дистанционное изучение Земли. - М.: Мир, 1988.

4.  МатвеевЛ.Т. Физика атмосферы. - СПб.: Гидрометеоиздат, 2000.

5.  Пятизначные таблицы  логарифмов чисел и тригонометрических функций. - 

М.: Геодезиздат, 1957.

127

П орядок вы полнения р аб оты

1. П р е ж д е  ч е м  приступить к р е ш е н и ю  задач, внимательно оз­

накомьтесь  с  п р е а м б у л о й   (фр.  preambule  -   предисловие;  лат. 

praeambulus -  п р е д ш е с т в у ю щ и й ,   и д у щ и й  впереди) лабораторной 

работы.

2. Обратите в н и м а н и е  на  то обстоятельство, что для р е ш е н и я  

пр ед ла га ем ых задач н е о б х о д и м ы  оп ределенные знания из астро­
номии, ф и з и к и  а т м о с ф е р ы  и  о б щ е й  метеорологии, поскольку ито­
г о м  в ы п о л н е н и я  лабораторной р а б о т ы  является не только числен­
н ы й  ответ на задачу, но и  разносторонний анализ его физического 

смысла: для этого во м н о г и х  задачах п о м и м о  и с х о д н ы х  д а н н ы х  
с ф о р м у л и р о в а н  ряд вопросов в порядке о б с у ж д е н и я  п о л у ч е н н ы х  

результатов.

3. К  обязательному р е ш е н и ю  рекомендуется задача 5.1. П о  ре­

зультатам р е ш е н и я  не ко то ры х других задач также предусматрива­
ется построение ра зл ич ны х графиков, х а р а к т е р и з у ю щ и х  простран­

ственное и л и  временное распределение метеорологических вели­

ч и н  и  и х  анализ.

4. От че т п о  р е ш е н и ю  той и л и  и н о й  задачи составляется в п р о ­

извольной форме, но  с обязательным о с в е щ е н и е м  всех поставлен­
н ы х  вопросов.

М е т о д и ч е с к и е  у к а з а н и я

1.  Ослабление солнечной радиации в атмосфере

а) 

П р я м а я  солнечная радиация п р и  ее п р о х о ж д е н и и  от верхней 

г р а н и ц ы   а т м о с ф е р ы   до  з е м н о й   поверхности  ослабевает  в  соот­
ветствии с законом Буге для п о л н о й  р а ди ац ии (неразложенной по 

спектру):

J  =  J

0

p m, 

(5-18)

где J — энергетическая освещенность п р я м о й  солнечной радиацией 
п л о щ а д к и  на зе мн ой поверхности, пе рп ен ди ку ля рн ой л у ч а м  С о л н ­
ца;  Jo  -  солнечная  постоянная; р   -  интегральный  к о э ф ф и ц и е н т  
прозрачности атмосферы; m -  оптическая масса атмосферы, п р о й ­
денная с о л н е ч н ы м и  л у ч а м и  (табл. 5.4).

128

Таблица 5.4

Значения т при разных угловых высотах  h  ° Солнца

Ага"'

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

39,6

27,0

19,8

15,4

12,4

10,4

8,9

7,8

6,9

6,18

10

5,60

5,12

4,72

4,37

4,08

3,82

3,59

3,39

3,21

3,05

20

2,90

2,77

2,65

2,55

2,45

2,36

2,27

2,20

2,12

2,06

30

2,00

1,94

1,88

1,83

1,78

1,74

1,70

1,66

1,62

1,59

40

1,55

1,52

1,49

1,46

1,44

1,41

1,39

1,37

1,34

1,32

50

1,30

1,28

1,27

1,25

1,24

1,22

1,20

1,19

1,18

1,17

60

1,15

1,14

1,13

1,12

1,11

1,10

1,09

1,09

1,08

1,07

70

1,06

1,06

1,05

1,05

1,04

1,04

1,03

1,03

1,02

1,02

80

1,015

1,012

1,010

1,007

1,005

1,004

1,002

1,002

1,001

1,00

90

1,00

П р и  h@° > 3 0 °  значения  т  могут б ы т ь  н а й д е н ы  та кж е по ф о р ­

му л е

т =  1/sin /г®. 

(5.19)

Д р у г и м и  характеристиками ослабления  солнечной р а ди ац ии 

п р и  ее п р о х о ж д е н и и  через ат мо сф ер у могут сл уж ит ь к о э ф ф и ц и е н т  

ослабления  С:

(5 2 0 )

J -т

и  фактор му тн ос ти Т:

Т =   I g p / l g p t , 

(5.21)

где p i  - к о э ф ф и ц и е н т  прозрачности идеальной атмосферы, значе­
ние которого изменяется в зависимости от в е л и ч и н ы  т\

т

1

2

3

4

5

8

10

Pi

0,906

0,916

0,922

0,927

0,935

0,941

0,946

Значения Т определяются с то чн ос ть ю до  сотых.

Результаты от де ль ны х эк сп ер им ен та ль ных расчетов становят­

ся с о и з м е р и м ы м и ,  когда значения к о э ф ф и ц и е н т о в  прозрачности р , 

н а й д е н н ы е   п р и   ра з н ы х   (фактических)  параметрах  т ,   приводят 

к величине т  =  2 (см. Руководство гидрометеорологическим станци­
я м  по актинометрическим наблюдениям. -  JL: Гидрометеоиздат, 1971).

б) 

Энергетическая освещенность п р я м о й  солнечной ра ди ац и­

ей горизонтальной поверхности (J *) измеряется непосредственно 

и л и  вычисляется п о  ф о р м у л е

129

Энергетическая  освещенность  п р я м о й   солнечной  радиацией 

поверхности, на кл он ен но й к горизонту п о д  уг ло м а  и  ориентиро­
ва нн ой в л ю б у ю  сторону (JH), определяется с о о т н о ш е н и е м

J H =  J  [sin /г® cos a + xcos /г® sin a cos(^4® -  А„)], 

(5.23)

где Л ®  -  азимут Солнца;  А п- азимут поверхности, то есть угол

м е ж д у  на правлением на ю г  и  горизонтальной проекцией н о р м а л и  
к поверхности (значения азимутов отсчитываются от ю г а  к северу 

через запад, от 0 до 180°, и л и  через восток, от 0 до -180°); /г® -  в ы ­

сота Солнца, определяемая с о о т н о ш е н и я м и  (5.4) и л и  (5.5).

Энергетическая  освещенность  рассеянной  солнечной  радиа­

ц и е й  (D ) измеряется непосредственно, а с у м м а р н о й  солнечной ра­
ди ац ие й ( 0  ли бо измеряется непосредственно, л и бо вычисляется 

п о  с у м м е

Q  =  f  + D . 

(5.24)

в) К о э ф ф и ц и е н т  от ра же ни я А  (альбедо) солнечной ра ди ац ии 

з е мн ой по ве рх но ст ью определяется как со от но ше ни е

A =  

(5-25)

где  <20Тр  -  отраженная солнечная радиация. Часть с у м м а р н о й  ра­

д и а ц и и  (Q a), п о г л о щ е н н а я  з е мн ой поверхностью, составляет

Q ^ Q ( \ ~ A ) .  

(5.26)

Э т у  величину часто н а з ы в а ю т  остаточной солнечной ра д и а ц и ­

ей и л и  к о р о т к о в о л н о в ы м  р а д и а ц и о н н ы м  балансом, обозначая че­

рез В к.

г)  О с в е щ е н н о с т ь  зе мн ой поверхности,  создаваемую п р я м ы м  

с о л н е ч н ы м  светом, о с л а б л е н н ы м  в атмосфере, м о ж н о  вы чи сл ит ь 

п о  формулам:

Е Я

9 1

= Е

0

р Г = Е

0

р ?  

(5.27)

и  

Е гор =  Е

0

р ' п sinh  =  E

0

p tTm srnh  , 

(5.28)

f = У sin /г®. 

(5.22)

130