Файл: Лабораторный практикум В. Ф. Говердовский, А. В. Дикинис.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.04.2019
Просмотров: 7746
Скачиваний: 32
где Е порм и Е тор- освещенности, создаваемые п р я м о й солнечной
радиацией у зе м н о й поверхности на площадке, пе рп ен ди ку ля рн ой
с о л н е ч н ы м лучам, и на горизонтальной площадке, соответственно;
Е
0
- световая солнечная постоянная (135 ООО лк); р - интеграль
н ы й
световой к о э ф ф и ц и е н т прозрачности
идеальной
атмосферы;
m - оптическая масса а т м о с ф е р ы (см. табл. 5.4).
О с в е щ е н н о с т ь горизонтальной поверхности Земли, создавае
м а я р а с с е я н н ы м светом от всего небосвода ( Е ® р ), яркость которо
го везде одинакова и равна В н, описывается ф о р м у л о й
Е ^ = П В Ш.
(5.29)
Э т о равенство х о р о ш о выполняется п р и слоистообразных о б
лаках, з а к р ы в а ю щ и х небо полностью, и п р и н а л и ч и и сн еж но го п о
крова. П р и рассеянном освещении, если от ра же ни е света пр ои сх о
дит по закону Л а м б е р т а (5.14), яркость естественных л а н д ш а ф т о в
В п связана с о с ве ще нн ос ть ю Е ? с о о т н о ш е н и е м
пВл = А Е ?ор,
(5.30)
где А — альбедо данного ландшафта.
Д а н н ы е об ос ве ще нн ос ти п о л у ч а ю т п у т е м пересчета энерге
тической ос ве ще нн ос ти прямой, рассеянной и л и с у м м а р н о й ра
ди а ц и е й на со от ве тс тв ую щи е в е л и ч и н ы ос ве ще нн ос ти с п о м о щ ь ю
светового эквивалента ра ди а ц и и (табл. 5.5).
Таблица 5.5
Световой эквивалент солнечной радиации К (103 лк / кВт-м ~2)
в зависимости от высоты Солнца hr.tи облачности
Солнечная
Облачность, баллы
he
О
")
радиация
30
40
50
60
Прямая
0-3 (О 2)
89+4
94+4
98+4
100±4
Суммарная
0-6(©2), 1-10 (©)
97±6
100+4
101±4
102±4
Рассеянная
0-6(©2)
117±17
Рассеянная
(суммарная)
3-10(0°); 7-10 (П)
103±10
О с в е щ е н н о с т ь горизонтальной поверхности п р я м ы м и рассе
я н н ы м с о л н е ч н ы м светом вычисляется ка жд ая в отдельности толь
ко в т о м случае, если облачность не п р е в ы ш а е т 3 баллов. Е с л и ко
131
личество облаков более 3 баллов, то вычисляется су мм ар на я ра
д и ац ия и по не й су мм ар на я освещенность. С у м м ы освещенности
п р я м ы м и ра с с е я н н ы м с о л н е ч н ы м светом, а также с у мм ар на я ос
вещенность, составленная за час, день, месяц, сезон, вегетацион
н ы й период, год, на зы ва ют ся количеством освещения. О н и харак
те ри зу ют световой кл и м а т (режим) ка ждого района.
2. Трансформация оптического излучения в атмосфере
В оптический диапазон электромагнитных волн о б ы ч н о
в к л ю ч а ю т ультрафиолетовое излучение (от 0,01 до 0,38-0,40 мкм),
в и д и м о е излучение (от 0,38-0,40 м к м до 0,76-0,78 м к м ) и и н ф р а
красное излучение (от 0,76-0,78 м к м до 1 мм).
а)
У м е н ь ш е н и е интенсивности потока монохроматического
излучения Jx, п р о ш е д ш е г о сквозь м у т н у ю ат мо сф ер у вследствие
п о г л о щ е н и я и рассеяния его с о ст ав ны ми частицами воздуха и аэ
розолями, характеризуется законом Ламберта:
J x = J
0
xe-4 \
(5.31)
где J 0д - поток монохроматического излучения на верхней грани
це атмосферы; т - оптическая масса атмосферы;
- безразмерная
величина оптической т о л щ и н ы (или оптической плотности) ат мо
сферы;
00
хх - j a x( h ) d h ,
(5.32)
о
п р и ч е м а х - к о э ф ф и ц и е н т ослабления, о п р е д е л я е м ы й с у м м о й
« А = ° ’я.и + ° ' я а + « Д о з о н + « Д в .п а р -
( 5 -33)
Здесь о }
и <з} - о б ъ е м н ы е к о э ф ф и ц и е н т ы соответственно
молекулярного и аэрозольного рассеяния; «хозон и а>_в пар - о б ъ е м н ы е
к о эф фи ци ен ты , х а р а к т е р и з у ю щ и е п о г л о щ е н и е оз он ом и в о д я н ы м
паром. Следовательно, оптическая т о л щ и н а а т м о с ф е р ы также яв
ляется суммой:
^озон
^Хв.пар 5
(5.34)
где хям , хяа, Тозон , Чвлтр - оптическая т о л щ и н а соответственно м о
лекулярной, аэрозольной, озонной а т м о с ф е р ы и а т м о с ф е р ы водя
ного пара.
132
В е л и ч и н а ix связана с к о э ф ф и ц и е н т о м прозрачности р% а т м о
с ф е р ы с о о т н о ш е н и е м
• Л = * " Тх-
(5-35)
Энергетические потери (%) направленного потока, п р о ш е д ш е
го т масс атмосферы, составляет
( 1 - 9х)100 = ( 1 - Л т )Ю 0
j 1
m
или
q x = - ^ = p x ,
ok
где q } - спектральный к о э ф ф и ц и е н т направленного пропускания
атмосферы, п р и ч е м 0 < р х < 1 и 0 < ^ <
- безразмерные
величины.
К о э ф ф и ц и е н т ы прозрачности, об ус ло вл ен ны е м о л е к у л я р н ы м
и аэ ро зо ль ны м рассеянием, о п и с ы в а ю т с я ф о р м у л а м и
р к =е~а'~
(5.36)
и
р Ла= е ~ аЛз,
(5.37)
а о б щ и й к о э ф ф и ц и е н т прозрачности определяется как произведение
Р х = Р к Р к Р ь т Р к ^ ' .
(5'3g)
где Р х : ,Рх >Рх
’ Рх,, - к о э ф ф и ц и е н т ы прозрачности соответст
венно молекулярной, аэрозольной, озонной а т м о с ф е р ы и а т мо сф е
р ы водяного пара.
б)
О б щ е е ослабление солнечной ра ди а ц и и А 7 обш п р и п р о х о ж
д е н и и е ю т оптических масс а т м о с ф е р ы обусловливается м о л е к у
л я р н ы м рассеянием A J M, аэ ро зо ль ны м ос лаблением (за счет рас
сеяния) A J a и п о г л о щ е н и е м в о д я н ы м п а р о м A J B,пар:
А Лещ = А
+ А Л + А Л.пар
(5-39)
и л и
А У общ = J
0
- J H,
(5.40)
где J H - пр я м а я радиация, н а б л ю д а е м а я у з е мн ой поверхности.
В е л и ч и н а A J M рассчитывается теоретически, в частности, п р и
т = 2 она равна 0,25 кВт/м2. Д л я определения в е л и ч и н ы A J B,mp
о б ы ч н о используется гр а ф и к (рис. 39). Аэ розольное ослабление
А / а определяется как остаточный член из с о о т н о ш е н и я (5.39):
133
A t / a
A
J збщ"
AS
w
k
B
t
/
h
3
■A J M Л J т.
.nap-
(5.41)
Рис. 39. Зависимость величины солнечной радиации, поглощенной водяным
паром, от содержания водяного пара в единичном столбе атмосферы
в)
К о э ф ф и ц и е н т прозрачности р а (актинометрический) для
интегрального солнечного потока связан с к о э ф ф и ц и е н т о м п р о
зрачности р с для световых потоков у р ав не ни ем регрессии
р с = 1,09р а- 0,11.
К о э ф ф и ц и е н т направленного пропускания равен
Я л = -
норм
~ Ё 7
гор
_
Osin/?
Р
н о поскольку р = р (. , то
Т = 1% р /
/ l g
Pi
’
п р и ч е м
Т = 1+ W + R ,
где
W-
вл аж на я мутность;
R -
остаточная мутность:
/г = СТа/
.
(5.42)
(5.43)
(5.44)
(5.45)
(5.46)
134
Если./? > 1, то ста > ом и преобладает аэрозольное ослабление.'
Если
R <
1, то а а < ам и преобладает молекулярное ослабление.
3. Рассеяние солнечного излучения в атмосфере
а)
М олекулярное р а сс ея н и е.
Монохроматический лучистый
поток д , рассеянный под углом 0 малой сферической частицей
объемом v, согласно теории Релея, определяется по формуле
1
+ cos2 0
Л =
9
k
2
v
2J
x
т 2 -1
X V 2
т 2 +2
(5.47)
V
J
где J } - п а д а ю щ и й на частицу л у ч и с т ы й поток; г - расстояние до
р а с с е и в а ю щ е й частицы; т - к о м п л е к с н ы й показатель пр ел ом ле ни я
частицы: т = п - ix, п р и ч е м п - показатель преломления; i - пока
затель поглощения, х - д л и н а п у т и ослабления радиации.
П о теории Ре ле я- Ка ба нн а о б ъ е м н ы й к о э ф ф и ц и е н т м о л е к у
лярного рассеивания воздуха, для
которого м о ж н о
принять
т = п,
равен
^ _ 3 2 n 3{ n - i f ( 6 +
6
d )
. _ AQ.
’z )
37v(z)X4 \
6
- l d /
п р и ч е м N(z) - число м о л е к у л воздуха в ед инице об ъ е м а на высоте
z; (п - 1) - оптический индекс рефракции; d - фактор деполяриза
ц и и (или средний к о э ф ф и ц и е н т оптической анизотропии) м о ле ку л
воздуха, р а в н ы й 0,035, по э т о м у м н о ж и т е л ь (6 + 6d
)/(6
- Id ) - 1,061
в в ы р а ж е н и и (5.48).
Оптическая т о л щ и н а (плотность) м о л е к у л я р н о й од но ро дн ой
а т м о с ф е р ы вы с о т о й
Н
описывается с о о т н о ш е н и е м
р _
3 N {z)X a
Р0
м Р 0
где
Р и Р 0
- давление воздуха у земной поверхности и нормальное
давление 1013,2 г П а соответственно. В ы р а ж е н и е для н о р м и р о в а н
н о й и н д и к а т р и с ы молекулярного рассеяния имеет вид
к м(0) = 3/16я(1 + cos20).
(5.50)
О б ъ е м н ы й к о э ф ф и ц и е н т молекулярного рассеяния стм (л, z )
м о ж е т б ы т ь представлен в виде
135