Суммарная радиация, падающая на поверхность моря

Основные световые явления в море связаны с солнечным излучением, поступающим в него. Лучистый поток Солнца вне земной атмосферы создает освещенность на площадке, нормально ориентированной к лучам, равную 1,394 кВт/м². Однако проходя через толщу земной атмосферы, он частично поглощается и рассеивается как на молекулах газов, так и на частицах пыли, кристалликах льда, каплях воды. Ослабление света зависит от степени замутненности атмосферы. Если небо ясное, то его оптическая толщина в видимой области т = 0,4 -г- 1,2. Для сплошной облачности т может достигать в ряде случаев величины 30.

Радиация, достигшая поверхности моря, состоит из двух компонент: прямой и рассеянной. С увеличением замутненности атмосферы величина прямой компоненты убывает по экспоненциальному закону, а величина рассеянной компоненты сначала растет, а затем также падает. Спектральный состав как прямого, так и рассеянного излучения при прохождении через атмосферу сильно трансформируется. Такое его изменение в ультрафиолетовой области связано с полосами поглощения озона, полностью срезающими радиацию с длинами волн короче 300 нм. В красной и инфракрасной областях спектра присутствуют полосы поглощения воды. Немалую роль в изменении спектра нерассеянного света играет селективный ход показателя ослабления мелких частиц и флуктуаций плотности воздуха.

В табл. 8.2.1 представлены данные по относительному распределению энергии в спектре суммарной радиации в диапазоне 350—750 нм для различных высот Солнца¹.

Таблица 8.2.1

Спектральное распределение суммарной радиации у поверхности моря.

Характер распределения падающей на поверхность моря энергии по всему спектру показан на рис. 8.2.1^[1][2].

Рис. 8.2.1. Среднее спектральное распределение для случаев:

А — небо в зените; В — Солнце + небо (на горизонтальную плоскость); С — пасмурное небо; D — прямое солнечное излучение Прямое солнечное излучение, достигающее поверхности океана, характеризуется спектральной плотностью нисходящего потока Е0(Л, 0, Вт/м^[2]-мкм, которую можно рассчитать по формуле.

Здесь S₀(A,) — спектральная плотность интенсивности солнечного излучения на верхней границе атмосферы (спектральная освещенность площадки, перпендикулярной к направлению солнечных лучей); i — зенитное расстояние Солнца; т (А,) — спектральная оптическая толщина атмосферы в вертикальном направлении.

В распределении яркости у безоблачного неба выделяется отчетливый максимум в околосолнечном участке (рис. 8.2.2)С В случае облачной и пасмурной погоды нужно учитывать дополнительное ослабление потока излучения облаками.

Рис. 8.2.2. Распределение яркости для безоблачного неба Было предложено несколько эмпирических формул, учитывающих ослабление светового потока облаками. Например, Дж. Кимбалл предположил, что полная энергетическая освещенность на поверхности Е равна^[2]

где Е₀ — полная энергетическая освещенность в отсутствии облаков, а N — балльность облачности, меняющаяся от 0 до 1. В этой формуле не учитывается влияние типа облаков на ослабление потока излучения. Это находится в противоречии с экспериментальными данными.

В работе А. А. Иванова^[5] было проанализировано влияние облачности на полную и фотосинтетически активную радиацию (ФАР) над океаном. Под ФАР подразумевалось излучение в спектральном интервале 300— 700 нм. Согласно многочисленным измерениям авторов, фотосинтетически активная радиация составляла на акватории Индийского океана в малооблачные дни 31—34%, а в пасмурные дни — 48—53% от полной (или суммарной) радиации. В табл. 8.2.2 приведены данные измерений отношения полной энергии солнечного излучения Q_z при различной облачности к энергии в отсутствии облаков Q_os для одних и тех же районов и высот Солнца.

Прямое солнечное излучение не поляризовано. Однако свет, который рассеивается на неоднородностях атмосферы, становится частично поляризованным. Степень поляризации зависит от направления наблюдения, высоты Солнца, замутненности атмосферы.

Таблица 8.2.2

Значения Q_E / Q_0E при облачности различных ярусов.

Если бы в атмосфере происходило только однократное молекулярное рассеяние, то степень поляризации не зависела бы от длины волны и описывалась соотношением.

где у — угол рассеяния.

В действительности эта формула выполняется лишь в самом грубом приближении в очень чистой атмосфере и больших удалениях от Солнца. Это связано с тем, что в атмосфере протекают процессы многократного рассеяния и не только на флуктуациях плотности воздуха, но и на аэрозольных частицах.

К. С. Шифрин и соавторы предложили более точную эмпирическую формулу^[6]

где р_м — максимальная степень поляризации.

Максимальная степень поляризации при у = 90°, как правило, равна 0,5 -г- 0,7. В очень прозрачной атмосфере она может достигать величины 0,88.

• [1] Иванов А. А.

  Введение

  в океанографию.

• [2] Ерлов Н. Г. Оптическая океанография.
• [3] Ерлов Н. Г. Оптическая океанография.
• [4] Ерлов Н. Г. Оптическая океанография.
• [5] Там же.
• [6] Шифрин К. С, Копелевич О. В., Козлянинов М. В. Оптика океана.