7 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

Первые работы, касающиеся радиационного режима в России, относятся к 90-м годам прошлого столетия, когда О. Д. Хвольсоном велись актинометрические исследования в Павловске. Позднее появились специальные работы Савельева, Щукевича,Савинова и Калитина.В последние годы весьма ценными по радиационному режиму явились исследования академика А. А. Григорьева. В связи с быстрым развитием актинометрии в СССР встал вопрос о непосредственном использовании солнечной энергии для хозяйственных целей. В частности, имеются уже значительные результаты, полученные актинометристом Трофимовым К. Г. в Ташкенте (специальные установки, использующие солнечную радиацию для сушки плодов, для бытовых нужд и т. п.).

Главной и вместе с тем наиболее изученной в СССР составной частью радиационного режима является прямая солнечная радиация.

T_001

Полуденное напряжение солнечной радиации возрастает с севера на юг.

Наименьшие величины напряжения прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность в годовом ходе падают в СССР всюду на декабрь (в момент зимнего солнцестояния). В это время районы севернее 67-й параллели совершенно не получают солнечной радиации; к югу от указанной широты радиация быстро возрастает.

Наибольшее напряжение радиации приходится на июнь или май и, таким образом, не вполне соответствует моменту летнего солнцестояния. Объясняется это увеличением содержания водяных паров в атмосфере и, следовательно, уменьшением прозрачности последней от весны к лету.

В годовом ходе напряжение солнечной радиации меняется в зависимости от широты места. Чем больше широта места, тем ярче выражен годовой ход напряжения солнечной радиации.

В Арктике благодаря малому содержанию водяных паров в атмосфере, а также отсутствию запылённости, несмотря на небольшую высоту солнца, напряжение солнечной радиации в полярный день может в среднем достигать значительных величин. Во время непрерывного дня в Арктике в полночь отмечалась радиация, равная почти одной калории. При одной и той же высоте солнца радиация летом на севере вообще больше, чем на юге.

В горных районах СССР напряжение радиации увеличивается с высотой вследствие уменьшения массы атмосферы, проходимой солнечным лучом. Так, одновременные наблюдения в Ялте и на Ай-Петри (на абсолютных высотах 100 и 1100 м) дали в полдень величины напряжения в первом случае 1,21 кал, во втором 1,28 кал, т.е. увеличение на 5,8%. По наблюдениям Н. Н. Калитина, радиация с высотой изменяется следующим образом:

Sh_001

Приближённо можно считать, что с подъёмом на первые 3000 м радиация увеличивается по 10% на каждый километр, что и следует иметь в виду при климатических характеристиках горных районов.

T_002

Чем меньше широта, тем раньше наступает максимум. В Ташкенте, например, максимум наступает в марте, в Москве в мае, а в бухте Тихой в июле. Раннее наступление максимальных величин напряжения радиации в южных районах СССР по сравнению с северными объясняется главным образом годовым ходом абсолютной влажности, а также большей запылённостью воздуха летом по сравнению с весной.

Сравнение напряжения солнечной радиации при одинаковой высоте солнца для бухты Тихой, Павловска, Ташкента

Сравнение напряжения солнечной радиации при одинаковой высоте солнца для бухты Тихой, Павловска, Ташкента

Годовые величины сумм тепла солнечной радиации, приходящиеся на горизонтальную поверхность, показывают рост их с севера на юг.

На рис. 2 заметно сгущение изолиний над средней полосой страны и особенно над Средней Азией, где с увеличением широты резко возрастают суммы тепла, тогда как на севере и в горных районах их нарастание выражено слабо.

Распределение сумм тепла радиации, приходящихся на горизонтальную поверхность

Распределение сумм тепла радиации, приходящихся на горизонтальную поверхность

Обнаруживается тесная связь годовых сумм тепла солнечной радиации с распределением облачности: в восточных областях СССР, где преобладает антициклональная погода, изолинии делают крутой изгиб в северном направлении (область северо-восточного отрога азиатского антициклона); наоборот, в западных районах страны, где преобладает циклоническая погода и значительная облачность, изолинии отступают от широтного их распределения в юго-западном направлении.

По степени обеспеченности солнечной энергией и по аномалиям в распределении последней можно выделить следующие области СССР: Туран (с резко увеличенными суммами солнечного тепла), Восточная Сибирь (повышенные суммы тепла), северо-западные районы Союза, Предуралье и Дальний Восток (пониженные суммы тепла). Наименьшее годовое количество тепла отмечено для бухты Тихой (14 100 кал), наибольшее — для Самарканда (118300 кал) и Ташкента (102 700 кал).

T_003

В зависимости от географической широты и времени года средние месячные суммы тепла на территории СССР распределяются следующим образом: для декабря приток радиации начинается от 70-й параллели и увеличивается к югу до 50° с. ш. довольно медленно (вследствие большой облачности в северных широтах): в бухте Тихая 0, в Якутске 70 кал, в Воронеже 210 кал; с широты 50° увеличение более значительное: в Одессе 450 кал, в Ялте 1 100 кал, в Самарканде 2 450 кал.

Суточный ход сумм солнечной радиации в Павловске, Ташкенте и Владивостоке

Суточный ход сумм солнечной радиации в Павловске, Ташкенте и Владивостоке

В апреле месяце от 80-й до 39-й параллели сумма радиации меняется мало. Непрорывное возрастание радиации от широты 80° до 39° наблюдается в июле, когда бухта Тихая получает 3 200 кал, Якутск 8 880, Москва 8 910, Саратов 10 180, Ялта 12 500, Самарканд 18 020. В октябре сумма радиации на широте 80° равна 10 кал, к 39-й параллели она увеличивается до 8 800 кал.

Бросаются в глаза малые суммы тепла за год для Павловска (40 300 кал) и Минска (45 000 кал), что объясняется большой облачностью в районах расположения этих пунктов. Эти же особенности нашли отражение на составленной в 1926 г. С. И. Савиновым карте распределения сумм тепла радиации для Европейской части СССР: изолинии имеют широтный характер распределения с возрастающим значением сумм тепла по направлению с севера на юг и характеризуются отклонениями от широтного распределения в зависимости от степени облачности.

В Якутске суммы тепла в течение мая-июня превосходят суммы тепла для Павловска, Кисловодска и Владивостока. Объясняется это различной облачностью и прозрачностью атмосферы. Встречающиеся на территории СССР различия в суточном ходе сумм тепла тоже объясняются главным образом суточным ходом облачности, а также изменением прозрачности атмосферы.

Интересно сравнить получаемые (действительные) суммы тепла солнечной радиации с возможными.

T_004

Все суммы действительно получаемого тепла оказываются, конечно, меньше, сообразно с условиями облачности. Для северных мест, где облачность больше (Павловск), это сокращение происходит в более значительной мере, чем для южных (Ташкент). Для Владивостока наибольший процент по отношению к возможному теплу приходится на январь (66%), а наименьший — на летние месяцы (23—28%), что объясняется большой облачностью летом (в июле 82%) и малой облачностью зимой (в январе 37%).

Вековой ход годовых сумм тепла для отдельных районов СССР отличается из года в год. Так, для Павловска отклонения от средней многолетней (26 лет) составляют от +13% до— 18%, для южных пунктов СССР — меньше.

В тех районах СССР, где меньше прозрачность атмосферы, т. е. больше запылённость и облачность, более рассеянная радиация. Рассеянная радиация увеличивается и там, где лежит снег, особенно при малых высотах солнца. Так, в Павловске при положении солнца на горизонте рассеянная радиация увеличивается на 65% при наличии снегового покрова, тогда как при высоте солнца в 50° только на 12%.

Для территории СССР в целом можно сказать, что чем больше широта места, тем большее значение имеет рассеянная радиация, по сравнению с прямой. Самая большая рассеянная радиация, таким образом, в Арктике. Для того, чтобы показать, какие суммы рассеянной радиации получаются по сезонам на севере и юге страны, сравним соответствующие величины для Павловска и Евпатории.

T_005

Зимой (XII) в обоих пунктах рассеянная радиация доминирует над прямой. Осенью (X) для Павловска рассеянной радиации тоже получается больше, чем прямой. В остальные сезоны для обоих пунктов прямой радиации получается больше. Если для Павловска за вегетационный период принять апрель-сентябрь, то, как показывают расчёты, произведённые Батыгиной, средние месячные суммы рассеянной радиации этого периода колеблются от 2,5 до 4,5 тыс. калорий, иначе от 56% до 100% июньской суммы тепла. В зависимости от широты места, а следовательно, высоты солнца и продолжительности дня суточные суммы рассеянной радиации могут сильно варьировать.

Например, высокая сумма рассеянной радиации за июнь в Павловске объясняется не только наибольшей высотой солнца, наибольшей продолжительностью светлого времени суток, но также и большей облачностью.

Для практических целей (агрономии, курортного дела и т. п.) наибольшее значение имеет изучение прихода радиации не отдельно прямой и рассеянной, а суммарной.

В зимние и осенние месяцы наибольшие величины суммарной радиации получаются для самых южных пунктов СССР — Ташкента и Евпатории. К весне и лету распределение сумм по широте уже иное: в апреле максимум приходится на Саратов, причём величины, близкие к нему, получаются для Якутска и ряда полярных станций (бухта Тихая); в мае и июне максимальные суммы тепла отмечаются также в Арктике: мыс Шмидта получает 18 680 калорий; следующая по величине сумма для июня — Якутск—17 610 калорий. Эти величины такого же порядка и даже несколько больше тех, которые получаются за июнь месяц в Крыму. Начиная с июля широтный максимум суммарной радиации перемещается на юг и в ноябре он приходится на Евпаторию. Большая величина суммарной радиации получается для района северо-восточной Сибири (вторая половина весны и лета), что, конечно, объясняется малой запыленностью атмосферы и значительной отражательной способностью кучевой облачности, господствующей здесь летом. На всей территории СССР севернее широты 65° в годовой суммарной радиации преобладает приход тепла за счёт рассеянной, а южнее указанной широты за счёт прямой радиации.

Sh_002

Для бухты Тихой во все сезоны рассеянная радиация значительно преобладает над прямой. В Павловске весною и летом прямой радиации получается уже больше, чем рассеянной: осенью величины той и другой практически выравниваются. В Евпатории во все сезоны прямая радиация почти вдвое больше рассеянной.

T_006

Для характеристики радиационного режима ведётся непрерывный учёт не только суммарной радиации, но также и земного излучения. К сожалению, систематические наблюдения над последним видом радиации ведутся лишь в 4—5 пунктах СССР, вследствие чего не представляется возможным дать сколько-нибудь полную картину распределения баланса лучистой энергии.

Сумма эффективного излучения падает в общем с возрастанием широты: в Ташкенте излучение в среднем за год составляет 75 000 кал, в Павловске 66 800, на мысе Шмидта 44 400. Летом эффективное излучение всюду больше, чем зимой: в Ташкенте за июль оно составляет 6400 кал, за январь 3200; в Павловске за июнь 4200 кал, за январь 2000; на мысе Шмидта в июле 2200 кал, январе 1700. Но отношение величин эффективного излучения к количеству притекаемого тепла лучистой энергии с юга на север резко увеличивается.

О соотношении между отдельными компонентами баланса в северных районах страны можно судить по данным подсчётов, произведённых для Павловска С. И. Савиновым.

T_007

В первом столбце таблицы даны приведённые к многолетнему периоду (1881—1930) месячные суммы прямой и рассеянной радиации на горизонтальную поверхность; в столбце втором — количество отражённой радиации; в столбце третьем — количество энергии, теряемое излучением земли; в столбце четвёртом — итог прихода-расхода, получающегося лучистым путём, т. е. полное количество энергии, поступающее на поверхность земли; в столбце пятом — затрата энергии на испарение (для апреля также и на таяние снега); в столбце шестом выведен итог радиационного баланса.

Как видно из таблицы, в расходе радиационной энергии наибольшее значение имеет излучение, затем затрата её на испарение. Отражение составляет 18 120 кал, или 25,3% от всего теряемого тепла за год, причём относительно оно значительно больше зимою, чем летом: свежевыпавший снег может отражать до 90% лучистой энергии.

В полярных областях отражение наиболее значительно.

В последние годы по вопросам баланса радиационной энергии мы имеем весьма ценные работы акад. А. А. Григорьева.

По данным А. А. Григорьева, радиационный баланс, вычисленный теоретически для равнин меридионального пояса — между 48° в. д. и подножьем Урала, даёт такую картину:

Sh_003

Всюду в среднем за год радиационный баланс в пределах широт 90—40° отрицательный, и только между 40 и 30° он получает положительное значение. В широких пределах положительный баланс имеют только три месяца (май, июнь, июль), но южнее 55° период положительного баланса быстро нарастает, и южнее 53°,4 баланс становится положительным также и в апреле. К северу от 72°,9 баланс всех месяцев отрицательный.

А. А. Григорьев устанавливает в своих работах важнейшие радиационные рубежи и доказывает их соответствие геоботаническим зонам.

Как видно из таблицы, не только в полярных областях, но и в умеренных широтах приток радиационной энергии в годовом балансе меньше расхода. Но если учесть адвективное тепло, поступающее в различных широтах, то картина сильно изменится. Как показывают теоретические вычисления, произведённые в последние годы, радиационный приход в умеренных широтах составляет менее 50% всего прихода, годовая же сумма адвективного тепла превышает ту теплоту, которая получается непосредственно от солнца.