Жер атмосферасының әсері
Оптикалық салмақ.Күн сәулелерінің атмосфера арқылы жүріп өткен қашықтығы, түсу бұрышы мен бақылаушының теңіз деңгейінен қаншалықты биікте орналасқанына байланысты. Біз бұлтсыз, шаңсыз немесе ауа ластануынсыз ашық аспанды қарастырамыз. Атмосфераның жоғарғы шекарасы нақты анықталмағандықтан, сәулелердің атмосфералық газдармен және булармен әрекеттесуі, жүріп өткен арақашықтыққа қарағанда маңыздырақ фактор болып табылады. Қалыпты қысым кезінде қалыпты жағдайда атмосферадан өткен тік ағындар, ауаның белгілі бір бөлігімен әрекеттеседі.
Сәуленің бұрышымен еңіс түсуі кезіндегі қалыпты жағдайда құлағандағы жолмен салыстырғанда жол ұзындығының артуын оптикалық масса деп атайды және m әріпімен белгілейді. Оптикалық масса үшін АМ қысқартуы қолданылады. АМ0 нөлдік атмосфераға сәйкес келеді, яғни атмосферадан тыс ғарыштық кеңістіктегі сәулелену; АМ1 m=1 сәйкес келеді, яғни күн тас төбеде тұрады; АМ2 – m=2 және тағы басқада.
4.11 суреттен жер бетінің қисықтығын есептемегенде келесі формуланы аламыз.
АМ-нің атмосфера қысымынан немес бақылаушының теңіз деңгейінен қаншалықты биіктікте орналасқанынан тәуелділігі жеке есептеледі.
Атмосферада сіңірілу және осыған байланысты процесстер.Атмосфера арқылы қысқа толқынды күн сәулеленуі прцессінің өтуі барысында әртүрлі әрекет ету түрлері болады, ал дәлірек айтсақ: жұтылу – сәулелену энергиясының келесі толқын ұзындығының үлкен сәулеленуімен жылуға ауысуы (молекулалардың оянуы). Шашырау - толқын ұзындығына байланысты жарықтың таралу бағытының өзгеруі; толқын ұзындығынан тәуелсіз шағылу. Бұл процесстер 4.12 суретте көрсетілген.
Шағылу. Орта есеппен 30%-дай интенсивті ғарыштық күн сәулеленуі кері ғарыш кеңістігіне шағылады. Сәулеленудің көп бөлігін бұлттар, қалған аз бөлігін жер үстіндегі қар мен мұз шағылдырады. Қалған күн сәулеленуінің қысқа толқынды ағындарының тығыздығы шамамен алғанда құрайды. Шағылдыру коэффициенті
альбедо деп аталады.
Парниктік эффект және ұзын толқынды сәулелену. Егер жер радиусы R, ал ғарыштық күн сәулеленуінің интенсивтілігі (күндікі тұрақты) G0, онда күннен алынған энергия ді құрайды. Бұл энергия жерден
сәулелендіру қасиетімен және Teорташа температурамен ғарыш кеңістігіне сәулеленетін энергияға тең. Термодинамикалық теңдік жағдайында, геотермиялық және көтеріліп-түсу эффекттері белгісіз болғандықтан,
сәйкесінше, Te 250 К= - 23
С
Ғарыштан бақыланатын, жер бетінің сәулеленуінің ұзын толқынды спектрлік бөлінуі, абсолюттік қара дененің 250К температура кезінде спектрлік бөлінуіне сәйкес келеді. Бұл температурадағы ең көп бөліну =10мкм-ге сәйкес келеді, күн сәулеленуәнәі бөлінуімен бұл бөліну жабылып қалмайды (4.13 сурет)
4.12 сурет. Атмосфера арқылы ілеспелі күн сәулеленуінің өту процессі.
4.13 суреттен Жердің және атмосфераның жарықтыұ сәулеленуі мен күн сәулеленуінің спектрлік бөлінуін бір бірінен жеке бөліп қарауға және жеке зерттеу әбден мүмкін. Жер қыртысының инфрақызыл ұзын толқынды сәулелену ағындары жеткілікті түрде күрделі және үлкен. Атмосфераның таралуы жер бетіне таралғандай, қарама-қарсы бағытта да таралады. Сәулелену ағынын өлшеу немесе жер қыртысының қандай да бір ауданының немес белгілі бір құралдың энергетикалық балансын анықтау барысында міндетті түрде инфрақызыл сәулелердің ағындарының тығыздығы қоршаған ортада 1кВт/м2 ге дейін жетуі мүмкін екендігін ескеру керек.
Жер қара денесінің сәуле шығарушы ретіндегі эффективті температурасы, жер бетін емес, атмосфераның ішкі қатпарларын сәулелендіретін температураға эквивалентті. Жер бетінің орташа температурасы шамамен 14 С құрайды, ол қазіргі жағдайда инфрақызыл жылу оқшаулаушы экран ретінде тұрған атмосфераның ішкі температурасынан 40
С ге жоғары. Бұл температураның жоғарылауы жылыжай шынысының жылыжай ішіне инфрақызыл сәулеленуді өткізбей, бірақ қысқа толқынды күн сәулеленуін ішке откізетіндігі секілді, сондықтан парниктік ффект деп аталады.
Ауа толықтай мөлдір болғандықтан, жер қыртысынан жоғары дене сол сәттегі оны қоршаған ауаның сәулелену энергиясымен емес, басқа да атмосфераның солқынырақ жоғарғы қабаттарымен энергия алмасады. Бұл жағдайда атмосфераның жоғарғы қабаттары белгіленген кеңістікте, денені қоршаған ауаның температурасынан Taтөменірек аспан температурасы деп аталатын, Tsтемператураны көрсетеді. Шығарылған бағаларға сай келесі формуланы аламыз
алайда жазық аудандарда Ta - Ts25 C дейін жетуі мүмкін.
Атмосферада жұтылу. Қысқа толқынды күн және атмосфералық ұзын толқынды сәулеленудің спектрлык бөлінуінің өте маңызды жұтылу процессін түсіндіру үшін, келесі бөлімдерге бөліп қарастырсақ болады.
а) қысқа толқынды ультракүлгін аймақ ( 0,3мкм). O2, O3, O, N2 және олардың иондарының жұтылуы нәтижесінде, күн сәулеленуі теңіз деңгейінде толықтай практикалық түрде жоқ деп айтуға болады. (4.14 сурет)
б) жақын ультракүлгін диапазон (0,3 мкм 0.4 мкм). Бұл диапазонға сәулеленудің өте аз үлесі келеді, алайда тот
ығу үшін толықтай жеткілікті;
в) көрінетін диапазон (0.4 мкм 0.7 мкм). Таза атмосфера практикалық тұрғыда барлық көрінетін сәулеленуді өткізе юереді және күн энергиясының жерге түсуі үшін ашық "терезе" болып қалады. Жалпы күн сәулеленуінің ағындарының жартысы осы спектрлык диапазонға келеді. Алайда аэрозолдардың болуы мен атмосфераның ластануы сәулеленудің едәуір бөлігінің жұтылуына әкелетінін атап көрсеткен жөн;
г) жақын инфрақызыл аймақ (0.7мкм 2.5 мкм). Осы бір спектр диапазонвна ғарыштық күн сәулелену интенсивтілігінің жартысына жуығы келеді. 20% астам күн энергиясы атмосферада көбіне су буларының жене көміртегі диоксидінің көмегімен жұтылады (4.14 және 4.15 сурет). Атмосфера құрамындағы СО2-нің концентрациясы салыстырмалы түрде тұрақты және шамамен 0,03% құрайды, ал су буларының концентрациясы өте қатты өзгереді - тіпті 4% ға дейін. Су буларының әсерінен сәулелердің жұтылуы практикалық тұрғыда маңызды мәнге ие болуы мүмкін, алайда су буларының концентрациясының ұлғаюы нәтижесінде бұлттардың түзілуі оған қарағанда маңыздырақ;
д) алыс инфрақызыл диапазон ( 12мкм). Спектрдің бұл аймағында атмосфера практикалық түрде мөлдір емес.
4.14 суретте барлық қарастырылған спектрлік диапазондардағы жұтылудың күн спектрларына жинақталған әсер етуі көрсетілген.
Төменгі қисық m=1 кезіндегі күн сәулеленуінің спектріне сәйкес келеді. Ол тропиктік аймақтардағы тал түсте (күн бақылаушыға қатысты тік тұрған кезде) өлшенген, сәулелік энергияның бөлінуін қарастырады. Негізінен спектрлік бөліну бұлттар жоқ кезде де шаңдылық пен сулылылыққа байланысты болады.