Распределе­ние солнечной радиации на Земле

Солнце – это источник энергии, который непосредственно влияет на температуру, приводит в движение воздух и мор­ские течения, определяет скорость испарения и образование облаков. Солнечное излучение, или солнечная радиа­ция, является импульсом для многих процессов на поверх­нос­ти Земли и в окружающей ее атмосфере.

Часть солнечного излучения достигает поверхности Земли непосредственно. Это прямая радиация, ее хорошо наблю­дать в ясную погоду. Часть солнечного излучения достигает поверхности Земли через облака и водяной пар. Направление солнечных лучей при этом меняется, и излучение рас­се­и­ва­ет­ся. Благодаря рассеянной радиации на Земле светло даже в пасмурный день. Прямая и рассеянная радиация вместе об­ра­зу­ют проходящую через ат­мо­сфе­ру и достигающую по­верх­нос­ти Земли суммарную радиацию.

Примерно половина поступающей солнечной радиации погло­щается земной поверхностью и рас­хо­ду­ет­ся на нагрева­ние воздуха, таяние льда, испарение воды и фото­син­тез. Остальная часть от­ра­жа­ет­ся земной поверхностью, атмосфе­рой и облаками в кос­ми­чес­кое пространство или поглощается атмосферой.

Количество получаемой солнечной радиации в любом месте земного шара зависит от угла падения солнечных лучей и от про­дол­жи­тель­нос­ти светлого вре­ме­ни суток. Реальное ко­ли­чест­во попадающей на Землю солнечной радиации опре­де­ля­ет­ся облачностью.

Чем выше стоит Солнце и чем больше угол между солнеч­ными лучами и земной поверхностью, тем больше радиации ею по­гло­ща­ет­ся. Когда Солнце на­хо­дит­ся в зените, лучи падают на земную поверхность под пря­мым углом, и поток излучения сильно нагревает поверхность суши и воды. Если угол между лучами и по­верх­нос­тью ма­лень­кий, большая часть солнеч­ной радиации отра­жа­ет­ся от Земли.

Разные виды поверхности (суша и вода, светлая и темная) отражают солнечную радиацию по-разному. От темных и неровных поверх­нос­тей, как правило, от­ра­жа­ет­ся меньше радиации, чем от светлых и плоских.

От штормового моря отражается меньше лучей, чем от водной поверхности в штиль. Если угол падения солнечных лучей равен 20°, от воды отражается около 90% радиации, а если 70°, то только 5–10%.

Самое большое количество солнечной радиации получают пустыни, лежащие вдоль линии тропиков (Северного и Южного). Солнце поднимается там высоко, и погода почти весь год безоблачная.

В экваториальных областях водяной пар и облака поглощают большую часть солнечной радиации. Однако там тепло, пото­му что угол падения солнечных лучей близок к прямому. Меньше всего радиации получают полярные районы, лежа­щие за Северным и Южным полярными кругами – Ан­тарк­ти­ка и Арктика, где солнечные лучи почти сколь­зят по поверхности Земли.

Земная поверхность поглощает солнечное излучение и на­гре­ва­ет­ся. На земном шаре есть регионы, которые получают больше сол­неч­ной радиации, чем излу­ча­ют в космос. Но Земля никогда не перегревается, потому что по ночам и в холодное полуго­дие земная поверхность ох­лаж­да­ет­ся и излучает тепло в кос­ми­чес­кое пространство. Также движу­щий­ся воздух и океа­ни­чес­кие течения относительно равно­мер­но рас­пре­де­ля­ют тепло и уменьшают тем­пе­ра­тур­ные различия в разных регионах Земли.

Полный оборот вокруг своей оси Земля делает за 24 часа. В течение этого времени изменяется количество поступающей от Солнца радиации и, следовательно, температура воздуха.

Количество солнечной радиации зависит и от продолжитель­нос­ти светлого времени суток, то есть от положения Земли относительно Солнца и от удаленности от экватора. В приэк­ва­то­ри­аль­ных областях продолжительность дня и ночи в течение года почти не изменяется. Но с удалением от эквато­ра к полюсам различия увеличиваются. В Северном полуша­рии самый длинный день приходится на 21 июня – день летнего солнцестояния, когда Солнце находится в зените над Северным тропиком. За длинный день земная поверхность успевает поглотить много солнечной радиации, поэтому погода в это время теплая. В день зимнего солнце­сто­я­ния, 21 декабря, в Северном полушарии самый короткий день. Поскольку угол падения солнечных лучей меньше, чем летом, земная поверхность получает мало тепла, поэтому погода в декабре холодная. В Эстонии в Иванов день светло более 18 часов в сутки, а в Рож­дест­во – около 6 часов. Следо­ва­тель­но в июне световой день в три раза длиннее, чем в декабре.

Поскольку земная ось расположена под углом к Солнцу, летом по­­ляр­ные области получают сол­неч­ную радиацию 24 часа в сутки. Этот период называется полярным днем. А в зимние месяцы Солнце вообще не под­ни­ма­ет­ся над горизон­том и ус­та­нав­ли­ва­ет­ся полярная ночь. Чем ближе от полярного круга до полюса, тем дольше полярный день или ночь. На полярном круге они длятся сутки, а на полюсе – по шесть месяцев.

Смена времен года обусловлена обращением Земли вокруг Солнца и наклоном земной оси отно­си­тель­но Солнца.

Угол наклона земной оси Земли к плоскости орбиты Земли в течение года не изменяется. Поэтому Солнце может быть в зените только между Северным и Южным тропиками: на линии тропика один раз в год, а между ними – два раза. В жарком поясе в течение всего года угол падения солнечных лучей остается большим. День и ночь имеют здесь примерно оди­на­ко­вую длину, и по тем­пе­ра­ту­ре времена года раз­ли­чить не­воз­мож­но.

Между полюсом и полярным кругом, в холодном поясе, разница между температурами полярной ночи и полярного дня очень велика. Поэтому здесь существует два времени года: холодное, когда температура опускается в среднем до –30 °С, и теплое, со средней температурой около 0 °С. И лишь в умеренном поясе год четко делится на четыре сезона: весну, лето, осень и зиму.