Изменчивость альбедо различных поверхностей как важный фактор микроклимата
|
ВВЕДЕНИЕ 3
Глава 1 5
1.1 Основное понятие альбедо поверхности 5
1.2 Изменчивость альбедо поверхности в зависимости от типа подстилающей
поверхности 7
1.3 Влияние альбедо поверхности на общий поток суммарной радиации 11
1.4 Влияние альбедо поверхности на радиационный баланс земной
поверхности 16
1.5 Связь альбедо поверхности и изменчивости микроклимата 19
Глава 2 24
2.1 Методика расчета альбедо поверхности 24
2.2 Методика расчета и изменения основных составляющих радиационного
баланса 30
2.3 Описание базы данных измеренного альбедо и основных составляющих
параметров уравнения радиационного баланса 35
Глава 3 48
3.1 Результаты анализа изменчивости альбедо в зависимости от
подстилающей поверхности 48
3.2 Результаты анализа влияния альбедо на общий поток суммарной
радиации 59
3.3 Результаты анализа влияния альбедо на радиационный баланс земной
поверхности 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Глава 1 5
1.1 Основное понятие альбедо поверхности 5
1.2 Изменчивость альбедо поверхности в зависимости от типа подстилающей
поверхности 7
1.3 Влияние альбедо поверхности на общий поток суммарной радиации 11
1.4 Влияние альбедо поверхности на радиационный баланс земной
поверхности 16
1.5 Связь альбедо поверхности и изменчивости микроклимата 19
Глава 2 24
2.1 Методика расчета альбедо поверхности 24
2.2 Методика расчета и изменения основных составляющих радиационного
баланса 30
2.3 Описание базы данных измеренного альбедо и основных составляющих
параметров уравнения радиационного баланса 35
Глава 3 48
3.1 Результаты анализа изменчивости альбедо в зависимости от
подстилающей поверхности 48
3.2 Результаты анализа влияния альбедо на общий поток суммарной
радиации 59
3.3 Результаты анализа влияния альбедо на радиационный баланс земной
поверхности 61
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 64
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Падая на земную поверхность, суммарная радиация в большей своей части поглощается в верхнем, тонком слое почвы или воды и переходит в тепло, а частично отражается. Величина отражения солнечной радиации земной поверхностью зависит от характера этой поверхности. Отношение количества отраженной радиации к общему количеству радиации, падающей на данную поверхность, называется альбедо поверхности. Это отношение выражается в процентах.
Отношение отраженной части радиации Rk ко всей приходящей суммарной радиации Q называют отражательной способностью или альбедо А данной подстилающей поверхности:
A=Rk/Q (1)
Преобладающая часть радиации, отраженной земной поверхностью и верхней поверхностью облаков, уходит за пределы атмосферы в мировое пространство. Также уходит в мировое пространство часть рассеянной радиации, около одной трети ее. Отношение этой уходящей в космос отраженной и рассеянной солнечной радиации к общему количеству солнечной радиации, поступающему в атмосферу, носит название планетарного альбедо Земли или просто альбедо Земли.
Планетарное альбедо Земли оценивается в 35-40%; по-видимому, оно ближе к 35%. Основную часть планетарного альбедо Земли составляет отражение солнечной радиации облаками.
Актуальность настоящей работы обусловлена тем, что альбедо подстилающей поверхности оказывает основное влияние на микроклимат, отражает основные процессы, проходящие на уровне деятельной поверхности. Изучение альбедо необходимо при анализе изменения климатической системы, при агрометеорологических прогнозах и для сельскохозяйственного планирования, так как альбедо влияет на опустынивание.
Целью работы является анализ изменчивости альбедо в зависимости от подстилающей поверхности; анализ влияния альбедо на общий поток суммарной радиации и влияние альбедо на радиационный баланс земной поверхности.
Для реализации поставленной цели была выполнены задачи:
• Участие в организации и проведении серий экспериментальных наблюдений за альбедо различных поверхностей (водная поверхность Ладожского озера, районы черничника, разнотравье, оголенная почва и т.д) в период с 2017 по 2020;
• Анализ, расчет и обработка сопутствующих актинометрических и метеорологических данных в период с 2017 по 2020, создание архива.
Магистерская работа состоит из введения, 3 глав и заключения. Во введении представлены актуальность и цели настоящего исследования, 1 глава посвящается теоретической основе теории альбедо, во 2 главе представлено методика расчета альбедо и описание базы данных, в 3 главе описывается результаты анализа влияния альбедо на общий поток суммарной радиации и радиационный баланс современное состояние. В заключении перечислены все основные выводы, сделанные в ходе проведенной работы.
Отношение отраженной части радиации Rk ко всей приходящей суммарной радиации Q называют отражательной способностью или альбедо А данной подстилающей поверхности:
A=Rk/Q (1)
Преобладающая часть радиации, отраженной земной поверхностью и верхней поверхностью облаков, уходит за пределы атмосферы в мировое пространство. Также уходит в мировое пространство часть рассеянной радиации, около одной трети ее. Отношение этой уходящей в космос отраженной и рассеянной солнечной радиации к общему количеству солнечной радиации, поступающему в атмосферу, носит название планетарного альбедо Земли или просто альбедо Земли.
Планетарное альбедо Земли оценивается в 35-40%; по-видимому, оно ближе к 35%. Основную часть планетарного альбедо Земли составляет отражение солнечной радиации облаками.
Актуальность настоящей работы обусловлена тем, что альбедо подстилающей поверхности оказывает основное влияние на микроклимат, отражает основные процессы, проходящие на уровне деятельной поверхности. Изучение альбедо необходимо при анализе изменения климатической системы, при агрометеорологических прогнозах и для сельскохозяйственного планирования, так как альбедо влияет на опустынивание.
Целью работы является анализ изменчивости альбедо в зависимости от подстилающей поверхности; анализ влияния альбедо на общий поток суммарной радиации и влияние альбедо на радиационный баланс земной поверхности.
Для реализации поставленной цели была выполнены задачи:
• Участие в организации и проведении серий экспериментальных наблюдений за альбедо различных поверхностей (водная поверхность Ладожского озера, районы черничника, разнотравье, оголенная почва и т.д) в период с 2017 по 2020;
• Анализ, расчет и обработка сопутствующих актинометрических и метеорологических данных в период с 2017 по 2020, создание архива.
Магистерская работа состоит из введения, 3 глав и заключения. Во введении представлены актуальность и цели настоящего исследования, 1 глава посвящается теоретической основе теории альбедо, во 2 главе представлено методика расчета альбедо и описание базы данных, в 3 главе описывается результаты анализа влияния альбедо на общий поток суммарной радиации и радиационный баланс современное состояние. В заключении перечислены все основные выводы, сделанные в ходе проведенной работы.
Радиационный режим данной местности играет большую роль во многих отраслях экономики и народного хозяйства.
1. Альбедо земной поверхности зависит от ее свойств и состояния: цвета, влажности, шероховатости, наличия и характера растительного покрова. Темные и шероховатые почвы отражают меньше, чем светлые и гладкие. Влажные почвы отражают меньше, чем сухие, так как они темнее. Следовательно, с возрастанием влажности почвы увеличивается поглощаемая ею доля суммарной радиации. Это оказывает большое влияние, например, на тепловой режим орошаемых полей.
2. Альбедо естественных поверхностей часто изменяется в течение суток, причем наибольшие величины альбедо отмечаются утром и вечером, а в дневные часы альбедо несколько уменьшается. Объясняется это неодинаковой отражательной способностью одной и той же поверхности для разных дли волн и спектрального состава суммарной радиации от высоты солнца. При малой высоте солнца в составе суммарной радиации увеличена доля рассеянной, а последняя отражается от шероховатой поверхности сильнее, чем прямая.
3. Альбедо водных поверхностей в среднем меньше, чем альбедо поверхности суши. Объясняется это тем, что солнечные лучи значительно глубже проникают в прозрачные для них верхние слои воды, чем в почву. В воде они рассеиваются и поглощаются. В связи с этим на альбедо воды влияет степень ее мутности: для загрязненной воды и мутной воды альбедо заметно возрастает по сравнению с чистой водой.
4. Для рассеянной радиации альбедо воды в среднем составляет 8-10%, а для прямой оно зависит от высоты солнца и увеличивается при ее уменьшении. Например, при отвесном падении лучей альбедо воды составляет лишь около 2 - 5%, а при малых высотах солнца - уже 30-70%.
5.Зная альбедо поверхности и суммарную радиацию, можно определить количество коротковолновой радиации, поглощенной данной поверхностью. Величина 1-A представляет собой коэффициент поглощения коротковолновой радиации данной поверхностью. Он показывает, какая часть суммарной радиации , приходящей на земную поверхность, ею поглощается.
6. Для научного ведения сельского хозяйства необходимо знать действительные суммы радиации, приходящей на земную поверхность в вегетационный период и во все остальные периоды года. Для этого следует учитывать характер деятельной поверхности (альбедо), наличие склонов, холмов и пр., так как количество радиации, поглощенной почвой, зависит от угла падения лучей и альбедо поверхности.
7. При проектировании городов следует располагать здания таким образом, чтобы обеспечить наиболее благоприятное их освещение солнечными лучами. Необходимо знать суммы радиации, поступающей на вертикальные стены различной ориентации. При этом следует учитывать, что на них поступает не только прямая и рассеянная радиация, но и радиация, отраженная от прилегающих участков земной поверхности и от других близко расположенных зданий. Степень поглощения радиации зависит также от цвета и состояния стены - ее шероховатости, влажности и т.д. Поэтому, облицовывая стены домов различными материалами и окрашивая их в различные цвета (т.е. изменяя альбедо), можно изменить и их поглощательные свойства.
1. Альбедо земной поверхности зависит от ее свойств и состояния: цвета, влажности, шероховатости, наличия и характера растительного покрова. Темные и шероховатые почвы отражают меньше, чем светлые и гладкие. Влажные почвы отражают меньше, чем сухие, так как они темнее. Следовательно, с возрастанием влажности почвы увеличивается поглощаемая ею доля суммарной радиации. Это оказывает большое влияние, например, на тепловой режим орошаемых полей.
2. Альбедо естественных поверхностей часто изменяется в течение суток, причем наибольшие величины альбедо отмечаются утром и вечером, а в дневные часы альбедо несколько уменьшается. Объясняется это неодинаковой отражательной способностью одной и той же поверхности для разных дли волн и спектрального состава суммарной радиации от высоты солнца. При малой высоте солнца в составе суммарной радиации увеличена доля рассеянной, а последняя отражается от шероховатой поверхности сильнее, чем прямая.
3. Альбедо водных поверхностей в среднем меньше, чем альбедо поверхности суши. Объясняется это тем, что солнечные лучи значительно глубже проникают в прозрачные для них верхние слои воды, чем в почву. В воде они рассеиваются и поглощаются. В связи с этим на альбедо воды влияет степень ее мутности: для загрязненной воды и мутной воды альбедо заметно возрастает по сравнению с чистой водой.
4. Для рассеянной радиации альбедо воды в среднем составляет 8-10%, а для прямой оно зависит от высоты солнца и увеличивается при ее уменьшении. Например, при отвесном падении лучей альбедо воды составляет лишь около 2 - 5%, а при малых высотах солнца - уже 30-70%.
5.Зная альбедо поверхности и суммарную радиацию, можно определить количество коротковолновой радиации, поглощенной данной поверхностью. Величина 1-A представляет собой коэффициент поглощения коротковолновой радиации данной поверхностью. Он показывает, какая часть суммарной радиации , приходящей на земную поверхность, ею поглощается.
6. Для научного ведения сельского хозяйства необходимо знать действительные суммы радиации, приходящей на земную поверхность в вегетационный период и во все остальные периоды года. Для этого следует учитывать характер деятельной поверхности (альбедо), наличие склонов, холмов и пр., так как количество радиации, поглощенной почвой, зависит от угла падения лучей и альбедо поверхности.
7. При проектировании городов следует располагать здания таким образом, чтобы обеспечить наиболее благоприятное их освещение солнечными лучами. Необходимо знать суммы радиации, поступающей на вертикальные стены различной ориентации. При этом следует учитывать, что на них поступает не только прямая и рассеянная радиация, но и радиация, отраженная от прилегающих участков земной поверхности и от других близко расположенных зданий. Степень поглощения радиации зависит также от цвета и состояния стены - ее шероховатости, влажности и т.д. Поэтому, облицовывая стены домов различными материалами и окрашивая их в различные цвета (т.е. изменяя альбедо), можно изменить и их поглощательные свойства.