Проблема астероидно-кометной опасности, т. е. угрозы столкновения Земли с малыми телами Солнечной системы, осознается в наши дни как комплексная глобальная проблема, стоящая перед человечеством. В этой коллективной монографии впервые обобщены данные по всем аспектам проблемы. Рассмотрены современные представления о свойствах малых тел Солнечной системы и эволюции их ансамбля, проблемы обнаружения и мониторинга малых тел. Обсуждаются вопросы оценки уровня угрозы и возможных последствий падения тел на Землю, способы защиты и уменьшения ущерба, а также пути развития внутрироссийского и международного сотрудничества по этой глобальной проблеме.
Книга рассчитана на широкий круг читателей. Научные работники, преподаватели, аспиранты и студенты различных специальностей, включая, прежде всего, астрономию, физику, науки о Земле, технические специалисты из сферы космической деятельности и, конечно, читатели, интересующиеся наукой, найдут для себя много интересного.
| <<< Назад
|
Вперед >>>
|
Астероиды, как и все тела Солнечной системы кроме центрального тела, светят отраженным светом Солнца. При наблюдении глаз регистрирует световой поток, рассеянный астероидом в направлении на Землю и проходящий через зрачок. Характеристикой субъективного ощущения светового потока различной интенсивности, приходящего от астероидов, является их блеск. Именно этот термин (а не яркость) рекомендуется использовать в научной литературе. Фактически глаз реагирует на освещенность сетчатки, т. е. на световой поток, приходящийся на единицу площади площадки, перпендикулярной лучу зрения, на расстоянии Земли. Освещенность обратно пропорциональна квадрату расстояния астероида от Земли. Учитывая, что рассеянный астероидом поток обратно пропорционален квадрату его расстояния от Солнца, можно заключить, что освещенность на Земле обратно пропорциональна квадрату расстояний от астероида до Солнца и до Земли. Таким образом, если обозначить освещенность, создаваемую астероидом, находящимся на расстоянии r от Солнца и? от Земли, посредством E, а посредством E 1 - освещенность, создаваемую тем же телом, но находящимся на единичном расстоянии от Солнца и от Земли, то
E = E 1 r -2 ? -2 . (3.2)
В астрономии освещенность принято выражать в звездных величинах. Интервалом освещенности в одну звездную величину называется отношение освещенностей, создаваемых двумя источниками, при котором освещенность от одного из них в 2,512 раза превосходит освещенность, создаваемую другим. В более общем случае имеет место формула Погсона:
E m1 /E m2 = 2,512 (m2-m1) , (3.3)
где E m1 - освещенность от источника со звездной величиной m 1 , E m2 - освещенность от источника со звездной величиной m 2 (освещенность тем меньше, чем больше звездная величина). Из этих формул вытекает зависимость блеска астероида m, выраженного в звездных величинах, от расстояния r от Солнца и? от Земли:
m = m 0 + 5 lg(r?), (3.4)
где m 0 - так называемая абсолютная звездная величина астероида, численно равная звездной величине, которую имел бы астероид, находясь на расстоянии 1 а.е. от Солнца и Земли и при нулевом угле фазы (напомним, что углом фазы называется угол при астероиде между направлениями на Землю и на Солнце). Очевидно, что в природе подобная конфигурация трех тел осуществиться не может.
Формула (3.4) не полностью описывает изменение блеска астероида при его орбитальном движении. Фактически блеск астероида зависит не только от его расстояний от Солнца и Земли, но и от угла фазы. Эта зависимость связана, с одной стороны, с наличием ущерба (неосвещенной Солнцем части астероида) при наблюдении с Земли при ненулевом фазовом угле, с другой, - от микро- и макроструктуры поверхности.
Надо иметь в виду, что астероиды Главного пояса могут наблюдаться лишь при относительно небольших фазовых углах, приблизительно до 30°.
До 80-х гг. XX в. считалось, что добавление в формулу (3.4) слагаемого, пропорционального величине фазового угла, позволяет достаточно хорошо учесть изменение блеска в зависимости от угла фазы:
m = m 0 + 5 lg(r?) + k?, (3.5)
где? - угол фазы. Коэффициент пропорциональности k, хотя и отличается для разных астероидов, варьируется в основном в пределах 0,01–0,05 m /°.
Возрастание звездной величины m с ростом угла фазы согласно формуле (3.5) имеет линейный характер, m 0 есть ордината точки пересечения фазовой кривой (фактически прямой) с вертикалью при r = ? = 1 и? = 0°.
Более поздние исследования показали, что фазовая кривая астероидов имеет сложный характер. Линейный спад блеска (увеличение звездной величины объекта) с ростом фазового угла имеет место лишь в диапазоне приблизительно от 7° до 40°, после чего начинается нелинейный спад. С другой стороны, при углах фазы, меньших 7°, имеет место так называемый оппозиционный эффект - нелинейное нарастание блеска с уменьшением фазового угла (рис. 3.15).
Рис. 3.15. Зависимость звездной величины от угла фазы для астероида (1862) Apollo
С 1986 г. для вычислений видимой звездной величины астероидов в лучах V (визуальная полоса спектра фотометрической системы UBV ) применяется более сложная полуэмпирическая формула, которая позволяет более точно описать изменение блеска в диапазоне фазовых углов от 0° до 120° . Формула имеет вид
V = H + 5 lg(r?) - 2,5 lg[(1 - G)? 1 + G? 2 ]. (3.6)
Здесь H - абсолютная звездная величина астероида в лучах V, G - так называемый параметр наклона, ? 1 и? 2 - функции угла фазы, определяемые следующими выражениями:
I = exp { - A i B i }, i = 1, 2,
A 1 = 3,33, A 2 = 1,87, B 1 = 0,63, B 2 = 1,22.
После того как элементы орбиты определены и, следовательно, r, ? и? могут быть вычислены, формула (3.6) позволяет найти абсолютную звездную величину, если имеются наблюдения видимой звездной величины. Для определения параметра G требуются наблюдения видимой звездной величины при различных углах фазы. В настоящее время значение параметра G определено из наблюдений только для 114 астероидов, в том числе для нескольких АСЗ. Найденные значения G варьируются в пределах от –0,12 до 0,60. Для прочих астероидов значение G принимается равным 0,15.
Поток лучистой энергии Солнца в диапазоне длин волн видимого света, падающий на поверхность астероида, обратно пропорционален квадрату его расстояния от Солнца и зависит от размеров астероида. Этот поток частично поглощается поверхностью астероида, нагревая ее, а частично рассеивается по всем направлениям. Отношение величины рассеянного по всем направлениям потока к падающему потоку называется сферическим альбедо A. Оно характеризует отражательную способность поверхности астероида.
Сферическое альбедо принято представлять в виде произведения двух сомножителей:
Первый сомножитель p, называемый геометрическим альбедо, есть отношение блеска реального небесного тела при нулевом угле фазы к блеску абсолютно белого диска того же радиуса, что и небесное тело, расположенного перпендикулярно к солнечным лучам на том же расстоянии от Солнца и Земли, что и само небесное тело. Второй сомножитель q, называемый фазовым интегралом, зависит от формы поверхности.
В противоречии со своим названием геометрическое альбедо определяет зависимость рассеяния падающего потока не от геометрии тела, а от физических свойств поверхности. Значения именно геометрического альбедо приводят в таблицах и имеют в виду, когда говорят об отражательной способности поверхностей астероидов.
Альбедо не зависит от размеров тела. Оно тесным образом связано с минералогическим составом и микроструктурой поверхностных слоев астероида и может быть использовано для классификации астероидов и определения их размеров. Для разных астероидов альбедо варьируется в пределах от 0,02 (очень темные объекты, отражающие только 2 % падающего света Солнца) до 0,5 и более (очень светлые).
Для дальнейшего важно установить связь между радиусом астероида, его альбедо и абсолютной звездной величиной. Очевидно, что чем больше радиус астероида и чем больше его альбедо, тем больший световой поток он отражает в заданном направлении при прочих равных условиях. Освещенность, которую астероид создает на Земле, зависит также от его расстояния от Солнца и Земли и потока лучистой энергии Солнца, который может быть выражен через звездную величину Солнца.
Если обозначить освещенность, создаваемую Солнцем на Земле, как E ? , освещенность, создаваемую астероидом, - как E, расстояния от астероида до Солнца и Земли - как r и?, а радиус астероида (в а.е.) - как?, то для вычисления геометрического альбедо p можно использовать следующее выражение:
Если прологарифмировать это соотношение и заменить логарифм отношения E/E ? по формуле Погсона (3.3), то найдем
lg p = 0,4(m ? - m) + 2(lg r + lg ? - lg ?),
где m ? - видимая звездная величина Солнца. Заменим теперь m по формуле (3.4), тогда
lg p = 0,4(m ? - m 0) - 2 lg ?,
или, выражая диаметр D в километрах и полагая видимую звездную величину Солнца в лучах V равной –26,77 [Герелс, 1974], получим
lg D = 3,122 - 0,5 lg p - 0,2H, (3.7)
где H - абсолютная звездная величина астероида в лучах V.
| <<< Назад |
| Поверхность | Характеристика | Альбедо, % |
| Почвы | ||
| чернозем | сухой, ровная поверхность свежевспаханный, влажный | |
| суглинистая | сухая влажная | |
| песчаная | желтоватая белесая речной песок | 34 – 40 |
| Растительный покров | ||
| рожь, пшеница в период полной спелости | 22 – 25 | |
| пойменный луг с сочной зеленой травой | 21 – 25 | |
| трава сухая | ||
| лес | еловый | 9 – 12 |
| сосновый | 13 – 15 | |
| березовый | 14 – 17 | |
| Снежный покров | ||
| снег | сухой свежевыпавший влажный чистый мелкозернистый влажный пропитан водой, серый | 85 – 95 55 – 63 40 – 60 29 – 48 |
| лед | речной голубовато-зелёный | 35 – 40 |
| морской молочно-голубой цв. | ||
| Водная поверхность | ||
| при высоте Солнца 0,1° 0,5° 10° 20° 30° 40° 50° 60-90° | 89,6 58,6 35,0 13,6 6,2 3,5 2,5 2,2 – 2,1 |
Преобладающая часть прямой радиации, отраженной земной поверхностью и верхней поверхностью облаков, уходит за пределы атмосферы в мировое пространство. Также уходит в мировое пространство около одной трети рассеянной радиации. Отношение всей уходящей в космос отраженной и рассеянной солнечной радиации к общему количеству солнечной радиации, поступающему в атмосферу, носит название планетарного альбедо Земли. Планетарное альбедо Земли оценивается в 35 – 40 %. Основную его часть составляет отражение солнечной радиации облаками.
Таблица 2.6
Зависимость величины К н от широты места и времени года
| Широта | Месяцы | |||||||
| III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | |
| 0.77 | 0.76 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.76 | 0.76 | 0.78 | |
| 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.75 | 0.75 | 0.76 | 0.76 | 0.78 | |
| 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.75 | 0.75 | 0.76 | 0.77 | 0.79 | |
| 0.78 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.79 | |
| 0.78 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.79 | |
| 0.78 | 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.78 | 0.80 | |
| 0.79 | 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.78 | 0.80 | |
| 0.79 | 0.77 | 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.78 | 0.81 | |
| 0.80 | 0.77 | 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.79 | 0.82 | |
| 0.80 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.77 | 0.78 | 0.79 | 0.83 | |
| 0.81 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.77 | 0.78 | 0.80 | 0.83 | |
| 0.82 | 0.78 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.78 | 0.80 | 0.84 | |
| 0.82 | 0.79 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.78 | 0.81 | 0.85 | |
| 0.83 | 0.79 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.79 | 0.82 | 0.86 |
Таблица 2.7
Зависимость величины К в+с от широты места и времени года
(по А.П. Браславскому и З.А. Викулиной)
| Широта | Месяцы | |||||||
| III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | |
| 0.46 | 0.42 | 0.38 | 0.37 | 0.38 | 0.40 | 0.44 | 0.49 | |
| 0.47 | 0.42 | 0.39 | 0.38 | 0.39 | 0.41 | 0.45 | 0.50 | |
| 0.48 | 0.43 | 0.40 | 0.39 | 0.40 | 0.42 | 0.46 | 0.51 | |
| 0.49 | 0.44 | 0.41 | 0.39 | 0.40 | 0.43 | 0.47 | 0.52 | |
| 0.50 | 0.45 | 0.41 | 0.40 | 0.41 | 0.43 | 0.48 | 0.53 | |
| 0.51 | 0.46 | 0.42 | 0.41 | 0.42 | 0.44 | 0.49 | 0.54 | |
| 0.52 | 0.47 | 0.43 | 0.42 | 0.43 | 0.45 | 0.50 | 0.54 | |
| 0.52 | 0.47 | 0.44 | 0.43 | 0.43 | 0.46 | 0.51 | 0.55 | |
| 0.53 | 0.48 | 0.45 | 0.44 | 0.44 | 0.47 | 0.51 | 0.56 | |
| 0.54 | 0.49 | 0.46 | 0.45 | 0.45 | 0.48 | 0.52 | 0.57 | |
| 0.55 | 0.50 | 0.47 | 0.46 | 0.46 | 0.48 | 0.53 | 0.58 | |
| 0.56 | 0.51 | 0.48 | 0.46 | 0.47 | 0.49 | 0.54 | 0.59 | |
| 0.57 | 0.52 | 0.48 | 0.47 | 0.47 | 0.50 | 0.55 | 0.60 | |
| 0.58 | 0.53 | 0.49 | 0.48 | 0.48 | 0.51 | 0.56 | 0.60 |
Для понимания процессов, влияющих на климат нашей планеты, вспомним некоторые термины.
Парниковый эффект – это повышение температуры нижних слоёв атмосферы по сравнению с температурой теплового излучения планеты. Суть явления заключается в том, что поверхность планеты поглощает солнечное излучение, в основном, в видимом диапазоне и, нагреваясь, излучает его обратно в пространство, но уже в инфракрасном диапазоне. Значительная часть инфракрасного излучения Земли поглощается атмосферой и частично вновь излучается на Землю. Этот эффект взаимного лучевого теплообмена в нижних слоях атмосферы и называется парниковым. Парниковый эффект – естественный элемент теплового баланса Земли. Без парникового эффекта средняя температура поверхности планеты составляла бы — 19°С вместо реальных +14°С. В течение последних нескольких десятков лет различные национальные и международные организации отстаивают гипотезу о том, что человеческая деятельность приводит к усилению парникового эффекта, а, значит, к дополнительному нагреву атмосферы. При этом существуют и альтернативные точки зрения, например, связывающие изменение температуры в атмосфере Земли с естественными циклами солнечной активности.(1)
В пятом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата (2013-2014 гг.) констатируется, что, с вероятностью более 95%, влияние человека было доминирующей причиной потепления, наблюдаемого с середины ХХ в. Согласованность наблюдаемых и расчетных изменений во всей климатической системе указывает на то, что наблюдаемые изменения климата вызваны в первую очередь увеличением атмосферных концентраций парниковых газов, происходящим вследствие хозяйственной деятельности человека.
Текущее изменение климата России в целом следует охарактеризовать как продолжающееся потепление со скоростью, более чем в два с половиной раза превышающей среднюю скорость глобального потепления.(2)
Диффузное отражение - это отражение светового потока, падающего на поверхность, при котором отражение происходит под углом, отличающимся от падающего. Диффузным отражение становится в том случае, если неровности поверхности имеют порядок длины волны (или превышают её) и расположены беспорядочно. (3)
Альбедо Земли (А.З.) — Процентное отношение солнечной радиации, отданной земным шаром (вместе с атмосферой) обратно в мировое пространство, к солнечной радиации, поступившей на границу атмосферы. Отдача солнечной радиации Землей слагается из отражения от земной поверхности, рассеяния прямой радиации атмосферой в мировое пространство (обратного рассеяния) и отражения от верхней поверхности облаков. А. 3. в видимой части спектра (визуальное)-около 40%. Для интегрального потока солнечной радиации интегральное (энергетическое) А. 3. около 35%. В отсутствие облаков визуальное А. 3. было бы около 15%. (4)
Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца - простирается от радиоволн до рентгеновских лучей. Однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлто-зелёную) часть спектра. На границе земной атмосферы ультрафиолетовая часть солнечного спектра составляет 5 %, видимая часть — 52 % и инфракрасная часть — 43 %, у поверхности Земли ультрафиолетовая часть составляет 1 %, видимая — 40 % и инфракрасная часть солнечного спектра — 59 %. (5)
Со́лнечная постоя́нная - суммарная мощность солнечного излучения, проходящего через единичную площадку, ориентированную перпендикулярно потоку, на расстоянии одной астрономической единицы от Солнца вне земной атмосферы. По данным внеатмосферных измерений солнечная постоянная составляет 1367 Вт/м².(3)
Площадь поверхности Земли – 510 072 000 км2.
Изменения в современном климате (в сторону потепления) называют глобальным потеплением.
Простейший механизм глобального потепления выглядит следующим образом.
Солнечная радиация, поступая в атмосферу нашей планеты, в среднем, отражается на 35%, что является интегральным альбедо Земли. Большая из оставшейся части поглощается поверхностью, которая нагревается. Остальное усваивается растениями в процессе фотосинтеза.
Нагретая поверхность Земли начинает излучать в инфракрасном диапазоне, но это излучение не уходит в космос, а задерживается парниковыми газами. Виды парниковых газов мы рассматривать не будем. Чем больше парниковых газов, тем больше обратно ими на Землю излучается тепла, и тем выше, соответственно, становится средняя температура поверхности Земли.
Парижское соглашение - соглашение в рамках Рамочной конвенции ООН об изменении климата, рассматривает необходимость «держать рост глобальной средней температуры «намного ниже» 2 °C и «приложить усилия» для ограничения роста температуры величиной 1,5 °C». Но в нем, кроме сокращения выбросов парниковых газов, нет алгоритма решения этой проблемы.
Учитывая, что США вышли из этого соглашения 01 июня 2017 года, необходим новый международный проект. И Россия может его предложить.
Главным преимуществом нового соглашения должен быть – ясный и эффективный механизм смягчения воздействия парниковых газов на климат Земли.
Самым интересным способом уменьшения влияния парниковых газов на климат может стать увеличение среднего альбедо Земли.
Давайте поподробней рассмотрим его.
В России около 625 000 км дорог, покрытых асфальтом, в Китае и США – суммарно на порядок больше.
Даже если допустить, что все дороги в России однополосные и 4-ой категории (что само по себе абсурдно), то минимальная ширина составит 3м (согласно СНиП 2.07.01-89). Площадь дорог будет 1875 км2. Или 1 875 000 000 м2.
Солнечная постоянная вне атмосферы, как мы помним 1.37 кВт/м2.
Для упрощения возьмем среднюю полосу, где солнечная энергия у поверхности земли (усредненное значение за год) будет приблизительно равна 0.5 кВт/м2.
Получаем, что на дороги РФ падает мощность солнечной радиации 937 500 000 Ватт.
Теперь делим это число на 2. Т.к. Земля вертится. Получается 468 750 000 Вт.
Среднее интегральное альбедо асфальта 20%.
С помощью добавления пигмента или битого стекла, альбедо видимого диапазона асфальта возможно увеличить до 40%. Пигмент должен спектрально совпадать с диапазоном излучения нашей звезды. Т.е. иметь желто- зеленые расцветки. Но, одновременно – не ухудшать физические характеристики асфальтобетона и быть максимально дешевым и легким в синтезе.
При постепенной замене старого асфальтобетона на новый, в процессе естественного износа первого – суммарное увеличение отраженной мощности излучения составит 469 МВт х 0.4 (видимая часть Солнечного спектра) х0.2 (разница между старым и новым альбедо) 37.5 МВт.
Инфракрасную составляющую спектра в расчет не берем, т.к. она поглотится парниковыми газами.
В целом по миру эта величина составит более 500МВт. Это 0.00039% от общей поступающей мощности излучения на Землю. А для устранения парникового эффекта необходимо отразить мощность на 3 порядка больше.
Ухудшат ситуацию на планете и таяние ледников, т.к. их альбедо очень высоко.
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.
Итак, из общего потока суммарной радиации Isinh+i отражается от земной поверхности часть его (Isinh + i)А, где А - альбедо поверхности. Остальная часть суммарной радиации (Isinh + i) (1- А) поглощается земной поверхностью и идет на нагревание верхних слоев почвы и воды. Эту часть называют поглощенной радиацией.
Альбедо поверхности почвы в общем заключается в пределах 10-30%; в случае влажного чернозема оно снижается до 5%, а в случае сухого светлого песка может повышаться до 40%. С возрастанием влажности почвы альбедо снижается. Альбедо растительного покрова - леса, луга, поля - заключается в пределах 10-25%. Для свежевыпавшего снега альбедо 80-90%, для давно лежащего снега - около 50% и ниже. Альбедо гладкой водной поверхности для прямой радиации меняется от нескольких процентов при высоком солнце до 70% при низком солнце; оно зависит также от волнения. Для рассеянной радиации альбедо водных поверхностей 5-10%. В среднем альбедо поверхности мирового океана 5-20%. Альбедо верхней поверхности облаков - от нескольких процентов до 70-80% в зависимости от типа и мощности облачного покрова; в среднем же оно 50-60%. Приведенные числа относятся к отражению солнечной радиации не только видимой, но во всем ее спектре. Кроме того, фотометрическими средствами измеряют альбедо только для видимой радиации, которое, конечно, может несколько отличаться по величине от альбедо для всего потока радиации.
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.
Суммарная радиация
Всю солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности, называют суммарной солнечной радиацией.
Q = S sin h c + D (34)
где S - энергетическая освещенность прямой радиации, h c - высота Солнца, D - энергетическая освещенность рассеянной радиации.
При безоблачном небе суммарная солнечная радиация имеет суточный ход с максимумом около полудня и годовой ход с максимумом летом. Частичная облачность, не закрывающая диск Солнца, увеличивает суммарную радиацию по сравнению с безоблачным небом, полная облачность, наоборот, уменьшает ее. В среднем же, облачность уменьшает радиацию. Поэтому летом приход суммарной радиации в дополуденные часы больше, чем в послеполуденные и в первую половину года больше, чем во вторую. Полуденные значения суммарной радиации в летние месяцы под Москвой при безоблачном небе в среднем составляют 0,78, при открытом Солнце и облаках 0,80, при сплошной облачности - 0,26 кВТ/м 2.
Распределение значений суммарной радиации по земному шару отклоняется от зонального, что объясняется влиянием прозрачности атмосферы и облачности. Максимальные годовые значения суммарной радиации составляют 84*10 2 – 92*10 2 МДж/м 2 и наблюдаются в пустынях Северной Африки. Над областями приэкваториальных лесов с большой облачностью значения суммарной радиации снижены до 42*10 2 – 50*10 2 МДж/м 2 . К более высоким широтам обоих полушарий значения суммарной радиации убывают, составляя под 60-й параллелью 25*10 2 – 33*10 2 МДж/м 2 . Но затем снова растут - мало над Арктикой и значительно - над Антарктидой, где в центральных частях материка составляют 50*10 2 – 54*10 2 МДж/м 2 . Над океанами в целом значения суммарной радиации ниже, чем над соответствующими широтами суши.
В декабре наибольшие значения суммарной радиации отмечаются в пустынях Южного полушария (8*10 2 – 9*10 2 МДж/м 2). Над экватором значения суммарной радиации снижаются до 3*10 2 – 5*10 2 МДж/м 2 . В Северном полушарии радиация быстро убывает к полярным районам и за полярным кругом равна нулю. В Южном полушарии суммарная радиация убывает к югу до 50-60 0 ю.ш. (4*10 2 МДж/м 2), а затем возрастает до 13*10 2 МДж/м 2 в центре Антарктиды.
В июле наибольшие значения суммарной радиации (свыше 9*10 2 МДж/м 2) наблюдаются над северо-восточной Африкой и Аравийским полуостровом. Над экваториальной областью значения суммарной радиации невысоки и равны декабрьским. К северу от тропика суммарная радиация убывает медленно до 60 0 с.ш., а затем возрастает до 8*10 2 МДж/м 2 в Арктике. В южном полушарии суммарная радиация от экватора быстро убывает к югу, достигая нулевых значений у полярного круга.
При поступлении на поверхность суммарная радиация частично поглощается в верхнем тонком слое почвы или воды и переходит в тепло, а частично отражается. Условия отражения солнечной радиации от земной поверхности характеризуются величиной альбедо , равной отношению отраженной радиации к приходящему потоку (к суммарной радиации).
А = Q отр / Q (35)
Теоретически значения альбедо могут меняться от 0 (абсолютно черная поверхность) до 1(абсолютно белая поверхность). Имеющиеся материалы наблюдений показывают, что величины альбедо подстилающих поверхностей меняются в широких пределах, причем их изменения охватывают почти полностью возможный интервал значений отражательной способности различных поверхностей. В экспериментальных исследованиях найдены значения альбедо почти для всех распространенных естественных подстилающих поверхностей. Эти исследования прежде всего показывают, что условия поглощения солнечной радиации на суше и на водоемах заметно различаются. Наибольшие значения альбедо наблюдаются для чистого и сухого снега (90-95%). Но так как снежный покров редко бывает совершенно чистым, то средние значения альбедо снега в большинстве случаев равны 70-80%. Для влажного и загрязненного снега эти значения еще ниже - 40-50%. При отсутствии снега наибольшие альбедо на поверхности суши свойственны некоторым пустынным районам, где поверхность покрыта слоем кристаллических солей (дно высохших озер). В этих условиях альбедо имеет значение 50%. Немногим меньше значения альбедо в песчаных пустынях. Альбедо влажной почвы меньше альбедо сухой почвы. Для влажных черноземов значения альбедо составляют предельно малые величины - 5%. Альбедо естественных поверхностей со сплошным растительным покровом изменяется в сравнительно небольших пределах - от 10 до 20-25%. При этом альбедо леса (особенно хвойного) в большинстве случаев меньше, чем альбедо луговой растительности.
Условия поглощения радиации на водоемах отличаются от условий поглощения на поверхности суши. Чистая вода сравнительно прозрачна для коротковолновой радиации, вследствие чего солнечные лучи, проникающие в верхние слои, многократно рассеиваются и только после этого в значительной мере поглощаются. Поэтому процесс поглощения солнечной радиации зависит от высоты Солнца. Если оно стоит высоко - значительная часть приходящей радиации проникает в верхние слои воды и, в основном, поглощается. Поэтому альбедо водной поверхности составляет первые единицы процента при высоком Солнце, а при низком Солнце альбедо возрастает до нескольких десятков процентов.
Альбедо системы «Земля-атмосфера» имеет более сложную природу. Приходящая в атмосферу солнечная радиация частично отражается в результате обратного рассеивания атмосферы. При наличии облаков значительная часть радиации отражается от их поверхности. Альбедо облаков зависит от толщины их слоя и составляет в среднем 40-50%. При полном или частичном отсутствии облаков альбедо системы «Земля-атмосфера» существенно зависит от альбедо самой земной поверхности. Характер географического распределения планетарного альбедо по наблюдениям со спутников показывает существенные различия между альбедо высоких и средних широт Северного и Южного полушарий. В тропиках наибольшие значения альбедо наблюдаются над пустынями, в зонах конвективной облачности над Центральной Америкой и над акваториями океанов. В Южном полушарии, в отличие от Северного, наблюдается зональный ход альбедо вследствие более простого распределения суши и моря. Наиболее высокие значения альбедо находятся в полярных широтах.
Преобладающая часть радиации, отраженной земной поверхностью и верхней границей облаков, уходит в мировое пространство. Также уходит и треть рассеянной радиации. Отношение уходящей в космос отраженной и рассеянной радиации к общему количеству солнечной радиации, поступающей к атмосфере, носит название планетарного альбедо Земли или альбедо Земли . Его значение оценивают в 30%. Основную часть планетарного альбедо составляет радиация, отраженная облаками.
