METEOROLOGIA I
KLIMATOLOGIA
Obliczanie dopływu promieniowania
słonecznego do powierzchni Ziemi
Wymagana znajomość
zagadnień
stała słoneczna
całkowite promieniowanie słoneczne
albedo powierzchni czynnej
saldo promieniowania słonecznego
promieniowanie pochłonięte
prawo Bouguera-Lamberta
prawo Bouguera-Lamberta
Cel ćwiczenia
Przyjmując wartość stałej słonecznej oraz przeciętne wartości
parametrów charakteryzujących atmosferę i powierzchnię Ziemi
obliczony zostanie dopływ promieniowania słonecznego oraz
promieniowanie pochłonięte przez powierzchnię Ziemi.
Wyniki obliczeń mo\
na potraktować jako przykładowy model
dopływu bezpośredniego promieniowania słonecznego do
dopływu bezpośredniego promieniowania słonecznego do
powierzchni czynnej. Ze względu na małą ilość stacji
aktynometrycznych i brak danych z bezpośrednich pomiarów
model ten mo\
e mieć du\
e znaczenie praktyczne.
Zadania do wykonania
Zadanie 1.
Dla swojego miejsca urodzenia obliczyć natę\
enie całkowitego
promieniowania sÅ‚onecznego K“! o godzinie 12.00 czasu
miejscowego wiedzÄ…c \
e:
K“! = Kb + Kr
K“! = Kb + Kr
gdzie:
K“! - caÅ‚kowite promieniowanie sÅ‚oneczne (W·m-2)
Kr  rozproszone promieniowanie sÅ‚oneczne (W·m-2)
Kb  bezpoÅ›rednie promieniowanie sÅ‚oneczne (W·m-2)
Obliczenia nale\
y wykonać dla przesilenia letniego i zimowego oraz zrównania
wiosennego i jesiennego.
Do obliczenia wielkości bezpośredniego promieniowania
słonecznego zastosujemy prawo Bouguera-Lamberta.
Zgodnie z tym prawem natÄ™\
enie promieniowania przechodzÄ…cego
przez warstwę atmosfery maleje wykładniczo wraz ze wzrostem
grubości tej warstwy.
Ko = Io " pm
gdzie:
gdzie:
Ko - natÄ™\
enie bezpośredniego promieniowania słonecznego na powierzchni
prostopadÅ‚ej do padajÄ…cych promieni (W·m-2)
Io - stała słoneczna, czyli natę\
enie promieniowania słonecznego w górnej granicy
atmosfery 1367 (W·m-2).
p - współczynnik przezroczystości atmosfery. Współczynnik ten zale\
y od stopnia
zapylenia i ilości pary wodnej w powietrzu. W rzeczywistych warunkach p
mieści się w przedziale 0,70- 0,85. W obliczeniach przyjmiemy, \
e
przezroczystość powietrza wynosi 0,7.
m - optyczna masa atmosfery rozumiana jest jako długość drogi przebytej przez
promienie słoneczne w atmosferze. Najkrótsza droga jest wtedy, gdy Słońce
znajduje siÄ™ w zenicie. Przyjmiemy, \
e promień słoneczny przebywa wtedy
drogę równą jedności (m = 1). Wraz ze spadkiem wysokości Słońca nad
horyzontem wydłu\
a się droga przebyta przez promienie słoneczne.
OptycznÄ… masÄ™ atmosfery obliczamy ze wzoru:
m = 1/sin h
gdzie:
h - to wysokość Słońca nad horyzontem czyli kąt jaki tworzą promienie Słońca z
h - to wysokość Słońca nad horyzontem czyli kąt jaki tworzą promienie Słońca z
poziomÄ… powierzchniÄ… Ziemi.
Wzory na wysokość Słońca h nad horyzontem w zale\
ności od
szerokości geograficznej Ś, dla godziny 12.00 czasu
miejscowego (MCS) i wybranych dni przedstawiajÄ… siÄ™
następująco:
zrównanie wiosenne (21 marca) h = 90° Åš
przesilenie letnie (22 czerwca) h = 90° Åš + 23°27
zrównanie jesienne (23 wrzeÅ›nia) h = 90°  Åš
zrównanie jesienne (23 wrzeÅ›nia) h = 90°  Åš
przesilenie zimowe (22 grudnia) h = 90° Åš  23°27
gdzie:
h - to wysokość Słońca nad horyzontem czyli kąt jaki tworzą promienie Słońca z
poziomÄ… powierzchniÄ… Ziemi.
Ś - szerokości geograficzna (szerokości geograficzna miejsca urodzenia).
Za pomocą wzoru Bougera-Lamberta obliczyliśmy natę\
enie
bezpośredniego promieniowania słonecznego na powierzchni
prostopadłej do padających promieni Ko.
Nas będzie interesować natę\
enie na powierzchni poziomej Kb.
Kb = Ko " sin h
gdzie:
Kb  bezpoÅ›rednie promieniowanie sÅ‚oneczne na powierzchni poziomej (W·m-2)
Ko - bezpośrednie promieniowanie słonecznego na powierzchni prostopadłej do padających
promieni (W·m-2)
h - to wysokość Słońca nad horyzontem czyli kąt jaki tworzą promienie Słońca z poziomą
powierzchniÄ… Ziemi.
Obliczając rozproszone promieniowanie słoneczne Kr
przyjmiemy dla ułatwienia pogodę z pojedynczymi chmurami
nieprzysłaniającymi tarczy słonecznej. Dla tych warunków
zało\
ymy, \
e:
Kr = 0,2 " Kb
gdzie:
Kr  rozproszone promieniowanie sÅ‚oneczne (W·m-2)
Kb  bezpoÅ›rednie promieniowanie sÅ‚oneczne (W·m-2)
Zadania do wykonania
Zadanie 2.
Przyjmując za powierzchnię czynną trawę (wiosna, lato, jesień)
i pokrywę śnie\
ną (zima) obliczyć wielkość promieniowania
słonecznego odbitego Kę!, wiedząc \
e:
KÄ™! = K“! " Ä…
KÄ™! = K“! " Ä…
gdzie:
KÄ™! - promieniowanie sÅ‚oneczne odbite (W·m-2)
K“! - caÅ‚kowite promieniowanie sÅ‚oneczne (W·m-2)
Ä…  albedo powierzchni: albedo trawy wiosnÄ… Ä… = 0,17
albedo trawy latem Ä… = 0,21
albedo trawy jesieniÄ… Ä… = 0,19
albedo śniegu ą = 0,75
Obliczenia nale\
y wykonać dla przesilenia letniego i zimowego
oraz zrównania wiosennego i jesiennego.
Zadania do wykonania
Zadanie 3.
Obliczyć saldo promieniowania słonecznego QK, wiedząc \
e:
QK = K“!  KÄ™!
gdzie:
gdzie:
QK  promieniowanie pochÅ‚oniÄ™te (W·m-2)
K“! - caÅ‚kowite promieniowanie sÅ‚oneczne (W·m-2)
KÄ™! - promieniowanie sÅ‚oneczne odbite (W·m-2)
Obliczenia nale\
y wykonać dla przesilenia letniego i zimowego
oraz zrównania wiosennego i jesiennego.
Zadania do wykonania
Wyniki obliczeń przedstawić w tabelce.
K“! (W·m-2) KÄ™! (W·m-2) QK (W·m-2)
KO (W·m-2) Kb (W·m-2) Kr (W·m-2)
Zadania do wykonania
Zadanie 4.
Porównać obliczone wartoÅ›ci promieniowania K“!, KÄ™! i QK.
Napisać jakie czynniki wpłynęły na zró\
nicowanie wartości
promieniowania pochłoniętego QK.
promieniowania pochłoniętego QK.
Zadania do wykonania
Zadanie 5.
Przerysować mapę z rozkładem przestrzennym na obszarze
Polski:
- rocznej sumy usłonecznienia
- rocznej sumy usłonecznienia
- rocznej sumy całkowitego promieniowania słonecznego