Альбедо Земли. Живое вещество повышает поглощение солнечной радиации земной поверхностью, уменьшая альбедо не только суши, но и океана. Растительность суши, как известно, существенно снижает отражение коротковолновой солнечной радиации в Космос. Альбедо леса, луга, поля не превышает 25%, но чаще определяется цифрами от 10% до 20%. Меньше альбедо лишь у гладкой водной поверхности при прямой радиации и у влажного чернозема (порядка 5%), Однако оголенная иссушенная почва или покрытая снегом земля отражают всегда гораздо больше солнечной радиации, чем когда они защищены растительностью. Разница может достигать несколько десятков процентов. Так сухой снег отражает 85-95% солнечной радиации, а лес при наличии устойчивого снежного покрова - только 40-45%.[ ...]
Безразмерная величина, характеризующая отражательную способность тела или системы тел. А. элемента отражающей поверхности— отношение (в процентах) интенсивности (плотности потока) радиации, отраженной данным элементом, к интенсивности (плотности потока) радиации, падающей на него. При этом имеется в виду диффузное отражение; в случае направленного отражения говорят не об А., а о коэффициенте отражения. Различается А. интегральное — для радиации во всем диапазоне ее длин волн и спектральное — для отдельных участков спектра. См. еще альбедо естественной поверхности, альбедо Земли.[ ...]
АЛЬБЕДО ЗЕМЛИ. 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%.[ ...]
Альбедо величина, характеризующая отражательную способность поверхности какого-либо тела; отношение (в %) отраженного потока солнечной радиации к потоку падающей радиации.[ ...]
Альбедо поверхности зависит от ее цвета, шероховатости, влажности и других свойств. Альбедо водных поверхностей при высоте Солнца свыше 60° меньше, чем альбедо суши, поскольку солнечные лучи, проникая в воду, в значительной мере поглощаются и рассеиваются в ней.[ ...]
Альбедо всех поверхностей, а особенно водных зависит от высоты Солнца: наименьшее альбедо бывает в полуденные часы, наибольшее - утром и вечером. Это связано с тем, что при малой высоте Солнца в составе суммарной радиации возрастает доля рассеянной, которая в большей степени, чем прямая радиация отражается от шероховатой подстилающей поверхности.[ ...]
АЛЬБЕДО - величина, характеризующая отражательную способность любой поверхности. А. выражается отношением радиации, отражаемой поверхностью, к солнечной радиации, поступившей на поверхность. Например, А. чернозема — 0,15; песка - 0,3-0,4; среднее А. Земли — 0,39, Луны — 0,07.[ ...]
Приведем альбедо (%) различных почв, пород и растительных покровов (Чудновский, 1959): чернозем сухой —14, чернозем влажный — 8, серозем сухой — 25—30, серозем влажный 10—12, глина сухая —23, глина влажная — 16, песок белый и желтый — 30—40, пшеница яровая — 10—25, пшеница озимая — 16—23, травы зеленые —26, травы высохшие —19, хлопчатник —20—22, рис — 12, картофель — 19.[ ...]
Тщательные расчеты альбедо суши эпохи раннего плиоцена ( 6 млн лет назад) показали, что в тот период альбедо поверхности суши Северного полушария было на 0,060 меньше современного и, как свидетельствуют палеоклиматические данные, климат этой эпохи был более теплым и влажным; на средних и высоких широтах Евразии и Северной Америки растительный покров отличался более богатым видовым составом, леса занимали обширные территории, на севере они достигали побережий континентов, на юге их граница проходила южнее границы современной лесной зоны.[ ...]
Измерения с помощью альбедо-метров, располагаемых на высоте 1—2 м над земной поверхностью, позволяют определить альбедо небольших участков. Величины альбедо участков большой протяженности, используемые при расчетах радиационного баланса, определяются с самолета или со спутника. Типичные значения альбедо: влажная почва 5—10%, чернозем 15%, сухая глинистая почва 30%, светлый песок 35—40%, полевые культуры 10—25 %г травяной покров 20—25%, лес — 5—20%, свежевыпавший снег 70— 90%; водная поверхность для прямой радиации от 70—80% при солнце у горизонта до 5% при высоком солнце, для рассеянной радиации около 10%; верхняя поверхность облаков 50—65%.[ ...]
Максимальную зависимость альбедо имеют естественные поверхности, на которых наряду с диффузным наблюдается полное либо частичное зеркальное отражение. Таковыми являются гладкая и слегка взволнованная водная поверхность, лед, снег, покрытый настом.[ ...]
Очевидно, что при заданном альбедо однократного рассеяния поглощение будет возрастать при увеличении доли диффузной радиации и средней кратности рассеяния. Для слоистых облаков при увеличении зенитного угла Солнца поглощение уменьшается (табл. 9.1), поскольку увеличивается альбедо облачного слоя и из-за сильной вытяиутостн вперед индикатрисы рассеяния уменьшается, по-видимому, средняя кратность рассеяния отраженного излучения. Этот результат согласуется с расчетами [34]. Для кучевых облаков справедливо обратное соотношение, которое объясняется тем, что при больших резко возрастает доля диффузной радиации. Для Q=0° справедливо нера-венство Pst (¿1, zw+1) > РСи , гЛ/+1), которое обусловлено тем, что излучение, выходящее через боковые стороны кучевых облаков, имеет в среднем меньшую кратность рассеяния. При = 60° эффект, связанный с увеличением в среднем доли диффузной радиации, является более сильным, чем эффект, обусловленный уменьшением средней кратности рассеяния, поэтому справедливо обратное неравенство.[ ...]
| Зависимость среднего альбедо <Л> от безразмерного параметра с/Н при зенитном угле Солнца ^о=0°, коэффициенте ослабления 30 км-1, Н = 0,5 км и различных радиусах корреляции гс= 0,233 (/), 0,117 (2), 0,05 О) км; 4 |  |
Для расчета среднего по пространству альбедо используется приближение независимых пикселей (ПНП) [18, 22]. Смысл при-ближенпя состоит в том, что радиационные свойства каждого пикселя зависят только от его вертикальной оптической толщины и не зависят от оптической толщины соседних областей. Это означает, что мы пренебрегаем эффектами, связанными с конечными размерами пикселя п горизонтальным переносом излучения.[ ...]
Различают интегральное (энергетическое) альбедо для всего потока радиации и спектральное альбедо для отдельных спектральных участков радиации, в том числе визуальное альбедо для радиации в видимом участке спектра. Поскольку спектральное альбедо для разных длин волн различно, А. Е. П. меняется с высотой солнца вследствие изменения спектра радиации. Годовой ход А. Е. П. зависит от изменений характера подстилающей поверхности.[ ...]
Производная 911/ дС - разность между средними альбедо слоистых и кучевых облаков, которая может быть как положительной, так и отрицательной (см. рис. 9.5, а).[ ...]
Подчеркнем, что при малых значениях влажности альбедо суши меняется наиболее резко, и небольшие колебания увлажненности материков должны приводить к существенным колебаниям альбедо, а следовательно, температуры. Повышение же глобальной температуры воздуха ведет к росту его влагосодер-жания (теплая атмосфера содержит больше водяного пара) и к увеличению испарения вод Мирового океана, что, в свою очередь, способствует выпадению осадков на сушу. Дальнейшее повышение температуры и увлажненности материков обеспечивает усиленное развитие природных растительных покровов (например, продуктивность влажных тропических лесов Таиланда составляет 320 ц сухой массы на 1 га, а пустынных степей Монголии - 24 ц). Это способствует еще большему уменьшению альбедо суши, количество поглощенной солнечной энергии увеличивается, как следствие происходит дальнейший рост температуры и увлажненности.[ ...]
С помощью пиранометра можно также легко определить альбедо поверхности земли, величину выходящей из кабины радиации и т. д. Из выпускаемых промышленностью приборов рекомендуется пользоваться пиранометром М-80 в паре со стрелочным гальванометром ГСА-1.[ ...]
Воздействие облачности на биосферу многообразно. Она влияет на альбедо Земли, переносит воду с поверхности морей и океанов на сушу в виде дождя, снега, града, а также ночью закрывает Землю, как одеялом, уменьшая ее радиационное охлаждение.[ ...]
Радиационный баланс может существенно меняться в зависимости от альбедо земной поверхности, то есть от отношения отраженной к поступившей солнечной световой энергии, выраженной в долях единицы. Наибольшее альбедо (0,8-0,9) имеют сухой снег, отложения солей; средние значения альбедо - растительность; наименьшие - водные объекты (водоемы и водонасыщенные поверхности) - 0,1-0,2. Альбедо влияет на неодинаковую обеспеченность солнечной энергией разнокачественных поверхностей Земли и прилегающего к ней воздуха: полюсов и экватора, суши и океана, различных частей суши в зависимости характера поверхности и т.д.[ ...]
Ведь надо учитывать такие важнейшие климатические параметры, как альбедо - функция увлажненности. Альбедо болот, например, в несколько раз меньше, чем альбедо пустынь. И это хорошо просматривается по спутниковым данным, в соответствии с которыми у пустыни Сахара очень высокое альбедо. Так вот, оказалось, что по мере увлажнения суши тоже возникает положительная обратная связь. Увлажненность растет, планета сильнее разогревается, океаны больше испаряют, больше влаги попадает на сушу, влажность снова растет. Данная положительная связь известна в климатологии. А вторую положительную связь я уже называл при анализе динамики колебаний уровня Каспийского моря.[ ...]
При втором варианте расчета предполагалось, что степень зависимости альбедо от влагозапасов суши уменьшилась в 4 раза, а степень зависимости количества осадков от температуры уменьшилась в два раза. Оказалось, что и в этом случае система уравнений (4.4.1) имеет хаотические решения. Другими словами, эффект хаоса является значительным и сохраняется в широком диапазоне изменения параметров гидроклиматической системы.[ ...]
| Влияние зенитного угла Солнца и геометрической формы облаков на среднее альбедо при N = 0,5, И = 0,5 км и о = = 30 км 1 |  |
Рассмотрим далее влияние ледяного покрова. После введения эмпирических данных по альбедо Будыко добавил в уравнение, связывающее температуру с излучением, член, учитывающий нелинейную зависимость влияния ледяного покрова, что и является причиной эффекта самоусиления.[ ...]
Многократное рассеяние играет существенную роль в формировании радиационного поля в облаках, поэтому альбедо Л и пропускание диффузной радиации (достигают больших значений даже в тех пикселях, которые расположены вне облаков (рис. 9.4, б, г). Облака имеют различную толщину, которая в данной реализации облачного поля изменяется от 0,033 до 1,174 км. Поле излучения, отраженное отдельным облаком, расплывается в пространстве и перекрывается с радиационными полями других облаков прежде, чем оно достигнет плоскости г- АН, где определяется альбедо. Эффекты расплывания и перекрывания настолько сильно сглаживают зависимость альбедо от горизонтальных координат, что многие детали маскируются и по известным значениям альбедо трудно визуально восстановить реальную картину распределения облаков в пространстве (рис. 9.4, а, б). Вершины наиболее мощных облаков хорошо видны, поскольку в этом случае влияние указанных выше эффектов не является достаточно сильным. Альбедо изменяется в интервале от 0,24 до 0,65, а его среднее значение равно 0,33.[ ...]
Вследствие многократного рассеяния в системе «атмосфера— подстилающая поверхность» при больших значениях альбедо рассеянная радиация возрастает. В табл. 2.9, составленной по данным К. Я. Кондратьева, приведены значения потока рассеянной радиации И при безоблачном небе и различных значениях альбедо подстилающей поверхности (/га = 30°).[ ...]
Второе пояснение относится к водохранилищам. Они включены в энергетический баланс как комплексы, изменяющие альбедо естественной поверхности. И это справедливо, учитывая большие, продолжающие нарастать площади водохранилищ.[ ...]
Отраженная от земной поверхности радиация является важнейшим компонентом ее радиационного баланса. Интегральное альбедо естественных поверхностей меняется от 4—5% для глубоких водоемов при высотах Солнца более 50° до 70—90% для чистого сухого снега. Для всех естественных поверхностей характерна зависимость альбедо от высоты Солнца. Наибольшие изменения альбедо наблюдаются от восхода Солнца до его высоты над горизонтом около 30%.[ ...]
Совершенно иная картина наблюдается в тех спектральных интервалах, где облачные частицы сами интенсивно поглощают и альбедо однократного рассеяния мало ( 0,5 - 0,7). Поскольку при каждом акте рассеяния значительная часть радиации поглощается, то альбедо облаков будет формироваться в основном за счет нескольких первых кратностей рассеяния и, следовательно, будет очень чувствительно к изменениям индикатрисы рассеяния. Наличие же ядра конденсации уже не способно сильно изменить альбедо однократного рассеяния. По этой причине на длине волны 3,75 мкм доминирует индикатрисный эффект аэрозоля и спектральное альбедо облаков увеличивается примерно в 2 раза (табл. 5.2). Для некоторых длин воли эффект, обусловленный поглощением дымовым аэрозолем, может точно компенсировать эффект, связанный с уменьшением размера облачных капель, и альбедо не изменится.[ ...]
Метод ОУФР имеет, как мы видели, ряд недостатков, связанных с влиянием аэрозоля и необходимостью введения поправок на альбедо тропосферы и подстилающей поверхности. Одно из принципиальных ограничений метода — невозможность получения информации с участков атмосферы, не освещенных Солнцем. Этого недостатка лишен метод наблюдения собственного излучения озона в полосе 9,6 мкм. Технически метод более прост и позволяет производить дистанционные измерения в дневном и ночном полушариях, в любом географическом районе. Интерпретация результатов является более простой в том смысле, что в рассматриваемой области спектра можно пренебречь процессами рассеяния и влиянием прямой радиации Солнца. По идеологии этот метод относится к классическим методам обратных задач спутниковой метеорологии в ИК диапазоне. Основой для решения таких задач служит уравнение переноса излучения, ранее использовавшееся в астрофизике [112]. Постановка и общая характеристика задач метеорологического зондирования и математические аспекты решения содержатся в фундаментальной монографии К. Я. Кондратьева и Ю. М. Тимофеева [70].[ ...]
| Зависимость фазовых различий годового хода термических характеристик подстилающей поверхности и атмосферы от альбедо для Мирового океана (/), суши (2), снежно-ледяиого покрытия (3). Положительные значения фазовых сдвигов соответствуют опережению температурой подстилающей поверхности температуры атмосферы в годовом ходе, |  |
У. К. Р. для Земли в целом, выраженная в процентах от притока солнечной радиации на верхнюю границу атмосферы, называется альбедо Земли или планетарным альбедо (Земли).[ ...]
| Средние потоки восходящей (а) и нисходящей (6) радиации при ст = 30 км-1, =1, N = 0,5, £) = 0,25 км и различных зенитных углах Солнца и альбедо подстилающей поверхности |  |
| Средние потоки (а) и их частные производные по баллу облачности (б) при 5=60 км-1, Н = 0,5 км, £) = 0,25 км, 4© = 30 и различных значениях альбедо однократного рассеяния X = 1,0 (/), 0,999 (2) и 0,99 О); сплошные линии - пропускание, штриховые — отражение |  |
Правда, снижение содержания водяного пара означает и снижение облачности, а облака выступают в качестве главного фактора, увеличивающего альбедо Земли или уменьшающего его, если облачность становится меньше.[ ...]
Правда, снижение содержания водяного пара означает и снижение облачности, а облака выступают в качестве главного фактора, увеличивающего альбедо Земли или уменьшающего его, если облачность становится меньше.[ ...]
Необходимы также более точные данные о процессах фото-диссоциации (02, NO2, Н202 и пр.), т. е. о сечениях поглощения и о квантовых выходах, а также о роли аэрозольного рассеяния света и альбедо в процессе диссоциации. Изменчивость коротковолнового участка солнечного спектра со временем представляет также большой интерес.[ ...]
Важно отметить, что фитопланктон имеет более высокую отражательную способность (Лкв 0,5) при длинах волн солнечного излучения Л > 0,7 мкм, чем при более коротких X (Лкв 0,1). Такой спектральный ход альбедо связывается с потребностью водорослей, с одной стороны, в поглощении фотосинтетически активной радиации (рис. 2.29), а с другой — в снижении перегрева. Последнее достигается в результате отражения фитопланктоном более длинноволновой радиации. Можно предполагать, что формулы, приведенные в п. 2.2, пригодны и для расчетов таких параметров тепловых потоков, как приходящая и уходящая радиация, излуча-тельная способность и альбедо, при условии, что данные о Га и других метеоэлементах также имеют необходимое более высокое временное разрешение (т. е. получены с более коротким временным шагом).[ ...]
Из физически разумного предположения о возрастании концентрации водяного пара с увеличением температуры следует, что молено ожидать увеличения водности, возрастание которой приводит к росту альбедо облаков, но мало сказывается на их длинноволновом излучении, за исключением перистых облаков, которые не являются абсолютно черными. Это уменьшает нагревание атмосферы и поверхности солнечным излучением и, следовательно, температуру и дает пример отрицательной облачнорадиационной обратной связи. Оценки величины параметра X данной обратной связи изменяются в широких пределах от 0 до 1,9 Вт-м 2-К 1 [38, 40]. Следует отметить, что недостаточно детальное описание физических, оптических и радиационных свойств облаков, а также неучет их пространственной неоднородности является одним из основных источников неопределенности в исследованиях по проблеме изменения глобального климата.[ ...]
Другой фактор, на который также не обращалось внимания, состоит в том, что выброшенный аэрозоль может заметно ослаблять солнечную радиацию, под воздействием которой восстанавливается озон в атмосфере. Повышение альбедо из-за увеличения содержания аэрозоля в стратосфере должно приводить к понижению температуры, что замедляет восстановление озона. Здесь, правда, нужно выполнить детальные расчеты с различными моделями аэрозоля, поскольку многие аэрозоли заметно поглощают солнечную радиацию, а это приводит к некоторому нагреву атмосферы.[ ...]
Предсказывают, что увеличение содержания С02 в атмосфере на 60 % от современного уровня может вызвать повышение температуры земной поверхности на 1,2 - 2,0 °С. Существование же обратной связи меяеду величиной снежного покрова, альбедо и температурой поверхности должно привести к тому, что изменения температуры могут быть еще большими и вызвать коренное изменение климата на планете с непредсказуемыми последствиями.[ ...]
Пусть на верхнюю границу облачного слоя в плоскости Х01 падает единичный поток солнечной радиации: и ср0 = 0 - зенитный и азимутальный углы Солнца. В видимой области спектра можно пренебречь рэлеевским и аэрозольным рассеянием света; альбедо подстилающей поверхности положим равным нулю, что приблизительно соответствует альбедо океана. Расчеты статистических характеристик поля видимой солнечной радиации, выполненные при ненулевых альбедо ламбертовской подстилающей поверхности, специально отмечаются в тексте. Индикатриса рассеяния рассчитывается по теории Ми для модельного облака Сх [ 1] и длины волны 0,69 мкм. Облачное поле генерируется пуассоиовским ансамблем точек в пространстве.[ ...]
Физический механизм неустойчивости заключается в том, что скорость накопления влагозапасов суши за счет осадков превосходит скорость их уменьшения за счет речного стока, а повышение увлажненности суши, как показано выше, вызывает снижение альбедо Земли и далее реализуется положительная обратная связь, что ведет к неустойчивости климата. По существу это означает, что Земля постоянно переохлаждается (ледниковые эпохи, похолодание климата) или перегревается (потепление и увлажнение климата, усиленное развитие растительного покрова - режим "влажной и зеленой" Земли)..[ ...]
Необходимо иметь в виду, что точность оценок как парникового эффекта в целом, так и его составляющих все еще не является абсолютной. Неясно, например, как можно безошибочно учесть парниковую роль паров воды, которые при возникновении облаков становятся мощным фактором повышения альбедо Земли. Стратосферный озон является не столько парниковым, сколько антипарниковым газом, так как отражает примерно 3% приходящей солнечной радиации. Пыль и другие аэрозоли, в особенности соединения серы, ослабляют нагревание земной поверхности и нижней атмосферы, хотя для теплового баланса пустынных территорий они выступают в обратной роли.[ ...]
Итак, поглощение и отражение солнечной радиации аэрозольными частицами приведут к изменению радиационных характеристик атмосферы, общему охлаждению земной поверхности; повлияют на макро- и мезо-масштабную циркуляцию атмосферы. Появление многочисленных ядер конденсации повлияет на образование облаков и осадков; произойдет изменение альбедо земной поверхности. Испарение воды из океанов при наличии притока холодного воздуха с континентов вызовет обильные осадки в прибрежных районах и на континентах; источником энергии, способным вызывать шторм, будет теплота испарения.[ ...]
При решении трехмерного уравнения переноса использовались периодические граничные условия, которые предполагают, что слой 0< г < АН заполнен данной реализацией облачного поля. Лучистые потоки рассчитаны методом Монте-Карло с моделированием ста миллионов траекторий, что обеспечивает относительную погрешность вычислений, не превышающую 2%. Пропускание определено на нижней (плоскость 2 = 0), а альбедо - на верхней границе облаков (плоскость г = АН).[ ...]
Приземный слой тропосферы в наибольшей степени испытывает антропогенное воздействие, основным видом которого является химическое и тепловое загрязнение воздуха. Температура воздуха испытывает наиболее сильное влияние урбанизации территории. Температурные различия между урбанизированной территорией и окружающими ее неосвоенными человеком участками связаны с размерами города, плотностью застройки, синоптическими условиями. Тенденция к повышению температуры имеется в каждом маленьком и большом городе. Для крупных городов умеренной зоны контраст температуры между городом и пригородом составляет 1—3° С. В городах уменьшается альбедо подстилающей поверхности (отношение отраженной радиации к суммарной) в результате появления зданий, сооружений, искусственных покрытий, здесь более интенсивно поглощается солнечная радиация, накапливается конструкциями зданий поглощенное днем тепло с его отдачей в атмосферу в вечернее и ночное время. Уменьшается расход тепла на испарение, так как сокращаются площади с открытым почвенным покровом, занятым зелеными насаждениями, а быстрое удаление атмосферных осадков системами дождевой канализации не позволяет создавать запас влаги в почвах и поверхностных водоемах. Городская застройка приводит к формированию зон застоя воздуха, что приводит к ее перегреву, в городе также изменяется прозрачность воздуха из-за увеличенного содержания в нем примесей от промышленных предприятий и транспорта. В городе уменьшается суммарная солнечная радиация, а также встречного инфракрасного излучения земной поверхности, которое совместно с теплоотдачей зданий приводит к появлению местного «парникового эффекта», т. е. город «накрывается» покрывалом из парниковых газов и аэрозольных частиц. Под влиянием городской застройки изменяется количество выпадаемых осадков. Основным фактором этого служит радикальное снижение проницаемости для осадков подстилающей поверхности и создание сетей по отводу поверхностного стока с территории города. Велико значение огромного количества сжигаемого углеводородного топлива. На территории города в теплое время наблюдается снижение значений абсолютной влажности и обратная картина в холодное время — в черте города влажность выше, чем за городом.[ ...]
Рассмотрим некоторые основные свойства сложных систем, имея в виду условность термина «сложная». Один из основных признаков системы, заставляющий рассматривать ее как самостоятельный объект, заключается в том, что система всегда нечто большее, чем сумма составляющих ее элементов. Это объясняется тем, что наиболее важные свойства системы зависят от характера и числа связей между элементами, что и придает системе способность менять свое состояние во времени, иметь достаточно разнообразные реакции на внешние воздействия. Разнообразие связей означает, что есть связи разного «веса или «силы»; кроме того, в системе возникают обратные связи с разным знаком действия — положительные и отрицательные. Элементы или подсистемы, связанные положительной обратной связью, склонны, если их не ограничивают другие связи, взаимно усиливать друг друга, создавая неустойчивость в системе. Например, повышение средней температуры на Земле ведет к таянию полярных и горных льдов, уменьшению альбедо и поглощению большего количества поступающей от Солнца энергии. Это вызывает дальнейшее повышение температуры, ускоренное сокращение площади ледников — отражателей лучистой энергии Солнца и т. д. Если бы не многочисленные другие факторы, влияющие на среднюю температуру поверхности планеты, Земля могла бы существовать только либо как «ледяная», отражающая почти все солнечное излучение, либо как раскаленная, наподобие Венеры, безжизненная планета.[ ...]