Общие вопросы испытаний технических систем на воздействие солнечного излучения, страница 10

Воздушная масса принимается равной единице на Земле на уровне моря при ясном безоблачном небе, когда Солнце находится в зените и лучи его падают перпендикулярно на поверхность испытываемых элементов (атмосферное давление в этом случае р_о= 1,013·10⁵ Па).

Воздушная масса в любой точке земной поверхности может быть определена по уравнению

                             (П1.1.)

где θ - угол, определяющий высоту Солнца над линией горизонта, в данной точке поверхности Земли.

Состав атмосферы существенно влияет на параметры излучения. Проходя сквозь атмосферу, радиация претерпевает поглощение и рассеяние. Поглощение обусловлено целым рядом составляющих атмосферы: водяным паром, озоном, кислородом, углекислым газом и др. В основном поглощение определяется водяным паром. Рассеяние вызывается молекулами газов (т. н. рэлеевское рассеяние) и аэрозолями. Аэрозольное рассеяние зависит от количества и размера частиц пыли, взвешенной в атмосфере.

Пропускание атмосферы с учетом рэлеевского рассеяния может быть оценено по следующей формуле, определяющей часть солнечного излучения, прошедшего сквозь атмосферу после рэлеевского рассеяния:

                        (П1.2.)

Пропускание, уменьшенное из-за поглощения парами воды, характеризуется частью солнечных лучей, прошедших сквозь атмосферу в спектральных областях полос поглощения воды:

                                       (П1.3.)

где к_ω(λ)- коэффициент поглощения солнечного излучения парами воды; и ω - слой осажденных паров воды в атмосфере.

Следует отметить, что поглощение парами воды и постоянными составляющими атмосферы, такими, как озон, кислород, углекислый газ, аммиак, весьма селективно. Хотя подобраны эмпирические соотношения для расчета поглощения каждой из этих составляющих атмосферы, значительно более наглядное представление о задержке ими проходящего на Землю солнечного излучения можно получить из рисунка П1.3.

Следствием этого будет существенное изменение спектра солнечного излучения у поверхности  Земли (см. рисунок П1.4.).

Для оценки аэрозольного рассеяния пользуются понятием «мутность атмосферы». Прямой солнечный поток, ослабленный в результате аэрозольного рассеяния, можно определить по следующей формуле:

(П1.4.)

где β - коэффициент мутности; α - коэффициент, который называют показателем селективности.

Коэффициент мутности характеризует количество взвешенных в воздухе частиц, показатель селективности - распределение частиц по размерам: чем мельче частицы, тем выше αи тем большая часть излучения ослабляется в ультрафиолетовой и голубой областях спектра. Предполагается, что для различных атмосферных условий коэффициент α изменяет свое значение от 0,8 до 2,0, а коэффициент β - от 0,01 до 0,375.

При выводе обобщающей формулы, учитывающей все виды потерь солнечного излучения в процессе прохождения сквозь земную атмосферу, предполагалось, что спектральная плотность потока наземного солнечного излучения в узком интервале длин волн Е_λ зависит от спектрального потока внеатмосферного излучения Е₀₁ в этом интервале следующим образом:

                               (П1.5.)

где C₁, C₂ и С₃= β λ^-α - изменение длины оптического пути соответственно из-за рэлеевского рассеяния, наличия слоя озона и запыленности воздуха; Т_λi - коэффициент, учитывающий уменьшение прозрачности атмосферы вследствие полос молекулярного поглощения, который может быть выражен (в зависимости от спектрального положения полосы) с помощью одного из соотношений

             (П1.6.)

где C₄…C₆ - эмпирические константы.

Разработаны различные модели атмосферы, с использованием которых можно рассчитывать на ЭВМ оптическое пропускание земной атмосферы для падающего солнечного излучения.

Спектры наземного прямого солнечного излучения для значений воздушной массы от 0 до 5 при постоянных параметрах атмосферы р_о= 1,013·10⁵ Па; ω = 2 см; приведенная толщина слоя озона 2,8 мм; количество частиц пыли в воздухе d~300 см^-3 были рассчитаны (см. рисунок П1.3.) исходя из спектра внеатмосферного излучения по формуле