погода Санкт-Петербург из Норвегии

Норвежский сайт Спб и Ленинградская область Yr.no

 

2. Радиационный и световой режим.

2.1. Продолжительность солнечного сияния и элементы радиационного режима

Солнечная радиация является основным источником энергии почти всех природных процессов и явлений, происходящих на земной поверхности и в атмосфере, а также одним из главных климатообразующих факторов. Лучистая энергия солнца доходит до Земли в виде прямой и рассеянной радиации, действующих в природе одновременно как суммарная солнечная радиация.

Приход солнечной радиации прежде всего определяется астрономическими факторами: продолжительностью дня и высотой солнца. Для Ленинграда время восхода и захода солнца, а также продолжительность дня представлены на рис. 4. Продолжительность дня в любом пункте равна возможной продолжительности солнечного сияния.

 Продолжительность солнечного сияния (А ), отношение наблюдавшейся продолжительности к возможной ( Б ) и число дней без солнца (В )

В Ленинграде возможная продолжительность солнечного сияния за год составляет 4518 ... 4528 ч, фактическая же всегда отличается от возможной, главным образом под влиянием облачности, и составляет 1563 ч (табл.2). Значительная часть дней без солнца приходится на осенне-зимний период, за год их бывает 127, ясных дней всего 27. Самый продолжительный день в Ленинграде 22 июня— 18 ч 50 мин, самый короткий 22 декабря — 5 ч 51 мин. Это так называемые дни летнего и зимнего солнцестояния. В период весеннего и осеннего равноденствия 21 марта и 23 сентября день равен ночи.

Высота солнца над горизонтом для Ленинграда приведена в табл. 3. Самая большая высота солнца (53°) наблюдается 22 июня, а самая низкая для полудня (6°) — 22 декабря, в этот день солнечные лучи проходят через атмосферу путь до Земли в семь раз длиннее, чем 22 июня.

Переходным периодом от света к темноте и от темноты к свету являются сумерки.

Промежуток времени между моментом восхода или захода солнца и моментом, когда глубина погружения равна 6 ... 7°, называется гражданскими сумерками. Освещенность в начале их достаточна для выполнения любых работ под открытым небом и в помещении у окна без применения искусственного освещения. Продолжительность сумерек меняется в течение года, увеличиваясь от 47 мин в марте до 150 мин в июне, к сентябрю продолжительность сумерек снова снижается до 50 мин. С конца мая и до первой декады июля вечерние и утренние сумерки в Ленинграде сливаются, и наступают так называемые «белые ночи».

Рис. 4. П родолж ительность дн я и ночи в течение года. 1 — день, 2 — сумерки, 3 — ночь

Характеристики радиационного режима дают общее представление о закономерностях пространственного и временного распределения солнечной радиации и радиационного баланса на рассматриваемой территории.

Высота солнца ( . . . °) на 15-е число месяца

Данные по радиационному режиму города приводятся на основе материалов актинометрических наблюдений станции Ленинград, ИЦП за 1953— 1976 гг., некоторые характеристики получены расчетным путем. Расположение метеорологической площадки станции характерно только для городских условий,, так как приборы затеняются в азимутах восхода и захода солнца, что хорошо прослеживается на рис. 5.

 Рис. 5. Закрытость горизонта ( . . . ') м етеоплощ адки ст. Л ен и н ­ град, И Ц П

Основными элементами радиационного режима, измеряемыми на актинометрических станциях, являются прямая солнечная радиация, поступающая на перпендикулярную солнечным лучам поверхность S , рассеянная радиация неба D, суммарная солнечная радиация Q, отраженная земной поверхностью радиация R K и радиационный баланс В. Остальные характеристики радиационного режима получают расчетным путем. К ним относятся: прямая солнечная радиация на горизонтальную поверхность S', поглощенная коротковолновая радиация Вк, отношение отраженной радиации к приходящей суммарной — альбедо Ак, обычно выражаемое в процентах, разность потока радиации, излучаемой нагретой землей, и встречного излучения облаков и атмосферы — эффективное излучение  Еэф.

Лучистую энергию до недавнего времени выражали в тепловых единицах за единицу времени на единицу площади, т. е. интенсивность радиации (энергетическая освещенность) в калориях в минуту на квадратный сантиметр и суммы радиации (количество энергетической освещенности) в калориях на квадратный сантиметр в час, сутки, месяц и год. В новой Международной системе СИ интенсивность выражается в ваттах на квадратный метр (Вт/м2), а сумма радиации в килоджоулях и мегаджоулях на квадратный метр (кДж /м2, МДж /м2). Переход от единиц, включающих калорию, к единицам Международной системы СИ осуществляется с помощью следующих соотношений:

1 кал/(см2-мин) = 698 Вт/м2 = 0,698 кВт/м2,

1 кал/см2 = 4,19 -104 Дж/м2 = 41,9 кДж/м2,

1 ккал/см2= 4,19 -107 Дж/м2= 41,9 МДж /м2.

 2.2. Радиационный баланс подстилающей поверхности

 Суммарная радиация (Q) в основном определяется высотой солнца над горизонтом, продолжительностью дня,- облачностью (ее количеством, формой и расположением на небосводе), прозрачностью атмосферы и альбедо подстилающей поверхности.

В условиях безоблачного неба и средних условиях прозрачности атмосферы в Ленинграде годовая сумма составляет 4940 М Дж /м2, из них на прямую радиацию приходится 3900 МДж /м2. Средняя годовая сумма суммарной радиации при реальных условиях облачности составляет 3070 МДж /м2, из них 1560 М Дж /м2 приходится на прямую радиацию.

Рассеянная радиация составляет 49 % общего прихода. В годовом ходе доля рассеянной радиации значительно увеличивается от лета к зиме, а в декабре суммарная радиация состоит только из рассеянной (табл. 4).

 Отношение ( % ) месячны х сумм рассеянной и прямой радиации к суммарной

В общем приходе в течение года облачность уменьшает количество суммарной радиации на 38% , а прямой радиации на горизонтальную поверхность — на 60 %.

Если рассматривать приход суммарной радиации по сезонам, то оказывается, что почти половина годовой суммы поступает летом (1520 МДж/м2), зимой значение ее минимально (100 М Дж/м2), что составляет всего 3% годовой суммы.

В годовом ходе при реальных значениях облачности максимум суммарной радиации приходится на июнь (578 МДж /м2), минимум (S МДж /м2) на декабрь. Для прямой радиации максимум наблюдается также в июне и равен 344 МДж /м2, в декабре прямая солнечная радиация практически не поступает. В отдельные годы в зависимости от условий облачности и прозрачности атмосферы соотношения прямой и рассеянной радиации в общем приходе суммарной радиации могут значительно отличаться от средних величии. Так, например, июнь— июль 1972 г. отличались необычайно сухой, солнечной и жаркой погодой с температурами на 2 ... 4°С выше средней многолетней. Одной из причин, обусловивших необычайно высокую температуру воздуха в эти месяцы, явилось увеличение прихода прямой солнечной радиации на 24 % по сравнению со средним. Наоборот, в июне 1976 г. приход прямой солнечной радиации снизился на 47 % и был наименьшим за 24-летний период. В этом месяце преобладала пасмурная дождливая погода (количество пасмурных дней 20) с температурой на 2,9 °С ниже средней многолетней.

 

В отдельные месяцы, в основном в осенне-зимний период, максимальные и минимальные отклонения месячных сумм суммарной радиации от средних значений достигают 40 ... 70 %,что и представлено в табл. 5

 Средние и экстремальные значения суммарной Q радиации [МДж /(м2-мес)]

Суточный ход суммарной и прямой радиации определяется в основном высотой солнца, и поэтому максимум при отсутствии облачности приходится на полдень. В теплый период года при реальных условиях облачности изменение прямой солнечной радиации в течение для несимметрично относительно полудня  дополуденные суммы больше послеполуденных, что хорошо согласуется с развитием конвективной облачности и увеличением запыленности атмосферы. Для холодного времени года, наоборот, типична слоистая облачность и максимум ее наблюдается утром, днем она рассеивается, и за счет этого во второй половине дня приход прямой солнечной радиации увеличивается (рис. 6).

Из рис. 6 также видно, что большая закрытость горизонта на станции Ленинград, ИЦП обусловливает уменьшение прямой радиации в утренние и вечерние часы для всех сезонов и прежде всего для зимы, когда солнце в полдень поднимается всего на 6 ... 8°.

Средние суточные суммы суммарной радиации изменяются от 0,42 МДж /м2 в декабре до 19,78 МДж /м2 в июне (см. табл. 1 приложения). Такое большое колебание сумм радиации объясняется не только продолжительностью дня, изменением высоты солнца, но и характером облачности. Летом хорошо развитая облачность при открытом диске солнца увеличивает общий приход радиации за счет резкого увеличения рассеянной радиации и высокой интенсивности прямой солнечной радиации. При сплошной облачности среднего и нижнего яруса, когда прямая радиация отсутствует, поток суммарной радиации равен, потоку рассеянной радиации.

Рис. 6. Суточный ход прям ой солнечной р а ­ диации на горизонтальную поверхность при средних условиях облачности и открытом солнце.

Значительное влияние на приход радиации оказывает и прозрачность атмосферы — величина изменчивая, испытывающая сезонные и суточные колебания. Прозрачность атмосферы характеризуется коэффициентом прозрачности.

Для Ленинграда рассчитанные за последние 10 лет (1967— 1976 гг.) коэффициенты прозрачности атмосферы колеблются от 0,7 до 0,76. Их значения несколько занижены по сравнению с коэффициентами, помещенными в «Справочнике по климату СССР» [86], что объясняется значительной запыленностью от заводских труб, в основном при ветрах южных направлений, и характерно только для микрорайона расположения метеоплощадки.

Суточный ход прозрачности наиболее выражен в теплый период года. Самая низкая прозрачность атмосферы наблюдается в околополуденные часы, что можно объяснить увеличением количества водяного пара и аэрозолей в атмосфере к этому времени (рис. 7).

В годовом ходе наибольшая прозрачность атмосферы наблюдается в период с октября по март, наименьшая — летом. В отдельные дни весной, когда увеличение высоты солнца сочетается с высокой прозрачностью атмосферы, в околополуденные часы па поверхность, перпендикулярную солнечным лучам, поступает 0 ,8 9 ... 0,91 кВт/м2 прямой солнечной радиации.

Рис. 7. Суточный ход коэффициента прозрачности атмосферы (Р ), июль 1972 г.

Различие в коэффициентах прозрачности города и сельской местности хорошо прослеживается по данным табл. 6. Коэффициент прозрачности в Ленинграде значительно ниже, чем в Николаевском, что, вероятно, объясняется большей запыленностью от промышленных предприятий и транспорта. Как результат загрязнения атмосферы в городе и затенения многоэтажными зданиями, явилось недополучение городом солнечной радиации в среднем от 5 % летом до 50 % зимой (см. табл. 2 приложения) .

 Средние коэфф ициенты прозрачности атм осф еры

Широкое применение в агрономии и других отраслях сельского хозяйства, связанных с растениеводством, получила фото- синтетически активная радиация (ФАР). Эта часть солнечной радиации ограничена длинами воли 0,38...0,71 мкм и используется растениями в процессе фотосинтеза. В среднем ФАР представляет половину суммарной радиации, во всех других случаях рассчитывается по принятым формулам.

Для Ленинграда средняя годовая сумма ФАР равна 1520 МДж /м2; за активный вегетационный период, когда средняя суточная температура выше 10 °С, сумма ФАР 1050... ИЗО МДж /м2. Распределение в течение года средних декадных и месячных сумм ее дано в табл. 7.

 Декадные и месячные суммы фотосинтетическн активной радиации (М Дж/м2)

Радиационный баланс подстилающей поверхности — разность коротковолновой поглощенной радиации (5 К) и эффективного излучения (Еэф) — получается в результате непосредственных измерений. Он может быть положительным и отрицательным в зависимости от соотношений между приходом тепла к подстилающей поверхности и его расходом. Если приход тепла к подстилающей поверхности за счет коротковолновой радиации превышает расход за счет эффективного излучения, то радиационный баланс положителен, и наоборот. Ночью баланс определяется только эффективным излучением и всегда отрицателен. В зимние месяцы с устойчивым снежным покровом радиационный баланс может быть отрицательным в течение круглых суток.

 При положительном радиационном балансе тепло идет на нагревание воздуха, почвы и на испарение, а при отрицательном — земля охлаждается и забирает тепло из воздуха.

Годовой ход радиационного баланса определяется суммарной радиацией, эффективным излучением и альбедо подстилающей поверхности. Взаимосвязь этих величин при реальных условиях облачности показана на рис. 8. Следует отметить, что влияние облачности на радиационный баланс в течение года различно. В теплое время года облачность уменьшает радиационный баланс за счет отсутствия прямой солнечной радиации; зимой, наоборот, радиационный баланс при облачности увеличивается за счет уменьшения эффективного излучения и отраженной радиации. Средняя годовая величина радиационного баланса составляет 1430 МДж /м2. Максимальные значения наблюдаются в июне— июле: 3 4 4 ... 327 МДж /м2, что составляет 60 % общего прихода суммарной радиации за месяц. К осени с уменьшением прихода солнечной радиации значительно уменьшается и радиационный баланс; в октябре он переходит через нуль к отрицательным значениям. Его величина в это время составляет 10 ... 12% суммарной радиации. Наибольших отрицательных значений он достигает в декабре— январе (— 25, —29 МДж /м2). С ноября по февраль радиационный баланс отрицателен и сумма его за этот период колеблется от — 84 до и — 126 МДж /м2. Переход радиационного баланса к положительным значениям наблюдается в основном в марте, но в отдельные годы зависит от сроков схода снежного покрова. В это время значения радиационного баланса в полуденные часы колеблются от 0,01 кВт/м2 при снежном покрове до 0,38 кВт/м2 при травяном.

Рис. 8. Годовой ход составляющих радиационного баланса (МДж /м 2) и альбедо подстилающей поверхности (% ).

 За последние 25 лет наибольший отрицательный радиацион­ный баланс (— 63 МДж /м2) отмечен в январе 1972 г., наибольший положительный (406 МДж /м2) в июле 1967 г. (см. табл. 3 приложения).

В суточном ходе величина радиационного баланса также определяется изменением высоты солнца в течение дня и значениями суммарной радиации. Максимум радиационного баланса приходится на полдень, минимум — на ночное время. При облачности радиационный баланс уменьшается по сравнению с ясным небом, что хорошо прослеживается на рис. 9

 Рис. 9. Суточный х од радиационного баланса при различных условиях облачности, июль !963 г.

В зимние месяцы радиационный баланс и в дневные часы, за редким исключением, отрицателен. В остальные месяцы года он меняет знак в суточном ходе от отрицательного к положительному после восхода солнца (при высоте солнца около 7°) и от положительного к отрицательному перед заходом солнца (при высоте солнца 9 ... 10°)

В городе годовая сумма радиационного баланса на 90 МДж /м2 больше, чем в сельской местности, несмотря на уменьшенный приход коротковолновой радиации.

По данным табл. 2 приложения видно, что наибольшие различия приходятся на весну и осень. В это время альбедо города на 2 0 ... 35 % меньше альбедо пригорода, в летнее время различия не превышают 10 %.

2.3. Радиационный режим вертикальных и наклонных поверхностей

Кроме рассмотренных значений прямой и суммарной радиация, поступающей на горизонтальную поверхность, большой практический интерес при разработке проектов промышленного и жилищного строительства, в гелиотехнике и сельском хозяйстве представляет приход солнечной радиации на наклонные и вертикальные поверхности различной ориентации.

Внутри плотной городской застройки происходит взаимное затенение зданий, которое нарушает общие закономерности радиационного режима и приводит к перераспределению солнечной радиации, создавая в каждом отдельном случае сложный индивидуальный режим, нетипичный в целом для города.

Приход радиации на наклонные и вертикальные поверхности определяется не только факторами, характерными для горизонтальной поверхности (высота солнца, продолжительность дня, облачность и прозрачность атмосферы), но и положением солнца на небосводе (его азимутом), а также ориентацией зданий и сооружений относительно сторон света. Высота и азимут солнца на 15-е число месяца представлены на рис. 10, где азимут отложен на окружности влево и вправо от направлений на юг, а высота по радиусу к центру. Сплошными линиями показан путь солнца по небу на 15-е число каждого месяца. Из рисунков видно, что место восхода и захода солнца в летние месяцы смещается на север. В нюне солнце восходит на северо-востоке (— 144,8°), а заходит на северо-западе (+ 144,8 °). Зимой место восхода и захода смещается к югу и в декабре солнце поднимается над горизонтом на юго-востоке (—40°), а заходит на юго-западе (— 40°).

Общий приход радиации к наклонным и вертикальным поверхностям складывается из прямой, рассеянной и отраженной от земной поверхности радиации. Средние суточные и месячные суммы прямой солнечной радиации для наклонных поверхностей получаются путем пересчета средних суточных и месячных сумм прямой радиации на горизонтальную поверхность умножением на коэффициент Кск [60].

Приход прямой солнечной радиации на наклонную поверхность зависит от угла наклона поверхности и ее ориентации. Из табл. 8 видно, что эта зависимость больше всего проявляется в зимнее и осеннее время.

Наклонные поверхности (например, крыши) южной ориентации во все месяцы получают радиации больше, чем горизонтальные поверхности, причем с увеличением крутизны приход радиации возрастает. Наклонные поверхности северной экспозиции в течение всего года получают прямой солнечной радиации меньше, чем поверхности других ориентаций, и почти не получают ее зимой при небольших высотах солнца. По сравнению с прямой солнечной радиацией, поступающей на горизонтальную поверхность, северные склоны крутизной 5° в течение года недополучают 5 ... 10% , а склоны крутизной 20° в летний период недополучают около 20 ... 30 % радиации. Вне зависимости от крутизны склона крыши восточной и западной ориентации получают примерно такое же количество прямой солнечной радиации, как и горизонтальные поверхности. На приход солнечной радиации к склонам всех экспозиций значительное влияние оказывает годовой и суточный ход облачности.

Рис. 10. Высота и азимут солнца на 15-е число месяца. а) январь—июнь, б) июль—декабрь.

М есячные суммы прям ой радиации (М Д ж /м 2), приходящ ей на наклонны е поверхности разной ориентации

Приход коротковолновой солнечной радиации на вертикальные поверхности (стены) можно рассматривать как частный случай прихода радиации к склонам, т. е. приход определяется взаимным расположением стены и солнца.

В работе 3. И. Пивоваровой [73] дана методика расчета средних месячных сумм прямой и суммарной солнечной радиации для стен любой ориентации.

Наибольшее количество прямой солнечной радиации поступает на южные, юго-восточные и юго-западные стены. В ноябре и феврале южные стены получают тепла в 2 ... 6 раз больше, чем горизонтальная поверхность (см. табл. 4 приложения). В летний период (май— август) при большой высоте солнца приход тепла к южным стенам становится на 50 ... 70 % ,а в июне на 100 % меньше, чем на горизонтальную поверхность, и на 10 ... 20 % меньше, чем к стенам юго-восточной и юго-западной ориентации. За год на южные стены поступает 1340 МДж /м2, на юго-восточные стены — 1290 МДж /м2. Максимум наблюдается в мае— июне, минимум — в январе—декабре. Западные и восточные стены получают также максимальное количество тепла в мае— июне (1 6 8 ... 193 МДж /м2) и минимальное в ноябре (4 МДж /м2). В декабре и январе прямая солнечная радиация практически не поступает. Облучение стен северной ориентации происходит с апреля по август с максимумом 46 МДж /м2 в июне. В холодное время года на северную сторону поступает только рассеянная и отраженная радиация.

 Наибольшая возможная продолжительность облучения стен различной ориентации дана в табл. 9, 10. Благодаря наличию облачности действительное время облучения значительно уменьшается (табл. 11, 12)/

Возможная дневная продолжительность (ч м ин) облучения солнечными лучам и стен разной ориентации н а 15-е число

В дневном ходе поступление прямой солнечной радиации также меняется. Стены СВ, В и ЮВ ориентации получают максимум тепла в дополуденные часы, стены ЮЗ, 3 и СЗ ориентации— во второй половине дня. Южные стены максимум тепла получают в полуденные часы, северные — в утренние и вечерние.

Продолжительность солнечного сияния (сумма за месяц в часах) для стен разной ориентации

На вертикальные стены одновременно с прямой солнечной радиацией поступает рассеянная и отраженная от земной поверхности и окружающих предметов радиация. Совокупность всех этих потоков и составляет суммарный приход радиации.

При сравнении сумм прихода прямой и суммарной радиации для средних условий облачности на различно ориентированные стены (см. табл. 4, 5 приложения) видно, что вклад рассеянной и отраженной радиации особенно значителен в осенне-зимний период, а в декабре и январе для стен всех ориентаций суммарную радиацию составляет только рассеянная и отраженная радиация. 

Наибольшая годовая сумма суммарной радиации 2490 МДж /м2 приходится на южную стену, к ней близки суммы на юго-восточную и юго-западную стены. Для стен этих ориентаций доля рассеянной и отраженной радиаций (вместе взятых) в суммарной примерно такая же, как и для прямой радиации. Приход рассеянной и отраженной радиации на северо-западную и северо-восточную стены больше, чем приход прямой солнечной радиации. Так, на северо-восточную стену за год поступает 1010 МДж /м2 рассеянной и отраженной радиации и только 430 МДж /м2 прямой солнечной радиации. Если в июне и июле поступление прямой солнечной радиации на северные стены в четыре раза меньше, чем на южные, то суммарной радиации только в полтора-два раза.

 Стены поглощают не всю поступающую радиацию, часть ее отражается. Количество отраженной радиации зависит от цвета и шероховатости стены. Так как для нагрева стены основное значение имеет поглощенная радиация, то окрашивая стены в различные цвета, можно добиться того, что для всех стен поглощенная радиация будет примерно одинаковой и стены одинаково прогреются

  Таким образом, учет поступающей на стены зданий радиации поможет в какой-то степени регулировать температурный режим помещений, систему отопления, вентиляцию и оценивать величину радиации. Известно, что через окно с одинарным остеклением проникает около половины падающей на стену солнечной радиации, а при двойном остеклении — около трети.

2.4. Естественная освещенность

Световой режим местности определяется освещенностью. Естественная суммарная освещенность Eq любой поверхности при ясном небе и небольшой облачности складывается из прямой освещенности Еs, создаваемой лучами солнца, и рассеянной освещенности ED, поступающей от небесного свода и отраженной от земной поверхности, а при сплошной облачности определяется только рассеянной освещенностью.

Данные по естественной освещенности представляют не только научный интерес, но имеют широкое применение в строительной технике, гигиене труда, аэрофотосъемках, в сельском хозяйстве (особенно в растениеводстве) и промышленности.

Непосредственных измерений естественной освещенности на актинометрических станциях не проводится и сведения о световом режиме получают расчетным методом [7, 8]. За единицу освещенности принимается люкс (лк) или килолюкс (клк).

 Исходным материалом при расчете суммарной и рассеянной освещенности в Ленинграде послужили инструментальные наблюдения за суммарной и рассеянной радиацией в период 1955— 1964 гг. Данные о суммарной и рассеянной освещенности получены для различного состояния неба: пасмурного, безоблачного и средней облачности. Средняя суммарная освещенность при действительных условиях облачности получена по многолетним данным регистрации суммарной радиации в Ленинграде.

 Естественная освещенность горизонтальной поверхности в светлое время суток определяется теми же факторами, что и суммарная радиация: высотой солнца, облачностью, прозрачностью атмосферы и характером подстилающей поверхности.

Основные закономерности годового и суточного хода суммарной освещенности такие же, как у суммарной радиации. Средняя суммарная освещенность при реальных условиях облачности изменяется в пределах от 1 до 55 клк и имеет правильный годовой ход с максимумом в июне и минимумом в декабре. В дневном ходе максимум наблюдается вблизи полудня (см. табл. 6 приложения). Для пасмурного неба суммарная освещенность меняется от 2 до 24 клк, для безоблачного неба — от 5 до 78 клк, что представлено на рис. 11.

В отдельные годы при безоблачном небе и высокой прозрачности атмосферы в околополуденные часы освещенность увеличивается до 80 ... 85 клк, а в ноябре—декабре она уменьшается до 2 ... 4 клк. В качестве иллюстрации приведен годовой ход суммарной освещенности горизонтальной поверхности по средним многолетним данным в полдень при различных условиях облачности (рис. 12).

Рис. 11. Суммарная освещенность (клк) горизонтальной поверхности при пас­мурном (а) и ясном (б) небе.

Колебания прозрачности атмосферы меньше сказываются на величине суммарной освещенности, так как при помутнении одновременно с уменьшением освещенности, создаваемой прямыми солнечными лучами*, возрастает доля рассеянной освещенности

Суммарная освещенность горизонтальной поверхности существенно зависит и от высоты солнца. При изменении ее от 7 до 55° освещенность при безоблачном небе увеличивается от 5 до 80 клк, с увеличением высоты солнца от 20 до 40° освещенность увеличивается более чем в полтора раза. При пасмурном небе величина освещенности мало меняется и при увеличении высоты солнца в том же интервале практически остается постоянной (рис. 13).

 Рис. 12. Годовой ход суммарной освещенности (клк) горизонтальной поверхности при различны х условиях облачности в 13 ч 30 мин

 

Рис. 13. Зависимость суммарной освещенности от высоты солнца.

Годовой ход рассеянной освещенности такой же, как и для суммарной , т. е . максимальная рассеянная освещенность наблюдается в летние месяцы (20 . . . 24 клк ) , а минимальная — в ноябре — декабре ( 2 . . . 4 клк ) . Доля ее в суммарной освещенности меняется в течение года . В октябре — феврале освещенность почти полностью определяется рассеянным светом ( 75 . . .1 0 0 % ) , в летний период доля рассеянной освещенности в суммарной составляет 40 . . . 70 % .

Рис. 14. Рассеянная освещенность (клк) горизонтальной поверхности при ясном небе.

В суточном ходе максимум рассеянной освещенности приходится на около полуденные часы и составляет в летнее время для безоблачного неба 11 . . . 13 клк , для средних условий облачности 20 . . . 23 клк , в утренние и вечерние часы при средних условиях облачности рассеянная освещенность близка к суммарной ( рис . 14 ). Рассеянная освещенность при ясном небезначительно зависит от прозрачности атмосферы  и высоты солнца. При уменьшении прозрачности атмосферы и увеличении высоты солнца величина рассеянной освещенности увеличивается , что хорошо прослеживается на рис . 15 . При наличии даже небольшого количества облачности все закономерности изменения рассеянной освещенности в зависимости от прозрачности атмосферы нарушаются , при этом величина рассеянной освещенности зависит не только от количества и формы облаков , но и от их расположения на небосводе .

 В годовом ходе естественной освещенности обнаруживается определенная связь с характером подстилающей поверхности , так как отражательная способность последней сильно сказывается на величине как суммарной , так и рассеянной освещенности . При одних и тех же условиях наблюдений освещенность будет значительно выше при снежном покрове , чем при растительном . Для облачного неба наибольшее влияние снежного покрова проявляется при больших высотах солнца , при малых высотах снежный покров усиливает освещенность при ясном небе ( табл . 13 ). Из данных табл . 13 следует , что рассеянная освещенность при пасмурном небе и снежном покрове больше на 20 . . . 40 % по сравнению с освещенностью при растительном покрове , а при безоблачном — лишь на 5 . . . 20 % . Не малую роль при этом играет структура снега , его чистота и влажность , так как все это влияет на альбедо . Пределы колебаний освещенности в естественных условиях могут быть значительными . Даже в течение часа уровень освещенности в зависимости от формы и расположения облачности может меняться в несколько раз ( рис . 16).

 

Рассеянная освещенность (клк ) при пасмурном и ясном небе в снежный и бесснежны й периоды года

 Можно определить освещенность в том или ином пункте и по заданным условиям . Учитывая то обстоятельство , что режим естественной освещенности не зависит от географического положения пункта наблюдения , а является лишь функцией высоты солнца и облачности , К. С. Шнфрини Л. Н. Гусева разработали схему прогнозам местной освещенности по известной высоте солнца и данным прогноза облачности [8, 9] . Успешность такого прогноза в основном будет зависеть от прогноза облачности . При решении разных научных и практических задач , например планировании расхода электроэнергии , требуются данные о сумеречной освещенности при различных условиях . Методики расчета сумеречной освещенности пока не имеется . Для получения хотя бы некоторого представления о том , какие могут быть величины освещенности в этот период , в работе [8 ] приводятся таблицы освещенности горизонтальной поверхности в зависимости от глубины погружения солнца при различных состояниях небесного свода и различной подстилающей поверхности. Например, если солнце находится на горизонте при безоблачном небе , освещенность равна 610 лк , а при погружении под горизонт на 5о освещенность всего 7,3 лк .

Рис. 16. Дневной ход суммарной освещенности (клк) по ежечасным данным

Освещенность во многом зависит от расположения площадок , на которых ведутся актинометрические наблюдения . Так , в больших городах , где атмосфера замутнена большим количеством дыма и пыли ,а территория застроена , естественная освещенность горизонтальной поверхности значительно меньше , чем освещенность в сельской местности ( табл . 14). Из данных таблицы видно , что в осенне - зимний периода срок 13 ч 30 мин она составляет 54 . . . 84 % , в летний колеблется от 85 до 100 % . В остальные сроки осенне - зимнего периода освещенность в Ленинградена 5 . . . 10 % меньше , чем в Николаевском . Относительное увеличение освещенности сельской местности в зимнее время определяется еще и влиянием более чистого снежного покрова — его большой отражательной способностью.

Рис. 17. Годовой ход отношений (% ) суммарной освещенности в городе (Ленинград) к суммарной освещенности в пригороде (Воейково) в 13 ч 30 мин

Отношение (% ) суммарной и рассеянной освещ енности в Л ен инграде к освещенности в сельской местности (ст. Н и колаевское) в 13 ч 30 мин

Сравнение городской освещенности с близким пригородом показано на рис . 17 , где приведен годовой ход отношений суммарной освещенности в Ленинграде и Воейково в срок 13 ч 30 мин . Наибольшее ослабление освещенности в Ленинграде наблюдается в холодное время года — на 25 . . . 30 % , что , очевидно , вызвано ослаблением вентиляции городской атмосферы и скоплением загрязняющих примесей в приземном слое . В теплый период отличие естественной освещенности в Ленинграде от освещенности в Воейково составляет 5 . . . 10 % , а вот отдельные дни при ветрах западной половины горизонта ( дующих от города ) освещенность в Воейково близка , а иногда и ниже освещенности в городе , что , по - видимому , объясняется воздействием дымового шлейфа города .