1.1. Солнечное сияние и солнечная радиация

Световой и радиационный режим Восточной Сибири и Дальнего Востока определяется прежде всего особенностями ее географического положения. Значительная часть Восточной Сибири и некоторая часть Дальнего Востока расположены севернее Полярного круга, где зимой господствует полярная ночь, тем более продолжительная, чем в более высоких широтах располагается территория (табл.

Продолжительность солнечного сияния увеличивается в декабре — январе к югу от Полярного круга от нулевых значений до 120—-140 ч в Забайкалье и до 150—170 ч в Приморье (табл.2).

Совершенно очевидно, что число часов солнечного сияния зависит от облачности. Достаточно показательной характеристикой влияния облачности на продолжительность солнечного сияния является отношение фактически наблюдавшегося солнечного сияния к возможному. В январе это отношение увеличивается с севера на юг и с запада на восток. Меньше всего оно (около 10%) па севере у Полярного круга, увеличивается до 15—25% в средних широтах (55—60° с. ш.) между Енисеем и Леной и до 30—40% восточнее Лены и на Камчатке. В Забайкалье и в Хабаровском крае доля фактического солнечного сияния в январе достигает 50%, в Приморье возрастает до 60—65% и несколько уменьшается на Сахалине и в центральных районах Камчатки (до 40—45%), а на побережье Камчатки местами до 25—35% (табл. 3). В феврале — марте отношение фактического солнечного сияния к возможному увеличивается до наибольших значений в годовом ходе. В юго-восточных районах описываемой территории годовой максимум составляет 66—70% и приходится на февраль, а в средних широтах и на западе годовой максимум отмечается в марте.

Как известно, количество тепла, поступающего от солнца, в значительной мере зависит от его высоты над горизонтом, т.

К весне интенсивность солнечной радиации быстро возрастает, причем особенно сильно в северных широтах. В марте даже на 76° с.ш. интенсивность прямой солнечной радиации в условиях безоблачного неба составляет 18?10? кал/(см??мин), а в южных широтах (на 44° с. ш.) она возрастает до 91?10? кал/ (см??мин). Интенсивность рассеянной радиации добавляет зимой около (7.. .10) -10? кал /(см??мин) на всех широтах. В марте в южных широтах с ростом интенсивности прямой радиации увеличивается интенсивность и рассеянной радиации, достигая 17-102 кал/(см??мин).

В соответствии с длительностью полярной ночи распределение суммарной солнечной радиации зимой носит зональный характер. В декабре и январе суммарная радиация лишь в Забайкалье и на юге Приморья составляет 3—5 ккал/ (см??мес). К февралю — марту происходит увеличение суммарной солнечной радиации по всей рассматриваемой территории. Так, в марте уже на 70° с. ш. поступает 5 ккал/(см??мес). К югу количество тепла очень быстро увеличивается и на 60° с. ш. составляет 7—8 ккал/(см??мес), а на самом юге Забайкалья, в южных районах Хабаровского края и в Приморье за март тепла поступает 10—11 ккал/(см??мес). Между Енисеем и Байкалом южнее 60° с. ш. увеличение суммарной солнечной радиации несколько замедляется (табл. 5).

Таблица 4 .

В табл. 5 представлены также величины доли прямой радиации в суммарной. Как видно из приведенных данных, в направлении от Енисея на восток по мере ослабления циклонической деятельности и уменьшения облачности возрастает доля тепла, поступающего от прямой солнечной радиации. В декабре и январе практически всегда отношение прямой радиации к суммарной минимально в годовом ходе и составляет на западе у 60° с. ш. около 20%, а южнее 30—35%. Восточнее Байкала в средних широтах прямая радиация в середине зимы составляет 35—40% приходящей солнечной энергии, и на юге 55—60%. На Камчатке и Сахалине, где зимой наблюдается значительная активность циклонической деятельности, облачность увеличивается и поэтому вклад прямой солнечной радиации несколько меньше, около 40%. В феврале и марте доля прямой солнечной радиации возрастает, и особенно существенно в южных районах—южнее 60° с. ш. почти всюду она оказывается выше 50%.

Зимой практически вся описываемая территория покрыта снегом, альбедо которого очень велико. В зависимости от характера подстилающей поверхности альбедо изменяется в пределах 0,65—0,85. В это время лишь очень малая доля тепла, поступающего на земную поверхность, поглощается ею.

В ноябре и марте наблюдается значительная неравномерность распределения поглощенной радиации, так как в эти месяцы па юге снежный покров неустойчив, а альбедо поверхностей, свободных от снега, значительно меньше, чем альбедо снега.

Наряду с коротковолновой составляющей радиационного баланса подстилающей поверхности необходимо упомянуть и о длинноволновой радиации, баланс которой определяется по значению эффективного излучения. Эффективное излучение представляет собой разность между излучением подстилающей поверхности и встречным излучением атмосферы, поглощенным этой поверхностью.

Эффективное излучение в соответствии с его указанными свойствами в любое время года не очень изменяется по территории, особенно зимой. Более заметно изменение эффективного излучения в годовом ходе. В зимние месяцы (ноябрь—февраль )на всей территории значения эффективного излучения колеблются от 1,3—1,4 ккал/(см??мес) на севере до 2,5—3,0 ккал/(см??мес) на юге. В марте на крайнем севере сохраняются еще те же значения эффективного излучения, но южнее Полярного круга они быстро увеличиваются до 2,5—2,8 ккал/см? в средних широтах и до 3,5—4,0 ккал/см? на юге, в Забайкалье и южном Приморье.

Радиационный баланс земной поверхности представляет собой разность между коротковолновой радиацией, поглощенной земной поверхностью, и эффективным излучением. Для зимних условий характерны отрицательные значения радиационного баланса. На территории Восточной Сибири и Дальнего Востока севернее 60° с. ш. радиационный баланс становится отрицательным уже в октябре, а южнее — в ноябре и остается таким в течение декабря — февраля. Лишь на крайнем юге Приморского края переход к положительным значениям радиационного баланса осуществляется в среднем во второй половине февраля. Отрицательные значения радиационного баланса колеблются в основном около—1 ккал/(см??мес) и приближаются к нулю только в ноябре и феврале (на самом севере — в марте- начале апреля. В южных районах средние значения радиационного баланса возрастают к марту (до 2—3 ккал/(см??мес).

В апреле и мае увеличивается продолжительность дня и соответственно возрастает число часов солнечного сияния (табл. 6). Исключая крайние северо-западные (низовья Енисея) и северо-восточные районы (Чукотка, побережье Берингова моря, юго-восток Камчатки), где продолжительность солнечного сияния составляет 25—35% возможного времени, на всей остальной территории продолжительность солнечного сияния составляет 40—60% возможного.

Радиационный режим весной характеризуется быстрым увеличением поступающей солнечной радиации. В южных районах это происходит преимущественно за счет увеличения высоты солнца, а на севере и за счет увеличения продолжительности дня. Из табл. 7 следует, что в апреле очень сильно увеличивается интенсивность прямой и суммарной солнечной радиации. В условиях безоблачного неба в среднем для всей территории, даже в высоких широтах, она достигает заметных значений; на юге интенсивность прямой радиации увеличивается в 2,5 раза, суммарной — несколько меньше. Данные этой таблицы указывают на увеличение продолжительности поступления солнечной радиации, причем оно особенно заметно в высоких широтах.

В весеннее время при относительно небольших высотах солнца наблюдается заметное поступление тепла на вертикальные поверхности, особенно обращенные к югу.

Распределение по территории месячных сумм суммарной солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, в апреле характеризуется малыми изменениями, и почти всюду суммы находятся в пределах 10—12 ккал/(см??мес). На северном побережье Таймыра они уменьшаются до 9 ккал/(см? (мес), а на юге Восточной Сибири (Тувинская АССР, южная часть Забайкалья) и Амурской области за апрель суммы немного больше, 13 ккал/(см?-мес). На высокогорных станциях, где больше прозрачность атмосферы и меньше облачность, например Сунтар-Хаята (2068 м) и Ильчир (2083 м), суммарная солнечная радиация в апреле превышает 15 ккал/(см?(мес).

В мае суммарная радиация увеличивается и составляет (1— 13 ккал/(см?(мес) в средних широтах Красноярского края и Якутской АССР, а также вблизи Тихоокеанского побережья. Она увеличивается также на юге Забайкалья и Приамурья, а в северных районах достигает 15—16 ккал/(см?-мес). Увеличение месячных сумм суммарной радиации в высоких широтах объясняется быстрым увеличением продолжительности инсоляции при значительной повторяемости ясной погоды в весеннее время.

Доля прямой радиации в суммарной колеблется весной в пределах 40—60%. Меньшая доля ее отмечается лишь вдоль северного побережья. В Тувинской котловине и на самом юге Забайкалья доля прямой радиации в суммарной весной превышает 60%.

Сход снежного покрова весной заметно сказывается на значении альбедо, что в свою очередь приводит к изменению поглощенной радиации. В условиях сохраняющегося снежного покрова весной поглощенная радиация составляет 20—30% суммарной солнечной радиации, в районах с неустойчивым снежным покровом до 50%, а после исчезновения снежного покрова поглощенная радиация заметно возрастает: на 3—5 и 7—9 ккал/(см??мес) в южных и в северных районах соответственно.

Эффективное излучение весной, особенно в мае, достигает наибольших значении за год, поскольку в это время достаточно малы и облачность и абсолютная влажность воздуха, а температура воздуха уже заметно увеличивается. По территории эффективное излучение в мае увеличивается с севера на юг от 1,5—3,0 до 5,0—5,5 ккал/(см??мес).

Радиационный баланс подстилающей поверхности характеризуется малыми отрицательными значениями на территориях, где еще сохраняется снеговой покров, а на бесснежных территориях увеличивается на юг от 0 до 5—7 ккал/(см??мес).

В июне — июле продолжительность дня наибольшая в году и возрастает с увеличением широты, а в Заполярье отмечается полярный день, который длится тем дольше, чем больше широта места (табл. 8). На широте северного побережья п-ова Таймыр высота солнца в июне достигает 36—37° и увеличивается затем к югу.

Благодаря такому распределению длины дня возможная продолжительность солнечного сияния в летние месяцы, в особенности в июле, уменьшается с севера на юг (Табл. 9). Распределение фактически наблюдавшейся продолжительности солнечного сияния в большей мере зависит от облачности и в некоторой мере от продолжительности туманов. Поэтому в континентальных районах фактическая продолжительность солнечного сияния составляет обычно 45—55% его возможной продолжительности (табл. 6), или (например, в июле) около 250— 300 ч. Из табл. 6 и 9 также следует, что в западной части рассматриваемой территории ясная погода и большая продолжительность солнечного сияния отмечаются в конце весны и начале лета (май, июнь). По мере продвижения к востоку, особенно в районы, подверженные в той или иной мере действию муссона, максимум продолжительности солнечного сияния смещается на август и сентябрь. В районах, прилегающих к берегам морей, и на Чукотке отношение наблюдавшегося солнечного сияния к возможному уменьшается до 25—30% и составляет на северном побережье материка 150—200 ч, в Приморском крае и на Сахалине 120—130 ч. Наименьшая продолжительность отмечается па мысе Лопатка (66 ч в июле, или только 14% возможного).

Интенсивность приходящей солнечной радиации (как прямой, так и суммарной) при безоблачном небе в июне достигает наибольших значений (табл. 10). В полуденные часы южнее 60° с. ш. интенсивность прямой радиации превышает 1 ккал/ (см??мин), интенсивность суммарной составляет около 1.2 ккал/ (см??мин) на 58—60° с. ш., а южнее 48° с. ш. 1.3 ккал/(см??мин)

Июльские значения интенсивности солнечной радиации при безоблачном небе меньше июньских примерно на 10%. Соответственно в июне наблюдаются и наибольшие значения суммарной радиации. Самые большие месячные суммы (северные районы Якутии) достигают 17 ккал/(см??мес) (табл. 11). В прибрежной зоне на севере из-за большой облачности количество суммарной радиации несколько уменьшается. В пределах Восточной Сибири различия в ее количестве на севере и юге крайне незначительны, так например, на п-ове Таймыр и в Забайкалье месячные суммы практически одинаковы.

Таблица 9.

Таблица 10.

Однако на Таймыре 10 ккал/ (см??мес) поступает за счет рассеянной радиации, на юге же рассеянная радиация дает меньший вклад — около 7 ккал/{см??мес). В целом на территории Восточной Сибири и большей части Дальнего Востока в июне — июле значения месячных сумм суммарной солнечной радиации изменяются сравнительно мало. Так, на большей части ее количество составляет 13—15 ккал/ (см??мес). Ее значения уменьшаются к прибрежным районам Тихого океана (9—10 ккал/(см??мес) в июне и около 8 ккал/ (см??мес) в июле). В августе повсюду происходит уменьшение приходящей радиации. Особенно оно ощутимо в северных районах, где месячные суммы уменьшаются от июля к августу на 5—6 ккал/(см??мес). В умеренных широтах убывание солнечной радиации происходит медленнее, а в районе Иркутска — почти незаметно.

Местные условия оказывают значительное влияние на приход суммарной радиации. Этому способствуют и закрытость горизонта в глубоких долинах и котловинах, и увеличение облачности в горах, особенно на наветренной стороне, и вблизи водоемов (моря, оз. Байкал). На берегах водоемов уменьшение радиации происходит также из-за часто образующихся здесь туманов. Уменьшается поступление радиации также в городах, атмосфера которых загрязнена промышленными выбросами.

Значение поглощенной радиации определяется соотношением между суммарной солнечной радиацией и альбедо. Альбедо в летние месяцы составляет около 0,2, незначительно изменяясь для больших территорий. Следовательно, географическое распределение поглощенной радиации оказывается сходным с распределением суммарной радиации.

Значения эффективного излучения в июне составляют от 3 ккал/(см??мес) в Туруханске до 5 ккал/(см??мес) в Забайкалье (Чита). От июня к августу эффективное излучение уменьшается до 2,5 ккал/(см??мес) на севере и до 3,5—4 ккал/(см??мес) на юге. Наибольшие значения эффективного излучения в августе наблюдаются в центральной части Якутии (Якутск, 4,2 ккал/(см?(мес). Радиационный баланс естественной подстилающей поверхности летом наиболее высок. Самые большие его значения в Восточной Сибири наблюдаются между 58—65° с. ш. и достигают в июне — июле 8—10 ккал/(см?-мес). К побережью Северного Ледовитого океана радиационный баланс уменьшается до 4—5 ккал/(см?(мес), на юге в континентальных условиях он составляет также 8—9 ккал/(см?-мес), а у побережья Японского моря до 7—8 ккал/(см?(мес).

Большое практическое значение имеет учет количества солнечной радиации, поступающей на различно ориентированные вертикальные поверхности. По условиям распределения этой характеристики летом рассматриваемая территория может быть разделена на две зоны (по 3. И. Пивоваровой) [25]:

21

Зона I расположена от побережья Северного Ледовитого океана до 63—64° с. ш. Здесь имеется некоторое преимущество в количестве радиации, поступающей на западные и юго-западные стены, по сравнению с ее количеством на восточных и юго-восточных стенах. Наибольшее количество радиации в теплый период получают стены юго-западной ориентации, затем южной, юго-восточной, западной и восточной.

Зона 2 простирается к югу от 63—64° с. ш. до южных границ исследуемой территории. В летние месяцы в этой зоне стены восточной и юго-восточной ориентации имеют преимущество в приходе радиации по сравнению со стенами западной и юго-западной ориентации. К югу от 55° с. ш. приход радиации на южные стены уменьшается еще больше, и последовательность ориентации стен, согласно приходу на них радиации, следующая: юго-восточная, юго-западная, восточная, южная и западная (или западная и южная).

Несколько по-другому распределяется радиация на Дальнем Востоке. Значительную часть года западные стены имеют преимущество в приходе прямой солнечной радиации по сравнению с восточными. С мая по август в северных районах Дальнего Востока (примерно до 50° с. ш.) наибольшее количество радиации получают стены юго-западной и восточной ориентации. В южной же части последовательность ориентации стен, согласно поступлению радиации, следующая: юго-западная, западная, юго-восточная, южная и восточная.

Оценка среднего суточного прихода рассеянной и отраженной радиации при реальной облачности к стенам открыто стоящего здания показала, что его доля летом может быть соизмеримой с долей прямой радиации, приходящей на стены. Повсеместно для стен северной ориентации летом, а на Крайнем Севере это справедливо и для стен южной и восточной ориентации, количество рассеянной и отраженной радиации превышает количество прямой.

Начало осени характеризуется уменьшением продолжительности солнечного сияния, что обусловлено астрономическими причинами. Из-за увеличения облачности в течение осенних месяцев фактическая продолжительность солнечного сияния уменьшается в Восточной Сибири и частично в Магаданской области. В муссонных же районах при ослаблении деятельности летнего муссона в сентябре, а местами и в октябре происходит уменьшение облачности, в силу чего отношение наблюдавшегося солнечного сияния к возможному несколько выше, чем летом.

Распределение по территории продолжительности солнечного сияния осенью, как зимой и весной, приближается к широтному, его октябрьские значения изменяются от 7—20 ч на п-ове Таймыр до 170—180 ч в котловинах Тувинской АССР и в Забайкалье и даже до 190—200 ч в Приморье. Одновременно наблюдается увеличение продолжительности солнечного сияния с запада на восток.

Интенсивность солнечной радиации при безоблачном небе быстро убывает к осени и в сентябре она уже заметно меньше, чем в апреле (табл. 12).

Месячные суммы суммарной солнечной радиации распределяются в осенние месяцы широтно, они увеличиваются с севера на юг в сентябре от 3 до 10 ккал/(см??мес), а в октябре от десятых долей килокалорий на Крайнем Севере до 3 ккал/(см??мес) на 60° с. ш. и до 7—8 ккал/(см??мес) в Приморье. Следует отметить, что осенью (как и в начале зимы) из-за увеличения облачности повсюду, кроме муссонных районов, происходит уменьшение доли прямой радиации в суммарной.

Изменения поглощенной радиации в течение сентября — ноября и ее распределение на территории тесно связаны с появлением и распределением снежного покрова, значительно изменяющего альбедо подстилающей поверхности. В сентябре, как правило, снежный покров еще отсутствует, поэтому альбедо соответствует его летним значениям и составляет почти всюду 20—30%. Следовательно, распределение по территории поглощенной радиации близко к распределению суммарной солнечной радиации.

В октябре севернее 60° с. ш. и в горах уже образуется снежный покров, который обусловливает резкое увеличение альбедо и соответственно уменьшение поглощенной радиации.

Эффективное излучение в течение сентября — ноября быстро убывает, что связано в первую очередь с падением температуры в годовом ходе. В сентябре эффективное излучение уменьшается с севера на юг от 1,0—1,5 до 4—4,5 ккал/(см??мес), причем на большей части территории преобладают значения 2,5—3 ккал/(см??мес). В октябре эффективное излучение становится меньше, хотя различие в значениях на севере и юге еще сохраняется, а на больших пространствах Сибири оно составляет около 2 ккал/(см?-мес). В ноябре оно уменьшается до 1,5 ккал/(см?(мес).

Радиационный баланс осенью быстро уменьшается до нуля. Отрицательные средние месячные значения радиационного баланса в_ октябре наблюдаются севернее 60° с. ш., а также в горных районах, т. е. там, где к этому времени устанавливается снежный покров.