Атмосфера прозрачна для одних видов лучистой энергии, полупрозрачна для других и полностью непрозрачна для третьих. Это происходит из-за избирательного (селективного) пропускания или поглощения волн различной длины разными газами атмосферы. Кроме того, количество лучистой энергии, достигающей Земной поверхности, зависит от облачности, запыленности воздуха и его влажности, т. е. от количества содержащегося в нем водяного пара.

Лучистая энергия легко проходит, почти не задерживаясь, сквозь такие газы, как азот и кислород. Эти газы прозрачны для радиации. Однако другие газы атмосферы различным образом взаимодействуют с радиацией. Они уменьшают количество этой радиации, доходящее до земной поверхности. Характер влияния некоторых атмосферных примесей, например, водяного пара, а также их распределение в слоях, лежащих выше тропосферы, еще подлежит дальнейшему уточнению. Действительное количество лучистой энергии, поступающей на земную поверхность, называется инсоляцией. Инсоляция зависит от интенсивности поглощения и отражения радиации в атмосфере и на земной поверхности. Атмосфера поглощает приблизительно 20% поступающей на ее верхнюю границу солнечной радиации.

Еще 34% радиации отражается от поверхности Земли, атмосферы, облаков и взвешенных в атмосфере примесей. Остальные 46% приходящей солнечной радиации поглощаются земной поверхностью. Отражение падающей лучистой энергии от того или иного предмета называется альбедо. Альбедо всей Земли вместе с ее атмосферой составляет в среднем 34%. Инсоляция зависит от нескольких факторов: солнечной постоянной, расстояния между Землей и Солнцем, наклона земной оси, а также от поглощения и отражения радиации в атмосфере. 

Взаимодействие солнечной радиации с молекулами газов приводит к потере энергии, которая уже не сможет поступить на земную поверхность. Ультрафиолетовую часть спектра поглощают озон, углекислый газ, водяной пар и пыль. Значительная часть лучистой энергии, поступающей в атмосферу, поглощается водяным паром. Содержание водяного пара в воздухе связано с его температурой. При перемещении от экватора к полюсам влажность воздуха в общем уменьшается. В низких широтах влажность воздуха сравнительно велика – количество водяного пара достигает 4% (по объему). 

Для сравнения можно указать, что на полюсах оно составляет лишь 0,5%. Естественно, что высокая температура воздуха в пустынях тропических и умеренных широт очень редко позволяет водяному пару стать насыщенным. Поэтому и получается, что меньшее количество пара в воздухе полярных районов чаще приводит к образованию и выпадению осадков, чем более значительное количество пара в пустынях. Поглощение и последующее собственное изучение радиации водяным паром и каплями воды, находящимися в воздухе, довольно интенсивны. Например, облака могут отражать до 75-80% радиации. Часть отраженной радиации распространяется в сторону земной поверхности и потому не является для нее потерянной. Кроме того, облака отражают к земной поверхности и сами излучают в том же направлении еще некоторое количество и длинноволновой радиации. В высоких широтах, где воздух сравнительно чистый и сухой, до поверхности Земли доходит более значительная доля солнечной радиации, поступившей на верхнюю границу атмосферы, чем в низких широтах, где воздух загрязненный и влажный. Процессы образования облаков и закономерности их влияния на другие атмосферные процессы в настоящее время являются предметом все возрастающего числа исследований.

Эти исследования особенно важны для получения более точного представления о том, каким образом различные облака поглощают, пропускают и сами излучают радиацию. Пыль, взвешенная в атмосфере, кроме того, что отражает солнечную радиацию, вместе с водяным паром образует важное «хранилище» лучистой энергии. Энергия, улавливаемая взвешенными примесями, и особенно энергия, поглощенная водяным паром и пылью, приводит к повышению температуры окружающего воздуха. Полная энергия, полученная Землей из внешнего пространства, т.е. главным образом от Солнца, точно равна энергии, отданной всем земным шаром в космос. Несмотря на то, что за сравнительно короткие отрезки времени в отдельных районах количество полученной и отданной лучистой энергии может быть разным, все же за более длительные периоды общий баланс энергии остается удивительно постоянным.

Энергия, излучаемая земной поверхностью, поступает в атмосферу, а солнечная радиация, не дошедшая до поверхности Земли, тоже расходуется на развитие конвективных и адвективных движений воздуха. Суммарное воздействие процессов переноса лучистой энергии в атмосфере создает в ней наблюдаемое распределение температуры с высотой: в нижних слоях атмосферы при подъеме на каждые 100 м она уменьшается на 0,6°С. Такое уменьшение ее носит название нормального вертикального градиента температуры и имеет место в устойчивых воздушных массах. Температура воздуха в среднем уменьшается и с увеличением широты мета наблюдений: обычно вблизи земной поверхности примерно на 1/1000 нормального вертикального градиента температуры, т.е. на сравнительно очень малую величину. Наконец, температура очень заметно изменяется в зависимости от характера поверхности, над которой ее измеряют.

Что такое лучистая энергия? - Определение и примеры

Вы когда-нибудь задумывались, какова температура в космическом пространстве? Как бы вы ни выражались, там очень холодно, даже вблизи Солнца. Мы можем объяснить это явление с точки зрения энергии, которая является способностью совершать работу, и материи, которая представляет собой все, что имеет массу и занимает пространство. Энергия совершает работу, когда заставляет что-то двигаться. Когда частицы движутся быстрее, температура повышается. Но если там нет ничего, что могло бы двигаться, работа не может быть совершена, даже если энергия доступна.

Видите ли, космическое пространство лишено материи. Поэтому энергии солнца нечем согреваться. Мы ощущаем солнечное тепло, поскольку солнечная энергия заставляет молекулы нашего тела двигаться быстрее - другими словами, работать интенсивнее. Давайте рассмотрим эту концепцию более подробно.

Энергия солнца называется лучистой энергией, или энергией, которой обладают вибрирующие частицы. Вибрирующие частицы на солнце создают волны, которые распространяются в пространстве и времени. Мы называем эти волны, создаваемые вибрирующими частицами, электромагнитными волнами. Электромагнитные волны обладают электрическими и магнитными свойствами, которые позволяют им перемещаться в пространстве, даже если пространство не содержит материи. Другие волны, например, волны в океане, требуют материи для движения.

Мы можем легко продемонстрировать образование волн из вибрирующих частиц. Вот - давайте проведем небольшой эксперимент. Если у вас есть чашка кофе, предположим, достаточно холодного, или стакан воды, просто опустите палец в воду и покачайте его - вибрируйте - вперед-назад, и наблюдайте, как образуются волны. Хотя это не электромагнитные волны, концепция схожа с тем, как образуется вибрация.

Как работает лучистая энергия?

Когда волны касаются нашей кожи, молекулы кожи движутся быстрее и согревают нас.

Как мы только что обсудили, электромагнитные волны могут путешествовать через космическое пространство. Они могут перемещаться на большие расстояния и движутся со скоростью света. Лучистая энергия совершает работу, поскольку электромагнитные волны вступают в контакт с частицами и заставляют их двигаться. Давайте рассмотрим Солнце как источник лучистой энергии.

Лучистую энергию солнца называют солнечной энергией. Солнце содержит огромное количество лучистой энергии, которая порождает электромагнитные волны. Эти волны распространяются от солнца через пространство и время. Когда волны вступают в контакт с каким-либо объектом - допустим, с нашей кожей, - они заставляют молекулы в нашей коже двигаться быстрее. Когда молекулы движутся быстрее, мы чувствуем тепло.

Те же электромагнитные волны, проходя через пространство, не совершают никакой работы, потому что им не с чем соприкасаться. В то же время, ничто не может остановить волны, поэтому они продолжают двигаться, пока не столкнутся с чем-нибудь.