Радиация на склонах

Алгоритм расчета прихода составляющих радиационного баланса на склоны дали К.Я.Кондратьев (1965) и Heywood H. (1965). Поток прямой солнечной радиации на поверхность склона (S ) может быть определен по формуле:

S = S cos i,

где i – угол падения солнечных лучей на поверхность склона, а cos i,

определяется по формуле

cos i = cos sin h + sin cos h cos

Здесь - угол наклона склона, h - высота солнца, = - где и - азимуты солнца и проекции нормали к склону на горизонтальную плоскость, отсчитываемые от плоскости меридиана (при условии. Что азимуты положительны при отсчете в направлении часовой стрелки).

Высота и азимут солнца определяются следующими соотношениями:

sin h = sin sin + cos cos cos ;

cos = (sin h sin - sin ) / (cos h cos );

sin = cos sin / cos h ,

где - широта; - склонение солнца; - часовой угол солнца в данный момент времени, отсчитываемый от момента истинного полдня (как и для азимутов принимается положительным при отсчете в направлении часовой стрелки).

Из этих формул можно вывести предельный вариант для горизонтальной (S ) поверхности:

S = S sin h ;

Упрощается расчет и для различных вариантов вертикальной (S ) поверхностей, поскольку (угол наклона склона) принимает значение 90 (sin 90 равен 1, а cos 90 равен 0).

Рассеянная радиация, поступающая на склоны (D ) может быть определена по формуле

D = D cos ,

где D - рассеянная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность, - как и ранее угол наклона склона.

Из формулы видно, что с ростом угла наклона поступление рассеянной радиации на склон уменьшается, что естественно, так как часть небосвода в этом случае отсекается от склона.

Эффективное излучение склонов (F ) меньше эффективного излучения горизонтальной поверхности (F ). Для склонов не более 30 расчет можно производить по следующей формуле:

F = F cos .

Понятно, что при = 0 (горизонтальная поверхность) выражение cos обращается в единицу, а при = 90 (вертикальная поверхность) выражение cos становится равным нулю, а тем самым нулю равно F cos , чего нет в действительности. Но для склонов крутизной не более 30 формула дает удовлетворительные результаты.

Для расчета остаточной радиации (радиационного баланса) склонов можно использовать предыдущие формулы (при дополнительном учете альбедо подстилающей поверхности и облачности).

В общем виде поступление воды в почву за счет летних дождей на участке склона может быть определено по такой формуле:

R = r + r (1- ) (1+ + + …. + …. ),

где R - количество влаги в кг/м , поглощенное в течение вегетационного периода почвой и растительным покровом на n- ом участке склона за счет летних дождей, r - осадки небольшой интенсивности в кг/м , полностью идущие на впитывание, r - осадки большой интенсивности, перераспределяющиеся по склону, - коэффициент, характеризующий сток осадков с n - го участка.

Величина коэффициента определена эмпирически для различных типов почв и склонов и при осадках различной интенсивности и разной влажности почвы. При недостаточном увлажнении почвы и хороших инфильтрационных свойствах коэффициент равен нулю при малых осадках, а при осадках значительных (1-2 мм/мин) он равен 0,10-0,15. Если влажность почвы приближается к полевой влагоемкости, коэффициент колеблется от 0,5 до 0,75. При этом инфильтрационные свойства влияют на величину коэффициента значительно меньше.

Следует отметить, что в зависимости от крутизны и формы склона (вогнутый, выпуклый, прямой, ступенчатый и пр.), инфильтрационных характеристик грунта, характера растительного покрова числовые значения могут значительно меняться, но общая закономерность перераспределения части воды вниз по склону будет оставаться.

F = F cos .

Рассеянная радиация склонов всегда меньше рассеянной радиации склона и может быть рассчитана по формуле:

D = D cos .

Некоторые закономерности перераспределения солнечной радиации, поверхностного стока и снега демонстрируются на рис.2.10, на котором изображен физико-географический профиль через хребты Карагач и Балалы-Кая в Карадагском природном заповеднике. При расчете прямой солнечной радиации учитывалась не только крутизна и экспозиция склонов, но и затенение соседними склонами. Поэтому некоторые нижние участки склонов южной экспозиции получают меньше радиации, чем при расчете с помощью традиционного метода (см. выше). На рисунке также показаны формы горизонтального перераспределения поверхностного стока. В зависимости от формы склонов в плане – прямой, выпуклой, вогнутой, а также от степени пересеченности склонов эрозионными врезами, имеют место концентрация поверхностного стока, его разбегание за пределы участка или происходит перемещение сверху вниз более или менее параллельными друг другу струями.

Дата добавления: 2015-09-06