Wpływ chmur
Chmury odgrywają kluczową rolę w dopływie promieniowanie słonecznego do powierzchni Ziemi. Redukują znacząco promieniowanie bezpośrednie jednak z drugiej strony wzmacniają promieniowanie rozproszone. Kluczowymi parametrami odpowiedzialnym za wpływ promieniowania jest ich pokrycie chmurami (zachmurzenie) oraz grubość optyczna chmur (COD). Jest to wielkość proporcjonalna do grubości geometrycznej chmury jednak zależy również od własności mikrofizycznych chmury. Typowe grubości optyczne chmur (jednostki bezwymiarowe):
-
chmury wysokie: 1-5
-
chmury średnie: 2-10
-
chmury niskie: 2-100
-
głębokie chmury konwekcyjne: 40
Promieniowanie bezpośrednie bardzo szybko maleje z grubością optyczną chmury i dla chmur grubości optycznej rzędu 5 wynosi praktycznie zero. Tym samym nie widzimy już tarczy słonecznej. Zależność promieniowania rozproszonego od grubości optycznej chmury nie jest monotoniczna (Rys 1). W przypadku chmur cienkich optycznie (COD < 2) wzrost ich grubości optycznej prowadzi do przyrostu natężenia promieniowania rozproszonego. Dla chmur grubych optycznie wzrost COD redukuje promieniowanie rozproszone.
Generalnie jednak zarówno wzrost zachmurzenia jak i grubości optycznej chmury zmniejsza ilość całkowitego promieniowanie dochodzącego do powierzchni ziemi (Rys 1). Od tej reguły mamy jednak wyjątek. Efekty 3D rozpraszania na chmurach konwekcyjnych mogą prowadzić do znacznego wzrostu promieniowania całkowitego w przypadku gdy tarcza Słońca nie jest przesłonięta a chmury znajdują się w jego bliskim sąsiedztwie. Wówczas promieniowanie całkowite może przekraczać w Polsce w sezonie letnim 1200 W/m2. a na świecie notuje się przypadki gdy natężenie promieniowania całkowitego przekracza wartość stałej słonecznej.
Modelowanie wpływu chmur na zasoby energii Słońca są zdecydowanie najtrudniejszym zadaniem, gdyż wymaga zarówno złożonej bazy danych o własnościach optycznych chmur zawierające poza grubością optyczną (a dokładniej spektralna grubością optyczną) również informacje o albedzie pojedynczego rozpraszania oraz funkcji fazowej (lub parametrze asymetrii) jak i dokładnego modelu transferu radiacyjnego w atmosferze.
Rys 1: Zależność natężenie promieniowanie bezpośredniego, rozproszonego, całkowitego oraz albeda chmury od jej grubości optycznej. Na podstawie modelu transferu radiacyjnego Fu-Liou.
Rys. 2 Mapy rozkładu zachmurzenia nad Polską na podstawie obserwacji satelitarnych
3. Mapy grubości optycznej chmur dla długości fali 600 nm