Когда астрономы говорят об отражательных свойствах поверхности планет и спутников, они часто используют термин альбедо. Однако, обратившись за разъяснением этого понятия к справочникам и энциклопедиям, мы узнаем, что существует множество различных видов альбедо: истинное, видимое, нормальное, плоское, монохроматическое, сферическое и так далее. Есть от чего загрустить. Поэтому давайте попробуем разобраться в этом круговороте терминов.
Само слово "альбедо" идет от латинского albedo - белизна. В самом общем виде так называют долю упавшего излучения, отраженного твердой поверхностью или рассеянного полупрозрачным телом. Поскольку величина отраженного излучения не может превосходить величину падающего излучения, то это отношение, то есть альбедо, всегда заключено в пределах от 0 до 1. Чем выше его значение, тем большая доля падающего света будет отражена.
Видимость всех несамосветящихся тел полностью определяется их альбедо, то есть их отражательной способностью. Можно даже сказать, что мы просто не видели бы несамосветящиеся предметы, если бы они не могли отражать свет. Благодаря этому свойству мы "на глаз" определяем форму тела, природу материала, его твердость и другие характеристики. Впрочем, умело подобранное альбедо может и скрыть от нас предмет - вспомните военный камуфляж или самолет-невидимку "Стелс". При исследовании тел Солнечной системы измерение альбедо помогает выяснять природу материала, находящегося на поверхности небесного тела, его структуру и даже химический состав.
Мы легко отличаем снег от асфальта потому, что снег почти полностью отражает свет, а асфальт почти полностью его поглощает. Однако мы также легко отличим снег от листа полированного алюминия, хотя оба они почти полностью отражают свет. Значит, только знания доли отраженного света еще не достаточно, чтобы судить о природе материала. Снег рассеивает свет диффузно, во все стороны, а алюминий отражает зеркально. Чтобы учесть эти и другие особенности отражения, различают несколько видов альбедо.
Истинное (абсолютное) альбедо совпадает с так называемым коэффициентом диффузного отражения: это отношение потока, рассеянного плоским элементом поверхности во всех направлениях, к падающему на него потоку.
Чтобы измерить истинное альбедо, требуются лабораторные условия, ведь необходимо учесть свет, рассеянный телом во всех направлениях. Для "полевых" условий более естественным является видимое альбедо - отношение яркости плоского элемента поверхности, освещенного параллельным пучком лучей, к яркости абсолютно белой поверхности, расположенной перпендикулярно к лучам и имеющей истинное альбедо, равное единице.
Если поверхность освещается и наблюдается под углом в 90 градусов, то ее видимое альбедо называют нормальным . Нормальное альбедо чистого снега приближается к 1.0, а древесного угля - около 0.04.
В астрономии часто используют геометрическое (плоское) альбедо - отношение освещенности на Земле, создаваемой планетой в полной фазе, к освещенности, которую создал бы плоский абсолютно белый экран того же размера, что и планета, отнесенный на ее место и расположенный перпендикулярно лучу зрения и солнечным лучам. Физическое понятие "освещенность" астрономы обычно выражают своим словом "блеск" и измеряют его в звездных величинах.
Ясно, что значение альбедо влияет на блеск небесных объектов так же сильно, как их размер и положение в Солнечной системе. Например, если бы астероиды Цереру и Весту расположить рядом, то их блеск был бы почти одинаковым, хотя диаметр Цереры вдвое больше, чем у Весты. Дело в том, что поверхность Цереры значительно хуже отражает свет: альбедо Весты около 0.35, а у Цереры только 0.09.
Значение альбедо зависит как от свойств поверхности, так и от спектра падающего излучения. Поэтому отдельно измеряют альбедо для разных спектральных диапазонов (оптическое, ультрафиолетовое, инфракрасное и так далее) или даже для отдельных длин волн (монохроматическое альбедо). Изучая изменение альбедо с длиной волны и сравнивая полученные кривые с такими же кривыми для земных минералов, образцов почв и различных пород, можно сделать некоторые выводы о составе и структуре поверхности планет и их спутников.
Для расчета энергетического баланса планет используется сферическое альбедо (альбедо Бонда) , введенное американским астрономом Джорджем Бондом в 1861 году. Это отношение отраженного всей планетой потока излучения к падающему на нее потоку. Чтобы точно вычислить сферическое альбедо, вообще говоря, необходимо наблюдать планету под всевозможными фазовыми углами (угол Солнце-планета-Земля). Раньше это было возможно только для внутренних планет и Луны. С появлением искусственных спутников астрономы смогли вычислить сферическое альбедо у Земли, а межпланетные космические аппараты позволили это сделать и для внешних планет. Бондовское альбедо Земли - около 0.33, и в нем очень большую роль играет отражение света от облаков. У лишенной атмосферы Луны оно равно 0.12, а у Венеры, покрытой мощной облачной атмосферой, - 0.76.
Естественно, различные участки поверхности небесных тел, имеющие различную структуру, состав и происхождение, обладают различным альбедо. В этом вы сами можете убедиться, посмотрев хотя бы на Луну. Моря на ее поверхности имеют чрезвычайно низкое альбедо, в отличие, скажем, от лучевых структур некоторых кратеров. Кстати, наблюдая за лучевыми структурами, вы легко заметите, что их внешний вид сильно зависит от того, под каким углом их освещает Солнце. Это происходит как раз вследствие изменения их альбедо, которое принимает максимальное значение, когда лучи падают перпендикулярно к поверхности Луны, где расположены эти образования.
И еще один эксперимент. Посмотрите на Луну в телескоп (или же на какую-либо планету, лучше всего на Марс или Юпитер) с различными светофильтрами. И вы увидите, что, например, в красных лучах поверхность Луны выглядит несколько иначе, чем в синих. Это говорит о том, излучение различных длин волн отражаются от ее поверхности по-разному.
А вот о каком конкретно альбедо нужно говорить в описанных выше примерах, постарайтесь догадаться сами.
Суммарная солнечная радиация, приходящая на земную поверхность, частично от нее отражается и теряется ею - это отраженная радиация (R k), она составляет около 3 % от всей солнечной радиации. Оставшаяся радиация поглощается верхним слоем почвы или воды и называется поглощенной радиацией (47 %). Она служит источником энергии всех движений и процессов в атмосфере. Величина отражения и соответственно поглощения солнечной радиации зависит от отражательной способности поверхности, или альбедо. Альбедо поверхности - это отношение отраженной радиации к суммарной радиации, выраженное в долях от единицы или в процентах: А=R k /Q∙100 % .Отраженная радиация выражается формулой R k =Q∙A, оставшаяся поглощенная -Q–R k или (Q·(1–А), где 1– А – коэффициент поглощения, причем А рассчитывается в долях от единицы.
Альбедо земной поверхности зависит от ее свойств и состояния (цвета, влажности, шероховатости и т. д.) и изменяется в больших пределах, особенно в умеренных и субполярных широтах в связи со сменой сезонов года. Наиболее высокое альбедо у свежевыпавшего снега - 80-90 %, у сухого светлого песка - 40 %, у растительности - 10-25 %, у влажного чернозема - 5 %. В полярных областях высокое альбедо снега сводит на нет преимущество больших величин суммарной радиации, получаемых в летнее полугодие. Альбедо водных поверхностей в среднем меньше, чем суши, так как в воде лучи глубже проникают в верхние слои, чем в почвогрунтах, рассеиваются там и поглощаются. При этом на альбедо воды большое влияние оказывает угол падения солнечных лучей: чем он меньше, тем больше отражательная способность. При отвесном падении лучей альбедо воды составля-
ет 2- 5 %, при малых углах - до 70 %. В целом альбедо поверхности Мирового океана составляет менее 20 %, так что вода поглощает до 80 % суммарной солнечной радиации, являясь мощным аккумулятором тепла на Земле.
Интересно также распределение альбедо на различных широтах земного шара и в разные сезоны.
Альбедо в целом увеличивается от низких широт к высоким, что связано с возрастающей облачностью над ними, снежной и ледяной поверхностью полярных областей и уменьшением угла падения солнечных лучей. При этом видны локальный максимум альбедо в экваториальных широтах вследствие большой
облачности и минимумы в тропических широтах с их минимальной облачностью.
Сезонные вариации альбедо в северном (материковом) полушарии значительнее, нежели в южном, что обусловлено более острой реакцией его на сезонные изменения природы. Это особенно заметно в умеренных и субполярных широтах, где летом альбедо понижено из-за зеленой растительности, а зимой повышено за счет снежного покрова.
Планетарное альбедо Земли - отношение уходящей в Космос «неиспользованной» коротковолновой радиации (всей отраженной и части рассеянной) к общему количеству солнечной радиации, поступающей на Землю. Оно оценивается в 30 %.
Ламбертово (истинное, плоское) альбедо
Истинное или плоское альбедо - коэффициент диффузного отражения, то есть отношение светового потока , рассеянного плоским элементом поверхности во всех направлениях, к потоку, падающему на этот элемент.
В случае освещения и наблюдения, нормальных к поверхности, истинное альбедо называют нормальным
.
Нормальное альбедо чистого снега составляет ~0,9, древесного угля ~0,04.
Геометрическое альбедо
Геометрическое оптическое альбедо Луны - 0,12, Земли - 0,367.
Бондовское (сферическое) альбедо
Wikimedia Foundation . 2010 .
Синонимы :Смотреть что такое "Альбедо" в других словарях:
АЛЬБЕДО, доля света либо другого излучения, отраженная от какой либо поверхности. У идеального отражателя альбедо равняется 1, у реальных это число меньше. Альбедо снега лежит в пределах от 0,45 до 0,90; альбедо Земли, с искусственных спутников,… … Научно-технический энциклопедический словарь
- (араб.). Термин в фотометрии, показывающий, какую часть световых лучей данная поверхность отражает. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. альбедо (лат. albus светлый) величина, характеризующая… … Словарь иностранных слов русского языка
АЛЬБЕДО - (позднелат. albedo, от лат. albus белый), величина, характеризующая соотношение между потоком солнечной радиации, попадающим на различные предметы, почвенным или снежный покров, и количеством такой радиации, поглощенной или отраженной ими;… … Экологический словарь
- (от позднелат. albedo белизна) величина, характеризующая способность поверхности отражать падающий на нее поток электромагнитного излучения или частиц. Альбедо равно отношению отраженного потока к падающему. В астрономии важная характеристика… … Большой Энциклопедический словарь
альбедо - нескл. albédo m. <лат. albedo. белизна. 1906. Лексис. Внутренний белый слой кожицы цитрусовых. Пищепром. Лекс. Брокг.: альбедо; СИС 1937: альбе/до … Исторический словарь галлицизмов русского языка
альбедо - Характеристика отражательной способности поверхности тела; определяется отношением светового потока, отражённого (рассеянного) этой поверхностью, к световому потоку, падающему на неё [Терминологический словарь по строительству на 12 языках… … Справочник технического переводчика
альбедо - Отношение солнечной радиации, отраженной от поверхности земли, к интенсивности радиации, падающей на нее, выражается в процентах или десятичных долях (среднее альбедо Земли равно 33%, или 0,33). → Рис. 5 … Словарь по географии
- (от позднелат. albedo белизна), величина, характеризующая способность поверхности к. л. тела отражать (рассеивать) падающее на неё излучение. Различают истинное, или ламбертово, А., совпадающее с коэфф. диффузного (рассеянного) отражения, и… … Физическая энциклопедия
Сущ., кол во синонимов: 1 характеристика (9) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
Величина, характеризующая отражательную способность любой поверхности; выражается отношением радиации, отражаемой поверхностью, к солнечной радиации, поступившей на поверхность (у чернозема 0,15; песка 0,3 0,4; среднее А. Земли 0,39; Луны 0,07)… … Словарь бизнес-терминов
| Поверхность | Характеристика | Альбедо, % |
| Почвы | ||
| чернозем | сухой, ровная поверхность свежевспаханный, влажный | |
| суглинистая | сухая влажная | |
| песчаная | желтоватая белесая речной песок | 34 – 40 |
| Растительный покров | ||
| рожь, пшеница в период полной спелости | 22 – 25 | |
| пойменный луг с сочной зеленой травой | 21 – 25 | |
| трава сухая | ||
| лес | еловый | 9 – 12 |
| сосновый | 13 – 15 | |
| березовый | 14 – 17 | |
| Снежный покров | ||
| снег | сухой свежевыпавший влажный чистый мелкозернистый влажный пропитан водой, серый | 85 – 95 55 – 63 40 – 60 29 – 48 |
| лед | речной голубовато-зелёный | 35 – 40 |
| морской молочно-голубой цв. | ||
| Водная поверхность | ||
| при высоте Солнца 0,1° 0,5° 10° 20° 30° 40° 50° 60-90° | 89,6 58,6 35,0 13,6 6,2 3,5 2,5 2,2 – 2,1 |
Преобладающая часть прямой радиации, отраженной земной поверхностью и верхней поверхностью облаков, уходит за пределы атмосферы в мировое пространство. Также уходит в мировое пространство около одной трети рассеянной радиации. Отношение всей уходящей в космос отраженной и рассеянной солнечной радиации к общему количеству солнечной радиации, поступающему в атмосферу, носит название планетарного альбедо Земли. Планетарное альбедо Земли оценивается в 35 – 40 %. Основную его часть составляет отражение солнечной радиации облаками.
Таблица 2.6
Зависимость величины К н от широты места и времени года
| Широта | Месяцы | |||||||
| III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | |
| 0.77 | 0.76 | 0.75 | 0.75 | 0.75 | 0.76 | 0.76 | 0.78 | |
| 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.75 | 0.75 | 0.76 | 0.76 | 0.78 | |
| 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.75 | 0.75 | 0.76 | 0.77 | 0.79 | |
| 0.78 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.79 | |
| 0.78 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.79 | |
| 0.78 | 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.78 | 0.80 | |
| 0.79 | 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.78 | 0.80 | |
| 0.79 | 0.77 | 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.78 | 0.81 | |
| 0.80 | 0.77 | 0.77 | 0.76 | 0.76 | 0.77 | 0.79 | 0.82 | |
| 0.80 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.77 | 0.78 | 0.79 | 0.83 | |
| 0.81 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.77 | 0.78 | 0.80 | 0.83 | |
| 0.82 | 0.78 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.78 | 0.80 | 0.84 | |
| 0.82 | 0.79 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.78 | 0.81 | 0.85 | |
| 0.83 | 0.79 | 0.78 | 0.77 | 0.77 | 0.79 | 0.82 | 0.86 |
Таблица 2.7
Зависимость величины К в+с от широты места и времени года
(по А.П. Браславскому и З.А. Викулиной)
| Широта | Месяцы | |||||||
| III | IV | V | VI | VII | VIII | IX | X | |
| 0.46 | 0.42 | 0.38 | 0.37 | 0.38 | 0.40 | 0.44 | 0.49 | |
| 0.47 | 0.42 | 0.39 | 0.38 | 0.39 | 0.41 | 0.45 | 0.50 | |
| 0.48 | 0.43 | 0.40 | 0.39 | 0.40 | 0.42 | 0.46 | 0.51 | |
| 0.49 | 0.44 | 0.41 | 0.39 | 0.40 | 0.43 | 0.47 | 0.52 | |
| 0.50 | 0.45 | 0.41 | 0.40 | 0.41 | 0.43 | 0.48 | 0.53 | |
| 0.51 | 0.46 | 0.42 | 0.41 | 0.42 | 0.44 | 0.49 | 0.54 | |
| 0.52 | 0.47 | 0.43 | 0.42 | 0.43 | 0.45 | 0.50 | 0.54 | |
| 0.52 | 0.47 | 0.44 | 0.43 | 0.43 | 0.46 | 0.51 | 0.55 | |
| 0.53 | 0.48 | 0.45 | 0.44 | 0.44 | 0.47 | 0.51 | 0.56 | |
| 0.54 | 0.49 | 0.46 | 0.45 | 0.45 | 0.48 | 0.52 | 0.57 | |
| 0.55 | 0.50 | 0.47 | 0.46 | 0.46 | 0.48 | 0.53 | 0.58 | |
| 0.56 | 0.51 | 0.48 | 0.46 | 0.47 | 0.49 | 0.54 | 0.59 | |
| 0.57 | 0.52 | 0.48 | 0.47 | 0.47 | 0.50 | 0.55 | 0.60 | |
| 0.58 | 0.53 | 0.49 | 0.48 | 0.48 | 0.51 | 0.56 | 0.60 |
Суммарная радиация, достигшая земной поверхности, частично поглощается почвой и водоемами и переходит в тепло, на океанах и морях расходуется на испарение, частично отражается в атмосферу (отраженная радиация). Соотношение усвоенной и отраженной лучистой энергии зависит от характера суши, от угла падения лучей на водную поверхность. Так как поглощенную энергию измерить практически невозможно, то определяют величину отраженной.
Отражательная способность наземных и водных поверхностей называется их альбедо . Оно исчисляется в % отраженном радиации от упавшей на данную поверхность, яльоедо паря ду с углом (точнее синусом угла) падения лучей и количеством оптических масс атмосферы, ими проходимых, является одним из важнейших планетарных факторов климатообразования.
На суше альбедо определяется цветом природных поверхностей. Всю радиацию способно усвоить абсолютно черное тело. Зеркальная поверхность отражает 100% лучей и не способна нагреться. Из реальных поверхностей наибольшим альбедо обладает чистый снег. Ниже приведены альбедо поверхностей суши по зонам природы.
Климатообразующее значение отражательной способности разных поверхностей исключительно велико. В ледовых зонах высоких широт солнечная радиация, уже ослабленная при прохождении большого числа оптических масс атмосферы и упавшая на поверхность под острым углом, отражается вечными снегами.
Альбедо водной поверхности для прямой радиации зависит от того, под каким утлом на нее падают солнечные лучи. Вертикальные лучи проникают в воду глубоко, и она усваивает их тепло. Наклонные лучи от воды отражаются, как от зеркала, и ее не нагревают: альбедо водной поверхности при высоте Солнца 90″ равно 2%, при высоте Солнца 20° - 78%.
Виды поверхности и зональные ландшафты Альбедо
Свежий сухой снег…………………………………………… 80-95
Влажный снег………………………………………………….. 60-70
Морской лед…………………………………………………….. 30-40
Тундра без снежного покрова………………………….. 18
Устойчивый снежный покров в умеренных широтах 70
То же неустойчивый……………………………………….. 38
Хвойный лес летом…………………………………………. 10-15
То же, при устойчивом снежном покрове……….. 45
Лиственный лес летом……………………………………. 15-20
То же, с желтыми листьями осенью……………….. 30-40
Луг…………………………………………………………………… 15-25
Степь летом…………………………………………………….. 18
Песок разных окрасок…………………………………….. 25-35
Пустыня………………………………………………………….. 28
Саванна в сухой сезон……………………………………… 24
То же, в сезон дождей………………………………………. 18
Вся тропосфера………………………………………………… 33
Земля в целом (планета)………………………………….. 45
Для рассеянной радиации альбедо несколько меньше.
Так как 2 /з площади земного шара заняты океаном, то усвоение солнечной энергии водной поверхностью выступает как важный климатообразующнй фактор.
Океаны в субполярных широтах усваивают лишь малую долю того тепла Солнца, которое до них доходит. Тропические моря, наоборот, поглощают почти всю солнечную энергию. Альбедо водной поверхности, как и снежный покров полярных стран, углубляет зональную дифференциацию климатов.
В умеренном поясе отражательная способность поверхностей усиливает разницу между сезонами года. В сентябре и марте Солнце стоит на одинаковой высоте над горизонтом, но март холоднее сентября, так как солнечные лучи отражаются от снегового покрова. Появление осенью сначала желтых листьев, а затем инея и временного снега увеличивает альбедо и снижает температуру воздуха. Устойчивый снежный покров, вызванный низкой температурой, ускоряет выхолаживание и дальнейшее снижение зимних температур.
