Суточные вариации и продолжительность светлого времени суток

Большинство климатических моделей не учитывают суточного хода солнечной инсоляции. Это означает, что солнечная радиация рассчитывается при единственном значении зенитного угла Солнца, выбранном таким образом, чтобы аппроксимировать точную среднюю инсоляцию на верхней границе атмосферы в дневные часы. Это осредненное солнечное излучение затем умножается на ту долю суток, в течение которой солнце светит, и результат рассматривается в климатической модели как приток солнечной энергии. Такая процедура применяется главным образом для того, чтобы увеличить скорость вычислений; предполагается, что она вносит относительно малую ошибку в значения среднесуточной температуры поверхности, предсказываемой моделями. Успех такого приближения связан главным образом с тем, что при нормальных условиях приблизительно 2/3 солнечной радиации, поглощенной системой земля — атмосфера, выделяются на поверхности. Таким образом, в основном суточные вариации в атмосфере на масштабе типичного шага сетки для моделей общей циркуляции атмосферы заключены в пограничном слое (нижние несколько километров атмосферы) и относительно слабо влияют на предсказываемые значения температуры и поле ветра на более высоких уровнях. Однако это осреднение, очевидно, существенно воздействует на значения параметров у поверхности и затрудняет расчет суточных вариаций таких величин, как температура поверхности и интенсивность испарения.
В случае оптически толстых высокорасположенных аэрозольных слоев рассмотренное приближение неверно. Сам аэрозольный слой, очевидно, будет испытывать сильные суточные -вариации солнечного нагрева, которые, вероятно, непосредственно приведут к вариациям предсказываемых моделью величин. В настоящее время влияние таких вариаций подробно не исследовалось, хотя было выполнено несколько расчетов с двухуровневой моделью общей циркуляции атмосферы Орегонского университета, учитывающих суточные вариации инсоляции (Cess, частное сообщение; MacCracken, Walton, 1984). К сожалению, ле проводилось сравнение результатов расчетов, выполненных с учетом и без учета суточного хода для идентичных ситуаций.
Дополнительное и, возможно, столь же важное следствие осреднения суточного хода было отмечено в работе Сесса (Cess, 1985). Так как солнечная радиация экспоненциально затухает в аэрозольном слое, для слоев с оптической толщиной в видимом диапазоне, меняющейся от 1 до 3, величина достигающего поверхности потока солнечного излучения сильно зависит от зенитного угла Солнца. Количество солнечной энергии, достигающей поверхности в течение дня, может быть существенно занижено, если используется средний зенитный угол Солнца. Ошибки, которые могут возникнуть в климатических прогнозах в результате такой недооценки, детально не исследовались, но предположительно этот дополнительный нагрев несколько уменьшит охлаждение поверхности. Однако из-за того, что процессы переноса тепла у поверхности в высшей степени нелинейны, степень уменьшения или даже возможность существования эффекта нельзя установить без дальнейших исследований.
Влияния дыма на нормальные суточные вариации инсоляции могут быть также важны для растительных сообществ, многие из которых в высшей степени чувствительны как к суммарному количеству полученного солнечного излучения, так и к продолжительности светлого времени суток. Была рассчитана зависимость уменьшения светлого времени суток от сезона и широты. При расчетах предполагалось, что свет поглощается аэрозольными слоями с оптической толщиной экстинкции в диапазоне от 1 до 3 и оптической толщиной поглощения, соответственно меняющейся от 0,3 до 0,9. Предполагалось, что облачность отсутствует и моменты восхода и захода определялись как моменты, когда уровень инсоляции достигает 1/10 нормальной полуденной инсоляции при чистом небе. Уменьшение продолжительности светлого времени суток довольно значительно, особенно в высоких широтах, где путь в атмосфере косо падающих солнечных лучей существенно-длиннее, чем в низких широтах. В нескольких случаях солнечный поток, достигающий поверхности, никогда не превышает 1/10 нормального значения.