PRELEZA 2.

RADIAȚII SOLARE.

Plan:

1. Importanța radiațiilor solare pentru viața de pe Pământ.

2. Tipuri de radiații solare.

3. Compoziția spectrală a radiației solare.

4. Absorbția și dispersia radiațiilor.

5.PAR (radiația activă fotosintetic).

6. Bilanțul radiațiilor.

1. Principala sursă de energie de pe Pământ pentru toate lucrurile vii (plante, animale și oameni) este energia soarelui.

Soarele este o minge de gaz cu o rază de 695.300 km. Raza Soarelui este de 109 ori mai mare decât raza Pământului (ecuatorial 6378,2 km, polar 6356,8 km). Soarele este compus în principal din hidrogen (64%) și heliu (32%). Restul reprezintă doar 4% din masa sa.

Energia solară este condiția principală pentru existența biosferei și unul dintre principalii factori de formare a climei. Datorită energiei Soarelui, masele de aer din atmosferă se mișcă continuu, ceea ce asigură constanța compoziției gazoase a atmosferei. Sub influența radiației solare, o cantitate imensă de apă se evaporă de pe suprafața rezervoarelor, a solului și a plantelor. Vaporii de apă transportați de vânt dinspre oceane și mări către continente reprezintă principala sursă de precipitații pentru uscat.

Energia solară este o condiție indispensabilă pentru existența plantelor verzi, care transformă energia solară în substanțe organice de mare energie prin procesul de fotosinteză.

Creșterea și dezvoltarea plantelor este un proces de asimilare și prelucrare a energiei solare, prin urmare producția agricolă este posibilă numai dacă energia solară ajunge la suprafața Pământului. Un om de știință rus a scris: „Dă-i celui mai bun bucătar cât de mult dorește aer proaspăt, lumină solară, un râu întreg de apă curată, roagă-l să pregătească zahăr, amidon, grăsimi și cereale din toate acestea și el va decide că râzi. la el. Dar ceea ce pare absolut fantastic pentru o persoană se întâmplă nestingherit în frunzele verzi ale plantelor sub influența energiei Soarelui.” Se estimează că 1 mp. Un metru de frunze produce un gram de zahăr pe oră. Datorită faptului că Pământul este înconjurat de o înveliș continuă a atmosferei, razele soarelui, înainte de a ajunge la suprafața pământului, trec prin toată grosimea atmosferei, care le reflectă parțial și le împrăștie parțial, adică se modifică. cantitatea și calitatea luminii solare care sosesc la suprafața pământului. Organismele vii reacționează sensibil la modificările intensității luminii create de radiația solară. Datorită reacțiilor diferite la intensitatea luminii, toate formele de vegetație sunt împărțite în iubitoare de lumină și tolerante la umbră. Iluminarea insuficientă a culturilor cauzează, de exemplu, diferențierea slabă a țesuturilor de paie ale culturilor de cereale. Ca urmare, rezistența și elasticitatea țesuturilor scad, ceea ce duce adesea la depunerea culturilor. În culturile dense de porumb, din cauza radiației solare scăzute, formarea de știuleți pe plante este slăbită.

Radiația solară afectează compoziția chimică a produselor agricole. De exemplu, conținutul de zahăr al sfeclei și fructelor, conținutul de proteine ​​din boabele de grâu depind direct de numărul de zile însorite. Cantitatea de ulei din semințele de floarea soarelui și de in crește, de asemenea, odată cu creșterea radiației solare.

Iluminarea părților supraterane ale plantelor afectează în mod semnificativ absorbția nutrienților de către rădăcini. În condiții de lumină scăzută, transferul asimilaților către rădăcini încetinește și, ca urmare, procesele de biosinteză care au loc în celulele vegetale sunt inhibate.

Iluminarea afectează și apariția, răspândirea și dezvoltarea bolilor plantelor. Perioada de infectare constă din două faze care diferă în reacția lor la factorul de lumină. Prima dintre ele - germinarea efectivă a sporilor și pătrunderea principiului infecțios în țesuturile culturii afectate - în majoritatea cazurilor nu depinde de prezența și intensitatea luminii. Al doilea - după germinarea sporilor - este cel mai activ la iluminare crescută.

Efectul pozitiv al luminii afectează și rata de dezvoltare a agentului patogen în planta gazdă. Acest lucru este evident mai ales în ciupercile ruginii. Cu cât este mai lumină, cu atât perioada de incubație este mai scurtă pentru rugina liniară a grâului, rugina galbenă a orzului, rugina inului și fasolei etc. Și acest lucru crește numărul de generații de ciupercă și crește intensitatea daunelor. Fertilitatea crește în acest agent patogen în condiții de lumină intensă

Unele boli se dezvoltă cel mai activ în iluminarea insuficientă, ceea ce determină slăbirea plantelor și o scădere a rezistenței acestora la boli (agenti patogeni ai diferitelor tipuri de putregai, în special culturile de legume).

Durata luminii și plantele. Ritmul radiației solare (alternarea părților luminoase și întunecate ale zilei) este cel mai stabil factor de mediu care se repetă de la an la an. Ca urmare a multor ani de cercetare, fiziologii au stabilit dependența tranziției plantelor la dezvoltarea generativă de un anumit raport dintre durata zilei și a nopții. În acest sens, culturile pot fi clasificate în grupuri în funcție de reacția lor fotoperiodică: zi scurta a cărui desfășurare este întârziată atunci când durata zilei este mai mare de 10 ore. O zi scurtă promovează inițierea florilor, în timp ce o zi lungă împiedică acest lucru. Astfel de culturi includ soia, orezul, meiul, sorgul, porumbul etc.;

zi lungă până la orele 12-13, necesitând iluminare prelungită pentru dezvoltarea lor. Dezvoltarea lor se accelerează atunci când durata zilei este de aproximativ 20 de ore. Aceste culturi includ secară, ovăz, grâu, in, mazăre, spanac, trifoi etc.;

lungimea zilei neutră, a cărui dezvoltare nu depinde de durata zilei, de exemplu, roșii, hrișcă, leguminoase, rubarbă.

S-a stabilit că pentru ca plantele să înceapă înflorirea este necesară o predominare a unei anumite compoziții spectrale în fluxul radiant. Plantele de zi scurtă se dezvoltă mai repede atunci când radiația maximă cade pe razele albastre-violete, iar plantele de zi lungă - pe cele roșii. Durata orelor de lumină (lungimea zilei astronomice) depinde de perioada anului și de latitudine. La ecuator, lungimea zilei pe tot parcursul anului este de 12 ore ± 30 minute. Pe măsură ce vă deplasați de la ecuator la poli după echinocțiul de primăvară (21.03), lungimea zilei crește spre nord și scade spre sud. După echinocțiul de toamnă (23 septembrie), distribuția lungimii zilei este inversată. În emisfera nordică, 22 iunie este cea mai lungă zi, a cărei durată este de 24 de ore la nord de Cercul polar. deasupra orizontului deloc. În latitudinile mijlocii, de exemplu la Moscova, lungimea zilei variază de-a lungul anului de la 7 la 17,5 ore.

2. Tipuri de radiații solare.

Radiația solară este formată din trei componente: radiația solară directă, difuză și totală.

RADIAȚII SOLARE DIRECTES – radiația care vine de la Soare în atmosferă și apoi pe suprafața pământului sub forma unui fascicul de raze paralele. Intensitatea sa se măsoară în calorii pe cm2 pe minut. Depinde de înălțimea soarelui și de starea atmosferei (înnorărire, praf, vapori de apă). Cantitatea anuală de radiație solară directă pe suprafața orizontală a Teritoriului Stavropol este de 65-76 kcal/cm2/min. La nivelul mării la poziție înaltă Soare (vara, amiaza) si transparenta buna, radiatia solara directa este de 1,5 kcal/cm2/min. Aceasta este partea cu lungime de undă scurtă a spectrului. Când fluxul de radiație solară directă trece prin atmosferă, acesta slăbește din cauza absorbției (aproximativ 15%) și disipării (aproximativ 25%) a energiei de către gaze, aerosoli și nori.

Fluxul de radiație solară directă care cade pe o suprafață orizontală se numește insolație S= S păcat ho– componenta verticala a radiatiei solare directe.

S – cantitatea de căldură primită de o suprafață perpendiculară pe fascicul ,

ho – înălțimea Soarelui, adică unghiul format de o rază solară cu o suprafață orizontală .

La limita atmosferei, intensitatea radiației solare esteAşa= 1,98 kcal/cm2/min. – conform acordului internațional din 1958 Și se numește constantă solară. Așa ar arăta la suprafață dacă atmosfera ar fi absolut transparentă.

Orez. 2.1. Calea unei raze solare în atmosferă la diferite înălțimi ale Soarelui

RADIAȚII împrăștiateD – Ca urmare a împrăștierii de către atmosferă, o parte din radiația solară se întoarce în spațiu, dar o parte semnificativă ajunge pe Pământ sub formă de radiație împrăștiată. Radiație maximă împrăștiată + 1 kcal/cm2/min. Se observă când cerul este senin și sunt nori înalți. Pe cer înnorat, spectrul radiațiilor împrăștiate este similar cu cel al soarelui. Aceasta este partea cu lungime de undă scurtă a spectrului. Lungime de unda 0,17-4 microni.

RADIAȚII TOTALEQ- constă în radiații difuze și directe pe o suprafață orizontală. Q= S+ D.

Raportul dintre radiația directă și cea difuză în compoziția radiației totale depinde de înălțimea Soarelui, de înnorire și de poluarea atmosferică și de înălțimea suprafeței deasupra nivelului mării. Pe măsură ce înălțimea Soarelui crește, proporția radiațiilor împrăștiate pe un cer fără nori scade. Cu cât atmosfera este mai transparentă și cu cât Soarele este mai sus, cu atât proporția radiațiilor împrăștiate este mai mică. Cu nori denși continui, radiația totală este formată în întregime din radiații împrăștiate. În timpul iernii, datorită reflectării radiațiilor din stratul de zăpadă și împrăștierii sale secundare în atmosferă, ponderea radiațiilor împrăștiate în radiația totală crește considerabil.

Lumina și căldura primite de plante de la Soare sunt rezultatul radiației solare totale. De aceea mare valoare pentru agricultură au date despre cantitatea de radiații primite de suprafață pe zi, lună, sezon de vegetație, an.

Radiația solară reflectată. Albedo. Radiația totală care ajunge la suprafața pământului, parțial reflectată de acesta, creează radiația solară reflectată (RK), direcționată de la suprafața pământului în atmosferă. Valoarea radiației reflectate depinde în mare măsură de proprietățile și starea suprafeței reflectorizante: culoare, rugozitate, umiditate, etc. radiația solară reflectată în totalitate. Albedo este de obicei exprimat ca procent:

Observațiile arată că albedo-ul diferitelor suprafețe variază în limite relativ înguste (10...30%), cu excepția zăpezii și a apei.

Albedo depinde de umiditatea solului, cu o creștere în care scade, ceea ce este important în procesul de schimbare a regimului termic al câmpurilor irigate. Datorită scăderii albedo-ului atunci când solul este umezit, radiația absorbită crește. Albedo-ul diferitelor suprafețe are o variație zilnică și anuală bine definită, datorită dependenței albedo-ului de înălțimea Soarelui. Cea mai mică valoare albedo este observat în jurul prânzului și pe tot parcursul anului vara.

Radiația proprie a Pământului și contraradiația din atmosferă. Radiație eficientă. Suprafața pământului ca corp fizic având o temperatură mai ridicată zero absolut(-273 °C), este o sursă de radiație, care se numește radiația proprie a Pământului (E3). Este direcționat în atmosferă și este aproape complet absorbit de vaporii de apă, picăturile de apă și dioxidul de carbon conținut în aer. Radiația Pământului depinde de temperatura suprafeței sale.

Atmosfera, absorbind o cantitate mică de radiație solară și aproape toată energia emisă de suprafața pământului, se încălzește și, la rândul său, emite și energie. Aproximativ 30% din radiația atmosferică intră în spațiul cosmic, iar aproximativ 70% ajunge la suprafața Pământului și se numește contra radiații atmosferice (Ea).

Cantitatea de energie emisă de atmosferă este direct proporțională cu temperatura, dioxidul de carbon, ozonul și tulbureala acesteia.

Suprafața Pământului absoarbe această contraradiație aproape în întregime (90...99%). Astfel, este o sursă importantă de căldură pentru suprafața pământului pe lângă radiația solară absorbită. Aceasta influenta a atmosferei asupra regimului termic al Pamantului se numeste efect de sera sau efect de sera datorita analogiei externe cu efectul sticlei din sere si sere. Sticla transmite bine razele soarelui, incalzind solul si plantele, dar blocheaza radiatii termice sol cald și plante.

Diferența dintre radiația proprie de pe suprafața Pământului și contraradiația atmosferei se numește radiație efectivă: Eeff.

Eef= E3-EA

În nopțile senine și parțial înnorate, radiația efectivă este mult mai mare decât în ​​nopțile înnorate și, prin urmare, răcirea nocturnă a suprafeței pământului este mai mare. În timpul zilei, este acoperit de radiația totală absorbită, în urma căreia temperatura suprafeței crește. În același timp, crește și radiația eficientă. Suprafața pământului la latitudini medii pierde 70...140 W/m2 din cauza radiației efective, adică aproximativ jumătate din cantitatea de căldură pe care o primește din absorbția radiației solare.

3. Compoziția spectrală a radiațiilor.

Soarele, ca sursă de radiație, are o varietate de unde emise. Fluxurile de energie radiantă în funcție de lungimea de undă sunt împărțite în mod convențional în unde scurte (X < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 µm) radiații. Spectrul radiației solare la limita atmosferei terestre se situează practic între lungimi de undă de 0,17 și 4 microni, iar cel al radiațiilor terestre și atmosferice - de la 4 la 120 microni. În consecință, fluxurile de radiație solară (S, D, RK) aparțin radiației cu undă scurtă, iar radiația Pământului (£3) și a atmosferei (Ea) aparține radiației cu undă lungă.

Spectrul radiației solare poate fi împărțit în trei părți calitativ diferite: ultraviolete (Y< 0,40 мкм), ви­димую (0,40 мкм < Y < 0,75 µm) și infraroșu (0,76 µm < Y < 4 µm). Până la partea ultravioletă a spectrului de radiații solare se află radiații cu raze X, iar în spatele infraroșului se află emisia radio a Soarelui. La limita superioară a atmosferei, partea ultravioletă a spectrului reprezintă aproximativ 7% din energia radiației solare, 46% pentru vizibil și 47% pentru infraroșu.

Radiația emisă de Pământ și atmosferă se numește radiații infraroșii îndepărtate.

Efect biologic diferite tipuri radiațiile asupra plantelor variază. Radiația ultravioletăîncetinește procesele de creștere, dar accelerează trecerea etapelor de formare a organelor de reproducere la plante.

Înţeles infrared radiation, care este absorbit activ de apa din frunzele și tulpinile plantelor, este efectul său termic, care afectează semnificativ creșterea și dezvoltarea plantelor.

Radiația infraroșie îndepărtată produce doar un efect termic asupra plantelor. Influența sa asupra creșterii și dezvoltării plantelor este nesemnificativă.

Parte vizibilă a spectrului solar, în primul rând, creează iluminare. În al doilea rând, așa-numita radiație fiziologică (A, = 0,35...0,75 μm), care este absorbită de pigmenții frunzelor, aproape coincide cu regiunea radiației vizibile (captând parțial regiunea radiației ultraviolete). Energia sa are o importantă semnificație regulatoare și energetică în viața plantelor. În această parte a spectrului, se distinge o regiune de radiație activă fotosintetic.

4. Absorbția și dispersia radiațiilor în atmosferă.

Trecând prin atmosfera pământului, radiația solară este atenuată datorită absorbției și împrăștierii de către gazele și aerosolii atmosferici. În același timp, ea compoziţia spectrală. Cu diferite înălțimi ale soarelui și diferite înălțimi ale punctului de observare deasupra suprafeței pământului, lungimea drumului parcurs de o rază solară în atmosferă nu este aceeași. Pe măsură ce altitudinea scade, partea ultravioletă a radiației scade deosebit de puternic, partea vizibilă scade oarecum mai puțin, iar partea infraroșie scade doar puțin.

Dispersia radiațiilor în atmosferă are loc în principal ca urmare a fluctuațiilor (fluctuațiilor) continue ale densității aerului în fiecare punct al atmosferei, cauzate de formarea și distrugerea anumitor „aglomerări” (aglomerări) de molecule de gaz atmosferic. Radiația solară este, de asemenea, împrăștiată de particulele de aerosoli. Intensitatea împrăștierii este caracterizată de coeficientul de împrăștiere.

K= formula de adunare.

Intensitatea împrăștierii depinde de numărul de particule de împrăștiere pe unitatea de volum, de dimensiunea și natura lor, precum și de lungimile de undă ale radiației împrăștiate în sine.

Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât razele sunt împrăștiate mai puternic. De exemplu, razele violete sunt împrăștiate de 14 ori mai puternic decât cele roșii, ceea ce explică culoarea albastră a cerului. După cum sa menționat mai sus (a se vedea secțiunea 2.2), radiația solară directă, care trece prin atmosferă, este parțial împrăștiată. În aer curat și uscat, intensitatea coeficientului de împrăștiere moleculară respectă legea lui Rayleigh:

k= c/Y4 ,

unde C este un coeficient care depinde de numărul de molecule de gaz pe unitate de volum; X este lungimea undei împrăștiate.

Deoarece lungimile de undă îndepărtate ale luminii roșii sunt aproape de două ori mai mari decât lungimea de undă a luminii violete, primele sunt împrăștiate de moleculele de aer de 14 ori mai puțin decât cele din urmă. Deoarece energia inițială (înainte de împrăștiere) a razelor violete este mai mică decât cea a celor albastre și cyan, energia maximă în lumina împrăștiată (radiația solară împrăștiată) se schimbă în razele albastru-albastru, ceea ce determină culoarea albastră a cerului. Astfel, radiația împrăștiată este mai bogată în raze active fotosintetic decât radiația directă.

În aerul care conține impurități (picături mici de apă, cristale de gheață, particule de praf etc.), împrăștierea este aceeași pentru toate zonele de radiație vizibilă. Prin urmare, cerul capătă o nuanță albicioasă (apare ceață). Elementele de nor (picături mari și cristale) nu împrăștie deloc razele soarelui, ci le reflectă difuz. Drept urmare, norii iluminați de Soare par albi.

5. PAR (radiație activă fotosintetic)

Radiații active fotosintetic. În procesul de fotosinteză, nu se folosește întregul spectru al radiației solare, ci numai a acestuia

parte situată în intervalul de lungimi de undă 0,38...0,71 µm - radiații fotosintetic active (PAR).

Se știe că radiațiile vizibile, percepute de ochiul uman ca fiind albe, sunt formate din raze colorate: roșu, portocaliu, galben, verde, albastru, indigo și violet.

Absorbția energiei radiației solare de către frunzele plantelor este selectivă. Frunzele absorb cel mai intens razele albastru-violet (X = 0,48...0,40 µm) și portocaliu-roșu (X = 0,68 µm), mai puțin - galben-verde (A. = 0,58... 0,50 µm) și roșu îndepărtat ( A. > 0,69 µm) raze.

La suprafața pământului, energia maximă din spectrul radiației solare directe, când Soarele este înalt, se încadrează în regiunea razelor galben-verzui (discul solar este galben). Când Soarele este situat în apropierea orizontului, razele roșii îndepărtate au energie maximă (discul solar este roșu). Prin urmare, energia luminii directe a soarelui contribuie puțin la procesul de fotosinteză.

Întrucât PAR este unul dintre cei mai importanți factori ai productivității plantelor agricole, informațiile privind cantitatea de PAR primită, ținând cont de distribuția acestuia pe teritoriu și în timp, au o importanță practică deosebită.

Intensitatea matricei fază poate fi măsurată, dar aceasta necesită filtre speciale care transmit doar unde în intervalul 0,38...0,71 microni. Astfel de dispozitive există, dar nu sunt utilizate în rețeaua de stații actinometrice, ele măsoară intensitatea spectrului integral al radiației solare. Valoarea PAR poate fi calculată din datele privind sosirea radiației directe, difuze sau totale folosind coeficienții propuși de X. G. Tooming și:

Qfar = 0,43 S"+0,57 D);

au fost întocmite hărți de distribuție a sumelor Fara lunare și anuale pe teritoriul Rusiei.

Pentru a caracteriza gradul de utilizare a PAR de către culturi, se utilizează un coeficient utilizare benefică PAR:

KPIfar= (sumaQ/ faruri/cantitateQ/ faruri) 100%,

Unde sumăQ/ faruri- cantitatea de PAR cheltuită pentru fotosinteză în perioada de vegetație a plantelor; sumăQ/ faruri- cantitatea de PAR primită pentru culturi în această perioadă;

Culturile în funcție de valorile lor medii KPIFAr sunt împărțite în grupuri (după): observate de obicei - 0,5...1,5%; bun - 1,5...3,0; record - 3,5...5,0; teoretic posibil - 6,0...8,0%.

6. ECHILIBRUL DE RADIAȚII AL SUPRAFEȚEI PĂMÂNTULUI

Diferența dintre fluxurile de energie radiantă de intrare și de ieșire se numește bilanțul de radiații al suprafeței pământului (B).

Partea de intrare a balanței radiațiilor de pe suprafața pământului în timpul zilei constă din radiații solare directe și împrăștiate, precum și din radiația atmosferică. Partea de cheltuieli a bilanţului este radiaţia de pe suprafaţa pământului şi radiaţia solară reflectată:

B= S / + D+ Ea-E3-Rk

Ecuația poate fi scrisă sub altă formă: B = Q- RK - Efes.

Pentru timpul nopții, ecuația balanței radiațiilor are următoarea formă:

B = Ea - E3 sau B = -Eeff.

Dacă fluxul de radiații este mai mare decât cel de ieșire, atunci balanța radiațiilor este pozitivă și suprafața activă* se încălzește. Cu un sold negativ, se răcește. Vara, bilanţul radiaţiilor este pozitiv ziua şi negativ noaptea. Trecerea la zero are loc dimineața la aproximativ 1 oră după răsărit, iar seara cu 1...2 ore înainte de apus.

Bilanțul anual de radiații în zonele în care se stabilește un strat de zăpadă stabil în sezonul rece are valori negative, pe vreme caldă - pozitiv.

Bilanțul de radiații al suprafeței pământului afectează în mod semnificativ distribuția temperaturii în sol și în stratul de suprafață al atmosferei, precum și procesele de evaporare și topire a zăpezii, formarea de ceață și înghețuri, modificări ale proprietăților maselor de aer (lor transformare).

Cunoașterea regimului de radiații al terenurilor agricole face posibilă calcularea cantității de radiații absorbite de culturi și sol în funcție de înălțimea Soarelui, de structura culturii și de faza de dezvoltare a plantelor. Datele privind regimul sunt, de asemenea, necesare pentru evaluarea diferitelor metode de reglare a temperaturii, umidității solului, evaporării, de care depind creșterea și dezvoltarea plantelor, formarea culturilor, cantitatea și calitatea acesteia.

Tehnicile agronomice eficiente de influențare a radiațiilor și, în consecință, a regimului termic al suprafeței active sunt mulcirea (acoperirea solului cu un strat subțire de așchii de turbă, gunoi de grajd putrezit, rumeguș etc.), acoperirea solului cu folie de plastic și irigarea. . Toate acestea modifică reflectivitatea și capacitatea de absorbție a suprafeței active.

* Suprafața activă - suprafața solului, a apei sau a vegetației, care absoarbe direct radiațiile solare și atmosferice și eliberează radiații în atmosferă, reglând astfel regimul termic al straturilor adiacente de aer și al straturilor subiacente de sol, apă, vegetație.

Steaua strălucitoare ne arde cu raze fierbinți și ne face să ne gândim la semnificația radiațiilor în viața noastră, la beneficiile și daunele acesteia. Ce este radiația solară? O lecție de fizică la școală sugerează că ne familiarizăm mai întâi cu conceptul de radiație electromagnetică în general. Acest termen denotă o altă formă de materie - diferită de substanță. Aceasta include atât lumina vizibilă, cât și spectrul care nu este perceput de ochi. Adică raze X, raze gamma, ultraviolete și infraroșii.

Unde electromagnetice

În prezența unei surse-emițător de radiație, undele sale electromagnetice se propagă în toate direcțiile cu viteza luminii. Aceste valuri, ca oricare altele, au anumite caracteristici. Acestea includ frecvența vibrațiilor și lungimea de undă. Orice corp a cărui temperatură diferă de zero absolut are proprietatea de a emite radiații.

Soarele este principala și cea mai puternică sursă de radiații din apropierea planetei noastre. La rândul său, Pământul (atmosfera și suprafața sa) însuși emite radiații, dar într-un interval diferit. Observarea condițiilor de temperatură de pe planetă pe perioade lungi de timp a dat naștere ipotezei privind echilibrul cantității de căldură primită de la Soare și eliberată către spațiul cosmic.

Radiația solară: compoziția spectrală

Majoritatea absolută (aproximativ 99%) a energiei solare din spectru se află în intervalul de lungimi de undă de la 0,1 la 4 microni. Restul de 1% sunt raze de lungimi mai lungi și mai scurte, inclusiv unde radio și raze X. Aproximativ jumătate din energia radiantă a soarelui se află în spectrul pe care îl percepem cu ochii noștri, aproximativ 44% este în radiații infraroșii și 9% în radiații ultraviolete. Cum știm cum este împărțită radiația solară? Calculul distribuției sale este posibil datorită studiilor de la sateliți spațiali.

Există substanțe care pot intra într-o stare specială și pot emite radiații suplimentare cu o gamă diferită de lungimi de undă. De exemplu, strălucirea are loc la temperaturi scăzute, care nu sunt tipice pentru emisia de lumină de către o anumită substanță. Acest tip de radiație, numită luminiscentă, nu răspunde principiilor obișnuite ale radiației termice.

Fenomenul de luminiscență are loc după ce o substanță absoarbe o anumită cantitate de energie și trece la o altă stare (așa-numita stare excitată), care este mai mare în energie decât la temperatura proprie a substanței. Luminescența apare în timpul tranziției inverse - de la o stare excitată la o stare familiară. În natură, îl putem observa sub formă de străluciri ale cerului nocturn și aurore boreale.

Luminarea noastră

Energia razelor solare este aproape singura sursă de căldură pentru planeta noastră. Radiația proprie care vine din adâncurile sale spre suprafață are o intensitate de aproximativ 5 mii de ori mai mică. În același timp, lumina vizibilă - unul dintre cei mai importanți factori ai vieții de pe planetă - este doar o parte din radiația solară.

Energia razelor solare este transformată în căldură, o parte mai mică - în atmosferă și o parte mai mare - pe suprafața Pământului. Acolo se cheltuiește pentru încălzirea apei și a solului (straturile superioare), care apoi degajă căldură aerului. Fiind încălzite, atmosfera și suprafața pământului, la rândul lor, emit raze infraroșii în spațiu, în timp ce se răcesc.

Radiația solară: definiție

Radiația care vine la suprafața planetei noastre direct de pe discul solar este de obicei numită radiație solară directă. Soarele o răspândește în toate direcțiile. Ținând cont de distanța enormă de la Pământ la Soare, radiația solară directă în orice punct de pe suprafața pământului poate fi reprezentată ca un fascicul de raze paralele, a cărui sursă este aproape infinită. Zona situată perpendicular pe razele soarelui primește astfel cea mai mare cantitate.

Densitatea fluxului de radiație (sau iradința) este o măsură a cantității de radiație care cade pe o anumită suprafață. Aceasta este cantitatea de energie radiantă care cade pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață. Această cantitate se măsoară - iradierea - în W/m2. Pământul nostru, după cum știe toată lumea, se învârte în jurul Soarelui pe o orbită elipsoidală. Soarele este situat la unul dintre focarele acestei elipse. Prin urmare, în fiecare an, la un anumit moment (la începutul lunii ianuarie) Pământul ocupă o poziție cea mai apropiată de Soare și la alta (la începutul lunii iulie) - cea mai îndepărtată de acesta. În acest caz, cantitatea de energie de iluminare se modifică invers proporțional cu pătratul distanței până la luminator.

Unde se duce radiația solară care ajunge pe Pământ? Tipurile sale sunt determinate de mulți factori. În funcție de latitudinea geografică, umiditate, înnorărire, o parte este împrăștiată în atmosferă, o parte este absorbită, dar majoritatea ajunge totuși la suprafața planetei. În acest caz, o cantitate mică este reflectată, iar cantitatea principală este absorbită de suprafața pământului, sub influența căreia este încălzită. Radiația solară împrăștiată cade și ea parțial pe suprafața pământului, este parțial absorbită de aceasta și parțial reflectată. Restul merge în spațiul cosmic.

Cum are loc distribuția?

Radiația solară este uniformă? Tipurile sale după toate „pierderile” din atmosferă pot diferi în compoziția lor spectrală. La urma urmei, razele cu lungimi diferite sunt atât împrăștiate, cât și absorbite în moduri diferite. În medie, atmosfera absoarbe aproximativ 23% din cantitatea inițială. Aproximativ 26% din fluxul total se transformă în radiații împrăștiate, din care 2/3 lovește apoi Pământul. În esență, acesta este un alt tip de radiație, diferit de cel original. Radiația împrăștiată este trimisă pe Pământ nu de discul Soarelui, ci de bolta cerului. Are o compoziție spectrală diferită.

Absoarbe radiațiile în principal din ozon - spectrul vizibil și razele ultraviolete. Radiația infraroșie este absorbită de dioxidul de carbon (dioxid de carbon), care, apropo, este foarte puțin în atmosferă.

Difuzarea radiațiilor, care o slăbește, are loc pentru orice lungime de undă din spectru. În acest proces, particulele sale cad sub influența electromagnetică, redistribuie energia undei incidente în toate direcțiile. Adică, particulele servesc ca surse punctuale de energie.

Lumina zilei

Datorită împrăștierii, lumina care vine de la soare își schimbă culoarea atunci când trece prin straturi de atmosfere. Semnificația practică a împrăștierii este de a crea lumină naturală. Dacă Pământul ar fi lipsit de atmosferă, iluminarea ar exista doar în locurile în care razele directe sau reflectate ale soarelui lovesc suprafața. Adică, atmosfera este sursa de iluminare în timpul zilei. Datorită acesteia, este lumină atât în ​​locuri inaccesibile razelor directe, cât și atunci când soarele este ascuns în spatele norilor. Este împrăștierea care dă culoarea aerului - vedem cerul albastru.

De ce altceva depinde radiația solară? Factorul de turbiditate nu trebuie redus. La urma urmei, radiația este slăbită în două moduri - de atmosfera însăși și vaporii de apă, precum și de diferite impurități. Nivelul de praf crește vara (la fel și conținutul de vapori de apă din atmosferă).

Radiația totală

Se referă la cantitatea totală de radiații care intră pe suprafața pământului, atât directe, cât și difuze. Radiația solară totală scade pe vreme înnorată.

Din acest motiv, vara radiația totală este în medie mai mare înainte de prânz decât după aceasta. Și în prima jumătate a anului - mai mult decât în ​​a doua.

Ce se întâmplă cu radiația totală de pe suprafața pământului? Când ajunge acolo, este absorbit în mare parte de stratul superior de sol sau de apă și se transformă în căldură, în timp ce o parte din ea este reflectată. Gradul de reflexie depinde de natura suprafeței pământului. Un indicator care exprimă procentul de radiație solară reflectată față de cantitatea totală care cade pe suprafață se numește albedo de suprafață.

Conceptul de autoradiere a suprafeței pământului se referă la radiațiile cu unde lungi emise de vegetație, straturile superioare de apă și sol. Bilanțul de radiații al unei suprafețe este diferența dintre cantitatea absorbită și cantitatea emisă.

Radiație eficientă

S-a dovedit că contraradiația este aproape întotdeauna mai mică decât radiația terestră. Din această cauză, suprafața pământului suferă pierderi de căldură. Diferența dintre valorile radiației proprii ale suprafeței și radiația atmosferică se numește radiație efectivă. Aceasta este de fapt o pierdere netă de energie și, ca urmare, de căldură pe timp de noapte.

Există și în timpul zilei. Dar în timpul zilei este parțial compensat sau chiar acoperit de radiațiile absorbite. Prin urmare, suprafața pământului este mai caldă ziua decât noaptea.

Despre distribuția geografică a radiațiilor

Radiația solară de pe Pământ este distribuită inegal pe tot parcursul anului. Distribuția sa este de natură zonală, iar izoliniile (punctele de legătură de valori egale) ale fluxului de radiații nu sunt deloc identice cu cercurile latitudinale. Această discrepanță este cauzată de diferite niveluri de tulburare și transparență atmosferică în diferite zone Glob.

Radiația solară totală de-a lungul anului este cea mai mare în deșerturile subtropicale cu o atmosferă parțial norosă. Este mult mai puțin în zonele forestiere din centura ecuatorială. Motivul pentru aceasta este înnoarea crescută. Spre ambii poli acest indicator scade. Dar în regiunea polilor crește din nou - în emisfera nordică este mai puțin, în regiunea Antarcticii înzăpezite și parțial înnorat - mai mult. Pe suprafața oceanelor, în medie, radiația solară este mai mică decât peste continente.

Aproape peste tot pe Pământ suprafața are un bilanț pozitiv al radiațiilor, adică, în același timp, afluxul de radiații este mai mare decât radiația efectivă. Excepție fac regiunile Antarctica și Groenlanda cu platourile lor de gheață.

Ne confruntăm cu încălzirea globală?

Dar cele de mai sus nu înseamnă încălzirea anuală a suprafeței pământului. Excesul de radiație absorbit este compensat de scurgerea de căldură de la suprafață în atmosferă, care are loc la schimbarea fazei apei (evaporare, condensare sub formă de nori).

Astfel, echilibrul radiațiilor ca atare nu există pe suprafața Pământului. Dar există un echilibru termic - furnizarea și pierderea de căldură sunt echilibrate în diferite moduri, inclusiv prin radiații.

Distribuirea soldului cardului

La aceleași latitudini ale globului, balanța radiațiilor este mai mare pe suprafața oceanului decât deasupra pământului. Acest lucru se poate explica prin faptul că stratul care absoarbe radiațiile în oceane este mai gros, în timp ce radiația efectivă de acolo este mai mică datorită răcelii suprafeței mării în comparație cu uscatul.

În deșerturi se observă fluctuații semnificative în amplitudinea distribuției sale. Echilibrul acolo este mai mic din cauza radiației eficiente ridicate în aer uscat și condiții de nori joase. Este redusă într-o măsură mai mică în zonele cu climă musonica. În sezonul cald, înnorirea acolo este crescută, iar radiația solară absorbită este mai mică decât în ​​alte zone de aceeași latitudine.

Desigur, principalul factor de care depinde radiația solară medie anuală este latitudinea unei anumite zone. Înregistrează „porțiuni” de radiație ultravioletă ajung în țările situate în apropierea ecuatorului. Aceasta este Africa de Nord-Est, coasta sa de est, Peninsula Arabă, nordul și vestul Australiei, o parte a insulelor Indoneziei și coasta de vest a Americii de Sud.

În Europa, cea mai mare doză de lumină și radiație este primită de Turcia, sudul Spaniei, Sicilia, Sardinia, insulele Greciei, coasta Franței (partea de sud), precum și părți din Italia, Cipru și Creta.

Dar noi?

Distribuția radiației solare totale în Rusia este, la prima vedere, neașteptată. Pe teritoriul țării noastre, în mod ciudat, nu stațiunile de la Marea Neagră țin palma. Cele mai mari doze de radiație solară apar în teritoriile care se învecinează cu China și Severnaya Zemlya. În general, radiația solară din Rusia nu este deosebit de intensă, ceea ce este pe deplin explicat de nordul nostru localizare geografică. Cantitate minima lumina soarelui merge în regiunea de nord-vest - Sankt Petersburg, împreună cu zonele înconjurătoare.

Radiația solară din Rusia este inferioară celei din Ucraina. Acolo, cele mai multe radiații ultraviolete se îndreaptă spre Crimeea și teritoriile de dincolo de Dunăre, cu Carpații și regiunile sudice ale Ucrainei pe locul doi.

Radiația solară totală (aceasta include atât directă, cât și difuză) care căde pe o suprafață orizontală este dată pe lună în tabele special elaborate pentru diferite teritorii și se măsoară în MJ/m 2. De exemplu, radiația solară la Moscova variază de la 31-58 în lunile de iarnă la 568-615 în timpul verii.

Despre izolația solară

Insolația, sau cantitatea de radiații benefice care cade pe o suprafață luminată de soare, variază semnificativ în diferite locații geografice. Insolația anuală este calculată pe metru pătrat în megawați. De exemplu, la Moscova această valoare este 1,01, în Arhangelsk - 0,85, în Astrakhan - 1,38 MW.

La determinarea acestuia, este necesar să se țină cont de factori precum perioada anului (iarna există o iluminare mai scăzută și lungimea zilei), natura terenului (muntii pot bloca soarele), caracteristică unei anumite zone. conditiile meteo- ceață, ploi frecvente și înnorări. Planul de recepție a luminii poate fi orientat vertical, orizontal sau oblic. Cantitatea de insolație, precum și distribuția radiației solare în Rusia, sunt prezentate ca date grupate într-un tabel pe oraș și regiune, indicând latitudinea geografică.

PRELEZA 3

BILANTUL DE RADIAȚII ȘI COMPONENTELE SALE

Radiația solară care ajunge la suprafața pământului este parțial reflectată de acesta și parțial absorbită de Pământ. Cu toate acestea, Pământul nu numai că absoarbe radiații, dar emite și radiații cu unde lungi în atmosfera înconjurătoare. Atmosfera, absorbind o parte din radiația solară și cea mai mare parte a radiației de pe suprafața pământului, ea însăși emite radiații cu unde lungi. Cea mai mare parte a acestei radiații atmosferice este îndreptată către suprafața pământului. Se numeștecontraradierii din atmosferă .

Se numește diferența dintre fluxurile de energie radiantă care ajung în stratul activ al Pământului și care părăsesc acestabalanța radiațiilor strat activ.

Bilanțul radiațiilor constă în de la radiațiile de unde scurte și de unde lungi. Include următoarele elemente, numite componente ale balanței radiațiilor:radiații directe, radiații difuze, radiații reflectate (unde scurte), radiații de la suprafața pământului, radiații contrare din atmosferă .

Să luăm în considerare componentele bilanţului radiaţiilor.

Radiația solară directă

Iradierea energetică a radiațiilor directe depinde de înălțimea Soarelui și de transparența atmosferei și crește odată cu creșterea altitudinii deasupra nivelului mării. Norii de nivel scăzut, de obicei, complet sau aproape nu transmit radiații directe.

Lungimile de undă ale radiației solare care ajung la suprafața pământului sunt în intervalul 0,29-4,0 microni. Aproximativ jumătate din energia sa provine radiații active ftosintetic. În zonă PAR Slăbirea radiației odată cu scăderea altitudinii Soarelui are loc mai repede decât în ​​regiunea radiației infraroșii. Sosirea radiației solare directe, așa cum sa indicat deja, depinde de înălțimea Soarelui deasupra orizontului, variind atât în ​​timpul zilei, cât și pe parcursul anului. Aceasta determină ciclul zilnic și anual al radiațiilor directe.

Modificarea radiației directe în timpul unei zile fără nori (variația diurnă) este exprimată printr-o curbă cu un singur vârf cu un maxim la prânzul solar adevărat. Vara, pe uscat, maximul poate apărea înainte de prânz, întrucât praful atmosferei crește spre amiază.

Pe măsură ce vă deplasați de la poli la ecuator, sosirea radiațiilor directe în orice moment al anului crește, deoarece altitudinea Soarelui la amiază crește.

Cursul anual al radiației directe este cel mai pronunțat la poli, deoarece iarna nu există radiație solară deloc aici, iar vara sosirea acesteia atinge 900 W/m². La latitudinile mijlocii, maximul de radiație directă se observă uneori nu vara, ci primăvara, deoarece în lunile de vară, datorită creșterii conținutului de vapori de apă și praf, transparența atmosferei scade în perioada apropiată solstițiului de iarnă (decembrie). La ecuator, există două maxime egale cu aproximativ 920 W/m² în zilele echinocțiului de primăvară și toamnă și două minime (aproximativ 550 W/m²) în zilele solstițiilor de vară și de iarnă.

Radiații împrăștiate

Maximul de radiație împrăștiată este de obicei mult mai mic decât maximul de radiație directă. Cu cât înălțimea Soarelui este mai mare și atmosfera este mai poluată, cu atât fluxul de radiații împrăștiate este mai mare. Norii care nu acoperă Soarele cresc sosirea radiațiilor împrăștiate în comparație cu un cer senin. Dependența apariției radiațiilor împrăștiate de tulburare este complexă. Este determinată de tipul și numărul de nori, puterea lor verticală și proprietățile optice. Radiația difuză a unui cer înnorat poate fluctua cu un factor mai mare de 10.

Stratul de zăpadă, care reflectă până la 70-90% din radiația directă, crește radiația difuză, care apoi se disipează în atmosferă. Pe măsură ce altitudinea unei locații crește deasupra nivelului mării, radiația împrăștiată sub cer senin scade.

Ciclu zilnic și anual radiația împrăștiată sub cer senin corespunde în general cursului radiației directe. Cu toate acestea, dimineața, radiațiile împrăștiate apar înainte de răsărit, iar seara mai ajung în perioada crepusculară, adică după apus. În cursul anual, maximul de radiații împrăștiate se observă vara.

Radiația totală

Se numește suma radiațiilor difuze și directe incidente pe o suprafață orizontalăradiatia totala .

Este componenta principală a balanței radiațiilor. Compoziția sa spectrală, în comparație cu radiația directă și împrăștiată, este mai stabilă și aproape că nu depinde de înălțimea Soarelui când acesta este mai mare de 15°.

Raportul dintre radiația directă și cea difuză în compoziția radiației totale depinde de înălțimea Soarelui, de înnorare și de poluarea atmosferică. Pe măsură ce înălțimea Soarelui crește, proporția radiațiilor împrăștiate pe un cer fără nori scade. Cu cât atmosfera este mai transparentă, cu atât proporția radiațiilor împrăștiate este mai mică. Cu nori denși continui, radiația totală este formată în întregime din radiații împrăștiate. În timpul iernii, datorită reflectării radiațiilor din stratul de zăpadă și împrăștierii sale secundare în atmosferă, ponderea radiațiilor împrăștiate în radiația totală crește considerabil.

Sosirea radiației totale în prezența norilor variază în limite largi. Cea mai mare sosire a sa se observă în cer senin sau în nori ușori care nu ascund Soarele.

Pe o bază zilnică și anuală, modificările radiației totale sunt aproape direct proporționale cu modificările altitudinii Soarelui. Într-un ciclu zilnic, radiația totală maximă sub un cer fără nori are loc de obicei la amiază. În cursul anual, maximul de radiație totală se observă de obicei în emisfera nordică în iunie, iar în emisfera sudică în decembrie.

Radiația reflectată. Albedo

O parte din radiația totală care vine în stratul activ al Pământului este reflectată de acesta. Se numește raportul dintre partea reflectată a radiației și radiația totală primităreflectivitate , saualbedo (A) a unei suprafețe subiacente date.

Albedo-ul unei suprafețe depinde de culoarea, rugozitatea, umiditatea și alte proprietăți.

Albedo de diferite suprafețe naturale (conform lui V. L. Gaevsky și M. I. Budyko)

Suprafaţă	albedo, %	Suprafaţă	albedo, %
Zăpadă proaspătă uscată	80-95	Câmpuri de secară și grâu	10-25
Zăpadă poluată	40-50	Câmpuri de cartofi	15-25
gheață de mare	30-40	Câmpuri de bumbac	20-25
Solurile întunecate	5-15	Pajiști	15-25
Solurile argiloase uscate	20-35	Stepă uscată	20-30

Albedo-ul suprafețelor apei la o altitudine solară peste 60° este mai mic decât albedo-ul pământului, deoarece razele soarelui, care pătrund în apă, sunt în mare măsură absorbite și împrăștiate în ea. Cu o incidență verticală a razelor A = 2-5%, cu o înălțime solară mai mică de 10° A = 50-70%. Albedo-ul mare de gheață și zăpadă determină un ritm mai lent al primăverii în regiunile polare și păstrarea gheții eterne acolo.

Observațiile albedo-ului pământului, mării și acoperirii norilor sunt efectuate din sateliți artificiali Pământ. Albedo-ul mării ne permite să calculăm înălțimea valurilor, albedo-ul norilor caracterizează puterea acestora, iar albedo-ul diferitelor zone de uscat ne permite să judecăm gradul de acoperire cu zăpadă a câmpurilor și starea acoperirii vegetației.

Albedo-ul tuturor suprafețelor, în special al suprafețelor apei, depinde de înălțimea Soarelui: cel mai scăzut albedo are loc la prânz, cel mai mare dimineața și seara. Acest lucru se datorează faptului că la o altitudine solară scăzută, proporția radiației împrăștiate în radiația totală crește, care, într-o măsură mai mare decât radiația directă, este reflectată de suprafața brută subiacentă.

Radiația cu undă lungă de la Pământ și atmosferă

Radiația terestrăpuțin mai mică decât radiația corpului negru la aceeași temperatură.

Radiația de la suprafața pământului are loc continuu. Cu cât temperatura suprafeței radiante este mai mare, cu atât radiația acesteia este mai intensă. Există, de asemenea, radiații continue din atmosferă, care, absorbind o parte din radiația solară și radiația de la suprafața pământului, emite ea însăși radiații cu undă lungă.

În latitudinile temperate, cu un cer fără nori, radiația atmosferică este de 280-350 W/m², iar în cazul unui cer înnorat este cu 20-30% mai mult. Aproximativ 62-64% din această radiație este direcționată către suprafața pământului. Sosirea sa pe suprafața pământului constituie contraradiația din atmosferă. Diferența dintre aceste două fluxuri caracterizează pierderea de energie radiantă de către stratul activ. Această diferență se numeșteradiație eficientă Eef .

Radiația efectivă a stratului activ depinde de temperatură, temperatura și umiditatea aerului și acoperirea norilor. Odată cu creșterea temperaturii suprafeței pământului, Eeff crește, iar odată cu creșterea temperaturii și umidității aerului scade. Norii influențează în special radiația efectivă, deoarece picăturile de nori emit aproape la fel ca stratul activ al Pământului. În medie, Eeff noaptea și în timpul zilei cu un cer senin în diferite puncte de pe suprafața pământului variază între 70-140 W/m².

Ciclu zilnic radiatia eficienta se caracterizeaza printr-un maxim la 12-14 ore si un minim inainte de rasarit.Curs anual radiația eficientă în zonele cu climă continentală se caracterizează printr-un maxim în lunile de vară și un minim în timpul iernii. În zonele cu climă maritimă, ciclul anual al radiațiilor efective este mai puțin pronunțat decât în ​​zonele situate în interior.

Radiațiile de la suprafața pământului sunt absorbite de vaporii de apă și dioxidul de carbon conținut în aer. Dar atmosfera transmite în mare măsură radiații cu unde scurte de la Soare. Această proprietate a atmosferei se numește"efect de sera" , deoarece atmosfera in acest caz actioneaza ca sticla din sere: sticla transmite bine razele soarelui, care incalzesc solul si plantele din sera, dar transmite slab radiatia termica a solului incalzit in spatiul exterior. Calculele arată că, în absența unei atmosfere, temperatura medie a stratului activ al Pământului ar fi cu 38°C mai mică decât cea observată efectiv, iar Pământul ar fi acoperit cu gheață veșnică.

Dacă fluxul de radiații este mai mare decât cel de ieșire, atunci balanța radiațiilor este pozitivă și stratul activ al Pământului se încălzește. Cu un echilibru negativ al radiațiilor, acest strat se răcește. Balanța radiațiilor este de obicei pozitivă ziua și negativă noaptea. Cu aproximativ 1-2 ore înainte de apus devine negativ, iar dimineața, în medie la 1 oră după răsărit, redevine pozitiv. Cursul balanței radiațiilor în timpul zilei sub cer senin este apropiat de cursul radiației directe.

Studierea balanței de radiații a terenurilor agricole face posibilă calcularea cantității de radiații absorbite de culturi și sol, în funcție de înălțimea Soarelui, de structura culturii și de faza de dezvoltare a plantelor. Pentru a evalua diferite metode de reglare a temperaturii și umidității solului, evaporării și a altor cantități, se determină bilanțul de radiații al câmpurilor agricole pentru diferite tipuri de acoperire cu vegetație.

Metode de măsurare a radiației solare și componente ale balanței radiațiilor

Pentru a măsura fluxurile de radiație solară, acestea sunt utilizateabsolut Şirelativ metode și în consecință au dezvoltat instrumente actinometrice absolute și relative. Instrumentele absolute sunt utilizate de obicei numai pentru calibrarea și verificarea instrumentelor relative.

Instrumentele relative sunt utilizate pentru observații regulate la o rețea de stații meteorologice, precum și în expediții și în timpul observațiilor pe teren. Dintre acestea, cele mai utilizate instrumente termoelectrice sunt actinometrul, piranometrul și albedometrul. Receptorul radiației solare în aceste dispozitive sunt termopilele compuse din două metale (de obicei manganin și constantan). În funcție de intensitatea radiației dintre joncțiunile termopilului, se creează o diferență de temperatură și apare un curent electric de putere variabilă, care este măsurat cu un galvanometru. Pentru a converti diviziunile scalei galvanometrului în unități absolute, se folosesc factori de conversie, care sunt determinați pentru o pereche dată: dispozitiv actinometric - galvanometru.

Actinometru termoelectric (M-3) Savinov-Yanishevsky este folosit pentru a măsura radiația directă care ajunge la o suprafață perpendiculară pe razele soarelui.

Piranometru (M-80M) Yanishevsky este folosit pentru a măsura radiația totală și împrăștiată care ajunge pe o suprafață orizontală.

În timpul observațiilor, partea de primire a piranometrului este instalată orizontal. Pentru a determina radiația împrăștiată, piranometrul este umbrit față de radiația directă printr-un ecran de umbră sub forma unui disc rotund montat pe o tijă la o distanță de 60 cm de suprafața receptoare. Când se măsoară radiația totală, ecranul de umbră este mutat în lateral

Albedometru este un piranometru, de asemenea adaptat. Pentru măsurarea radiației reflectate. În acest scop, se folosește un dispozitiv care vă permite să rotiți partea de recepție a dispozitivului în sus (pentru a măsura radiația directă) și în jos (pentru a măsura radiația reflectată). După ce s-a determinat radiația totală și reflectată cu un albedometru, se calculează albedo-ul suprafeței subiacente. Pentru măsurătorile pe teren, se folosește un albedometru mobil M-69.

Contor de echilibru termoelectric M-10M. Acest dispozitiv este folosit pentru a măsura balanța radiațiilor a suprafeței subiacente.

Pe lângă instrumentele discutate, se mai folosesc luxmetre - instrumente fotometrice pentru măsurarea iluminării, spectrofotometre, diverse instrumente pentru măsurarea rețelelor de fază etc. Multe instrumente actinometrice sunt adaptate pentru înregistrarea continuă a componentelor bilanţului radiaţiilor.

O caracteristică importantă a regimului de radiație solară este durata de lumină solară. Pentru a o determina, folosițiheliograf .

În condiții de teren, cele mai frecvent utilizate sunt piranometrele, albedometrele de mers, contoarele de echilibru și luxmetrele. Pentru observații între plante, albedometrele de drumeție și luxmetrele, precum și micropiranometrele speciale, sunt cele mai convenabile.

Toate tipurile de raze solare ajung la suprafața pământului în trei moduri - sub formă de radiație solară directă, reflectată și difuză.
Radiația solară directă- Acestea sunt razele care vin direct de la soare. Intensitatea (eficacitatea) sa depinde de inaltimea soarelui deasupra orizontului: maxima se observa la amiaza, iar minima dimineata si seara; in functie de perioada anului: maxim - vara, minim - iarna; pe altitudinea zonei deasupra nivelului mării (mai mare la munte decât la câmpie); asupra stării atmosferei (poluarea aerului o reduce). Spectrul radiației solare depinde de înălțimea soarelui deasupra orizontului (cu cât soarele este mai jos deasupra orizontului, cu atât mai puține raze ultraviolete).
Radiația solară reflectată- Acestea sunt razele soarelui reflectate de suprafața pământului sau a apei. Este exprimată ca procent din razele reflectate în fluxul lor total și se numește albedo. Mărimea albedoului depinde de natura suprafețelor reflectorizante. Atunci când organizați și desfășurați plaja, este necesar să cunoașteți și să țineți cont de albedo-ul suprafețelor pe care se efectuează plaja. Unele dintre ele sunt caracterizate de reflectivitate selectivă. Zăpada reflectă complet razele infraroșii, iar razele ultraviolete într-o măsură mai mică.

Radiația solară împrăștiată formată ca urmare a împrăștierii luminii solare în atmosferă. Moleculele de aer și particulele suspendate în el (picături mici de apă, cristale de gheață etc.), numite aerosoli, reflectă o parte din raze. Ca urmare a reflexiilor multiple, unele dintre ele ajung încă la suprafața pământului; Acestea sunt razele solare împrăștiate. În mare parte sunt împrăștiate razele ultraviolete, violete și albastre, ceea ce determină culoarea albastră a cerului pe vreme senină. Proporția razelor împrăștiate este mare la latitudini mari (în regiunile nordice). Acolo, soarele este jos deasupra orizontului și, prin urmare, calea razelor către suprafața pământului este mai lungă. Pe un drum lung, razele întâlnesc mai multe obstacole și sunt împrăștiate într-o măsură mai mare.

(http://new-med-blog.livejournal.com/204

Radiația solară totală- toate radiațiile solare directe și difuze care ajung la suprafața pământului. Radiația solară totală se caracterizează prin intensitate. Cu un cer fără nori, radiația solară totală are o valoare maximă în jurul prânzului, iar pe tot parcursul anului - vara.

Bilanțul radiațiilor
Bilanțul de radiații al suprafeței pământului este diferența dintre radiația solară totală absorbită de suprafața pământului și radiația efectivă a acesteia. Pentru suprafața pământului
- partea care intră este absorbită radiația solară directă și difuză, precum și contraradiația absorbită din atmosferă;
- partea consumabilă constă în pierderi de căldură datorate radiațiilor proprii ale pământului.

Bilanțul radiațiilor poate fi pozitiv(ziua, vara) și negativ(noaptea, iarna); măsurată în kW/mp/min.
Bilanțul de radiații al suprafeței pământului este cea mai importantă componentă a bilanţului termic al suprafeței pământului; unul dintre principalii factori de formare a climei.

Bilanțul termic al suprafeței pământului- suma algebrică a tuturor tipurilor de intrare și ieșire de căldură la suprafața pământului și oceanului. Natura bilanţului termic şi nivelul său de energie determină caracteristicile şi intensitatea majorităţii proceselor exogene. Principalele componente ale echilibrului termic al oceanului sunt:
- bilanțul radiațiilor;
- consum de caldura pentru evaporare;
- schimbul turbulent de căldură între suprafața oceanului și atmosferă;
- schimbul vertical de căldură turbulent al suprafeței oceanului cu straturile subiacente; Şi
- advecția orizontală oceanică.

(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi?RQgkog.outt:p!hgrgtx!nlstup!vuilw)tux yo)

Măsurarea radiației solare.

Actinometrele și pirhelimetrele sunt folosite pentru măsurarea radiației solare. Intensitatea radiației solare este de obicei măsurată prin efectul său termic și este exprimată în calorii pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp.

(http://www.ecosystema.ru/07referats/slo vgeo/967.htm)

Intensitatea radiației solare este măsurată folosind un piranometru Janiszewski complet cu un galvanometru sau potențiometru.

La măsurarea radiației solare totale, piranometrul este instalat fără ecran de umbră, în timp ce la măsurarea radiației împrăștiate, acesta este instalat cu un ecran de umbră. Radiația solară directă este calculată ca diferență dintre radiația totală și cea difuză.

La determinarea intensității radiației solare incidente pe un gard, piranometrul este instalat pe acesta, astfel încât suprafața percepută a dispozitivului să fie strict paralelă cu suprafața gardului. Dacă nu există o înregistrare automată a radiațiilor, măsurătorile trebuie efectuate la fiecare 30 de minute între răsărit și apus.

Radiația incidentă pe suprafața gardului nu este complet absorbită. În funcție de textura și culoarea gardului, unele dintre raze sunt reflectate. Raportul dintre radiația reflectată și radiația incidentă, exprimat ca procent, se numește albedo de suprafață si se masoara cu un albedometru P.K. Kalitina completă cu galvanometru sau potențiometru.

Pentru o mai mare acuratețe, observațiile ar trebui făcute sub cer senin și cu lumina intensă a soarelui care iradiază gardul.

(http://www.constructioncheck.ru/default.a spx?textpage=5)

Soarele este o sursă de corpuscular şi radiatii electromagnetice. Radiația corpusculară nu pătrunde în atmosferă sub 90 km, în timp ce radiația electromagnetică ajunge la suprafața pământului. În meteorologie se numește radiatia solara sau doar radiatii. Reprezintă o două miliarde din energia totală a Soarelui și călătorește de la Soare la Pământ în 8,3 minute. Radiația solară este sursa de energie pentru aproape toate procesele care au loc în atmosferă și pe suprafața pământului. Este în principal unde scurte și constă din radiații ultraviolete invizibile - 9%, lumină vizibilă - 47% și infraroșu invizibil - 44%. Deoarece aproape jumătate din radiația solară este lumină vizibilă, Soarele servește nu numai ca sursă de căldură, ci și de lumină conditie necesara pentru viața pe Pământ.

Radiația care vine pe Pământ direct de pe discul solar se numește radiatia solara directa. Datorită faptului că distanța de la Soare la Pământ este mare și Pământul este mic, radiația cade pe oricare dintre suprafețele sale sub forma unui fascicul de raze paralele.

Radiația solară are o anumită densitate de flux pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp. Unitatea de măsură a intensității radiației este cantitatea de energie (în jouli sau calorii 1) pe care 1 cm 2 de suprafață o primește pe minut cu o incidență perpendiculară a luminii solare. La limita superioară a atmosferei, la distanța medie de la Pământ la Soare, este de 8,3 J/cm 2 pe minut, sau 1,98 cal/cm 2 pe minut. Această valoare este acceptată ca standard internațional și este numită constantă solară(S 0). Fluctuațiile sale periodice pe parcursul anului sunt nesemnificative (+ 3,3%) și sunt cauzate de modificări ale distanței de la Pământ la

11 cal=4,19 J, 1 kcal=41,9 MJ.

2 Altitudinea de la amiază a Soarelui depinde de latitudinea geografică și declinația Soarelui.

Soare. Oscilațiile non-periodice sunt cauzate de diferite emisivitati ale Soarelui. Clima din vârful atmosferei se numește radiatii sau solar. Se calculează teoretic pe baza unghiului de înclinare a razelor solare pe o suprafață orizontală.

În termeni generali, clima solară se reflectă pe suprafața pământului. În același timp, radiația și temperatura reale de pe Pământ diferă semnificativ de clima solară din cauza diferiților factori terestre. Principala este slăbirea radiațiilor din atmosferă din cauza reflexii, absorbtieŞi împrăștiere,și, de asemenea, ca rezultat reflectarea radiațiilor de la suprafața pământului.

La limita superioară a atmosferei, toată radiația vine sub formă de radiație directă. Potrivit S.P. Khromov și M.A. Petrosyants, 21% din ea este reflectată de nori și aer înapoi în spațiul cosmic. Restul radiațiilor intră în atmosferă, unde radiația directă este parțial absorbită și împrăștiată. Rămânând radiatii directe(24%) ajunge la suprafața pământului, dar este slăbit. Modelele slăbirii sale în atmosferă sunt exprimate prin legea lui Bouguer: S=S 0 · p m(J, sau cal/cm2, per min), unde S este cantitatea de radiație solară directă care ajunge la suprafața pământului pe unitate de suprafață (cm2) situată perpendicular pe razele soarelui, S0 este constanta solară, r- coeficient de transparență în fracții de unitate, care arată cât de mult din radiație a ajuns la suprafața pământului, T- lungimea traiectoriei fasciculului în atmosferă.

În realitate, razele soarelui cad pe suprafața pământului și pe orice alt nivel al atmosferei la un unghi mai mic de 90°. Fluxul radiației solare directe pe o suprafață orizontală se numește expunere la soare(5,). Se calculează prin formula S 1 =S·sin h ☼ (J, sau cal/cm 2, pe minut), unde h ☼ este înălțimea Soarelui 2. Desigur, există o cantitate mai mică pe unitatea de suprafață orizontală

energie decât pe unitatea de suprafață situată perpendicular pe razele solare (Fig. 22).

În atmosferă absorbit aproximativ 23% și se risipește aproximativ 32% din radiația solară directă intră în atmosferă, 26% din radiația împrăștiată ajungând apoi la suprafața pământului și 6% mergând în spațiu.

Radiația solară din atmosferă suferă modificări nu numai cantitative, ci și calitative, deoarece gazele și aerosolii din aer absorb și împrăștie selectiv razele solare. Principalii absorbanți ai radiațiilor sunt vaporii de apă, norii și aerosolii, precum și ozonul, care absoarbe puternic radiațiile ultraviolete. Moleculele diferitelor gaze și aerosoli participă la împrăștierea radiațiilor. Risipirea- abaterea razelor de lumină în toate direcțiile de la direcția inițială, astfel încât radiații împrăștiate vine la suprafața pământului nu din discul solar, ci din întreaga boltă a cerului. Imprăștirea depinde de lungimea de undă: conform legii lui Rayleigh, cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât este mai intensă împrăștierea. Prin urmare, razele ultraviolete sunt împrăștiate cele mai multe dintre toate celelalte, iar dintre cele vizibile - violet și albastru. De aici culoarea albastră a aerului și, în consecință, a cerului pe vreme senină. Radiația directă se dovedește a fi în mare parte galbenă, astfel încât discul solar pare gălbui. La răsărit și la apus, când calea razei în atmosferă este mai lungă și împrăștierea este mai mare, doar razele roșii ajung la suprafață, făcând Soarele să pară roșu. Radiația împrăștiată provoacă lumină în timpul zilei pe vreme înnorată și în umbră pe vreme senină fenomenul amurgului și al nopților albe. Pe Lună, unde nu există atmosferă și, în consecință, radiații împrăștiate, obiectele care cad în umbră devin complet invizibile.

Odată cu înălțimea, pe măsură ce densitatea aerului și, în consecință, numărul de particule care se împrăștie scade, culoarea cerului devine mai închisă, transformându-se mai întâi în albastru intens, apoi în albastru-violet, care este clar vizibil în munți și se reflectă. în peisajele himalayene ale lui N. Roerich. În stratosferă, culoarea aerului este negru-violet. Potrivit astronauților, la o altitudine de 300 km culoarea cerului este neagră.

În prezența aerosolilor mari, a picăturilor și a cristalelor în atmosferă, nu se mai observă împrăștiere, ci reflexie difuză și, deoarece radiația reflectată difuz este lumină albă, culoarea cerului devine albicioasă.

Radiațiile solare directe și difuze au un anumit ciclu zilnic și anual, care depinde în primul rând de înălțimea Soarelui.

Orez. 22. Influxul radiației solare pe suprafața AB, perpendicular pe razele, și pe suprafața orizontală AC (după S.P. Khromov)

tsa deasupra orizontului, din transparența aerului și înnorirea.

Fluxul de radiație direct în în timpul zilei de la răsăritul soarelui până la amiază crește și apoi scade până la apus din cauza modificărilor înălțimii Soarelui și a traseului razei în atmosferă. Cu toate acestea, deoarece în jurul prânzului transparența atmosferei scade din cauza creșterii vaporilor de apă în aer și crește praful și înnorabilitatea convectivă, valorile maxime ale radiației sunt deplasate la orele de dinainte de amiază. Acest model este caracteristic latitudinilor ecuatorial-tropicale pe tot parcursul anului și latitudinilor temperate vara. Iarna, în latitudinile temperate, radiația maximă are loc la prânz.

Curs anual Valorile medii lunare ale radiației directe depind de latitudine. La ecuator, variația anuală a radiației directe are forma val dublu: maxime in timpul echinoctiilor de primavara si toamna, minime in timpul solstitiilor de vara si iarna. În latitudinile temperate, valorile maxime ale radiației directe apar în primăvară (aprilie în emisfera nordică) mai degrabă decât în ​​lunile de vară, deoarece aerul în acest moment este mai limpede datorită mai puțini vapori de apă și praf, precum și minore. tulbureala. Radiația minimă se observă în decembrie, când Soarele se află la cea mai joasă altitudine, orele de lumină sunt scurte și este luna cea mai înnorată a anului.

Variația zilnică și anuală a radiațiilor împrăștiate determinată de modificările înălțimii Soarelui deasupra orizontului și a lungimii zilei, precum și de transparența atmosferei. Maximul de radiație împrăștiată în timpul zilei se observă în timpul zilei cu o creștere a radiației în ansamblu, deși ponderea acesteia în orele de dimineață și seara este mai mare decât radiația directă, iar în timpul zilei, dimpotrivă, predomină radiația directă. radiații împrăștiate. Cursul anual al radiației împrăștiate la ecuator urmează în general cursul unei linii drepte. La alte latitudini este mai mare vara decât iarna, datorită creșterii afluxului total de radiație solară vara.

Raportul dintre radiațiile directe și difuze variază în funcție de înălțimea Soarelui, de transparența atmosferei și de acoperirea norilor.

Proporțiile dintre radiația directă și cea difuză la diferite latitudini nu sunt aceleași. În regiunile polare și subpolare, radiațiile împrăștiate reprezintă 70% din fluxul total de radiații. Valoarea sa, pe lângă poziția joasă a Soarelui și înnorarea, este afectată și de reflexia multiplă a radiației solare de pe suprafața zăpezii. Pornind de la latitudini moderate și aproape până la ecuator, radiația directă predomină asupra radiațiilor împrăștiate. Importanța sa absolută și relativă este deosebit de mare în deșerturile tropicale interioare (Sahara, Arabia), caracterizate prin înnorări minime și aer curat și uscat. De-a lungul ecuatorului, radiația difuză domină din nou asupra radiației directe datorită umidității ridicate a aerului și prezenței norilor cumulus care împrăștie bine radiația solară.

Pe măsură ce înălțimea locului deasupra nivelului mării crește, valorile absolute cresc semnificativ. 23. Cantitatea anuală de radiație solară totală [MJ/(m 2 x an)]

magnitudinea relativă a radiației directe și radiația împrăștiată scade, pe măsură ce stratul atmosferei devine mai subțire. La o altitudine de 50-60 km, fluxul de radiație directă se apropie de constanta solară.

Toată radiația solară - directă și difuză, care ajunge la suprafața pământului se numește radiația totală: (Q=S· sinh¤+D unde Q este radiația totală, S este directă, D este difuză, h ¤ este înălțimea Soarelui deasupra orizontului. Radiația totală reprezintă aproximativ 50% din radiația solară care ajunge la limita superioară a atmosferei.

Pe cerul fără nori, radiația totală este semnificativă și are o variație diurnă cu un maxim în jurul prânzului și o variație anuală cu un maxim vara. Înnorirea reduce radiațiile, așa că vara sosirea acesteia după-amiaza este în medie mai mare decât după-amiaza. Din același motiv, în prima jumătate a anului este mai mare decât în ​​a doua.

Se observă o serie de modele în distribuția radiației totale pe suprafața pământului.

Modelul principal este că radiația totală este distribuită zonal,în scădere de la ecuatorial-tropical

latitudini ice la poli în concordanţă cu scăderea unghiului de incidenţă a razelor solare (Fig. 23). Abaterile de la distribuția zonală sunt explicate prin tulburări și transparențe diferite ale atmosferei. Cele mai mari valori anuale ale radiației totale, 7200 - 7500 MJ/m2 pe an (aproximativ 200 kcal/cm2 pe an), se întâlnesc la latitudini tropicale, unde există puțină înnorare și umiditate scăzută a aerului. În deșerturile tropicale interioare (Sahara, Arabia), unde există o abundență de radiații directe și aproape deloc nori, radiația solară totală ajunge chiar și la mai mult de 8000 MJ/m2 pe an (până la 220 kcal/cm2 pe an). În apropierea ecuatorului, valorile totale ale radiațiilor scad la 5600 - 6500 MJ/m pe an (140-160 kcal/cm 2 pe an) din cauza înnorații semnificative, umidității ridicate și a mai puțină transparență a aerului. În latitudinile temperate, radiația totală este de 5000 - 3500 MJ/m2 pe an (≈ 120 - 80 kcal/cm2 pe an), în latitudinile subpolare - 2500 MJ/m2 pe an (≈60 kcal/cm2 pe an). Mai mult, în Antarctica este de 1,5-2 ori mai mare decât în ​​Arctica, în primul rând din cauza înălțimii absolute mai mari a continentului (mai mult de 3 km) și, prin urmare, a densității scăzute a aerului, a uscăciunii și transparenței sale, precum și a vremii parțial înnorate. Zonarea radiației totale este mai bine exprimată peste oceane decât peste continente.

Al doilea model important radiatia totala este aceea continentele primesc mai mult decât oceanele, datorită mai puțin (15-30%) nori de mai sus

continente. Singura excepție este în apropierea latitudinilor ecuatoriale, deoarece în timpul zilei există mai puțină înnorărire convectivă peste ocean decât pe uscat.

A treia caracteristică este asta în emisfera nordică, mai continentală, radiația totală este în general mai mare decât în ​​emisfera sudică oceanică.

În iunie, emisfera nordică, în special regiunile tropicale și subtropicale interioare, primesc cele mai mari cantități lunare de radiație solară. În latitudinile temperate și polare, cantitatea de radiație variază ușor în funcție de latitudine, deoarece scăderea unghiului de incidență a razelor este compensată de durata de însorire, până în ziua polară dincolo de Cercul polar. În emisfera sudică, odată cu creșterea latitudinii, radiația scade rapid și deasupra Cercului Antarctic este zero.

În decembrie Emisfera sudică primește mai multe radiații decât nordul. În acest moment, cele mai mari cantități lunare de căldură solară apar în deșerturile din Australia și Kalahari; mai departe, în latitudinile temperate, radiația scade treptat, dar în Antarctica crește din nou și atinge aceleași valori ca la tropice. În emisfera nordică, odată cu creșterea latitudinii, scade rapid și lipsește dincolo de Cercul Arctic.

În general, cea mai mare amplitudine anuală a radiației totale se observă în cercurile polare, în special în Antarctica, iar cea mai mică în zona ecuatorială.