Definicija izravnog sunčevog zračenja. Izravno i difuzno sunčevo zračenje

Jarko nas svjetlilo opeče vrelim zrakama i tjera nas na razmišljanje o značaju zračenja u našem životu, njegovim dobrobitima i štetnostima. Što je sunčevo zračenje? Sat školske fizike poziva nas da se upoznamo s pojmom elektromagnetskog zračenja općenito. Ovaj pojam se odnosi na drugi oblik materije - različit od materije. To uključuje i vidljivu svjetlost i spektar koji oko ne percipira. To jest, x-zrake, gama zrake, ultraljubičasto i infracrveno zračenje.

Elektromagnetski valovi

U prisutnosti izvora-emitera zračenja, njegovi elektromagnetski valovi se šire u svim smjerovima brzinom svjetlosti. Ovi valovi, kao i svi drugi, imaju određene karakteristike. To uključuje frekvenciju osciliranja i valnu duljinu. Svako tijelo čija se temperatura razlikuje od apsolutne nule ima svojstvo emitiranja zračenja.

Sunce je glavni i najjači izvor zračenja u blizini našeg planeta. S druge strane, sama Zemlja (njena atmosfera i površina) emitira zračenje, ali u drugom rasponu. Gledanje temperaturni uvjeti na planetu tijekom dugih vremenskih razdoblja dovelo je do hipoteze o ravnoteži količine topline primljene od Sunca i otpuštene u svemir.

Sunčevo zračenje: spektralni sastav

Velika većina (oko 99%) sunčeve energije u spektru nalazi se u području valnih duljina od 0,1 do 4 mikrona. Preostalih 1% su dulje i kraće zrake, uključujući radiovalove i x-zrake. Otprilike polovica sunčeve energije pada na spektar koji opažamo očima, približno 44% - u infracrvenom zračenju, 9% - u ultraljubičastom. Kako znamo kako se dijeli sunčevo zračenje? Izračun njegove distribucije moguć je zahvaljujući istraživanju svemirskih satelita.

Postoje tvari koje mogu posebno stanje i emitiraju dodatno zračenje drugog valnog raspona. Na primjer, postoji sjaj na niske temperature, koji nisu karakteristični za emisiju svjetlosti date tvari. Ovaj tip zračenje, nazvano luminescentno, ne podliježe uobičajenim načelima toplinskog zračenja.

Fenomen luminescencije nastaje nakon apsorpcije određene količine energije od strane tvari i prijelaza u drugo stanje (tzv. pobuđeno stanje), koje je energetski veće nego pri vlastitoj temperaturi tvari. Luminescencija se pojavljuje tijekom obrnutog prijelaza - iz uzbuđenog u poznato stanje. U prirodi ga možemo promatrati u obliku sjaja noćnog neba i polarne svjetlosti.

Naš luminar

Energija sunčevih zraka gotovo je jedini izvor topline za naš planet. Vlastito zračenje, koje dolazi iz njegovih dubina do površine, ima intenzitet koji je oko 5 tisuća puta manji. U isto vrijeme, vidljiva svjetlost - jedan od najvažnijih čimbenika života na planeti - samo je dio sunčevog zračenja.

Energija sunčevih zraka se manjim dijelom pretvara u toplinu – u atmosferi, većim – na površini Zemlje. Tamo se troši na zagrijavanje vode i tla ( gornje slojeve), koji zatim oslobađaju toplinu u zrak. Zagrijani, atmosfera i zemljina površina emitiraju infracrvene zrake u svemir, a pritom se hlade.

Sunčevo zračenje: definicija

Zračenje koje dolazi na površinu našeg planeta izravno sa sunčevog diska obično se naziva izravnim sunčevim zračenjem. Sunce ga širi na sve strane. Uzimajući u obzir ogromnu udaljenost od Zemlje do Sunca, izravno sunčevo zračenje na bilo kojoj točki zemljine površine može se prikazati kao snop paralelnih zraka, čiji je izvor praktički u beskonačnosti. Područje okomito na zrake sunčeva svjetlost, stoga prima najveću količinu toga.

Gustoća toka zračenja (ili ozračenje) mjera je količine zračenja koja pada na određenu površinu. Ovo je količina energije zračenja koja pada po jedinici vremena po jedinici površine. Ova vrijednost se mjeri - energija osvjetljenja - u W / m 2. Naša Zemlja, kao što svi znaju, kruži oko Sunca po elipsoidnoj orbiti. Sunce je u jednom od žarišta ove elipse. Dakle, svake godine u određeno vrijeme (početkom siječnja) Zemlja zauzima položaj najbliži Suncu, au drugom (početkom srpnja) - najudaljeniji od njega. U ovom slučaju, veličina osvjetljenja energije varira u obrnutom razmjeru s obzirom na kvadrat udaljenosti do svjetiljke.

Kamo odlazi sunčevo zračenje koje dopire do Zemlje? Njegove vrste određuju mnogi čimbenici. Ovisno o geografskoj širini, vlažnosti, naoblaci, dio se rasprši u atmosferi, dio se apsorbira, ali većina ipak dospijeva na površinu planeta. U ovom slučaju, mala količina se reflektira, a glavna se apsorbira na površini zemlje, pod čijim se utjecajem zagrijava. Raspršeno sunčevo zračenje također dijelom pada na zemljinu površinu, djelomično ga ona apsorbira, a djelomično reflektira. Ostatak odlazi u svemir.

Kako je raspodjela

Je li sunčevo zračenje homogeno? Njegove vrste nakon svih "gubitaka" u atmosferi mogu se razlikovati po spektralnom sastavu. Uostalom, zrake različitih duljina različito se raspršuju i apsorbiraju. U prosjeku, oko 23% njegove početne količine apsorbira atmosfera. Otprilike 26% ukupnog toka pretvara se u difuzno zračenje, od čega 2/3 tada pada na Zemlju. U biti, radi se o drugoj vrsti zračenja, različitoj od izvorne. Raspršeno zračenje na Zemlju ne šalje Sunčev disk, već nebeski svod. Ima drugačiji spektralni sastav.

Apsorbira zračenje uglavnom ozon - vidljivi spektar, te ultraljubičaste zrake. Infracrveno zračenje apsorbira ugljični dioksid (ugljični dioksid), koji je, usput, vrlo mali u atmosferi.

Raspršenje zračenja, koje ga slabi, događa se za bilo koju valnu duljinu spektra. Pritom njegove čestice, padajući pod elektromagnetski utjecaj, redistribuiraju energiju upadnog vala u svim smjerovima. Odnosno, čestice služe kao točkasti izvori energije.

Dnevno svjetlo

Zbog raspršenja, svjetlost koja dolazi od sunca mijenja boju prolazeći kroz slojeve atmosfere. Praktična vrijednost raspršivanje – u stvaranju dnevnog svjetla. Kad bi Zemlja bila lišena atmosfere, osvjetljenje bi postojalo samo na mjestima gdje izravne ili reflektirane zrake sunca padaju na površinu. Odnosno, atmosfera je izvor osvjetljenja tijekom dana. Zahvaljujući njemu, svjetlo je i na mjestima nedostupnim izravnim zrakama i kada je sunce skriveno iza oblaka. Upravo raspršivanje daje boju zraku – vidimo nebo plavo.

Što još utječe na sunčevo zračenje? Ne treba zanemariti ni faktor mutnoće. Uostalom, slabljenje zračenja događa se na dva načina - sama atmosfera i vodena para, kao i razne nečistoće. Ljeti se povećava količina prašine (kao i sadržaj vodene pare u atmosferi).

Ukupno zračenje

Odnosi se na ukupnu količinu zračenja koje pada na zemljinu površinu, izravno i difuzno. Ukupna sunčeva radijacija opada pri oblačnom vremenu.

Zbog toga je ljeti ukupna radijacija u prosjeku veća prije podne nego poslije podne. I to u prvoj polovici godine - više nego u drugoj.

Što se događa s ukupnim zračenjem na zemljinoj površini? Dolazeći tamo, većinom ga apsorbira gornji sloj tla ili vode i pretvara se u toplinu, dio se reflektira. Stupanj refleksije ovisi o prirodi zemljine površine. Pokazatelj koji izražava postotak reflektiranog sunčevog zračenja u odnosu na njegovu ukupnu količinu koja pada na površinu naziva se površinski albedo.

Pod pojmom samozračenja zemljine površine podrazumijeva se dugovalno zračenje koje emitira vegetacija, snježni pokrivač, gornje slojeve vodu i tlo. Ravnoteža zračenja površine je razlika između njezine apsorbirane i emitirane količine.

Učinkovito zračenje

Dokazano je da je protuzračenje gotovo uvijek manje od zemaljskog. Zbog toga površina zemlje nosi Gubitak topline. Razlika između vlastitog zračenja površine i atmosferskog zračenja naziva se efektivno zračenje. To je zapravo neto gubitak energije i, kao rezultat, topline noću.

Postoji i danju. Ali tijekom dana je djelomično kompenzirana ili čak blokirana apsorbiranim zračenjem. Stoga je površina zemlje toplija danju nego noću.

O geografskoj raspodjeli zračenja

Sunčevo zračenje na Zemlji neravnomjerno je raspoređeno tijekom godine. Njegova raspodjela ima zonalni karakter, a izolinije (spojne točke jednakih vrijednosti) toka zračenja nikako nisu identične geografskim širinskim krugovima. Ovo odstupanje uzrokovano je različitim razinama naoblake i prozirnosti atmosfere u različitim dijelovima zemaljske kugle.

Ukupno Sunčevo zračenje tijekom godine ima najveću vrijednost u suptropskim pustinjama s malom naoblakom. Mnogo ga je manje u šumskim predjelima ekvatorijalnog pojasa. Razlog tome je povećana naoblaka. Ovaj pokazatelj se smanjuje prema oba pola. Ali u području polova ponovno raste - na sjevernoj hemisferi je manje, u području snježne i blago oblačne Antarktike - više. Iznad površine oceana u prosjeku je sunčevo zračenje manje nego nad kontinentima.

Gotovo posvuda na Zemlji površina ima pozitivnu bilancu zračenja, odnosno za isto vrijeme je dotok zračenja veći od efektivnog zračenja. Izuzetak su područja Antarktike i Grenlanda s njihovim ledenim visoravnima.

Suočavamo li se s globalnim zagrijavanjem?

No navedeno ne znači godišnje zagrijavanje zemljine površine. Višak apsorbiranog zračenja nadoknađuje se curenjem topline s površine u atmosferu do kojeg dolazi pri promjeni vodene faze (isparavanje, kondenzacija u obliku oblaka).

Dakle, na površini Zemlje ne postoji ravnoteža zračenja kao takva. Ali postoji toplinska ravnoteža – dotok i gubitak topline se uravnotežuju na različite načine, uključujući zračenje.

Distribucija stanja kartice

Na istim geografskim širinama zemaljske kugle ravnoteža zračenja veća je na površini oceana nego na kopnu. To se može objasniti činjenicom da je sloj koji apsorbira zračenje u oceanima deblji, dok je istovremeno efektivno zračenje ondje manje zbog hladnoće površine mora u odnosu na kopno.

U pustinjama se opažaju značajne fluktuacije u amplitudi njegove distribucije. Tamo je bilanca manja zbog visokog efektivnog zračenja u suhom zraku i niskoj naoblaci. U manjoj mjeri snižena je u područjima monsunske klime. U toploj sezoni naoblaka je povećana, a apsorbirano sunčevo zračenje je manje nego u drugim područjima iste geografske širine.

Naravno, glavni faktor o kojem ovisi prosječno godišnje sunčevo zračenje je geografska širina određenog područja. Rekordni "dijelovi" ultraljubičastog zračenja idu u zemlje koje se nalaze blizu ekvatora. Ovo je sjeveroistočna Afrika, njezina istočna obala, Arapski poluotok, sjever i zapad Australije, dio otoka Indonezije, zapadna obala Južne Amerike.

U Europi najveća doza svjetlosti i radijacija.

Što je s nama?

Ukupna sunčeva radijacija u Rusiji raspoređena je, na prvi pogled, neočekivano. Na području naše zemlje, čudno, dlan ne drže crnomorska odmarališta. Najveće doze sunčevog zračenja padaju na područja koja graniče s Kinom i Sjevernom Zemljom. Općenito, sunčevo zračenje u Rusiji nije osobito intenzivno, što se u potpunosti objašnjava našim sjevernim zemljopisna lokacija. Najmanja količina sunčeve svjetlosti ide u sjeverozapadnu regiju - Sankt Peterburg, zajedno s okolnim područjima.

Sunčevo zračenje u Rusiji je inferiorno u odnosu na Ukrajinu. Tamo najviše ultraljubičastog zračenja ide na Krim i teritorije iza Dunava, na drugom mjestu su Karpati s južnim regijama Ukrajine.

Ukupno (izravno i raspršeno) sunčevo zračenje koje pada na horizontalnu površinu dano je po mjesecima u posebno izrađenim tablicama za različite teritorije i mjeri se u MJ/m 2. Na primjer, sunčevo zračenje u Moskvi kreće se od 31-58 u zimskim mjesecima do 568-615 ljeti.

O sunčevoj insolaciji

Insolacija, odnosno količina korisnog zračenja koja pada na površinu osvijetljenu suncem, uvelike varira u različitim geografskim položajima. Godišnja insolacija računa se za jedan četvorni metar u megavatima. Na primjer, u Moskvi je ova vrijednost 1,01, u Arhangelsku - 0,85, u Astrahanu - 1,38 MW.

Prilikom određivanja potrebno je uzeti u obzir čimbenike kao što su doba godine (zimi su osvjetljenje i dužina dana niži), priroda terena (planine mogu blokirati sunce), karakteristika područja vrijeme- magla, česte kiše i naoblaka. Ravnina za primanje svjetlosti može biti usmjerena okomito, vodoravno ili koso. Količina insolacije, kao i raspodjela sunčevog zračenja u Rusiji, podaci su grupirani u tablici po gradovima i regijama, s naznakom geografske širine.

Kad bi atmosfera dopustila da sve prođe na površinu zemlje sunčeve zrake, tada bi klima bilo koje točke na Zemlji ovisila samo o geografskoj širini. Tako se vjerovalo u davna vremena. Međutim, kada sunčeve zrake prolaze kroz zemljinu atmosferu, kao što smo već vidjeli, one su oslabljene zbog istodobnih procesa apsorpcije i raspršenja. Kapljice vode i kristali leda, koji čine oblake, mnogo upijaju i raspršuju.

Onaj dio Sunčevog zračenja koji dospije na Zemljinu površinu nakon što ga rasprše njezina atmosfera i oblaci naziva se raspršeno zračenje. Dio sunčevog zračenja koji prolazi kroz atmosferu bez raspršivanja naziva seizravno zračenje.

Zračenje se raspršuje ne samo po oblacima, već i na vedrom nebu po molekulama, plinovima i česticama prašine. Omjer između izravnog i raspršenog zračenja varira u širokom rasponu. Ako je, uz vedro nebo i okomitu incidenciju sunčeve svjetlosti, udio raspršenog zračenja 0,1% izravnog zračenja, tada

pri oblačnom nebu difuzno zračenje može biti veće od izravnog zračenja.

U onim dijelovima zemlje gdje prevladava vedro vrijeme, na primjer, u srednjoj Aziji, glavni izvor zagrijavanja zemljine površine je izravno sunčevo zračenje. Tamo gdje prevladava oblačno vrijeme, kao na primjer na sjeveru i sjeverozapadu europskog teritorija SSSR-a, raspršeno sunčevo zračenje postaje bitno. Zaljev Tikhaya, koji se nalazi na sjeveru, prima raspršeno zračenje gotovo jedan i pol puta više od izravnog zračenja (Tablica 5). U Taškentu je, naprotiv, difuzno zračenje manje od 1/3 izravnog zračenja. Izravno sunčevo zračenje u Jakutsku je veće nego u Lenjingradu. To se objašnjava činjenicom da u Lenjingradu ima više oblačnih dana i manje prozirnosti zraka.

Albedo zemljine površine. Zemljina površina ima sposobnost reflektirati zrake koje padaju na nju. Količina apsorbiranog i reflektiranog zračenja ovisi o svojstvima zemljine površine. Omjer količine energije zračenja reflektirane od površine tijela i količine upadne energije zračenja naziva se albedo. Albedo karakterizira refleksivnost površine tijela. Kada, na primjer, kažu da je albedo svježe napadalog snijega 80-85%, to znači da se 80-85% cjelokupnog zračenja koje padne na snježnu površinu reflektira od njega.

Albedo snijega i leda ovisi o njihovoj čistoći. U industrijskim gradovima, zbog taloženja raznih nečistoća na snijegu, uglavnom čađe, albedo je manji. Naprotiv, u arktičkim regijama albedo snijega ponekad doseže 94%. Budući da je albedo snijega najveći u usporedbi s albedom drugih tipova zemljine površine, zagrijavanje zemljine površine dolazi slabo pod snježnim pokrivačem. Albedo zeljaste vegetacije i pijeska je znatno manji. Albedo zeljaste vegetacije iznosi 26%, a pijeska 30%. To znači da trava upija 74% sunčeve energije, a pijesak 70%. Apsorbirano zračenje koristi se za isparavanje, rast biljaka i grijanje.

PREDAVANJE 2.

SOLARNO ZRAČENJE.

Plan:

1. Vrijednost sunčevog zračenja za život na Zemlji.

2. Vrste sunčevog zračenja.

3. Spektralni sastav sunčevog zračenja.

4. Apsorpcija i disperzija zračenja.

5.PAR (fotosintetski aktivno zračenje).

6. Bilanca zračenja.

1. Glavni izvor energije na Zemlji za sva živa bića (biljke, životinje i čovjeka) je energija sunca.

Sunce je plinovita kugla polumjera 695300 km. Polumjer Sunca je 109 puta veći od polumjera Zemlje (ekvatorijalni 6378,2 km, polarni 6356,8 km). Sunce se sastoji uglavnom od vodika (64%) i helija (32%). Ostatak čini samo 4% njegove mase.

Sunčeva energija je glavni uvjet za postojanje biosfere i jedan od glavnih čimbenika stvaranja klime. Zbog energije Sunca, zračne mase u atmosferi se neprestano kreću, što osigurava stalnost plinskog sastava atmosfere. Pod djelovanjem sunčevog zračenja ogromna količina vode isparava s površine rezervoara, tla, biljaka. Vodena para nošena vjetrom iz oceana i mora na kontinente glavni je izvor padalina za kopno.

Sunčeva energija neizostavan je uvjet za postojanje zelenih biljaka koje tijekom fotosinteze pretvaraju sunčevu energiju u visokoenergetske organske tvari.

Rast i razvoj biljaka je proces asimilacije i prerade sunčeve energije, stoga je poljoprivredna proizvodnja moguća samo ako sunčeva energija dospije na površinu Zemlje. Ruski znanstvenik je napisao: “Dajte najboljem kuharu koliko želite. svježi zrak, sunčeva svjetlost, cijela rijeka čista voda, zamolite ga da od svega toga skuha šećer, škrob, masti i žitarice, pa će misliti da mu se smijete. Ali ono što se čovjeku čini apsolutno fantastičnim, nesmetano se ostvaruje u zelenom lišću biljaka pod utjecajem energije Sunca. Procjenjuje se da je 1 sq. metar lišća na sat daje gram šećera. Zbog činjenice da je Zemlja okružena kontinuiranim omotačem atmosfere, sunčeve zrake, prije nego što stignu do zemljine površine, prolaze kroz cijelu debljinu atmosfere, koja ih dijelom reflektira, dijelom raspršuje, tj. mijenja količinu i kvalitetu sunčeve svjetlosti koja ulazi u zemljinu površinu. Živi organizmi osjetljivi su na promjene u intenzitetu osvjetljenja koje stvara sunčevo zračenje. Zbog različitog odgovora na intenzitet svjetlosti, svi oblici vegetacije dijele se na svjetloljubive i otporne na sjenu. Nedovoljno osvjetljenje u usjevima uzrokuje, na primjer, slabu diferencijaciju tkiva slame žitnih usjeva. Zbog toga se smanjuje čvrstoća i elastičnost tkiva, što često dovodi do polijeganja usjeva. U zgusnutim usjevima kukuruza, zbog slabe osvijetljenosti sunčevim zračenjem, oslabljeno je stvaranje klipa na biljkama.

Sunčevo zračenje utječe kemijski sastav Poljoprivredni proizvodi. Na primjer, sadržaj šećera u repi i voću, sadržaj proteina u zrnu pšenice izravno ovisi o broju sunčanih dana. Količina ulja u sjemenkama suncokreta, lana također raste s povećanjem dolaska sunčevog zračenja.

Osvjetljenje nadzemnih dijelova biljaka značajno utječe na apsorpciju korijena hranjivim tvarima. Pod slabim osvjetljenjem usporava se prijenos asimilata u korijenje, a kao rezultat toga inhibiraju se biosintetski procesi koji se odvijaju u biljnim stanicama.

Osvjetljenje također utječe na nastanak, širenje i razvoj biljnih bolesti. Razdoblje infekcije sastoji se od dvije faze, koje se međusobno razlikuju u odgovoru na faktor svjetlosti. Prvi od njih - stvarno klijanje spora i prodiranje zaraznog principa u tkiva zahvaćene kulture - u većini slučajeva ne ovisi o prisutnosti i intenzitetu svjetlosti. Drugi - nakon klijanja spora - najaktivniji je u uvjetima jakog osvjetljenja.

Pozitivan učinak svjetlosti također utječe na brzinu razvoja uzročnika bolesti u biljci domaćinu. To je posebno vidljivo kod gljiva hrđe. Što je više svjetla, to je kraća inkubacija pšenične linijske hrđe, ječmene žute hrđe, hrđe lana i graha itd. A to povećava broj generacija gljivica i pojačava intenzitet zaraze. Plodnost se kod ovog patogena povećava u uvjetima intenzivnog osvjetljenja.

Neke se bolesti najaktivnije razvijaju pri slabom osvjetljenju, što uzrokuje slabljenje biljaka i smanjenje njihove otpornosti na bolesti (uzročnici raznih vrsta truleži, osobito povrtnih kultura).

Trajanje rasvjete i biljke. Ritam sunčevog zračenja (izmjena svijetlih i tamnih dijelova dana) je najstabilniji i najpovratniji čimbenik okoliša iz godine u godinu. Kao rezultat dugogodišnjeg istraživanja, fiziolozi su utvrdili ovisnost prijelaza biljaka u generativni razvoj o određenom omjeru duljine dana i noći. U tom smislu, kulture prema fotoperiodičnoj reakciji mogu se svrstati u skupine: kratki dančiji razvoj kasni pri duljini dana duljem od 10 sati. Kratak dan potiče stvaranje cvjetova, a dugi ga sprječava. Takvi usjevi uključuju soju, rižu, proso, sirak, kukuruz itd.;

dug dan do 12-13 sati, zahtijevaju dugotrajno osvjetljenje za njihov razvoj. Njihov razvoj se ubrzava kada je dan duljine oko 20 sati.Ovi usjevi uključuju raž, zob, pšenicu, lan, grašak, špinat, djetelinu itd.;

neutralan s obzirom na duljinu dana, čiji razvoj ne ovisi o duljini dana, na primjer, rajčica, heljda, mahunarke, rabarbara.

Utvrđeno je da je za početak cvjetanja biljaka neophodna prevlast određenog spektralnog sastava u toku zračenja. Biljke kratkog dana razvijaju se brže kada maksimalno zračenje pada na plavo-ljubičaste zrake, a biljke dugog dana - na crvene. Trajanje svijetlog dijela dana (astronomska duljina dana) ovisi o dobu godine i geografskoj širini. Na ekvatoru je trajanje dana tijekom cijele godine 12 sati ± 30 minuta. Kada se nakon proljetnog ekvinocija (21.03.) kreće od ekvatora prema polovima, duljina dana raste prema sjeveru, a smanjuje prema jugu. Nakon jesenskog ekvinocija (23.09.) raspodjela duljine dana je obrnuta. Na sjevernoj hemisferi 22. lipnja je najduži dan čije trajanje iznosi 24 sata sjeverno od arktičkog kruga.Na sjevernoj hemisferi najkraći dan je 22. prosinca, a iza arktičkog kruga u zimskim mjesecima Sunce ne uopće izdići iznad horizonta. U srednjim geografskim širinama, na primjer, u Moskvi, duljina dana tijekom godine varira od 7 do 17,5 sati.

2. Vrste sunčevog zračenja.

Sunčevo zračenje sastoji se od tri komponente: izravnog sunčevog zračenja, raspršenog i ukupnog.

IZRAVNO SUNČEVO ZRAČENJES- zračenje koje dolazi sa sunca u atmosferu i zatim na površinu zemlje u obliku snopa paralelnih zraka. Njegov intenzitet se mjeri u kalorijama po cm2 u minuti. Ovisi o visini sunca i stanju atmosfere (naoblaka, prašina, vodena para). Godišnja količina izravnog sunčevog zračenja na horizontalnoj površini teritorija Stavropoljskog kraja iznosi 65-76 kcal/cm2/min. Na razini mora, uz visok položaj Sunca (ljeti, podne) i dobru prozirnost, izravno Sunčevo zračenje iznosi 1,5 kcal/cm2/min. Ovo je dio spektra kratke valne duljine. Kada tok izravnog sunčevog zračenja prolazi kroz atmosferu, on slabi zbog apsorpcije (oko 15%) i raspršenja (oko 25%) energije plinovima, aerosolima, oblacima.

Tok izravnog sunčevog zračenja koji pada na horizontalnu površinu naziva se insolacija. S= S grijeh Hoje vertikalna komponenta izravnog sunčevog zračenja.

S – količina topline koju prima površina okomita na gredu ,

Ho – visina Sunca, tj. kut koji čini sunčeva zraka s horizontalnom površinom .

Na granici atmosfere intenzitet sunčevog zračenja jeTako= 1,98 kcal/cm2/min. - prema međunarodnom ugovoru iz 1958. Zove se solarna konstanta. To bi bilo to na površini da je atmosfera apsolutno prozirna.

Riža. 2.1. Putanja sunčeve zrake u atmosferi na različitim visinama Sunca

RASPRŠENO ZRAČENJED – dio sunčevog zračenja kao rezultat raspršenja atmosferom odlazi natrag u svemir, ali značajan dio ulazi u Zemlju u obliku raspršenog zračenja. Maksimalno raspršeno zračenje + 1 kcal/cm2/min. Bilježi se na vedrom nebu, ako su na njemu visoki oblaci. Pod oblačnim nebom, spektar raspršenog zračenja sličan je sunčevom. Ovo je dio spektra kratke valne duljine. Valna duljina 0,17-4 mikrona.

UKUPNO ZRAČENJEQ- sastoji se od difuznog i izravnog zračenja na horizontalnu površinu. Q= S+ D.

Omjer izravnog i difuznog zračenja u sastavu ukupnog zračenja ovisi o visini Sunca, naoblaci i onečišćenju atmosfere te visini površine iznad razine mora. S povećanjem visine Sunca smanjuje se udio raspršenog zračenja na nebu bez oblaka. Što je atmosfera prozirnija i Sunce više, to je manji udio raspršenog zračenja. Kod kontinuirane guste naoblake, ukupno zračenje sastoji se isključivo od raspršenog zračenja. Zimi, zbog refleksije zračenja od snježnog pokrivača i njegovog sekundarnog raspršivanja u atmosferi, udio raspršenog zračenja u sastavu ukupnog zamjetno se povećava.

Svjetlost i toplina koju biljke primaju od Sunca rezultat je djelovanja ukupnog Sunčevog zračenja. Zato veliki značaj za poljoprivredu imati podatke o količinama zračenja koje prima površina po danu, mjesecu, sezona rasta, godina.

reflektirano sunčevo zračenje. Albedo. Ukupno zračenje koje je doprlo do površine zemlje, djelomično se reflektiralo od nje, stvara reflektirano sunčevo zračenje (RK), usmjereno sa površine zemlje u atmosferu. Vrijednost reflektiranog zračenja uvelike ovisi o svojstvima i stanju reflektirajuće površine: boji, hrapavosti, vlažnosti itd. Reflektivnost svake površine može se okarakterizirati njezinim albedom (Ak), koji se shvaća kao omjer reflektiranog sunčevog zračenja i reflektiranog sunčevog zračenja. ukupno. Albedo se obično izražava kao postotak:

Promatranja pokazuju da albedo raznih površina varira unutar relativno uskih granica (10...30%), s izuzetkom snijega i vode.

Albedo ovisi o vlažnosti tla s čijim povećanjem opada, što ima važnost u procesu promjene toplinskog režima navodnjavanih polja. Zbog smanjenja albeda, kada se tlo navlaži, apsorbirano zračenje se povećava. Albedo razne površine ima dobro izražen dnevni i godišnji hod, zbog ovisnosti albeda o visini Sunca. Najniža vrijednost albeda opažena je oko podneva, a tijekom godine - ljeti.

Vlastito zračenje Zemlje i protuzračenje atmosfere. Učinkovito zračenje. Zemljina površina kao fizičko tijelo s temperaturom iznad apsolutne nule (-273°C) izvor je zračenja koje se naziva Zemljino vlastito zračenje (E3). Usmjerava se u atmosferu i gotovo ga u potpunosti apsorbira vodena para, kapljice vode i ugljični dioksid sadržan u zraku. Zračenje Zemlje ovisi o temperaturi njezine površine.

Atmosfera se, apsorbirajući malu količinu sunčevog zračenja i gotovo svu energiju koju emitira zemljina površina, zagrijava i zauzvrat također zrači energijom. Oko 30% atmosferskog zračenja odlazi u svemir, a oko 70% dolazi do površine Zemlje i naziva se protuatmosfersko zračenje (Ea).

Količina energije koju emitira atmosfera izravno je proporcionalna njezinoj temperaturi, sadržaju ugljičnog dioksida, ozonu i naoblaci.

Površina Zemlje apsorbira ovo protuzračenje gotovo u cijelosti (za 90...99%). Stoga je uz apsorbirano sunčevo zračenje važan izvor topline za Zemljinu površinu. Ovaj utjecaj atmosfere na toplinski režim Zemlje naziva se staklenik ili efekt staklenika zbog vanjske analogije s djelovanjem stakla u staklenicima i staklenicima. Staklo dobro propušta sunčeve zrake koje zagrijavaju tlo i biljke, ali zadržava toplinsko zračenje zagrijanog tla i biljaka.

Razlika između vlastitog zračenja Zemljine površine i protuzračenja atmosfere naziva se efektivno zračenje: Eef.

Eef= E3-Ea

Za vedrih i malo oblačnih noći efektivno zračenje mnogo je veće nego za oblačnih noći, pa je stoga veće i noćno hlađenje zemljine površine. Tijekom dana je blokiran apsorbiranim ukupnim zračenjem, zbog čega površinska temperatura raste. Istovremeno se povećava i efektivno zračenje. Zemljina površina u srednjim geografskim širinama zbog efektivnog zračenja gubi 70...140 W/m2, što je otprilike polovica količine topline koju prima apsorpcijom sunčevog zračenja.

3. Spektralni sastav zračenja.

Sunce, kao izvor zračenja, ima različite emitirane valove. Tokovi energije zračenja duž valne duljine uvjetno se dijele na kratki val (x < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 µm) zračenje. Spektar sunčevog zračenja na granici zemljine atmosfere je praktički između valnih duljina od 0,17 do 4 mikrona, a zemaljskog i atmosferskog zračenja - od 4 do 120 mikrona. Prema tome, tokovi sunčevog zračenja (S, D, RK) odnose se na kratkovalno zračenje, a zračenje Zemlje (£3) i atmosfere (Ea) - na dugovalno zračenje.

Spektar sunčevog zračenja može se podijeliti na tri kvalitativno različita dijela: ultraljubičasto (Y< 0,40 мкм), ви­димую (0,40 мкм < Y < 0,75 µm) i infracrveno (0,76 µm < Y < 4 µm). Ispred ultraljubičastog dijela spektra sunčevog zračenja nalazi se rendgensko zračenje, a iza infracrvenog - radiozračenje Sunca. Na gornjoj granici atmosfere na ultraljubičasti dio spektra otpada oko 7% energije sunčevog zračenja, 46% na vidljivo i 47% na infracrveno.

Zračenje koje emitiraju zemlja i atmosfera naziva se daleko infracrveno zračenje.

Biološko djelovanje različiti tipovi zračenje na biljkama je drugačije. ultraljubičasto zračenje usporava procese rasta, ali ubrzava prolazak faza formiranja reproduktivnih organa kod biljaka.

Vrijednost infracrvenog zračenja, koji se aktivno apsorbira vodom u lišću i stabljikama biljaka, njegov je toplinski učinak, koji značajno utječe na rast i razvoj biljaka.

daleko infracrveno zračenje proizvodi samo toplinski učinak na biljke. Njegov utjecaj na rast i razvoj biljaka je neznatan.

Vidljivi dio solarni spektar, prvo, stvara osvjetljenje. Drugo, takozvano fiziološko zračenje (A, = 0,35 ... 0,75 μm), koje apsorbiraju pigmenti lišća, gotovo se podudara s područjem vidljivog zračenja (djelomično hvata područje ultraljubičastog zračenja). Njegova energija ima važno regulatorno i energetsko značenje u životu biljaka. Unutar ovog područja spektra razlikuje se područje fotosintetski aktivnog zračenja.

4. Apsorpcija i raspršenje zračenja u atmosferi.

Prolazeći kroz zemljinu atmosferu, sunčevo zračenje je prigušeno zbog apsorpcije i raspršenja atmosferskim plinovima i aerosolima. Istovremeno se mijenja i njegov spektralni sastav. Na različitim visinama sunca i različitim visinama promatračke točke iznad površine zemlje, duljina puta koju prijeđe sunčeva zraka u atmosferi nije ista. Smanjenjem nadmorske visine osobito jako opada ultraljubičasti dio zračenja, nešto manje vidljivi, a tek neznatno infracrveni dio.

Raspršenje zračenja u atmosferi nastaje uglavnom kao rezultat kontinuiranih kolebanja (kolebanja) gustoće zraka u svakoj točki atmosfere, uzrokovanih stvaranjem i uništavanjem određenih "nakupina" (grudova) molekula atmosferskog plina. Čestice aerosola također raspršuju sunčevo zračenje. Intenzitet raspršenja karakterizira koeficijent raspršenja.

K = dodaj formulu.

Intenzitet raspršenja ovisi o broju čestica koje raspršuju po jedinici volumena, o njihovoj veličini i prirodi, te o valnim duljinama samog raspršenog zračenja.

Zrake se raspršuju to jače što je valna duljina kraća. Na primjer, ljubičaste zrake se raspršuju 14 puta više od crvenih, što objašnjava plavu boju neba. Kao što je gore navedeno (vidi odjeljak 2.2), izravno sunčevo zračenje koje prolazi kroz atmosferu djelomično se raspršuje. U čistom i suhom zraku, intenzitet molekularnog koeficijenta raspršenja pokorava se Rayleighovu zakonu:

k= s/Y4 ,

gdje je C koeficijent koji ovisi o broju molekula plina po jedinici volumena; X je duljina raspršenog vala.

Budući da su daleke valne duljine crvene svjetlosti gotovo dvostruko veće od valne duljine ljubičaste svjetlosti, prve se raspršuju molekulama zraka 14 puta manje od drugih. Budući da je početna energija (prije raspršenja) ljubičastih zraka manja od plave i plave, maksimum energije u raspršenoj svjetlosti (raspršeno sunčevo zračenje) prelazi na plavo-plave zrake, što određuje plavu boju neba. Dakle, difuzno zračenje je bogatije fotosintetski aktivnim zrakama od izravnog zračenja.

U zraku koji sadrži nečistoće (male kapljice vode, kristali leda, čestice prašine i sl.), raspršenje je jednako za sva područja vidljivog zračenja. Zbog toga nebo poprima bjelkastu nijansu (pojavljuje se izmaglica). Elementi oblaka (velike kapljice i kristali) uopće ne raspršuju sunčeve zrake, već ih difuzno odbijaju. Kao rezultat toga, oblaci obasjani Suncem su bijeli.

5. PAR (fotosintetski aktivno zračenje)

Fotosintetski aktivno zračenje. U procesu fotosinteze ne koristi se cijeli spektar sunčevog zračenja, već samo on

dio u rasponu valnih duljina od 0,38 ... 0,71 mikrona, - fotosintetski aktivno zračenje (PAR).

Poznato je da se vidljivo zračenje, koje ljudsko oko percipira kao bijelo, sastoji od obojenih zraka: crvene, narančaste, žute, zelene, plave, indigo i ljubičaste.

Asimilacija energije sunčevog zračenja listovima biljaka je selektivna (selektivna). Najintenzivnije lišće apsorbira plavo-ljubičaste (X = 0,48 ... 0,40 mikrona) i narančasto-crvene (X = 0,68 mikrona) zrake, manje žuto-zelene (A. = 0,58 ... 0,50 mikrona) i daleko crvene (A .\u003e 0,69 mikrona) zrake.

Na zemljinoj površini maksimum energije u spektru izravnog Sunčevog zračenja, kada je Sunce visoko, pada na područje žutozelenih zraka (Sunčev disk je žut). Kada je Sunce blizu horizonta, daleke crvene zrake imaju najveću energiju (Sunčev disk je crven). Stoga je energija izravne sunčeve svjetlosti malo uključena u proces fotosinteze.

Budući da je PAR jedan od najvažnijih čimbenika u produktivnosti poljoprivrednih biljaka, podaci o količini ulaznog PAR-a, uzimajući u obzir njegovu teritorijalnu i vremensku raspodjelu, od velikog su praktičnog značaja.

Intenzitet PAR se može mjeriti, ali za to su potrebni posebni svjetlosni filtri koji propuštaju samo valove u rasponu od 0,38 ... 0,71 mikrona. Takvi uređaji postoje, ali se ne koriste na mreži aktinometrijskih postaja, već mjere intenzitet integralnog spektra sunčevog zračenja. PAR vrijednost može se izračunati iz podataka o dolasku izravnog, difuznog ili ukupnog zračenja koristeći koeficijente koje je predložio H. G. Tooming i:

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

izrađene su karte distribucije mjesečnih i godišnjih količina Fara na području Rusije.

Za karakterizaciju stupnja korištenja PAR-a po usjevima, koristi se PAR učinkovitost:

KPIfar = (zbrojQ/ prednja svjetla/zbrojQ/ prednja svjetla) 100%,

Gdje iznosQ/ prednja svjetla- količina PAR potrošena na fotosintezu tijekom vegetacije biljaka; iznosQ/ prednja svjetla- iznos PAR-a primljen za usjeve tijekom ovog razdoblja;

Usjevi prema njihovim prosječnim vrijednostima CPIF-a podijeljeni su u skupine (prema): obično promatrano - 0,5 ... 1,5%; dobro-1,5...3,0; rekord - 3,5 ... 5,0; teoretski moguće - 6,0 ... 8,0%.

6. RADIJACIJSKA BILANCA ZEMLJINE POVRŠINE

Razlika između ulaznog i izlaznog toka energije zračenja naziva se bilanca zračenja Zemljine površine (B).

Ulazni dio radijacijske bilance zemljine površine tijekom dana sastoji se od izravnog sunčevog i difuznog zračenja, te atmosferskog zračenja. Rashodni dio bilance je zračenje zemljine površine i reflektirano sunčevo zračenje:

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

Jednadžba se može napisati i u drugom obliku: B = Q- RK - Uf.

Za noćno vrijeme jednadžba bilance zračenja ima sljedeći oblik:

B \u003d Ea - E3, ili B \u003d -Eef.

Ako je ulaz zračenja veći od izlaza, tada je bilanca zračenja pozitivna i aktivna površina* se zagrijava. Uz negativnu bilancu, hladi se. Ljeti je bilanca zračenja danju pozitivna, a noću negativna. Prijelaz preko nule događa se ujutro otprilike 1 sat nakon izlaska sunca, a navečer 1-2 sata prije zalaska sunca.

Godišnja bilanca zračenja u područjima gdje je uspostavljen stabilan snježni pokrivač ima negativne vrijednosti u hladnoj sezoni, a pozitivne vrijednosti u toploj sezoni.

Ravnoteža zračenja zemljine površine značajno utječe na raspodjelu temperature u tlu i površinskom sloju atmosfere, kao i na procese isparavanja i otapanja snijega, stvaranje magle i mraza, promjene svojstava zračnih masa (njihove transformacija).

Poznavanje režima zračenja poljoprivrednog zemljišta omogućuje izračunavanje količine zračenja koju apsorbiraju usjevi i tlo ovisno o visini Sunca, strukturi usjeva i fazi razvoja biljaka. Podaci o režimu također su potrebni za ocjenu različitih načina regulacije temperature i vlage tla, isparavanja, o čemu ovisi rast i razvoj biljaka, formiranje usjeva, njegova količina i kvaliteta.

Učinkovite agronomske metode utjecaja na zračenje, a time i toplinski režim aktivne površine su malčiranje (prekrivanje tla tankim slojem komadića treseta, trulog stajnjaka, piljevine i sl.), prekrivanje tla plastičnom folijom i navodnjavanje. . Sve to mijenja sposobnost refleksije i apsorpcije aktivne površine.

* Aktivna površina - površina tla, vode ili vegetacije, koja izravno apsorbira sunčevo i atmosfersko zračenje i emitira zračenje u atmosferu, čime se regulira toplinski režim susjednih slojeva zraka i nižih slojeva tla, vode, vegetacije.

Sunce je izvor korpuskularnog i elektromagnetskog zračenja. Korpuskularno zračenje ne prodire u atmosferu ispod 90 km, dok elektromagnetsko zračenje dopire do površine zemlje. U meteorologiji se zove solarno zračenje ili jednostavno radijacija. To je dvomilijarditi dio ukupne energije Sunca i putuje od Sunca do Zemlje za 8,3 minute. Sunčevo zračenje je izvor energije za gotovo sve procese koji se odvijaju u atmosferi i na zemljinoj površini. Uglavnom je kratkovalno i sastoji se od nevidljivog ultraljubičastog zračenja - 9%, vidljivog svjetla - 47% i nevidljivog infracrvenog zračenja - 44%. Budući da je gotovo polovica sunčevog zračenja vidljiva svjetlost, Sunce je izvor ne samo topline, već i svjetlosti. nužan uvjet za život na zemlji.

Zračenje koje na Zemlju dolazi izravno sa sunčevog diska naziva se direktno sunčevo zračenje. Zbog činjenice da je udaljenost od Sunca do Zemlje velika, a Zemlja mala, zračenje pada na bilo koju njegovu površinu u obliku snopa paralelnih zraka.

Sunčevo zračenje ima određenu gustoću toka po jedinici površine u jedinici vremena. Mjerna jedinica intenziteta zračenja je količina energije (u džulima ili kalorijama 1) koju primi 1 cm 2 površine u minuti kada sunčeve zrake padaju okomito. Na gornjoj granici atmosfere, na prosječnoj udaljenosti od Zemlje do Sunca, iznosi 8,3 J/cm 2 po minuti, odnosno 1,98 cal/cm 2 po minuti. Ova je vrijednost prihvaćena kao međunarodni standard i naziva se solarna konstanta(S0). Njegove periodične fluktuacije tijekom godine su beznačajne (+ 3,3%) i uzrokovane su promjenom udaljenosti od Zemlje do

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

2 Podnevna visina Sunca ovisi o geografskoj širini i deklinaciji Sunca.

Sunce. Neperiodične fluktuacije uzrokovane su različitom emisivnošću Sunca. Klima u gornjem dijelu atmosfere naziva se radijacija ili solarni. Izračunava se teoretski, na temelju kuta nagiba sunčevih zraka na vodoravnoj površini.

Općenito govoreći, sunčeva se klima odražava na zemljinu površinu. Pritom se realno zračenje i temperatura na Zemlji znatno razlikuju od Sunčeve klime zbog različitih zemaljskih čimbenika. Glavni je slabljenje zračenja u atmosferi zbog refleksije, apsorpcije I rasipanje, a također i kao rezultat refleksije zračenja sa zemljine površine.

U gornjem dijelu atmosfere svo zračenje dolazi u obliku izravnog zračenja. Prema S. P. Khromovu i M. A. Petrosyantsu, 21% se reflektira od oblaka i zraka natrag u svemir. Ostatak zračenja ulazi u atmosferu, gdje se izravno zračenje djelomično apsorbira i raspršuje. Preostalo izravno zračenje(24%) dospijeva na površinu zemlje, ali je oslabljen. Obrasci njegovog slabljenja u atmosferi izraženi su Bouguerovim zakonom: S=S 0 popodne(J, ili cal / cm 2, po min), gdje je S količina izravnog sunčevog zračenja koja je stigla do površine zemlje, po jedinici površine (cm 2) koja se nalazi okomito na sunčeve zrake, S 0 je solarna konstanta, R- koeficijent prozirnosti u djelićima jedinice, koji pokazuje koliki je dio zračenja dospio do Zemljine površine, T je duljina putanje snopa u atmosferi.

U stvarnosti, sunčeve zrake padaju na zemljinu površinu i na bilo koju drugu razinu atmosfere pod kutom manjim od 90°. Tok izravnog sunčevog zračenja na horizontalnu površinu naziva se insolacija(5,). Izračunava se formulom S 1 \u003d S sin h ☼ (J, ili cal / cm 2, po minuti), gdje je h ☼ visina Sunca 2. Naravno, manja je količina po jedinici horizontalne površine

energije nego po jedinici površine koja se nalazi okomito na sunčeve zrake (slika 22).

U atmosferi apsorbiran oko 23% i rasipa se oko 32% izravnog sunčevog zračenja ulazi u atmosferu, pri čemu 26% raspršenog zračenja zatim dolazi na površinu zemlje, a 6% odlazi u svemir.

Sunčevo zračenje prolazi ne samo kvantitativne već i kvalitativne promjene u atmosferi, budući da zračni plinovi i aerosoli selektivno apsorbiraju i raspršuju sunčeve zrake. Glavni apsorberi zračenja su vodena para, oblaci i aerosoli, te ozon koji snažno apsorbira ultraljubičasto zračenje. Molekule koje sudjeluju u raspršenju zračenja različiti plinovi i aerosoli. Raspršivanje- skretanje svjetlosnih zraka u svim smjerovima od prvobitnog smjera, tako da raspršeno zračenje dolazi na zemljinu površinu ne sa Sunčevog diska, već sa cijelog nebeskog svoda. Raspršenje ovisi o valnoj duljini: prema Rayleighovu zakonu, što je valna duljina kraća, to je raspršenje intenzivnije. Dakle, najviše se raspršuju ultraljubičaste zrake, a od vidljivih ljubičaste i plave. Otuda plava boja zraka i, shodno tome, nebo za vedrog vremena. Izravno zračenje, s druge strane, ispada da je uglavnom žuto, pa solarni disk izgleda žućkasto. Pri izlasku i zalasku Sunca, kada je put zrake u atmosferi duži i raspršenje veće, samo crvene zrake dopiru do površine, zbog čega Sunce izgleda crveno. Raspršeno zračenje uzrokuje svjetlost danju za oblačnog vremena i u sjeni za vedrog vremena, s njim se povezuje pojava sumraka i bijelih noći. Na Mjesecu, gdje nema atmosfere i, shodno tome, raspršenog zračenja, objekti koji padnu u sjenu postaju potpuno nevidljivi.

S visinom, kako se gustoća zraka smanjuje, a time i broj čestica koje se raspršuju, boja neba postaje tamnija, prvo prelazi u tamnoplavu, zatim u plavoljubičastu, koja se jasno vidi u planinama i odražava u Himalajski krajolici N. Roericha. U stratosferi je boja zraka crna i ljubičasta. Astronauti svjedoče da je na visini od 300 km boja neba crna.

U prisutnosti velikih aerosola, kapljica i kristala u atmosferi, više se ne radi o raspršenju, već o difuznoj refleksiji, a budući da je difuzno odbijeno zračenje bijela svjetlost, boja neba postaje bjelkasta.

Izravno i difuzno Sunčevo zračenje ima određeni dnevni i godišnji hod, koji prvenstveno ovisi o visini Sunca.

Riža. 22. Dotok sunčevog zračenja na plohu AB, okomitu na zrake, i na horizontalnu plohu AC (prema S. P. Khromovu)

iznad horizonta, od prozirnosti zraka i naoblake.

Tok izravnog zračenja u tijekom dana raste od izlaska Sunca do podneva, a zatim opada do zalaska Sunca zbog promjene visine Sunca i putanje snopa u atmosferi. No, budući da se prozirnost atmosfere smanjuje oko podneva zbog povećanja vodene pare u zraku i prašine, a povećava se konvektivna naoblaka, maksimalne vrijednosti zračenja pomiču se u prijepodnevne sate. Ovaj je obrazac svojstven ekvatorijalno-tropskim geografskim širinama tijekom cijele godine, au umjerenim geografskim širinama ljeti. Zimi, u umjerenim geografskim širinama, maksimum zračenja javlja se u podne.

godišnji tečaj Mjesečne prosječne vrijednosti izravnog zračenja ovise o geografskoj širini. Na ekvatoru godišnji hod izravnog zračenja ima oblik dvostrukog vala: maksimumi u razdobljima proljetnog i jesenskog ekvinocija, minimumi u razdobljima ljetnog i zimskog solsticija. U umjerenim geografskim širinama maksimalne vrijednosti direktno zračenje javlja se u proljeće (travanj na sjevernoj hemisferi), a ne u ljetnim mjesecima, jer je zrak u to vrijeme prozirniji zbog manjeg sadržaja vodene pare i prašine, kao i male naoblake. Minimum zračenja uočava se u prosincu, kada je sunce najmanje, a dan je kratak i to je najoblačniji mjesec u godini.

Dnevni i godišnji hod raspršenog zračenja je određena promjenom visine Sunca nad horizontom i duljinom dana, kao i prozirnošću atmosfere. Maksimum raspršenog zračenja tijekom dana uočava se tijekom dana s povećanjem zračenja u cjelini, iako je njegov udio u jutarnjim i večernjim satima veći od izravnog zračenja, a tijekom dana, naprotiv, izravno zračenje prevladava nad difuzno zračenje. Godišnji hod raspršenog zračenja na ekvatoru uglavnom ponavlja hod ravne linije. U ostalim geografskim širinama veći je ljeti nego zimi, zbog povećanja ukupnog dotoka sunčevog zračenja ljeti.

Omjer između izravnog i raspršenog zračenja varira ovisno o visini Sunca, prozirnosti atmosfere i naoblaci.

Omjeri između izravnog i raspršenog zračenja nisu isti na različitim geografskim širinama. U polarnim i subpolarnim područjima raspršeno zračenje čini 70% ukupnog toka zračenja. Na njegovu vrijednost, osim niskog položaja Sunca i naoblake, utječe i višestruka refleksija sunčevog zračenja od snježne površine. Počevši od umjerenih geografskih širina pa gotovo do ekvatora, izravno zračenje prevladava nad raspršenim zračenjem. Njegova apsolutna i relativna važnost posebno je velika u kopnenim tropskim pustinjama (Sahara, Arabija), koje karakteriziraju minimalna naoblaka i čisti suhi zrak. Uzduž ekvatora raspršeno zračenje ponovno dominira nad pravolinijskim zbog visoke vlažnosti zraka i prisutnosti kumulusa koji dobro raspršuju sunčevo zračenje.

S povećanjem nadmorske visine mjesta, apsolutna vrijednost značajno raste. 23. Godišnja količina ukupnog sunčevog zračenja [MJ / (m 2 x godina)]

a relativna veličina izravnog zračenja i raspršenog zračenja opada kako sloj atmosfere postaje tanji. Na visini od 50-60 km izravni tok zračenja približava se solarnoj konstanti.

Sve sunčevo zračenje - izravno i difuzno, koje dolazi do površine zemlje, naziva se ukupno zračenje: (Q=S· sinh¤+D gdje je Q ukupno zračenje, S direktno, D difuzno, h ¤ visina Sunca iznad horizonta. Ukupno zračenje je oko 50% sunčevog zračenja koje dolazi na gornju granicu atmosfere.

Uz nebo bez oblaka, ukupno zračenje je značajno i ima dnevnu varijaciju s maksimumom oko podneva i godišnju varijaciju s maksimumom ljeti. Naoblaka smanjuje zračenje, pa je ljeti njegov dolazak u prijepodnevnim satima u prosjeku veći nego u poslijepodnevnim satima. Iz istog je razloga veća u prvoj polovici godine nego u drugoj.

Uočava se niz pravilnosti u raspodjeli ukupne radijacije na zemljinoj površini.

Glavna pravilnost je da je ukupno zračenje raspoređeno zonski, spuštajući se s ekvatorijalnog tropa

ic geografske sirine prema polovima u skladu sa smanjenjem upadnog kuta suncevih zraka (slika 23). Odstupanja od zonalne raspodjele objašnjavaju se različitom naoblakom i prozirnošću atmosfere. Najveće godišnje vrijednosti ukupnog zračenja 7200 - 7500 MJ / m 2 godišnje (oko 200 kcal / cm 2 godišnje) padaju na tropske geografske širine, gdje je mala naoblaka i niska vlažnost zraka. U kopnenim tropskim pustinjama (Sahara, Arabija), gdje postoji obilje izravnog zračenja i gotovo da nema oblaka, ukupno sunčevo zračenje doseže i više od 8000 MJ/m 2 godišnje (do 220 kcal/cm 2 godišnje). . U blizini ekvatora ukupna radijacija opada na 5600 - 6500 MJ/m godišnje (140-160 kcal/cm 2 godišnje) zbog značajne naoblake, visoke vlažnosti i manje prozirnosti zraka. U umjerenim geografskim širinama ukupno zračenje iznosi 5000 - 3500 MJ / m 2 godišnje (≈ 120 - 80 kcal / cm 2 godišnje), u polarnim područjima - 2500 MJ / m 2 godišnje (≈60 kcal / cm 2 godišnje). ). Štoviše, na Antarktici je 1,5-2 puta veći nego na Arktiku, prvenstveno zbog veće apsolutne visine kopna (više od 3 km), a time i niske gustoće zraka, njegove suhoće i prozirnosti, kao i oblačnog vremena. Zonalnost ukupnog zračenja bolje je izražena nad oceanima nego nad kontinentima.

Drugi važan obrazac ukupno zračenje je to kontinenti ga primaju više nego oceani, zbog manje (15-30%) naoblake preko

kontinenata. Jedina iznimka su ekvatorijalne širine, jer je tijekom dana konvektivna naoblaka nad oceanom manja nego nad kopnom.

Treća značajka je li to na sjevernoj, više kontinentalnoj hemisferi, ukupno zračenje općenito je veće nego na južnoj oceanskoj.

U lipnju najveće mjesečne količine Sunčevog zračenja prima sjeverna hemisfera, posebice kopneni tropski i suptropski krajevi. U umjerenim i polarnim geografskim širinama količina zračenja neznatno varira po geografskim širinama, budući da se smanjenje upadnog kuta zraka kompenzira trajanjem sunčevog sjaja, sve do polarnog dana iza arktičkog kruga. Na južnoj hemisferi, s povećanjem zemljopisne širine, radijacija brzo opada i jednaka je nuli iza Antarktičkog kruga.

U prosincu južna hemisfera prima više zračenja od sjeverne. U ovom trenutku najveće mjesečne količine sunčeve topline padaju na pustinje Australije i Kalaharija; dalje u umjerenim geografskim širinama, zračenje se postupno smanjuje, ali na Antarktici ponovno raste i doseže iste vrijednosti kao u tropima. Na sjevernoj hemisferi, s povećanjem zemljopisne širine, brzo se smanjuje i nema ga izvan Arktičkog kruga.

Općenito, najveća godišnja amplituda ukupnog zračenja opažena je izvan polarnih krugova, posebno na Antarktici, najmanja - u ekvatorijalnoj zoni.

PREDAVANJE 3

RAVNOTEŽA ZRAČENJA I NJENE KOMPONENTE

Sunčevo zračenje koje dopire do Zemljine površine dijelom se odbija od nje, a dijelom apsorbira Zemlja. Međutim, Zemlja ne samo da apsorbira zračenje, već i sama emitira dugovalno zračenje u okolnu atmosferu. Atmosfera, apsorbirajući dio Sunčevog zračenja i veći dio zračenja Zemljine površine, sama emitira i dugovalno zračenje. Većina tog atmosferskog zračenja usmjerena je prema zemljinoj površini. To se zoveprotuzračenje atmosfere .

Razlika između tokova energije zračenja koja dolazi u aktivni sloj Zemlje i napušta ga tzvravnoteža zračenja aktivni sloj.

Bilanca zračenja sastoji se od kratkovalnog i dugovalnog zračenja. Uključuje sljedeće elemente, koji se nazivaju komponente bilance zračenja:izravno zračenje, difuzno zračenje, reflektirano zračenje (kratkovalno), zračenje zemljine površine, protuzračenje atmosfere .

Razmotrimo komponente ravnoteže zračenja.

direktno sunčevo zračenje

Energetska iluminacija izravnog zračenja ovisi o visini Sunca i prozirnosti atmosfere i raste s povećanjem nadmorske visine. Oblaci donjeg sloja obično potpuno ili gotovo ne propuštaju izravno zračenje.

Valne duljine sunčevog zračenja koje dopire do Zemljine površine leže u rasponu od 0,29-4,0 mikrona. Otprilike polovica njegove energije dolazi iz fluorosintetski aktivno zračenje. U području PAR Slabljenje zračenja sa smanjenjem visine Sunca događa se brže nego u području infracrvenog zračenja. Dolazak izravnog sunčevog zračenja, kao što je već spomenuto, ovisi o visini Sunca iznad horizonta, koja varira kako tijekom dana tako i tijekom godine. Time se određuje dnevni i godišnji hod izravnog zračenja.

Promjena izravnog zračenja tijekom dana bez oblaka (dnevna varijacija) izražava se unimodalnom krivuljom s maksimumom u pravo sunčevo podne. Ljeti se iznad kopna maksimum može dogoditi prije podneva, budući da se prašnjavost atmosfere povećava do podneva.

Kada se kreće od polova prema ekvatoru, povećava se dolazak izravnog zračenja u bilo koje doba godine, jer se time povećava podnevna visina Sunca.

Godišnji hod izravnog zračenja najizraženiji je na polovima, jer zimi Sunčevog zračenja uopće nema, a ljeti njegov dolazak doseže 900 W/m². U srednjim geografskim širinama maksimum izravnog zračenja ponekad se opaža ne ljeti, već u proljeće, budući da se u ljetnim mjesecima, zbog povećanja sadržaja vodene pare i prašine, smanjuje prozirnost atmosfere / minimum pada u razdoblju blizu zimskog solsticija (prosinac). Na ekvatoru postoje dva maksimuma, jednaka približno 920 W / m² u danima proljetnog i jesenskog ekvinocija, i dva minimuma (oko 550 W / m²) u danima ljetnog i zimskog solsticija.

raspršeno zračenje

Maksimum raspršenog zračenja obično je puno manji od maksimuma izravnog zračenja. Što je veća visina Sunca i veća zagađenost atmosfere, to je veći tok raspršenog zračenja. Oblaci koji ne prekrivaju Sunce povećavaju količinu raspršenog zračenja u usporedbi s vedrim nebom. Ovisnost dolaska raspršenog zračenja o naoblaci je složena. Određen je vrstom i količinom oblaka, njihovom vertikalnom snagom i optičkim svojstvima. Raspršeno zračenje oblačnog neba može fluktuirati više od 10 puta.

Snježni pokrivač, reflektirajući do 70-90% izravnog zračenja, povećava difuzno zračenje koje se zatim raspršuje u atmosferi. S povećanjem visine mjesta iznad razine mora raspršeno zračenje pri vedrom nebu opada.

Dnevni i godišnji tečaj raspršeno zračenje pod vedrim nebom općenito odgovara tijeku izravnog zračenja. Međutim, ujutro se raspršeno zračenje pojavljuje i prije izlaska sunca, a navečer još uvijek ulazi u razdoblju sumraka, odnosno nakon zalaska sunca. U godišnjem hodu maksimum raspršenog zračenja opaža se ljeti.

Ukupno zračenje

Zbroj raspršenog i izravnog zračenja upadnog na horizontalnu površinu naziva seukupno zračenje .

To je glavna komponenta bilance zračenja. Njegov spektralni sastav, u usporedbi s izravnim i raspršenim zračenjem, stabilniji je i gotovo ne ovisi o visini Sunca kada je veća od 15 °.

Omjer izravnog i raspršenog zračenja u sastavu ukupnog zračenja ovisi o visini Sunca, naoblaci i onečišćenju atmosfere. S povećanjem visine Sunca smanjuje se udio raspršenog zračenja na nebu bez oblaka. Što je atmosfera prozirnija, to je manji udio raspršenog zračenja. Kod kontinuirane guste naoblake, ukupno zračenje sastoji se isključivo od raspršenog zračenja. Zimi, zbog refleksije zračenja od snježnog pokrivača i njegovog sekundarnog raspršivanja u atmosferi, udio raspršenog zračenja u sastavu ukupnog zamjetno se povećava.

Dolazak ukupnog zračenja u prisutnosti naoblake varira u širokom rasponu. Njegov najveći dolazak opaža se pri vedrom nebu ili uz malu naoblaku koja ne prekriva Sunce.

U dnevnom i godišnjem hodu promjene ukupne radijacije gotovo su izravno proporcionalne promjeni visine Sunca. U dnevnom hodu maksimum ukupne radijacije uz bez oblaka obično se javlja u podne. U godišnjem tijeku, maksimum ukupnog zračenja opaža se na sjevernoj hemisferi obično u lipnju, na južnoj - u prosincu.

reflektirano zračenje. Albedo

Dio ukupne radijacije koja dolazi do aktivnog sloja Zemlje reflektira se od njega. Naziva se omjer reflektiranog dijela zračenja prema ukupnom dolaznom zračenjurefleksivnost , ilialbedo (A) dana temeljna površina.

Albedo površine ovisi o njezinoj boji, hrapavosti, vlažnosti i drugim svojstvima.

Albedo raznih prirodnih površina (prema V. L. Gaevsky i M. I. Budyko)

Površinski	Albedo, %	Površinski	Albedo, %
Svježi suhi snijeg	80-95	Polja raži i pšenice	10-25
zagađeni snijeg	40-50	polja krumpira	15-25
morski led	30-40	polja pamuka	20-25
tamna tla	5-15	livade	15-25
Suha glinena tla	20-35	suha stepa	20-30

Albedo vodenih površina na solarnoj visini iznad 60 ° manji je od albeda kopna, budući da se sunčeve zrake, prodirući u vodu, u velikoj mjeri apsorbiraju i raspršuju u njoj. Sa čistim padom zraka, A \u003d 2-5%, s visinom Sunca manjom od 10 ° A \u003d 50-70%. Veliki albedo leda i snijega uvjetuje spor tijek proljeća u polarnim područjima i tamošnje očuvanje vječnog leda.

Promatranja albeda kopna, mora i naoblake provode se s umjetnih Zemljinih satelita. Albedo mora omogućuje izračunavanje visine valova, albedo oblaka karakterizira njihovu snagu, a albedo različitih dijelova kopna omogućuje procjenu stupnja snježne pokrivenosti polja i stanja vegetacije.

Albedo svih površina, a posebno vodenih, ovisi o visini Sunca: najniži albedo javlja se u podne, najviši - ujutro i navečer. To je zbog činjenice da se na maloj visini Sunca povećava udio raspršenog zračenja u sastavu ukupnog zračenja, koje se u većoj mjeri od izravnog zračenja reflektira od hrapave podloge.

Dugovalno zračenje Zemlje i atmosfere

zemaljsko zračenjenešto manje od zračenja crnog tijela pri istoj temperaturi.

Zračenje sa zemljine površine je kontinuirano. Što je viša temperatura površine koja zrači, to je njeno zračenje intenzivnije. Prisutna je i kontinuirana emisija atmosfere koja, apsorbirajući dio sunčevog zračenja i zračenja zemljine površine, i sama emitira dugovalno zračenje.

U umjerenim geografskim širinama, s nebom bez oblaka, atmosfersko zračenje je 280-350 W / m², au slučaju oblačnog neba je 20-30% više. Oko 62-64% ovog zračenja je usmjereno prema zemljinoj površini. Njegov dolazak na zemljinu površinu je protuzračenje atmosfere. Razlika između ova dva toka karakterizira gubitak energije zračenja od strane aktivnog sloja. Ova razlika se zoveefektivno zračenje Eeff .

Učinkovito zračenje aktivnog sloja ovisi o njegovoj temperaturi, o temperaturi i vlažnosti zraka te o naoblaci. S porastom temperature zemljine površine Eeff raste, a s porastom temperature i vlažnosti zraka opada. Oblaci posebno utječu na efektivno zračenje, jer kapljice oblaka zrače gotovo na isti način kao i aktivni sloj Zemlje. U prosjeku, Eef noću i danju s vedrim nebom na različitim točkama na zemljinoj površini varira unutar 70-140 W / m².

dnevni tečaj efektivno zračenje karakterizira maksimum 12-14 h i minimum prije izlaska sunca.godišnji tečaj efektivno zračenje u regijama s kontinentalnom klimom karakterizirano je maksimumom u ljetnim mjesecima i minimumom zimi. U područjima s morskom klimom, godišnja varijacija efektivnog zračenja je manje izražena nego u područjima koja se nalaze u unutrašnjosti

Zračenje sa zemljine površine apsorbiraju vodena para i ugljični dioksid sadržani u zraku. Ali kratkovalno zračenje Sunca većinom se prenosi atmosferom. Ovo svojstvo atmosfere naziva se"efekt staklenika" , budući da atmosfera u ovom slučaju djeluje poput stakla u staklenicima: staklo dobro propušta sunčeve zrake, zagrijavajući tlo i biljke u stakleniku, ali slabo propušta toplinsko zračenje zagrijanog tla u vanjski prostor. Izračuni pokazuju da bi u nedostatku atmosfere prosječna temperatura aktivnog sloja Zemlje bila 38°C niža od stvarno opažene, a Zemlja bi bila prekrivena vječnim ledom.

Ako je ulaz zračenja veći od izlaza, tada je bilanca zračenja pozitivna i aktivni sloj Zemlje se zagrijava. S negativnom ravnotežom zračenja ovaj se sloj hladi. Bilanca zračenja je obično pozitivna danju, a negativna noću. Otprilike 1-2 sata prije zalaska sunca postaje negativan, a ujutro u prosjeku 1 sat nakon izlaska ponovno postaje pozitivan. Tijek bilance zračenja danju uz vedro nebo približan je hodu izravnog zračenja.

Proučavanje bilance zračenja poljoprivrednog zemljišta omogućuje izračunavanje količine zračenja koju apsorbiraju usjevi i tlo, ovisno o visini Sunca, strukturi usjeva i fazi razvoja biljaka. Za procjenu različitih načina regulacije temperature i vlage u tlu, isparavanja i drugih veličina utvrđuje se bilanca zračenja poljoprivrednih polja za različite vrste vegetacijskog pokrova.

Metode mjerenja Sunčevog zračenja i komponente radijacijske bilance

Za mjerenje tokova sunčevog zračenja koriste seapsolutni Irelativna metode i u skladu s tim razvijeni apsolutni i relativni aktinometrijski instrumenti. Apsolutni instrumenti obično se koriste samo za kalibraciju i verifikaciju relativnih instrumenata.

Relativni instrumenti koriste se za redovita motrenja na mreži meteoroloških postaja, kao iu ekspedicijama i terenskim motrenjima. Od njih se najviše koriste termoelektrični uređaji: aktinometar, piranometar i albedometar. Prijemnik sunčevog zračenja u ovim uređajima su termoelektrane, sastavljene od dva metala (obično manganina i konstantana). Ovisno o intenzitetu zračenja stvara se temperaturna razlika između spojeva termoelektrane i javlja se električna struja različite jakosti koja se mjeri galvanometrom. Za pretvaranje podjela galvanometarske ljestvice u apsolutne jedinice koriste se faktori pretvorbe koji se određuju za dati par: aktinometrijski uređaj - galvanometar.

Termoelektrični aktinometar (M-3) Savinov - Yanishevsky koristi se za mjerenje izravnog zračenja koje dolazi na površinu okomito na sunčeve zrake.

Piranometar (M-80M) Yanishevsky se koristi za mjerenje ukupnog i raspršenog zračenja koje dolazi na horizontalnu površinu.

Tijekom promatranja prijemni dio piranometra postavlja se vodoravno. Za određivanje raspršenog zračenja, piranometar je zasjenjen od izravnog zračenja sjenčanim zaslonom u obliku okruglog diska postavljenog na šipku na udaljenosti od 60 cm od prijemne površine. Pri mjerenju ukupnog zračenja ekran sjenila se pomakne u stranu

albedometar je ugrađen i piranometar. Za mjerenje reflektiranog zračenja. Za to se koristi uređaj koji omogućuje okretanje prijemnog dijela uređaja prema gore (za izravno mjerenje) i dolje (za mjerenje reflektiranog zračenja). Nakon određivanja ukupnog i reflektiranog zračenja albedometrom, izračunava se albedo podloge. Za terenska mjerenja koristi se marširajući albedometar M-69.

Mjerač termoelektrične ravnoteže M-10M. Ovaj uređaj se koristi za mjerenje ravnoteže zračenja temeljne površine.

Osim razmatranih uređaja koriste se i luksmetri - fotometrijski uređaji za mjerenje osvijetljenosti, spektrofotometri, razni uređaji za mjerenje PAR i dr. Mnogi aktinometrijski uređaji prilagođeni su za kontinuirano bilježenje komponenti bilance zračenja.

Važna karakteristika režima sunčevog zračenja je trajanje sunčevog sijanja. Koristi se za definiranjeheliograf .

U uvjeti na terenu najčešće se koriste piranometri, marširajući albedometri, balansmetri i svjetlomjeri. Za promatranje među biljkama najprikladniji su albedometri i luksmetri za kampiranje, kao i posebni mikropiranometri.