ALT и AST
13.10.2019

Какъв тип слънчева радиация се блокира от облаци? Какво определя количеството слънчева радиация?

Отговорът на въпроса какво е слънчева радиация е целият спектър на светлината, излъчвана от слънцето. Тя включва видимата светлина и всички други честоти на излъчване в електромагнитния спектър. В сравнение с познатите източници на енергия на Земята, Слънцето излъчва огромни количества енергия. Типът радиация, излъчвана от слънцето, е продукт на неговата топлина, която се причинява от ядрен синтез в ядрото на слънцето. Слънчевата радиация се изучава от учените, тъй като влиянието на Слънцето върху човешкото тяло и планетата като цяло е огромно.

Само малка част от слънчевата радиация някога достига Земята: по-голямата част от нея се излъчва в празното пространство. Въпреки това частта, която действително достига до Земята, е много по-голяма от количеството енергия, консумирана на Земята от източници като изкопаеми горива. Огромното количество енергия, излъчвано от слънцето, може да се обясни с голямата му маса и висока температура.

Видове слънчева радиация

Общата слънчева радиация, често наричана глобална радиация, е сумата от пряка, дифузна и отразена радиация. Слънчевата радиация, достъпна за нас, винаги е смес от горните три компонента.

Видове слънчева радиация

Директно излъчване

Директната радиация се получава от слънчевите лъчи, движещи се директно от слънцето към земята. Посоката на излъчване се нарича също излъчване на лъч или директно излъчване на лъч. Тъй като пряката радиация е слънчевите лъчи, движещи се по права линия, се образуват сенки на обекти, които се появяват на пътя на слънчевите лъчи. Сенките показват наличието на пряка радиация.
В слънчевите райони и през лятото пряката радиация представлява почти 70-80% от общата радиация. Слънчевите инсталации използват слънчево проследяване, за да абсорбират по-голямата част от пряката радиация. Ако не е инсталирана система за слънчево проследяване, ценната директна радиация няма да бъде уловена.

Дифузна радиация

Директното излъчване има фиксирана посока. Дифузното излъчване няма фиксирана посока. Когато слънчевите лъчи се разсейват от частици, присъстващи в атмосферата, тези разпръснати слънчеви лъчи представляват дифузна радиация.

С увеличаване на замърсяването се увеличава и количеството дифузна радиация. В хълмистите райони и през зимата процентът на дифузната радиация се увеличава. Максималното количество разсеяна радиация се улавя от слънчевите панели, когато се държат хоризонтално. Това означава, че със слънчеви панели, които са разположени под ъгъл, за да проследяват по-голямата част от пряката радиация, количеството разсеяна радиация, уловено от панелите, ще бъде намалено. Колкото по-голям е ъгълът, който слънчевите панели правят със земята, толкова по-малко ще бъде количеството разсеяна радиация, уловена от панелите.

Отразена и глобална радиация

Отразената радиация е компонентът на радиацията, който се отразява от повърхности, различни от въздушни частици. Радиацията, отразена от хълмове, дървета, къщи, водни тела, отразява отразената радиация. Отразената радиация обикновено съставлява малък процент от глобалната радиация, но може да допринесе до 15% в снежни райони.

Глобалната радиация е сумата от пряка, дифузна и отразена радиация. Слънчевата радиация е комбинация от ултравиолетови и инфрачервени вълни. Всеки от тези компоненти влияе на тялото по свой начин.

Влиянието на слънчевата радиация върху човешкото тяло

Говорейки за ефекта на слънцето върху човешкото тяло, е невъзможно да се определи точно. Какво въздействие има върху човешкото здраве, вреда или полза? Слънчевите лъчи излъчват ултравиолетова и инфрачервена радиация. Лъчите на слънцето са като килокалории, получени от храната. Недостигът им води до отслабване, а в излишък причиняват затлъстяване. Така е и в тази ситуация. Умереното количество слънчева радиация има положителен ефект върху тялото, докато излишната ултравиолетова радиация провокира изгаряния и развитието на редица заболявания. Влияние

Положителни ефекти от инфрачервеното лъчение

Основната характеристика на инфрачервените лъчи е, че те създават топлинен ефект, който има положителен ефект върху човешкото тяло. Нагревателният елемент помага за разширяване на кръвоносните съдове и нормализиране на кръвообращението. Топлината има релаксиращ ефект върху мускулите, осигурявайки лек противовъзпалителен и аналгетичен ефект. Под въздействието на топлината метаболизмът се увеличава и процесите на усвояване на биологично активните компоненти се нормализират. Инфрачервеното лъчение от слънцето стимулира мозъка и зрителния апарат.

Интересно! Благодарение на слънчевата радиация, той синхронизира биологичните ритми на тялото, като се започне от съня и бодърстването. Лечението с инфрачервени лъчи на слънцето подобрява състоянието на кожата и премахва акнето. Топлата светлина повдига настроението и подобрява емоционалния фон на човека. Те също така подобряват качеството на спермата при мъжете и потентността.

Положителни ефекти от ултравиолетовото лъчение

Въпреки всички спорове за отрицателните ефекти на ултравиолетовото лъчение върху тялото, липсата му може да доведе до сериозни здравословни проблеми. Това е един от най-важните фактори за съществуване. А липсата на ултравиолетова светлина в тялото води до следните промени:
Първо, отслабва имунната система (предимно ефектът е върху клетките в тялото). Това се дължи на нарушена абсорбция на витамини и минерали, метаболитни нарушения на клетъчно ниво.


Слънцето компенсира липсата на витамин D

Налице е тенденция към развитие на нови или обостряне на хронични заболявания, като най-често възникват усложнения. Отбелязани са летаргия, синдром на хроничната умора и намалени нива на ефективност. Липсата на ултравиолетова светлина за децата предотвратява образуването на витамин D и причинява забавяне. Трябва обаче да разберете, че прекомерната слънчева активност няма да е от полза за тялото.

Отрицателни ефекти на слънцето

Времето на излагане на инфрачервени и ултравиолетови вълни трябва да бъде строго ограничено. Прекомерна слънчева радиация:

  • може да провокира влошаване на общото състояние на тялото (т.нар. термичен шок поради прегряване);
  • влияят негативно на кожата, могат да причинят трайни промени;
  • влошава зрението;
  • причинява хормонални смущения в организма;
  • може да провокира развитието на алергични реакции;
  • може да провокира негативно въздействие върху човешкия геном и структурата на човешката ДНК;
  • има отрицателен ефект върху плода;
  • влияе негативно на човешката психика.

Ефектът на слънцето върху кожата

Прекомерното количество слънчева радиация води до сериозни кожни проблеми. В краткосрочен план рискувате изгаряния или дерматит. Това е най-малкият проблем, който можете да срещнете, когато сте омагьосани от слънцето в горещ ден. Ако тази ситуация се повтаря със завидна редовност, слънчевата радиация ще стимулира образуването на злокачествени тумори в кожния меланом.

Освен това ултравиолетовото облъчване дехидратира кожата, което я прави тънка и чувствителна. Но постоянното пребиваване под директни лъчи ускорява процеса на стареене, причинявайки появата на ранни бръчки.

Отрицателно въздействие върху зрението

Ефектът на слънчевата светлина върху зрителния апарат е огромен. Всъщност, благодарение на лъчите на светлината, ние получаваме информация за света около нас. Изкуственото осветление може да бъде алтернатива на естествената светлина по някакъв начин, но по отношение на четенето и писането с помощта на светлина от лампа, то увеличава напрежението на очите.
Когато говорим за отрицателните ефекти върху хората и видимата слънчева светлина, това означава увреждане на очите от продължително излагане на слънце без слънчеви очила.
Поради дискомфорта, който може да изпитате, може да изпитате болка в очите, зачервяване и фотофобия. Най-сериозното увреждане на ретината е изгарянето. Възможно е и изсушаване на кожата и образуване на бръчки.

Ефектите на радиацията върху човешкото тяло в космоса

Космическата радиация е една от основните опасности за здравето от космическите полети. Той е опасен, защото има достатъчно енергия, за да промени или унищожи ДНК молекулите, което може да увреди или убие клетките. Това може да доведе до здравословни проблеми, вариращи от остри ефекти до дългосрочно излагане.

Острите ефекти, като промени в кръвта, диария, гадене и повръщане, са леки и се възстановяват. Други ефекти от острата радиация са много по-сериозни, като увреждане на централната нервна система или дори смърт. Такова излагане не трябва да е резултат от излагане на космическа радиация, освен ако астронавтът не е изложен на слънчеви частици, като слънчево изригване, което произвежда високи дози радиация.

Енергията на Слънцето е източникът на живот на нашата планета. Слънцето нагрява атмосферата и повърхността на Земята. Благодарение на слънчевата енергия духат ветрове, водният цикъл се случва в природата, моретата и океаните се нагряват, растенията се развиват и животните имат храна (виж фиг. 1.1). Благодарение на слънчевата радиация съществуват изкопаеми горива на Земята.

Фигура 1.1 – Влиянието на слънчевата радиация върху Земята

Слънчевата енергия може да се преобразува в топлина или студ, движеща сила и електричество. Основният източник на енергия за почти всички природни процеси, протичащи на повърхността на Земята и в атмосферата, е енергията, идваща към Земята от Слънцето под формата на слънчева радиация.

Фигура 1.2 представя класификационна схема, която отразява процесите, протичащи на повърхността на Земята и в нейната атмосфера под въздействието на слънчевата радиация.

Резултатите от пряката слънчева активност са топлинният ефект и фотоелектричният ефект, в резултат на което Земята получава топлинна енергия и светлина. Резултатите от непряката активност на Слънцето са съответни ефекти в атмосферата, хидросферата и геосферата, които причиняват появата на вятър и вълни, определят течението на реките и създават условия за запазване на вътрешната топлина на Земята.

Фигура 1.2 - Класификация на възобновяемите енергийни източници

Слънцето е газова топка с радиус 695 300 km, 109 пъти по-голям от радиуса на Земята, с температура на излъчващата повърхност около 6000°C. Температурата вътре в Слънцето достига 40 милиона °C.

Фигура 1.3 показва схема на структурата на Слънцето. Слънцето е гигантски „термоядрен реактор“, който работи с водород и преработва 564 милиона тона водород в 560 милиона тона хелий всяка секунда чрез топене. Загубата на четири милиона тона маса е равна на 9:1-10 9 GW h енергия (1 GW се равнява на 1 милион kW). За една секунда се произвежда повече енергия, отколкото шест милиарда атомни електроцентрали биха могли да произведат за една година. Благодарение на защитната обвивка на атмосферата само част от тази енергия достига земната повърхност.

Разстоянието между центровете на Земята и Слънцето е средно 1,496 * 10 8 км.

Ежегодно слънцеизпраща около 1,6 на Земята 10 18 kW h лъчиста енергия или 1,3 * 10 24 cal топлина. Това е 20 хиляди пъти повече от текущото световно потребление на енергия. Принос слънцев енергийния баланс на земното кълбо е 5000 пъти по-голям от общия принос на всички други източници.

Това количество топлина би било достатъчно, за да разтопи слой лед с дебелина 35 m, покриващ земната повърхност при 0°C.

В сравнение със слънчевата радиация, всички други източници на енергия, достигащи до Земята, са незначителни. Така енергията на звездите е една стомилионна от слънчевата енергия; космическа радиация - две части на милиард. Вътрешната топлина, идваща от дълбините на Земята към нейната повърхност, е една десет хилядна от слънчевата енергия.

Фигура 1.3 – Диаграма на структурата на Слънцето

Така. Слънцето е практически единственият източник на топлинна енергия на Земята.

В центъра на Слънцето е слънчевото ядро ​​(виж фиг. 1.4). Фотосферата е видимата повърхност на Слънцето, която е основният източник на радиация. Слънцето е заобиколено от слънчева корона, която има много висока температура, но е изключително разредена и следователно видима с просто око само по време на периоди на пълно слънчево затъмнение.

Видимата повърхност на Слънцето, която излъчва радиация, се нарича фотосфера (светлинна сфера). Състои се от горещи пари на различни химични елементи в йонизирано състояние.

Над фотосферата е светещата, почти прозрачна атмосфера на Слънцето, състояща се от разредени газове, която се нарича хромосфера.

Над хромосферата е външната обвивка на Слънцето, наречена корона.

Газовете, които образуват Слънцето, са в състояние на непрекъснато бурно (интензивно) движение, което причинява появата на така наречените слънчеви петна, факли и изпъкналости.

Слънчевите петна са големи фунии, образувани в резултат на вихрови движения на газови маси, чиято скорост достига 1-2 km/s. Температурата на петната е с 1500°C по-ниска от температурата на Слънцето и е около 4500°C. Броят на слънчевите петна варира от година на година с период от около 11 години.

Фигура 1.4 - Структура на Слънцето

Слънчевите факли са емисии на слънчева енергия, а протуберанциите са колосални експлозии в хромосферата на Слънцето, достигащи височини до 2 милиона километра.

Наблюденията показват, че с увеличаване на броя на слънчевите петна се увеличава броят на факулите и протуберанциите и съответно се увеличава слънчевата активност.

С увеличаване на слънчевата активност на Земята възникват магнитни бури, които оказват негативно влияние върху телефонните, телеграфните и радиокомуникациите, както и върху условията на живот. Увеличаването на полярните сияния е свързано със същото явление.

Трябва да се отбележи, че в периода на увеличаване на слънчевите петна интензитетът на слънчевата радиация първо се увеличава, което е свързано с общо повишаване на слънчевата активност в началния период, а след това слънчевата радиация намалява, тъй като площта на слънчевите петна има температура с 1500° по-ниска от температурата на фотосферата се повишава.

Частта от метеорологията, която изучава ефектите на слънчевата радиация върху Земята и в атмосферата, се нарича актинометрия.

При извършване на актинометрична работа е необходимо да се знае положението на Слънцето на небосвода. Това положение се определя от надморската височина или азимута на Слънцето.

Височина на Слънцето тойсе нарича ъгловото разстояние от Слънцето до хоризонта, тоест ъгълът между посоката към Слънцето и равнината на хоризонта.

Ъгловото разстояние на Слънцето от зенита, тоест от неговата вертикална посока, се нарича азимут или зенитно разстояние.

Има връзка между височината и зенитното разстояние

(1.1)

Азимутът на Слънцето се определя рядко, само за специална работа.

Височината на Слънцето над хоризонта се определя по формулата:

Къде - географска ширина на мястото на наблюдение;

- деклинацията на Слънцето е дъгата на окръжността на деклинацията от екватора до Слънцето, която се изчислява в зависимост от положението на Слънцето от двете страни на екватора от 0 до ±90°;

t - часов ъгъл на Слънцето или истинско слънчево време в градуси.

Стойността на деклинацията на Слънцето за всеки ден е дадена в астрономически справочници за дълъг период от време.

Използвайки формула (1.2), можете да изчислите за всяко време tвисочина на слънцето тойили на дадена височина hcопредели времето, когато Слънцето е на дадена височина.

Максималната височина на Слънцето по обяд за различните дни от годината се изчислява по формулата:

(1.3)

Слънцето е източник на светлина и топлина, от които се нуждаят всички живи същества на Земята. Но в допълнение към фотоните на светлината, той излъчва силно йонизиращо лъчение, състоящо се от хелиеви ядра и протони. защо се случва това

Причини за слънчева радиация

Слънчевата радиация се произвежда през деня по време на хромосферни изригвания - гигантски експлозии, които се случват в слънчевата атмосфера. Част от слънчевата материя се изхвърля в открития космос, образувайки космически лъчи, състоящи се главно от протони и малко количество хелиеви ядра. Тези заредени частици достигат земната повърхност 15-20 минути след като слънчевото изригване стане видимо.

Въздухът прекъсва първичната космическа радиация, генерирайки каскаден ядрен поток, който избледнява с намаляване на надморската височина. В този случай се раждат нови частици - пиони, които се разпадат и се превръщат в мюони. Те проникват в ниските слоеве на атмосферата и падат на земята, заравяйки се на дълбочина до 1500 метра. Именно мюоните са отговорни за образуването на вторична космическа радиация и естествена радиация, която засяга хората.

Спектър на слънчевата радиация

Спектърът на слънчевата радиация включва както късовълнови, така и дълговълнови области:

  • гама лъчи;
  • рентгеново лъчение;
  • UV радиация;
  • видима светлина;
  • инфрачервено лъчение.

Над 95% от слънчевата радиация попада в областта на „оптичния прозорец” - видимата част от спектъра със съседните области на ултравиолетовите и инфрачервените вълни. При преминаването им през слоевете на атмосферата действието на слънчевите лъчи отслабва – цялата йонизираща радиация, рентгеновите лъчи и почти 98% от ултравиолетовото лъчение се задържат от земната атмосфера. Видимата светлина и инфрачервеното лъчение достигат земята практически без загуби, въпреки че частично се абсорбират от газовите молекули и праховите частици във въздуха.

В тази връзка слънчевата радиация не води до забележимо увеличение на радиоактивното излъчване на земната повърхност. Приносът на Слънцето, заедно с космическите лъчи, за формирането на общата годишна радиационна доза е само 0,3 mSv/година. Но това е средна стойност; всъщност нивото на радиация на земята е различно и зависи от географското местоположение на района.

Къде слънчевата йонизираща радиация е най-голяма?

Най-голямата мощност на космическите лъчи се регистрира на полюсите, а най-малката на екватора. Това се дължи на факта, че магнитното поле на Земята отклонява заредените частици, падащи от космоса към полюсите. Освен това радиацията се увеличава с надморска височина - на надморска височина от 10 километра показателят й нараства 20-25 пъти. Жителите на високите планини са изложени на по-високи дози слънчева радиация, тъй като атмосферата в планините е по-тънка и по-лесно прониква от потоци от гама-кванти и елементарни частици, идващи от слънцето.

важно. Нивата на радиация до 0,3 mSv/h не оказват сериозно влияние, но при доза от 1,2 μSv/h се препоръчва напускане на района, а при спешни случаи оставане на територията му за не повече от шест месеца. Ако показанията надвишават два пъти, трябва да ограничите престоя си в тази зона до три месеца.

Ако над морското равнище годишната доза космическа радиация е 0,3 mSv/година, то с увеличаване на надморската височина на всеки сто метра тази цифра се увеличава с 0,03 mSv/година. След малки изчисления можем да заключим, че едноседмична почивка в планината на надморска височина 2000 метра ще даде облъчване от 1 mSv/година и ще осигури почти половината от общата годишна норма (2,4 mSv/година).

Оказва се, че жителите на планините получават годишна доза радиация, която е няколко пъти по-висока от нормалната, и трябва да страдат от левкемия и рак по-често от хората, живеещи в равнините. Всъщност това не е вярно. Напротив, в планинските райони има по-ниска смъртност от тези заболявания, а част от населението е дълголетник. Това потвърждава факта, че продължителният престой в места с висока радиационна активност не оказва отрицателно въздействие върху човешкото тяло.

Слънчеви изригвания - висока радиационна опасност

Слънчевите изригвания са голяма опасност за хората и целия живот на Земята, тъй като плътността на потока на слънчевата радиация може да надвиши нормалното ниво на космическа радиация хиляда пъти. Така изключителният съветски учен А. Л. Чижевски свързва периодите на образуване на слънчеви петна с епидемии от тиф (1883-1917) и холера (1823-1923) в Русия. Въз основа на графиките, които прави, още през 1930 г. той прогнозира появата на обширна пандемия от холера през 1960-1962 г., която започва в Индонезия през 1961 г., след което бързо се разпространява в други страни в Азия, Африка и Европа.

Днес са получени множество данни, показващи връзката на единадесетгодишни цикли на слънчева активност с огнища на болести, както и с масови миграции и сезони на бързо размножаване на насекоми, бозайници и вируси. Хематолозите са установили увеличаване на броя на инфарктите и инсултите в периоди на максимална слънчева активност. Такава статистика се дължи на факта, че по това време кръвосъсирването на хората се увеличава и тъй като при пациенти със сърдечни заболявания компенсаторната активност е потисната, възникват неизправности в работата му, включително некроза на сърдечната тъкан и кръвоизливи в мозъка.

Големите слънчеви изригвания не се случват толкова често – веднъж на 4 години. По това време броят и размерът на слънчевите петна се увеличават и в слънчевата корона се образуват мощни коронални лъчи, състоящи се от протони и малко количество алфа частици. Най-мощният им поток астролозите регистрират през 1956 г., когато плътността на космическата радиация на повърхността на земята се увеличава 4 пъти. Друго следствие от такава слънчева активност беше полярното сияние, регистрирано в Москва и Московска област през 2000 г.

Как да се предпазите?

Разбира се, повишеният радиационен фон в планината не е причина да отказвате пътувания в планината. Въпреки това си струва да помислите за мерките за безопасност и да отидете на пътуване с преносим радиометър, който ще помогне да се контролира нивото на радиация и, ако е необходимо, да се ограничи времето, прекарано в опасни зони. Не трябва да оставате в зона, където показанията на електромера показват ниво на йонизиращо лъчение от 7 μSv/h за повече от един месец.

Земята получава 1,36*10,24 кал топлина годишно от Слънцето. В сравнение с това количество енергия, оставащото количество лъчиста енергия, достигаща повърхността на Земята, е незначително. Така лъчистата енергия на звездите е една стомилионна от слънчевата енергия, космическата радиация е две милиардни, вътрешната топлина на Земята на нейната повърхност е равна на една петхилядна от слънчевата топлина.
Радиация от Слънцето - слънчева радиация- е основният източник на енергия за почти всички процеси, протичащи в атмосферата, хидросферата и в горните слоеве на литосферата.
За единица за измерване на интензитета на слънчевата радиация се приема броят калории топлина, погълнати от 1 cm2 абсолютно черна повърхност, перпендикулярна на посоката на слънчевите лъчи, за 1 минута (cal/cm2*min).

Потокът от лъчиста енергия от Слънцето, достигащ земната атмосфера, е много постоянен. Неговата интензивност се нарича слънчева константа (Io) и се приема средно за 1,88 kcal/cm2 min.
Стойността на слънчевата константа варира в зависимост от разстоянието на Земята от Слънцето и слънчевата активност. Колебанията му през годината са 3,4-3,5%.
Ако слънчевите лъчи падат вертикално навсякъде по земната повърхност, тогава при липса на атмосфера и слънчева константа от 1,88 cal/cm2*min, всеки квадратен сантиметър би получил 1000 kcal годишно. Поради факта, че Земята е сферична, това количество намалява 4 пъти, а 1 кв. cm получава средно 250 kcal годишно.
Количеството слънчева радиация, получено от повърхността, зависи от ъгъла на падане на лъчите.
Максимално количество радиация се получава от повърхност, перпендикулярна на посоката на слънчевите лъчи, тъй като в този случай цялата енергия се разпределя върху площ със сечение, равно на напречното сечение на снопа от лъчи - а. Когато същият лъч от лъчи пада под наклон, енергията се разпределя върху по-голяма площ (секция b) и единичната повърхност получава по-малко от нея. Колкото по-малък е ъгълът на падане на лъчите, толкова по-малък е интензитетът на слънчевата радиация.
Зависимостта на интензивността на слънчевата радиация от ъгъла на падане на лъчите се изразява с формулата:

I1 = I0 * sin h,


където I0 е интензитетът на слънчевата радиация при вертикално падане на лъчите. Извън атмосферата – слънчевата константа;
I1 е интензитетът на слънчевата радиация, когато слънчевите лъчи падат под ъгъл h.
I1 е толкова пъти по-малък от I0, колкото напречното сечение a е по-малко от напречното сечение b.
Фигура 27 показва, че a/b = sin A.
Ъгълът на падане на слънчевите лъчи (височината на Слънцето) е равен на 90° само на ширини от 23°27"N до 23°27"S. (т.е. между тропиците). На други географски ширини той винаги е по-малък от 90° (Таблица 8). В зависимост от намаляването на ъгъла на падане на лъчите, интензитетът на слънчевата радиация, пристигаща на повърхността на различни географски ширини, също трябва да намалее. Тъй като височината на Слънцето не остава постоянна през цялата година и през деня, количеството слънчева топлина, получено от повърхността, непрекъснато се променя.

Количеството слънчева радиация, получено от повърхността, е пряко свързано с в зависимост от продължителността на излагането му на слънчева светлина.

В екваториалната зона извън атмосферата количеството слънчева топлина през годината не изпитва големи колебания, докато във високите географски ширини тези колебания са много големи (виж таблица 9). През зимата разликите в получаването на слънчева топлина между високи и ниски географски ширини са особено значителни. През лятото, при условия на непрекъснато осветление, полярните региони получават максималното количество слънчева топлина на ден на Земята. В деня на лятното слънцестоене в северното полукълбо то е с 36% по-високо от дневното количество топлина на екватора. Но тъй като продължителността на деня на екватора не е 24 часа (както по това време на полюса), а 12 часа, количеството слънчева радиация за единица време на екватора остава най-голямо. Летният максимум на дневното количество слънчева топлина, наблюдаван около 40-50° ширина, е свързан с относително дълга продължителност на деня (по-дълъг от този момент при 10-20° ширина) със значителна слънчева надморска височина. Разликите в количеството топлина, получено от екваториалните и полярните региони, са по-малки през лятото, отколкото през зимата.
Южното полукълбо получава повече топлина през лятото от северното полукълбо, през зимата - напротив (повлияно от промените в разстоянието на Земята от Слънцето). И ако повърхността на двете полукълба беше напълно хомогенна, годишните амплитуди на температурните колебания в южното полукълбо биха били по-големи, отколкото в северното.
Слънчевата радиация в атмосферата претърпява количествени и качествени промени.
Дори идеалната, суха и чиста атмосфера абсорбира и разсейва лъчите, намалявайки интензивността на слънчевата радиация. Отслабващото влияние на истинската атмосфера, съдържаща водна пара и твърди примеси, върху слънчевата радиация е много по-голямо от това на идеалната атмосфера. Атмосферата (кислород, озон, въглероден диоксид, прах и водни пари) абсорбира предимно ултравиолетови и инфрачервени лъчи. Погълнатата от атмосферата лъчиста енергия на Слънцето се превръща в други видове енергия: топлинна, химическа и др. Като цяло абсорбцията отслабва слънчевата радиация със 17-25%.
Молекулите на атмосферните газове разпръскват лъчи със сравнително къси вълни - виолетови, сини. Това обяснява синия цвят на небето. Лъчи с различна дължина на вълната се разпръскват еднакво от примеси. Следователно, когато съдържанието им е значително, небето придобива белезникав оттенък.
Поради разсейването и отразяването на слънчевата светлина от атмосферата, в облачни дни се наблюдава дневна светлина, видими са обекти в сянка и възниква явлението здрач.
Колкото по-дълъг е пътят на лъча в атмосферата, толкова по-голяма е дебелината му, през която трябва да премине и толкова по-значително се отслабва слънчевата радиация. Следователно с издигане влиянието на атмосферата върху радиацията намалява. Дължината на пътя на слънчевата светлина в атмосферата зависи от височината на Слънцето. Ако вземем дължината на пътя на слънчевия лъч в атмосферата като такъв на слънчева надморска височина от 90° (m), връзката между височината на Слънцето и дължината на пътя на лъча в атмосферата ще бъде както е показано в таблица . 10.

Общото затихване на радиацията в атмосферата на всяка височина на Слънцето може да се изрази с формулата на Бугер: Im= I0*pm, където Im е интензитетът на слънчевата радиация на земната повърхност, променен в атмосферата; I0 - слънчева константа; m е пътят на лъча в атмосферата; при слънчева височина 90° то е равно на 1 (масата на атмосферата), p е коефициентът на прозрачност (дробно число, показващо каква част от радиацията достига до повърхността при m=1).
При слънчева височина 90°, с m=1, интензитетът на слънчевата радиация на земната повърхност I1 е p пъти по-малък от Io, т.е. I1=Io*p.
Ако височината на Слънцето е по-малка от 90°, тогава m винаги е по-голямо от 1. Пътят на слънчевия лъч може да се състои от няколко сегмента, всеки от които е равен на 1. Интензитетът на слънчевата радиация на границата между първи (aa1) и втори (a1a2) сегменти I1 очевидно е равен на Io *p, интензитет на излъчване след преминаване на втория сегмент I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2; I3=I0p3 и т.н.


Прозрачността на атмосферата е променлива и варира при различни условия. Съотношението на прозрачността на реалната атмосфера към прозрачността на идеалната атмосфера - коефициентът на мътност - винаги е по-голямо от единица. Зависи от съдържанието на водни пари и прах във въздуха. С увеличаване на географската ширина факторът на мътност намалява: на ширини от 0 до 20° с.ш. w. тя е средно 4,6 на ширини от 40 до 50° с.ш. w. - 3,5, на ширини от 50 до 60° с.ш. w. - 2,8 и на ширини от 60 до 80° с.ш. w. - 2,0. В умерените ширини коефициентът на мътност през зимата е по-малък, отколкото през лятото, и по-малък сутрин, отколкото следобед. Намалява с височината. Колкото по-висок е факторът на мътност, толкова по-голямо е отслабването на слънчевата радиация.
Разграничете пряка, дифузна и обща слънчева радиация.
Частта от слънчевата радиация, която прониква през атмосферата до земната повърхност, е пряка радиация. Част от радиацията, разпръсната от атмосферата, се превръща в дифузна радиация. Цялата слънчева радиация, достигаща до земната повърхност, пряка и дифузна, се нарича обща радиация.
Съотношението между пряката и дифузната радиация варира значително в зависимост от облачността, запрашеността на атмосферата, а също и от надморската височина на Слънцето. При ясно небе делът на разсеяната радиация не надвишава 0,1%; при облачно небе разсеяната радиация може да бъде по-голяма от пряката радиация.
При ниска слънчева надморска височина общата радиация се състои почти изцяло от разсеяна радиация. При слънчева надморска височина 50° и ясно небе делът на разсеяната радиация не надвишава 10-20%.
Картите на средните годишни и месечни стойности на общата радиация ни позволяват да забележим основните закономерности в нейното географско разпределение. Годишните стойности на общата радиация са разпределени предимно зонално. Най-голямото годишно количество обща радиация на Земята се получава от повърхността в тропическите вътрешни пустини (Източна Сахара и Централна Арабия). Забележимото намаляване на общата радиация на екватора се дължи на високата влажност на въздуха и тежката облачност. В Арктика общата радиация е 60-70 kcal/cm2 годишно; в Антарктика, поради честата честота на ясни дни и по-голямата прозрачност на атмосферата, тя е малко по-висока.

През юни северното полукълбо и особено вътрешните тропически и субтропични райони получават най-големи количества радиация. Количествата слънчева радиация, получени от повърхността в умерените и полярните ширини на северното полукълбо, се различават малко, главно поради дългата продължителност на деня в полярните региони. Зониране в разпределението на общата радиация по-горе. континенти в северното полукълбо и в тропическите ширини на южното полукълбо почти не се изразява. По-добре се проявява в северното полукълбо над океана и е ясно изразено в извънтропичните ширини на южното полукълбо. В близост до южния полярен кръг общата слънчева радиация се доближава до 0.
През декември най-големи количества радиация навлизат в южното полукълбо. Високо разположената ледена повърхност на Антарктика, с висока прозрачност на въздуха, получава значително повече обща радиация от повърхността на Арктика през юни. В пустините (Калахари, Велика Австралия) има много топлина, но поради по-голямата океанска природа на южното полукълбо (влиянието на високата влажност на въздуха и облачността), количеството топлина тук е малко по-малко, отколкото през юни в същите географски ширини на северното полукълбо. В екваториалните и тропическите ширини на северното полукълбо общата радиация се променя сравнително малко, а зоналността в нейното разпределение е ясно изразена само на север от северния тропик. С увеличаване на географската ширина общата радиация намалява доста бързо, нейната нулева изолиния се намира малко на север от Арктическия кръг.
Общата слънчева радиация, която удря повърхността на Земята, частично се отразява обратно в атмосферата. Съотношението на количеството радиация, отразено от повърхността, към количеството радиация, падащо върху тази повърхност, се нарича албедо. Албедото характеризира отражателната способност на повърхността.
Албедото на земната повърхност зависи от нейното състояние и свойства: цвят, влажност, грапавост и др. Най-голяма отразяваща способност има прясно падналият сняг (85-95%). Спокойната водна повърхност, когато слънчевите лъчи падат вертикално върху нея, отразява само 2-5%, а когато слънцето е ниско, почти всички лъчи, попадащи върху нея (90%). Албедо на сух чернозем - 14%, мокър - 8, горски - 10-20, ливадна растителност - 18-30, пясъчна пустинна повърхност - 29-35, повърхност на морски лед - 30-40%.
Голямото албедо на ледената повърхност, особено когато е покрита с прясно навалял сняг (до 95%), е причина за ниските температури в полярните райони през лятото, когато притокът на слънчева радиация там е значителен.
Радиация от земната повърхност и атмосферата.Всяко тяло с температура над абсолютната нула (по-висока от минус 273°) излъчва лъчиста енергия. Общата излъчвателна способност на черно тяло е пропорционална на четвъртата степен на неговата абсолютна температура (T):
E = σ*T4 kcal/cm2 на минута (закон на Стефан-Болцман), където σ е постоянен коефициент.
Колкото по-висока е температурата на излъчващото тяло, толкова по-къса е дължината на вълната на излъчваните nm лъчи. Горещото слънце изпраща в космоса късовълнова радиация. Земната повърхност, поглъщайки късовълнова слънчева радиация, се нагрява и също става източник на радиация (земна радиация). Но тъй като температурата на земната повърхност не надвишава няколко десетки градуса, тя дълговълнова радиация, невидима.
Земната радиация се задържа до голяма степен от атмосферата (водна пара, въглероден диоксид, озон), но лъчите с дължина на вълната 9-12 микрона свободно излизат извън атмосферата и следователно Земята губи част от топлината си.
Атмосферата, поглъщайки част от преминаващата през нея слънчева радиация и повече от половината от земната радиация, сама излъчва енергия както в космоса, така и към земната повърхност. Атмосферната радиация, насочена към земната повърхност към земната се нарича противорадиация.Тази радиация, подобно на земната, е дълговълнова и невидима.
В атмосферата има два потока дълговълнова радиация - радиация от земната повърхност и радиация от атмосферата. Разликата между тях, която определя действителната загуба на топлина от земната повърхност, се нарича ефективна радиация.Колкото по-висока е температурата на излъчващата повърхност, толкова по-голяма е ефективната радиация. Влажността на въздуха намалява ефективната радиация, а облаците силно я намаляват.
Най-високите годишни количества ефективна радиация се наблюдават в тропическите пустини - 80 kcal/cm2 годишно - поради високите повърхностни температури, сухия въздух и ясното небе. На екватора, при висока влажност на въздуха, ефективната радиация е само около 30 kcal/cm2 годишно, като стойността й за сушата и за океана се различава много малко. Най-ниската ефективна радиация в полярните региони. В умерените географски ширини земната повърхност губи приблизително половината от количеството топлина, което получава от поглъщането на общата радиация.
Способността на атмосферата да пропуска късовълнова радиация от Слънцето (директна и дифузна радиация) и да задържа дълговълнова радиация от Земята се нарича парников ефект. Благодарение на парниковия ефект средната температура на земната повърхност е +16°, при липса на атмосфера би била -22° (38° по-ниска).
Радиационен баланс (остатъчна радиация).Земната повърхност едновременно приема радиация и я освобождава. Притокът на радиация се състои от общата слънчева радиация и противорадиацията от атмосферата. Консумацията е отразяването на слънчевата светлина от повърхността (албедо) и собственото излъчване на земната повърхност. Разликата между входящата и изходящата радиация - радиационен баланс,или остатъчна радиация.Стойността на радиационния баланс се определя от уравнението

R = Q*(1-α) - I,


където Q е общата слънчева радиация, пристигаща на единица повърхност; α - албедо (фракция); I - ефективно излъчване.
Ако доходът е по-голям от потока, радиационният баланс е положителен; ако доходът е по-малък от потока, балансът е отрицателен. През нощта във всички географски ширини радиационният баланс е отрицателен, през деня преди обяд е положителен навсякъде, с изключение на високите географски ширини през зимата; следобед - пак отрицателен. Средно на ден радиационният баланс може да бъде както положителен, така и отрицателен (Таблица 11).


Картата на годишните суми на радиационния баланс на земната повърхност показва рязка промяна в положението на изолиниите при преместването им от сушата към океана. По правило радиационният баланс на повърхността на океана надвишава радиационния баланс на сушата (влиянието на албедото и ефективната радиация). Разпределението на радиационния баланс като цяло е зонално. В океана в тропическите ширини годишните стойности на радиационния баланс достигат 140 kcal/cm2 (Арабско море) и не надвишават 30 kcal/cm2 на границата на плаващия лед. Отклоненията от зоналното разпределение на радиационния баланс на океана са незначителни и се дължат на разпределението на облачността.
На сушата в екваториалните и тропическите ширини годишните стойности на радиационния баланс варират от 60 до 90 kcal/cm2 в зависимост от условията на влага. Най-големите годишни количества на радиационния баланс се наблюдават в тези райони, където албедото и ефективната радиация са относително ниски (тропически дъждовни гори, савани). Техните стойности са най-ниски в много влажни (висока облачност) и много сухи (висока ефективна радиация) зони. В умерените и високи географски ширини годишната стойност на радиационния баланс намалява с увеличаване на географската ширина (ефект от намаляване на общата радиация).
Годишните количества на радиационния баланс над централните райони на Антарктида са отрицателни (няколко калории на 1 cm2). В Арктика стойностите на тези количества са близки до нула.
През юли радиационният баланс на земната повърхност в значителна част от южното полукълбо е отрицателен. Линията на нулев баланс минава между 40 и 50° ю.ш. w. Най-висока стойност на радиационния баланс се достига на повърхността на Океана в тропичните ширини на северното полукълбо и на повърхността на някои вътрешни морета, като Черно море (14-16 kcal/cm2 на месец).
През януари линията на нулевия баланс се намира между 40 и 50° с.ш. w. (над океаните се издига малко на север, над континентите се спуска на юг). Значителна част от северното полукълбо е с отрицателен радиационен баланс. Най-високите стойности на радиационния баланс са ограничени до тропическите ширини на южното полукълбо.
Средно годишно радиационният баланс на земната повърхност е положителен. В този случай повърхностната температура не се повишава, а остава приблизително постоянна, което може да се обясни само с непрекъснатото потребление на излишна топлина.
Радиационният баланс на атмосферата се състои от погълнатата от нея слънчева и земна радиация, от една страна, и атмосферната радиация, от друга. Той винаги е отрицателен, тъй като атмосферата абсорбира само малка част от слънчевата радиация и излъчва почти толкова, колкото повърхността.
Радиационният баланс на повърхността и атмосферата като цяло за цялата Земя годишно е средно нула, но на географски ширини може да бъде както положителен, така и отрицателен.
Следствието от това разпределение на радиационния баланс трябва да бъде пренасянето на топлина в посока от екватора към полюсите.
Топлинен баланс.Радиационният баланс е най-важният компонент на топлинния баланс. Уравнението на повърхностния топлинен баланс показва как входящата слънчева радиационна енергия се преобразува на земната повърхност:

където R е радиационният баланс; LE - разход на топлина за изпарение (L - латентна топлина на изпарение, E - изпарение);
P - турбулентен топлообмен между повърхността и атмосферата;
А - топлообмен между повърхностните и подлежащите слоеве на почвата или водата.
Радиационният баланс на повърхността се счита за положителен, ако радиацията, погълната от повърхността, надвишава топлинните загуби, и отрицателен, ако не ги попълва. Всички други условия на топлинния баланс се считат за положителни, ако водят до загуба на топлина от повърхността (ако съответстват на потреблението на топлина). защото. всички членове на уравнението могат да се променят, топлинният баланс постоянно се нарушава и възстановява отново.
Обсъденото по-горе уравнение на повърхностния топлинен баланс е приблизително, тъй като не взема предвид някои незначителни, но при специфични условия фактори, които стават важни, например отделянето на топлина по време на замразяване, нейното потребление за размразяване и др.
Топлинният баланс на атмосферата се състои от радиационния баланс на атмосферата Ra, топлина, идваща от повърхността, Pa, топлина, отделена в атмосферата по време на кондензация, LE, и хоризонтален топлопренос (адвекция) Aa. Радиационният баланс на атмосферата винаги е отрицателен. Топлинният приток в резултат на кондензация на влага и величината на турбулентния топлообмен са положителни. Топлинната адвекция води, средно на година, до нейното прехвърляне от ниски географски ширини към високи географски ширини: по този начин това означава загуба на топлина в ниски географски ширини и получаване на топлина във високи географски ширини. При дългосрочно извеждане топлинният баланс на атмосферата може да се изрази с уравнението Ra=Pa+LE.
Топлинният баланс на повърхността и атмосферата заедно като цяло е равен на 0 средно дългосрочно (фиг. 35).

Количеството слънчева радиация, постъпваща в атмосферата за година (250 kcal/cm2), се приема за 100%. Слънчевата радиация, прониквайки в атмосферата, частично се отразява от облаците и се връща обратно извън атмосферата - 38%, частично се поглъща от атмосферата - 14% и частично под формата на пряка слънчева радиация достига до земната повърхност - 48%. От 48%, които достигат повърхността, 44% се абсорбират от нея, а 4% се отразяват. Така албедото на Земята е 42% (38+4).
Погълнатата от земната повърхност радиация се изразходва, както следва: 20% се губят чрез ефективна радиация, 18% се изразходват за изпаряване от повърхността, 6% се изразходват за нагряване на въздуха по време на турбулентен топлообмен (общо 24%). Консумацията на топлина от повърхността балансира нейното постъпване. Топлината, получена от атмосферата (14% директно от Слънцето, 24% от земната повърхност), заедно с ефективното излъчване на Земята, се насочват към открития космос. Земното албедо (42%) и радиацията (58%) балансират входящата слънчева радиация в атмосферата.

ЛЕКЦИЯ 2.

СЛЪНЧЕВА РАДИАЦИЯ.

план:

1. Значението на слънчевата радиация за живота на Земята.

2. Видове слънчева радиация.

3. Спектрален състав на слънчевата радиация.

4. Поглъщане и разсейване на радиацията.

5.PAR (фотосинтетично активна радиация).

6. Радиационен баланс.

1. Основният източник на енергия на Земята за всички живи същества (растения, животни и хора) е енергията на слънцето.

Слънцето е газова топка с радиус 695 300 км. Радиусът на Слънцето е 109 пъти по-голям от радиуса на Земята (екваториален 6378,2 km, полярен 6356,8 km). Слънцето се състои предимно от водород (64%) и хелий (32%). Останалите представляват само 4% от масата му.

Слънчевата енергия е основното условие за съществуването на биосферата и един от основните климатообразуващи фактори. Благодарение на енергията на Слънцето въздушните маси в атмосферата непрекъснато се движат, което осигурява постоянството на газовия състав на атмосферата. Под въздействието на слънчевата радиация огромно количество вода се изпарява от повърхността на резервоари, почва и растения. Водните пари, пренасяни от вятъра от океаните и моретата към континентите, са основният източник на валежи за сушата.

Слънчевата енергия е задължително условие за съществуването на зелени растения, които превръщат слънчевата енергия във високоенергийни органични вещества чрез процеса на фотосинтеза.

Растежът и развитието на растенията е процес на усвояване и преработка на слънчевата енергия, поради което земеделското производство е възможно само ако слънчевата енергия достигне повърхността на Земята. Руски учен пише: „Дайте на най-добрия готвач толкова чист въздух, слънчева светлина, цяла река чиста вода, колкото иска, помолете го да приготви от всичко това захар, нишесте, мазнини и зърнени храни и той ще реши, че се смеете при него. Но това, което изглежда абсолютно фантастично за човек, се случва безпрепятствено в зелените листа на растенията под въздействието на енергията на Слънцето. Смята се, че 1 кв. Един метър листа произвежда грам захар на час. Поради факта, че Земята е заобиколена от непрекъсната обвивка на атмосферата, слънчевите лъчи, преди да достигнат повърхността на земята, преминават през цялата дебелина на атмосферата, която частично ги отразява и частично ги разсейва, т.е. количеството и качеството на слънчевата светлина, достигаща до повърхността на земята. Живите организми реагират чувствително на промените в интензитета на осветеността, създадена от слънчевата радиация. Поради различни реакции към интензитета на светлината, всички форми на растителност се разделят на светлолюбиви и сенкоустойчиви. Недостатъчното осветление в културите причинява например лоша диференциация на тъканите на сламата на зърнените култури. В резултат на това силата и еластичността на тъканите намаляват, което често води до полягане на посевите. При гъстите царевични посеви, поради ниската слънчева радиация, образуването на кочани по растенията е отслабено.

Слънчевата радиация влияе върху химичния състав на селскостопанските продукти. Например съдържанието на захар в цвеклото и плодовете, съдържанието на протеини в пшеничните зърна пряко зависят от броя на слънчевите дни. Количеството масло в слънчогледовите и ленените семена също се увеличава с увеличаване на слънчевата радиация.

Осветяването на надземните части на растенията значително влияе върху усвояването на хранителните вещества от корените. При условия на слаба светлина прехвърлянето на асимилати към корените се забавя и в резултат на това се инхибират биосинтетичните процеси, протичащи в растителните клетки.

Осветеността също влияе върху появата, разпространението и развитието на болестите по растенията. Периодът на инфекция се състои от две фази, които се различават по реакцията си към светлинния фактор. Първият от тях - действителното поникване на спорите и проникването на инфекциозния принцип в тъканите на засегнатата култура - в повечето случаи не зависи от наличието и интензивността на светлината. Вторият - след покълването на спорите - е най-активен при повишена осветеност.

Положителният ефект на светлината влияе и върху скоростта на развитие на патогена в растението гостоприемник. Това е особено очевидно при гъбичките от ръжда. Колкото повече светлина, толкова по-кратък е инкубационният период на линейната ръжда по пшеницата, жълтата ръжда по ечемика, ръждата по лена и фасула и др. А това увеличава броя на поколенията на гъбата и увеличава интензивността на пораженията. Плодовитостта се увеличава при този патоген при условия на интензивно осветление

Някои заболявания се развиват най-активно при недостатъчно осветление, което води до отслабване на растенията и намаляване на тяхната устойчивост към болести (патогени на различни видове гниене, особено зеленчукови култури).

Продължителност на светлината и растения. Ритъмът на слънчевата радиация (редуването на светли и тъмни части от деня) е най-стабилният екологичен фактор, който се повтаря от година на година. В резултат на дългогодишни изследвания физиолозите са установили зависимостта на прехода на растенията към генеративно развитие от определено съотношение на продължителността на деня и нощта. В тази връзка културите могат да бъдат класифицирани в групи според тяхната фотопериодична реакция: кратък денчието развитие се забавя, когато продължителността на деня е повече от 10 часа. Късият ден насърчава започването на цъфтежа, докато дългият ден предотвратява това. Такива култури включват соя, ориз, просо, сорго, царевица и др.;

дълъг ден до 12-13 часа,изискващи продължително осветление за развитието си. Развитието им се ускорява при продължителност на деня около 20 часа. Тези култури включват ръж, овес, пшеница, лен, грах, спанак, детелина и др.;

неутрална продължителност на деня, чието развитие не зависи от продължителността на деня, например домати, елда, бобови култури, ревен.

Установено е, че за да започнат да цъфтят растенията, е необходимо преобладаване на определен спектрален състав в лъчистия поток. Растенията с къс ден се развиват по-бързо, когато максималната радиация пада върху синьо-виолетовите лъчи, а растенията с дълъг ден - върху червените. Продължителността на дневните часове (астрономическата продължителност на деня) зависи от времето на годината и географската ширина. На екватора продължителността на деня през цялата година е 12 часа ± 30 минути. Докато се движите от екватора към полюсите след пролетното равноденствие (21.03), продължителността на деня се увеличава на север и намалява на юг. След есенното равноденствие (23 септември) разпределението на продължителността на деня се обръща. В Северното полукълбо 22 юни е най-дългият ден, чиято продължителност е 24 часа на север от Северния полярен кръг. Най-късият ден в Северното полукълбо е 22 декември, а отвъд Арктическия кръг през зимните месеци Слънцето не изгрява. изобщо над хоризонта. В средните географски ширини, например в Москва, продължителността на деня варира през цялата година от 7 до 17,5 часа.

2. Видове слънчева радиация.

Слънчевата радиация се състои от три компонента: пряка слънчева радиация, дифузна и обща.

ПРЯКА СЛЪНЧЕВА РАДИАЦИЯS –радиация, идваща от Слънцето в атмосферата и след това върху земната повърхност под формата на сноп от успоредни лъчи. Интензивността му се измерва в калории на cm2 за минута. Зависи от височината на слънцето и състоянието на атмосферата (облачност, прах, водни пари). Годишното количество пряка слънчева радиация на хоризонталната повърхност на Ставрополския край е 65-76 kcal/cm2/min. На морското равнище, при високо положение на Слънцето (лято, пладне) и добра прозрачност, пряката слънчева радиация е 1,5 kcal/cm2/min. Това е частта от спектъра с къса дължина на вълната. Когато потокът от пряка слънчева радиация преминава през атмосферата, той отслабва, причинено от абсорбцията (около 15%) и разсейването (около 25%) на енергия от газове, аерозоли и облаци.

Потокът от пряка слънчева радиация, падаща върху хоризонтална повърхност, се нарича инсолация С= С грях хо– вертикална компонента на пряката слънчева радиация.

С – количеството топлина, получено от повърхност, перпендикулярна на лъча ,

хо – височината на Слънцето, т.е. ъгълът, образуван от слънчев лъч с хоризонтална повърхност .

На границата на атмосферата интензивността на слънчевата радиация еИ така= 1,98 kcal/cm2/мин. – съгласно международния договор от 1958г И се нарича слънчева константа. Ето как би изглеждала повърхността, ако атмосферата беше абсолютно прозрачна.

ориз. 2.1. Пътят на слънчевия лъч в атмосферата на различни височини на Слънцето

РАЗСЕЯНА РАДИАЦИЯг – В резултат на разсейване от атмосферата част от слънчевата радиация се връща обратно в космоса, но значителна част от нея пристига на Земята под формата на разсеяна радиация. Максимална разсеяна радиация + 1 kcal/cm2/min. Наблюдава се, когато небето е ясно и има висока облачност. При облачно небе спектърът на разсеяната радиация е подобен на този на слънцето. Това е частта от спектъра с къса дължина на вълната. Дължина на вълната 0,17-4 микрона.

ОБЩА РАДИАЦИЯQ- се състои от дифузно и директно излъчване върху хоризонтална повърхност. Q= С+ г.

Съотношението между пряката и дифузната радиация в състава на общата радиация зависи от височината на Слънцето, облачността и замърсяването на атмосферата и височината на повърхността над морското равнище. С увеличаването на височината на Слънцето делът на разсеяната радиация в безоблачно небе намалява. Колкото по-прозрачна е атмосферата и колкото по-високо е слънцето, толкова по-нисък е делът на разсеяната радиация. При непрекъснати плътни облаци общата радиация се състои изцяло от разсеяна радиация. През зимата, поради отразяването на радиацията от снежната покривка и вторичното й разсейване в атмосферата, делът на разсеяната радиация в общата радиация нараства значително.

Светлината и топлината, получени от растенията от Слънцето, са резултат от общата слънчева радиация. Следователно данните за количествата радиация, получени от повърхността за ден, месец, вегетационен период, година, са от голямо значение за селското стопанство.

Отразена слънчева радиация. Албедо. Общата радиация, която достига до земната повърхност, частично отразена от нея, създава отразена слънчева радиация (РК), насочена от земната повърхност в атмосферата. Стойността на отразената радиация до голяма степен зависи от свойствата и състоянието на отразяващата повърхност: цвят, грапавост, влажност и т.н. Отражателната способност на всяка повърхност може да се характеризира със стойността на нейното албедо (Ak), което се разбира като отношение на отразена слънчева радиация към общо. Албедото обикновено се изразява като процент:

Наблюденията показват, че албедото на различни повърхности варира в относително тесни граници (10...30%), с изключение на снега и водата.

Албедото зависи от влажността на почвата, с увеличаване на което намалява, което е важно в процеса на промяна на топлинния режим на напояваните полета. Поради намаляване на албедото, когато почвата се навлажни, погълнатата радиация се увеличава. Албедото на различни повърхности има добре дефинирана дневна и годишна вариация, поради зависимостта на албедото от височината на Слънцето. Най-ниската стойност на албедото се наблюдава около обяд, а през цялата година - през лятото.

Собствено лъчение на Земята и насрещно лъчение от атмосферата. Ефективно излъчване.Земната повърхност като физическо тяло с температура над абсолютната нула (-273°C) е източник на радиация, която се нарича собствена радиация на Земята (E3). Той се насочва в атмосферата и се абсорбира почти напълно от водните пари, водните капки и въглеродния диоксид, съдържащи се във въздуха. Радиацията на Земята зависи от температурата на нейната повърхност.

Атмосферата, абсорбирайки малко количество слънчева радиация и почти цялата енергия, излъчвана от земната повърхност, се нагрява и на свой ред също излъчва енергия. Около 30% от атмосферната радиация отива в открития космос, а около 70% идва на повърхността на Земята и се нарича противоатмосферна радиация (Ea).

Количеството енергия, излъчвана от атмосферата, е право пропорционално на температурата, въглеродния диоксид, озона и облачността.

Земната повърхност поглъща това противоизлъчване почти изцяло (90...99%). По този начин той е важен източник на топлина за земната повърхност в допълнение към абсорбираната слънчева радиация. Това влияние на атмосферата върху топлинния режим на Земята се нарича парников или парников ефект поради външната аналогия с ефекта на стъклото в оранжерии и оранжерии. Стъклото пропуска добре слънчевите лъчи, загрявайки почвата и растенията, но блокира топлинното излъчване на нагрятата почва и растения.

Разликата между собствената радиация на земната повърхност и насрещната радиация на атмосферата се нарича ефективна радиация: Eeff.

Eef= E3-EA

В ясни и частично облачни нощи ефективната радиация е много по-голяма, отколкото в облачни нощи и затова нощното охлаждане на земната повърхност е по-голямо. През деня тя се покрива от погълнатата обща радиация, в резултат на което повърхностната температура се повишава. В същото време ефективното излъчване също се увеличава. Земната повърхност в средните географски ширини губи 70...140 W/m2 поради ефективна радиация, което е приблизително половината от количеството топлина, което получава от поглъщането на слънчевата радиация.

3. Спектрален състав на радиацията.

Слънцето, като източник на радиация, има различни излъчвани вълни. Лъчистите енергийни потоци според дължината на вълната условно се разделят на къси вълни (X < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 µm) радиация.Спектърът на слънчевата радиация на границата на земната атмосфера практически се намира между дължини на вълните от 0,17 до 4 микрона, а този на земната и атмосферната радиация - от 4 до 120 микрона. Следователно потоците от слънчева радиация (S, D, RK) принадлежат към късовълнова радиация, а радиацията на Земята (£3) и атмосферата (Ea) принадлежи към дълговълнова радиация.

Спектърът на слънчевата радиация може да бъде разделен на три качествено различни части: ултравиолетова (Y< 0,40 мкм), ви­димую (0,40 мкм < Y < 0,75 µm) и инфрачервен (0,76 µm < Y < 4 µm). Преди ултравиолетовата част на спектъра на слънчевата радиация се намира рентгеновото лъчение, а отвъд инфрачервената част се намира радиоизлъчването на Слънцето. На горната граница на атмосферата ултравиолетовата част от спектъра представлява около 7% от енергията на слънчевата радиация, 46% за видимата и 47% за инфрачервената.

Излъчваната от Земята и атмосферата радиация се нарича далечна инфрачервена радиация.

Биологичният ефект на различните видове радиация върху растенията е различен. Ултравиолетова радиациязабавя процесите на растеж, но ускорява преминаването на етапите на формиране на репродуктивните органи в растенията.

Значение на инфрачервеното лъчение, който се абсорбира активно от водата от листата и стъблата на растенията, е неговият топлинен ефект, който значително влияе върху растежа и развитието на растенията.

Далечно инфрачервено лъчениепроизвежда само термичен ефект върху растенията. Влиянието му върху растежа и развитието на растенията е незначително.

Видима част от слънчевия спектър, първо, създава светлина. На второ място, така нареченото физиологично лъчение (А, = 0,35...0,75 μm), което се абсорбира от пигментите на листата, почти съвпада с областта на видимото лъчение (частично улавяйки областта на ултравиолетовото лъчение). Неговата енергия има важно регулаторно и енергийно значение в живота на растенията. В рамките на тази част от спектъра се разграничава област на фотосинтетично активно излъчване.

4. Поглъщане и разпръскване на радиация в атмосферата.

Когато слънчевата радиация преминава през земната атмосфера, тя се отслабва поради абсорбция и разсейване от атмосферните газове и аерозоли. В същото време неговият спектрален състав също се променя. При различна височина на слънцето и различна височина на наблюдателната точка над земната повърхност, дължината на пътя, изминат от слънчевия лъч в атмосферата, не е една и съща. С намаляване на надморската височина ултравиолетовата част на радиацията намалява особено силно, видимата част намалява малко по-малко, а инфрачервената част намалява съвсем слабо.

Разпръскването на радиация в атмосферата възниква главно в резултат на непрекъснати колебания (флуктуации) в плътността на въздуха във всяка точка на атмосферата, причинени от образуването и разрушаването на определени „бучки“ (струпвания) от молекули на атмосферния газ. Слънчевата радиация също се разсейва от аерозолни частици. Интензитетът на разсейване се характеризира с коефициента на разсейване.

K= добавяне на формула.

Интензитетът на разсейване зависи от броя на разсейващите частици в единица обем, от техния размер и характер, както и от дължините на вълните на самото разсеяно лъчение.

Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-силно се разсейват лъчите. Например виолетовите лъчи се разсейват 14 пъти по-силно от червените, което обяснява синия цвят на небето. Както беше отбелязано по-горе (вижте раздел 2.2), пряката слънчева радиация, преминаваща през атмосферата, е частично разпръсната. В чист и сух въздух интензитетът на коефициента на молекулярно разсейване се подчинява на закона на Rayleigh:

k= c/Y4 ,

където С е коефициент, зависещ от броя на газовите молекули на единица обем; X е дължината на разсеяната вълна.

Тъй като далечните дължини на вълната на червената светлина са почти два пъти по-големи от дължината на вълната на виолетовата светлина, първите се разсейват от въздушните молекули 14 пъти по-малко от вторите. Тъй като първоначалната енергия (преди разсейването) на виолетовите лъчи е по-малка от тази на сините и циан, максималната енергия в разсеяната светлина (разсеяната слънчева радиация) се измества към синьо-сините лъчи, което определя синия цвят на небето. По този начин разсеяната радиация е по-богата на фотосинтетично активни лъчи от директната радиация.

Във въздуха, съдържащ примеси (малки водни капчици, ледени кристали, прахови частици и др.), разсейването е еднакво за всички области на видимата радиация. Поради това небето придобива белезникав оттенък (появява се мъгла). Облачните елементи (големи капчици и кристали) изобщо не разпръскват слънчевите лъчи, а ги отразяват дифузно. В резултат на това облаците, осветени от Слънцето, изглеждат бели.

5. PAR (фотосинтетично активна радиация)

Фотосинтетично активна радиация. В процеса на фотосинтезата не се използва целият спектър на слънчевата радиация, а само нейният

част, разположена в диапазона на дължината на вълната 0,38...0,71 µm - фотосинтетично активна радиация (PAR).

Известно е, че видимото лъчение, възприемано от човешкото око като бяло, се състои от цветни лъчи: червено, оранжево, жълто, зелено, синьо, индиго и виолетово.

Поглъщането на енергията на слънчевата радиация от листата на растенията е избирателно. Листата най-интензивно абсорбират синьо-виолетови (X = 0,48...0,40 µm) и оранжево-червени (X = 0,68 µm) лъчи, по-малко - жълто-зелени (A. = 0,58... 0,50 µm) и далечно червено ( A. > 0,69 µm) лъчи.

На земната повърхност максималната енергия в спектъра на пряката слънчева радиация, когато Слънцето е високо, попада в областта на жълто-зелените лъчи (слънчевият диск е жълт). Когато Слънцето е близо до хоризонта, далечните червени лъчи имат максимална енергия (слънчевият диск е червен). Следователно енергията на пряката слънчева светлина допринася малко за процеса на фотосинтеза.

Тъй като PAR е един от най-важните фактори за продуктивността на селскостопанските растения, информацията за количеството на постъпващия PAR, като се вземе предвид разпределението му по територия и във времето, е от голямо практическо значение.

Интензитетът на фазираната решетка може да бъде измерен, но това изисква специални филтри, които пропускат само вълни в диапазона 0,38...0,71 микрона. Такива устройства съществуват, но те не се използват в мрежата от актинометрични станции, те измерват интензитета на интегралния спектър на слънчевата радиация. Стойността на PAR може да се изчисли от данни за пристигането на пряка, дифузна или обща радиация, като се използват коефициентите, предложени от X. G. Tooming и:

Qfar = 0,43 С" +0,57 D);

са съставени карти на разпределението на месечните и годишните количества Фара на територията на Русия.

За да се характеризира степента на използване на PAR по култури, се използва коефициентът на полезно използване на PAR:

KPIfar= (сумаQ/ фарове/колQ/ фарове) 100%,

Къде сумаQ/ фарове- количеството PAR, изразходвано за фотосинтеза по време на вегетационния период на растенията; сумаQ/ фарове- сумата на PAR, получена за култури през този период;

Културите според техните средни стойности на KPIFAr се разделят на групи (по): обикновено наблюдавани - 0,5...1,5%; добър - 1.5...3.0; запис - 3.5...5.0; теоретично възможно - 6,0...8,0%.

6. РАДИАЦИОНЕН БАЛАНС НА ЗЕМНАТА ПОВЪРХНОСТ

Разликата между входящите и изходящите потоци лъчиста енергия се нарича радиационен баланс на земната повърхност (В).

Постъпващата част от радиационния баланс на земната повърхност през деня се състои от пряка слънчева и разсеяна радиация, както и атмосферна радиация. Разходната част на баланса е радиацията на земната повърхност и отразената слънчева радиация:

б= С / + г+ Еа-E3-Rk

Уравнението може да бъде написано в друга форма: б = Q- РК - Еф.

За нощно време уравнението на радиационния баланс има следния вид:

B = Ea - E3, или B = -Eeff.

Ако притокът на радиация е по-голям от изходящия, тогава радиационният баланс е положителен и активната повърхност* се нагрява. Когато балансът е отрицателен, той се охлажда. През лятото радиационният баланс е положителен през деня и отрицателен през нощта. Преминаването през нулата става сутрин приблизително 1 час след изгрев, а вечер 1...2 часа преди залез.

Годишният радиационен баланс в районите, където е установена стабилна снежна покривка, има отрицателни стойности през студения сезон и положителни стойности през топлия сезон.

Радиационният баланс на земната повърхност значително влияе върху разпределението на температурата в почвата и повърхностния слой на атмосферата, както и върху процесите на изпарение и снеготопене, образуването на мъгли и слани, промените в свойствата на въздушните маси (техните трансформация).

Познаването на радиационния режим на земеделските земи позволява да се изчисли количеството радиация, погълната от културите и почвата в зависимост от височината на слънцето, структурата на културата и фазата на развитие на растенията. Данните за режима също са необходими за оценка на различни методи за регулиране на температурата, почвената влага, изпарението, от които зависи растежът и развитието на растенията, формирането на реколтата, нейното количество и качество.

Ефективни агротехнически техники за въздействие върху радиацията и съответно топлинния режим на активната повърхност са мулчиране (покриване на почвата с тънък слой торф, угнил тор, дървени стърготини и др.), покриване на почвата с пластмасово фолио и напояване. . Всичко това променя отразяващата и абсорбционната способност на активната повърхност.

* Активна повърхност - повърхността на почвата, водата или растителността, която директно поглъща слънчевата и атмосферната радиация и отделя радиация в атмосферата, като по този начин регулира топлинния режим на съседните слоеве въздух и подлежащите слоеве почва, вода, растителност.
Случайни статии

Какво значение има в какъв стил е текстът и за кого е предназначен?