Što je izravno zračenje. Ravnoteža zračenja i njezine komponente - Predavanja - Materijal za kolegij "Nastava o atmosferi" - Katalog članaka - Meteorologija i hidrologija. Spektralni sastav zračenja

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. Ravnoteža zračenja.

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

Sunce je plinska 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 koji stvaraju klimu. Zbog energije Sunca, zračne mase u atmosferi se neprestano kreću, što osigurava postojanost plinovitog sastava atmosfere. Pod djelovanjem sunčevog zračenja ogromna količina vode isparava s površine rezervoara, tla, biljaka. Vodena para koju vjetar prenosi s oceana i mora na kontinente glavni je izvor oborina za kopno.

solarna energija - neizostavan uvjet postojanje zelenih biljaka koje pretvaraju sunčevu energiju u visokoenergetske organske tvari tijekom fotosinteze.

Rast i razvoj biljaka je proces asimilacije i prerade sunčeve energije, stoga je poljoprivredna proizvodnja moguća samo ako sunčeva energija dospije do površine Zemlje. Ruski znanstvenik je napisao: „Daj najboljem kuharu koliko god želiš. svježi zrak, sunčeva svjetlost, cijela rijeka čista voda, zamolite ga da od svega toga skuha šećer, škrob, masti i žitarice, pa će pomisliti da mu se smijete. Ali ono što se čovjeku čini apsolutno fantastičnim, nesmetano se izvodi u zelenom lišću biljaka pod utjecajem energije Sunca. Procjenjuje se da 1 sq. metar listova na sat proizvodi gram šećera. Zbog činjenice da je Zemlja okružena kontinuiranom ljuskom atmosfere, sunčeve zrake, prije nego što dođu do površine zemlje, prolaze kroz cijelu debljinu atmosfere, koja ih djelomično reflektira, djelomično se raspršuje, tj. mijenja količinu i kvaliteta sunčeve svjetlosti koja ulazi na površinu zemlje. Živi organizmi su osjetljivi na promjene u intenzitetu osvjetljenja koje stvara sunčevo zračenje. Zbog različitog odgovora na intenzitet svjetlosti, svi oblici vegetacije se dijele na svjetloljubive i sjenovito tolerantne. Nedovoljna osvijetljenost u usjevima uzrokuje, na primjer, slabu diferencijaciju tkiva slame žitnih usjeva. Zbog toga se smanjuje snaga i elastičnost tkiva, što često dovodi do polijeganja usjeva. U zadebljanim usjevima kukuruza, zbog slabe osvijetljenosti sunčevim zračenjem, oslabljeno je formiranje klipova na biljkama.

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

Osvjetljenje nadzemnih dijelova biljaka značajno utječe na apsorpciju hranjivih tvari korijenjem. Pri slabom osvjetljenju 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 po odgovoru na svjetlosni faktor. Prvi od njih - stvarno klijanje spora i prodor infektivnog principa u tkiva zahvaćene kulture - u većini slučajeva ne ovisi o prisutnosti i intenzitetu svjetlosti. Drugi je - nakon klijanja spora - najaktivniji u uvjetima jakog osvjetljenja.

Pozitivan učinak svjetlosti također utječe na brzinu razvoja patogena u biljci domaćinu. To je osobito vidljivo kod gljivica hrđe. Što više svjetla, to kraće trajanje inkubacije kod linearne hrđe pšenice, žute hrđe ječma, hrđe lana i graha itd. A to povećava broj generacija gljive i povećava intenzitet lezije. Plodnost se povećava kod ovog patogena pod intenzivnim svjetlosnim uvjetima.

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

Trajanje rasvjete i biljaka. Ritam sunčevog zračenja (izmjenjivanje svijetlih i tamnih dijelova dana) najstabilniji je faktor koji se ponavlja iz godine u godinu. vanjsko okruženje. 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 razvrstati u skupine: kratak dančiji je razvoj odgođen pri duljini dana većoj od 10 sati. Kratak dan potiče stvaranje cvjetova, dok ga dugi dan sprječava. U takve usjeve spadaju soja, riža, proso, sirak, kukuruz itd.;

dug dan do 12-13 sati, zahtijevaju dugotrajno osvjetljenje za njihov razvoj. Njihov razvoj ubrzava kada je duljina dana oko 20 sati.Te kulture uključuju raž, zob, pšenicu, lan, grašak, špinat, djetelina i dr.;

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 zračnom toku. Biljke kratkog dana razvijaju se brže kada maksimalno zračenje padne na plavo-ljubičaste zrake, a biljke dugog dana - na crvene. Trajanje svjetlosnog dijela dana (astronomska duljina dana) ovisi o dobu godine i geografskoj širini. Na ekvatoru, trajanje dana tijekom cijele godine je 12 sati ± 30 minuta. Pri kretanju od ekvatora prema polovima nakon proljetni ekvinocij(21.03) duljina dana se povećava prema sjeveru, a smanjuje prema jugu. Nakon jesenskog ekvinocija (23.09.) distribucija duljine dana je obrnuta. Na sjevernoj hemisferi 22. lipnja je najduži dan, koji traje 24 sata sjeverno od arktičkog kruga.Najkraći dan na sjevernoj hemisferi je 22. prosinca, a izvan arktičkog kruga u zimskim mjesecima Sunce ne uopće se uzdignuti 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 od sunca u atmosferu, a 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 (oblačnost, prašina, vodena para). Godišnja količina izravnog sunčevog zračenja na horizontalnoj površini teritorija Stavropoljskog teritorija iznosi 65-76 kcal/cm2/min. Na razini mora, s visokim položajem Sunca (ljeto, podne) i dobrom prozirnošću, direktan solarno zračenje iznosi 1,5 kcal/cm2/min. Ovo je dio spektra kratke valne duljine. Kada tok izravnog sunčevog zračenja prolazi kroz atmosferu, ono slabi zbog apsorpcije (oko 15%) i raspršivanja (oko 25%) energije plinovima, aerosolima, oblacima.

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

S – količina topline koju primi površina okomita na gredu ,

Ho – visina Sunca, tj. kut koji formira sunčeva zraka s vodoravnom površinom .

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

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

RASPORENO ZRAČENJED – dio sunčevog zračenja kao rezultat raspršenja atmosferom vraća se u svemir, ali značajan dio ulazi u Zemlju u obliku raspršenog zračenja. Maksimalno raspršeno zračenje + 1 kcal/cm2/min. Primjećuje se na vedrom nebu, ako na njemu ima visokih oblaka. Pod oblačnim nebom, spektar raspršenog zračenja sličan je spektru sunca. Ovo je dio spektra kratke valne duljine. Valna duljina 0,17-4 mikrona.

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

Omjer izravnog i difuznog zračenja u sastavu ukupnog zračenja ovisi o visini Sunca, naoblačenosti i onečišćenosti atmosfere te visini površine iznad razine mora. S povećanjem visine Sunca, udio raspršenog zračenja na nebu bez oblaka opada. Što je atmosfera prozirnija i što je Sunce više, to je manji udio raspršenog zračenja. Uz kontinuirane guste oblake, ukupno zračenje se u potpunosti sastoji od raspršenog zračenja. Zimi se zbog refleksije zračenja od snježnog pokrivača i njegovog sekundarnog raspršenja u atmosferi osjetno povećava udio raspršenog zračenja u ukupnom sastavu.

Svjetlost i toplina koju biljke primaju od Sunca rezultat su djelovanja ukupnog sunčevog zračenja. Tako veliku važnost za poljoprivredu imaju podatke o količinama zračenja koje prima površina po danu, mjesecu, vegetacijskoj sezoni, godini.

reflektirano sunčevo zračenje. Albedo. Ukupno zračenje doseže Zemljina površina, djelomično reflektiran od njega, stvara reflektirano sunčevo zračenje (RK), usmjereno s površine zemlje u atmosferu. Vrijednost reflektiranog zračenja uvelike ovisi o svojstvima i stanju reflektirajuće površine: boji, hrapavosti, vlažnosti itd. Reflektivnost bilo koje površine može se okarakterizirati njezinim albedom (Ak), koji se shvaća kao omjer reflektiranog sunčevog zračenja do ukupno. Albedo se obično izražava u postocima:

Promatranja pokazuju da albedo različitih površina varira u relativno uskim granicama (10...30%), s izuzetkom snijega i vode.

Albedo ovisi o vlažnosti tla čijim se povećanjem smanjuje, što ima važnost u procesu promjene toplinski režim navodnjavana polja. Zbog smanjenja albeda, kada je tlo navlaženo, apsorbirano zračenje se povećava. Albedo razne površine ima dobro izražen dnevni i godišnji tijek, zbog ovisnosti albeda o visini Sunca. Najniža vrijednost albedo se promatra u podnevnim satima, a tijekom godine - ljeti.

Zemljino vlastito zračenje 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 potpuno apsorbira vodena para, vodene kapljice 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 zemaljska površina, zagrijava i zauzvrat također zrači energiju. Oko 30% atmosferskog zračenja odlazi u svemir, a oko 70% dolazi na površinu Zemlje i naziva se protuatmosfersko zračenje (Ea).

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

Površina Zemlje apsorbira ovo protuzračenje gotovo u potpunosti (za 90...99%). Dakle, on je važan izvor topline za zemljinu površinu uz apsorbirano sunčevo zračenje. Ovaj utjecaj atmosfere na toplinski režim Zemlje naziva se staklenički ili staklenički efekt zbog vanjske analogije s djelovanjem stakala u staklenicima i staklenicima. Staklo dobro propušta sunčeve zrake, koje zagrijavaju tlo i biljke, ali odgađa toplinsko zračenje zagrijanog tla i biljaka.

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

Eef= E3-Ea

U vedrim i malo oblačnim noćima efektivno zračenje je mnogo veće nego u oblačnim noćima, pa je i noćno hlađenje zemljine površine veće. Tijekom dana blokiran je apsorbiranim ukupnim zračenjem, uslijed čega temperatura površine raste. Istodobno se povećava i učinkovito zračenje. Zemljina površina u srednjim geografskim širinama zbog djelotvornog 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 i 4 mikrona, a zemaljskog i atmosferskog zračenja - od 4 do 120 mikrona. Stoga tokovi solarno zračenje(S, D, RK) odnose se na kratkovalno zračenje, a zračenje Zemlje (£3) i atmosfere (Ea) - na dugovalno.

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). Prije ultraljubičastog dijela spektra sunčevog zračenja nalazi se rendgensko zračenje, a iza infracrvenog - radijska emisija Sunca. Na gornjoj granici atmosfere ultraljubičasti dio spektra čini oko 7% energije sunčevog zračenja, 46% vidljive i 47% infracrvene.

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 u biljkama.

Vrijednost infracrvenog zračenja, koji aktivno apsorbira voda 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 sunčevog spektra, prvo, stvara osvjetljenje. Drugo, takozvano fiziološko zračenje (A, = 0,35 ... 0,75 μm), koje apsorbiraju pigmenti lista, gotovo se podudara s područjem vidljivog zračenja (djelomično hvatajući područje ultraljubičastog zračenja). Njegova energija ima važan regulatorni i energetski značaj u životu biljaka. Unutar ovog područja spektra razlikuje se područje fotosintetski aktivnog zračenja.

4. Apsorpcija i raspršivanje zračenja u atmosferi.

Prolazeći kroz Zemljinu atmosferu, sunčevo zračenje se slabi zbog apsorpcije i raspršenja atmosferskim plinovima i aerosolima. Istodobno se mijenja i njegov spektralni sastav. Na različitim visinama sunca i različitim visinama točke promatranja iznad zemljine površine, duljina puta koji prolazi sunčeva zraka u atmosferi nije ista. Sa smanjenjem nadmorske visine ultraljubičasti dio zračenja opada posebno jako, vidljivi dio opada nešto manje, a tek neznatno infracrveni dio.

Raspršivanje zračenja u atmosferi nastaje uglavnom kao posljedica kontinuiranih fluktuacija (fluktuacija) gustoće zraka u svakoj točki atmosfere, uzrokovanih stvaranjem i uništavanjem nekih "klastera" (grudica) molekula atmosferskog plina. Aerosolne čestice također raspršuju sunčevo zračenje. Intenzitet raspršenja karakterizira koeficijent raspršenja.

K = dodaj formulu.

Intenzitet raspršenja ovisi o broju raspršenih čestica po jedinici volumena, o njihovoj veličini i prirodi, a također i o valnim duljinama samog raspršenog zračenja.

Zrake se raspršuju što jače, što je valna duljina kraća. Na primjer, ljubičaste zrake raspršuju se 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 koeficijenta molekularnog raspršenja zadovoljava Rayleighov zakon:

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 valnih duljina ljubičaste svjetlosti, prve se raspršuju molekulama zraka 14 puta manje od druge. Budući da je početna energija (prije raspršenja) ljubičastih zraka manja od plave i plave, maksimalna energija u raspršenoj svjetlosti (raspršeno sunčevo zračenje) se prebacuje 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 itd.), raspršenje je jednako za sva područja vidljivog zračenja. Stoga nebo dobiva bjelkastu nijansu (pojavljuje se izmaglica). Elementi oblaka (velike kapljice i kristali) uopće ne raspršuju sunčeve zrake, već ih difuzno reflektiraju. Kao rezultat toga, oblaci obasjani Suncem imaju bijela boja.

5. PAR (fotosintetski aktivno zračenje)

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

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 lišćem biljaka je selektivna (selektivna). Najintenzivniji listovi apsorbiraju plavo-ljubičaste (X = 0,48 ... 0,40 mikrona) i narančasto-crvene (X = 0,68 mikrona) zrake, manje žutozelene (A. = 0,58 ... 0,50 mikrona) i daleko crvene (A .\u003e 0,69 mikrona) zrake.

Na površini zemlje, maksimalna energija u spektru izravnog sunčevog zračenja, kada je Sunce visoko, pada na područje žuto-zelenih 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 kritični čimbenici produktivnost poljoprivrednih biljaka, podaci o količini pristigle PAR, obračun njezine distribucije po teritoriju iu vremenu od velike su praktične važnosti.

Intenzitet PAR se može mjeriti, ali to zahtijeva posebne svjetlosne filtere koji prenose samo valove u rasponu od 0,38 ... 0,71 mikrona. Takvi uređaji postoje, ali se ne koriste na mreži aktinometrijskih postaja, ali mjere intenzitet integralnog spektra sunčevog zračenja. Vrijednost PAR može se izračunati iz podataka o dolasku izravnog, difuznog ili ukupnog zračenja pomoću koeficijenata koje je predložio H. G. Tooming i:

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

izrađene su karte distribucije mjesečnih i godišnjih iznosa Fara na teritoriju Rusije.

Za karakterizaciju stupnja korištenja PAR po usjevima koristi se koeficijent korisna upotreba PAR:

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

gdje iznosP/ prednja svjetla- količina PAR-a utrošena na fotosintezu tijekom vegetacije biljaka; iznosP/ prednja svjetla- iznos PAR primljen za usjeve u ovom razdoblju;

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. RAVNOTEŽA ZRAČENJA ZEMLJINE POVRŠINE

Razlika između dolaznih i izlaznih tokova energije zračenja naziva se radijacijska ravnoteža zemljine površine (B).

Dolazni dio radijacijske bilance zemljine površine tijekom dana čine izravno sunčevo i difuzno zračenje, kao i atmosfersko zračenje. Rashodni dio bilance je zračenje zemljine površine i reflektirano sunčevo zračenje:

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

Jednadžba se također može napisati u drugom obliku: B = P- RK - Eef.

Za noćno vrijeme, jednadžba ravnoteže zračenja ima sljedeći oblik:

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

Ako je ulaz zračenja veći od izlaznog, tada je bilanca zračenja pozitivna i aktivna površina* se zagrijava. S negativnim saldom se hladi. Ljeti je bilanca zračenja pozitivna danju, a negativna noću. Prelazak nule događa se ujutro otprilike 1 sat nakon izlaska sunca, a navečer 1-2 sata prije zalaska sunca.

Godišnja radijacijska bilanca u područjima gdje je uspostavljen stabilan snježni pokrivač tijekom hladne sezone ima negativne vrijednosti, u toplom - pozitivno.

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

Poznavanje režima zračenja poljoprivrednog zemljišta omogućuje izračunavanje količine zračenja koje apsorbiraju usjevi i tlo ovisno o visini Sunca, strukturi usjeva i fazi razvoja biljaka. Podaci o režimu također su potrebni za ocjenjivanje različitih metoda 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 i, posljedično, na toplinski režim aktivne površine su malčiranje (prekrivanje tla tankim slojem tresetnih komadića, trulog stajskog gnoja, piljevine itd.), pokrivanje tla plastična folija, navodnjavanje. Sve to mijenja reflektirajuću i upijajuću sposobnost aktivne površine.

* Aktivna površina - površina tla, vode ili vegetacije koja izravno upija sunce i atmosfersko zračenje i emitira zračenje u atmosferu, što regulira toplinski režim susjednih slojeva zraka i ispod njih slojeva tla, vode i vegetacije.

PREDAVANJE 3

BILANCA ZRAČENJA I NJEGOVE 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 većinu zračenja Zemljine površine, sama također emitira dugovalno zračenje. Većina tog atmosferskog zračenja usmjerena je prema zemljinoj površini. To se zoveprotuzračenje atmosfere .

Razlika između tokova energije zračenja koja dolazi do aktivnog sloja Zemlje i napušta ga naziva seravnoteža zračenja aktivni sloj.

Ravnoteža zračenja sastoji se od kratkovalnog i dugovalnog zračenja. Uključuje sljedeće elemente, zvane komponente radijacijske ravnoteže:izravno zračenje, difuzno zračenje, reflektirano zračenje (kratkovalno), zračenje zemljine površine, protuzračenje atmosfere .

Razmotrimo komponente ravnoteže zračenja.

izravno sunčevo zračenje

Energetska osvjetljenost izravnog zračenja ovisi o visini Sunca i prozirnosti atmosfere te se povećava s povećanjem nadmorske visine. Oblaci donjeg sloja obično potpuno ili gotovo ne prenose izravno zračenje.

Valne duljine sunčevog zračenja koje dopiru do površine zemlje 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 i tijekom dana i tijekom godine. Time se određuje dnevni i godišnji tijek izravnog zračenja.

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

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

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

raspršeno zračenje

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

Snježni pokrivač, koji reflektira do 70-90% izravnog zračenja, povećava difuzno zračenje koje se potom raspršuje u atmosferi. S povećanjem visine mjesta iznad razine mora, raspršeno zračenje na vedrom nebu se smanjuje.

Dnevni i godišnji tečaj raspršeno zračenje pod vedrim nebom općenito odgovara tijeku izravnog zračenja. No, ujutro se raspršeno zračenje pojavljuje i prije izlaska sunca, a navečer još uvijek ulazi tijekom razdoblja sumraka, odnosno nakon zalaska sunca. U godišnjem tijeku, maksimum raspršenog zračenja opaža se ljeti.

Ukupno zračenje

Zbroj raspršenog i izravnog zračenja upada na vodoravnu površinu naziva seukupno zračenje .

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

Omjer izravnog i raspršenog zračenja u sastavu ukupnog zračenja ovisi o visini Sunca, oblačnosti i onečišćenju atmosfere. S povećanjem visine Sunca, udio raspršenog zračenja na nebu bez oblaka opada. Što je atmosfera transparentnija, to je manji udio raspršenog zračenja. Uz kontinuirane guste oblake, ukupno zračenje se u potpunosti sastoji od raspršenog zračenja. Zimi se zbog refleksije zračenja od snježnog pokrivača i njegovog sekundarnog raspršenja u atmosferi osjetno povećava udio raspršenog zračenja u ukupnom sastavu.

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

U dnevnom i godišnjem tijeku promjene ukupnog zračenja gotovo su izravno proporcionalne promjeni visine Sunca. U dnevnom toku, maksimum ukupnog zračenja uz nebo 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

Od njega se reflektira dio ukupnog zračenja koje dolazi do aktivnog sloja Zemlje. Omjer reflektiranog dijela zračenja i ukupnog ulaznog zračenja naziva serefleksivnost , ilialbedo (A) zadana podloga.

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

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

Albedo vodenih površina na solarnoj nadmorskoj visini iznad 60 ° manji je od albeda kopna, budući da se sunčeve zrake, prodiru u vodu, u velikoj mjeri apsorbiraju i raspršuju u njoj. Uz samu incidenciju zraka, A = 2-5%, s visinom Sunca manjom od 10 ° A = 50-70%. Veliki albedo leda i snijega određuje spori tijek proljeća u polarnim područjima i očuvanje tamošnjeg vječnog leda.

Promatranja albeda kopna, mora i naoblake provode se s umjetni sateliti Zemlja. 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 sunčevoj visini povećava udio raspršenog zračenja u sastavu ukupnog zračenja, koje se u većoj mjeri nego izravno zračenje reflektira od hrapave podloge.

Dugovalno zračenje Zemlje i atmosfere

zemaljsko zračenjenešto manje od zračenja crnog tijela na istoj temperaturi.

Zračenje sa zemljine površine je kontinuirano. Što je temperatura zračeće površine viša, to je njezino zračenje intenzivnije. Također postoji kontinuirana emisija atmosfere koja, upijajući dio sunčevog zračenja i zračenja zemljine površine, sama emitira dugovalno zračenje.

U umjerenim geografskim širinama, s nebom bez oblaka, atmosfersko zračenje iznosi 280-350 W/m², a u slučaju oblačnog neba 20-30% više. Oko 62-64% tog zračenja usmjereno je prema zemljinoj površini. Njegov dolazak na površinu zemlje je protuzračenje atmosfere. Razlika između ova dva toka karakterizira gubitak energije zračenja aktivnim slojem. Ova razlika se zoveučinkovito zračenje Eeff .

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

dnevni tečaj učinkovito zračenje karakterizira maksimum u 12-14 h i minimum prije izlaska sunca.godišnji tečaj učinkovito zračenje u regijama s kontinentalnom klimom karakterizira maksimum u ljetnim mjesecima i minimum zimi. U područjima sa pomorska klima godišnja varijacija efektivnog zračenja je manje izražena nego u regijama koje se nalaze u dubinama kontinenta

Zračenje sa zemljine površine apsorbira vodena para i ugljični dioksid sadržane u zraku. Ali kratkovalno zračenje sa Sunca u velikoj mjeri prenosi atmosfera. 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 prenosi toplinsko zračenje zagrijanog tla u vanjski prostor. Proračuni pokazuju da bi u nedostatku atmosfere prosječna temperatura aktivnog sloja Zemlje bila 38°C niža od stvarno promatrane, a Zemlja bi bila prekrivena vječnim ledom.

Ako je ulaz zračenja veći od izlaznog, tada je bilanca zračenja pozitivna i aktivni sloj Zemlje se zagrijava. Uz negativnu ravnotežu zračenja, ovaj sloj se hladi. Bilanca zračenja obično je pozitivna danju, a negativna noću. Otprilike 1-2 sata prije zalaska sunca postaje negativan, a ujutro, u prosjeku, 1 sat nakon izlaska sunca, ponovno postaje pozitivan. Tijek ravnoteže zračenja danju uz vedro nebo blizak je tijeku izravnog zračenja.

Proučavanje radijacijske ravnoteže poljoprivrednog zemljišta omogućuje izračunavanje količine zračenja koje apsorbiraju usjevi i tlo, ovisno o visini Sunca, strukturi usjeva i fazi razvoja biljaka. Za procjenu različitih metoda regulacije temperature i vlažnosti tla, isparavanja i drugih veličina utvrđuje se bilanca zračenja poljoprivrednih polja za različite vrste vegetacijskog pokrova.

Metode mjerenja sunčevog zračenja i komponente bilance zračenja

Za mjerenje tokova sunčevog zračenja koriste seapsolutna isrodnika metode i sukladno tome razvili apsolutne i relativne aktinometrijske instrumente. Apsolutni instrumenti se obično koriste samo za kalibraciju i provjeru relativnih instrumenata.

Relativni instrumenti koriste se za redovita promatranja na mreži meteoroloških postaja, kao i u ekspedicijama, te u terenskim promatranjima. Od njih se najviše koriste termoelektrični uređaji: aktinometar, piranometar i albedometar. Prijemnik sunčevog zračenja u ovim uređajima su termopile, sastavljene od dva metala (obično manganin i konstantan). Ovisno o intenzitetu zračenja stvara se temperaturna razlika između spojeva termoelementa i javlja se električna struja različite jačine koja se mjeri galvanometrom. Za pretvaranje podjela galvanometarske ljestvice u apsolutne jedinice koriste se pretvorbeni faktori koji se određuju za zadani par: aktinometrijski uređaj - galvanometar.

Termoelektrični aktinometar (M-3) Savinov - Yanishevsky se koristi 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 do horizontalne površine.

Tijekom promatranja, prijemni dio piranometra se postavlja vodoravno. Za određivanje raspršenog zračenja, piranometar je zasjenjen od izravnog zračenja sjenkovitim zaslonom u obliku okruglog diska postavljenog na šipku na udaljenosti od 60 cm od prijamne površine. Prilikom mjerenja ukupnog zračenja, sjenilo se pomiče u stranu

Albedometar ugrađen je i piranometar. Za mjerenje reflektiranog zračenja. Za to se koristi uređaj koji vam omogućuje okretanje prijemnog dijela uređaja prema gore (za mjerenje izravnog) i dolje (za mjerenje reflektiranog zračenja). Nakon što se albedometrom odredi ukupno i reflektirano zračenje, izračunava se albedo podloge. Za terenska mjerenja koristi se marširajući albedometar M-69.

Termoelektrični mjerač ravnoteže M-10M. Ovaj se uređaj koristi za mjerenje ravnoteže zračenja podloge.

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

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

NA terenski uvjeti najčešće se koriste piranometri, marširajući albedometri, mjerači ravnoteže i svjetlomjeri. Za promatranja među biljkama najprikladniji su albedometri i luksmetri za kampiranje, kao i posebni mikropiranometri.

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 dvije milijarde 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 površini zemlje. Uglavnom je kratkovalna i sastoji se od nevidljivog ultraljubičastog zračenja - 9%, vidljive svjetlosti - 47% i nevidljivog infracrvenog zračenja - 44%. Budući da je gotovo polovica sunčevog zračenja vidljiva svjetlost, Sunce je izvor ne samo topline, već i svjetlosti. potrebno stanje za život na zemlji.

Zračenje koje dolazi na Zemlju izravno iz solarnog diska naziva se izravno sunčevo zračenje. Zbog činjenice da je udaljenost od Sunca do Zemlje velika, a Zemlja mala, zračenje pada na bilo koju od njezinih površina u obliku snopa paralelnih zraka.

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

1 1 kal = 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 na vrhu atmosfere tzv radijacija ili solarni. Izračunava se teoretski, na temelju kuta nagiba sunčevih zraka na vodoravnoj površini.

Općenito, sunčeva klima se odražava na zemljinu površinu. Istodobno, stvarno zračenje i temperatura na Zemlji značajno se razlikuju od sunčeve klime zbog različitih zemaljskih čimbenika. Glavni je slabljenje zračenja u atmosferi zbog refleksije, apsorpcije i raspršivanje, a također i kao rezultat refleksije zračenja sa zemljine površine.

Na vrhu atmosfere sva radijacija 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 oslabljena. Obrasci njegovog slabljenja u atmosferi izraženi su Bouguerovim zakonom: S=S 0 poslijepodne(J, ili cal / cm 2, po minuti), 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 dijelovima jedinice, koji pokazuje koliki je dio zračenja dospio na površinu zemlje, t je duljina puta snopa u atmosferi.

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

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

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

Sunčevo zračenje prolazi ne samo kvantitativne nego 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, kao i ozon koji snažno apsorbira ultraljubičasto zračenje. Molekule uključene u raspršivanje zračenja različiti plinovi i aerosoli. Rasipanje- otklon svjetlosnih zraka u svim smjerovima od izvornog smjera, tako da raspršeno zračenje dolazi na Zemljinu površinu ne iz Sunčevog diska, već iz cijelog nebeskog svoda. Rasipanje ovisi o valnoj duljini: prema Rayleighovom zakonu, što je valna duljina kraća, to je raspršenje intenzivnije. Stoga se najviše raspršuju ultraljubičaste zrake, a od vidljivih, ljubičaste i plave. Otuda plava boja zraka i, sukladno tome, neba za vedra vremena. Izravno zračenje, s druge strane, ispada uglavnom žuto, pa se solarni disk čini žućkastim. Pri izlasku i zalasku sunca, kada je put snopa u atmosferi duži i raspršenje veće, samo crvene zrake dopiru do površine, zbog čega Sunce izgleda crveno. Raspršeno zračenje uzrokuje svjetlost danju po oblačnom vremenu, a u hladu za vedrog vremena, s tim je povezan fenomen sumraka i bijelih noći. Na Mjesecu, gdje nema atmosfere i, sukladno tome, raspršenog zračenja, objekti koji padaju u sjenu postaju potpuno nevidljivi.

S visinom, kako se gustoća zraka smanjuje i, shodno tome, broj raspršenih čestica, boja neba postaje tamnija, prvo prelazi u tamnoplavu, a zatim u plavoljubičastu, što je jasno vidljivo u planinama i odražava se u Himalajski pejzaži N. Roericha. U stratosferi, boja zraka je 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 ne dolazi do raspršivanja, već do difuzne refleksije, a budući da je difuzno reflektirano zračenje bijela svjetlost, boja neba postaje bjelkasta.

Izravno i difuzno sunčevo zračenje imaju određeni dnevni i godišnji tijek, koji prvenstveno ovisi o visini Sunca.

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

iznad horizonta, od prozirnosti zraka i oblačnosti.

Tok izravnog zračenja u tijekom dana raste od izlaska do podneva, a zatim opada do zalaska sunca zbog promjene visine Sunca i putanje snopa u atmosferi. Međutim, budući da se prozirnost atmosfere smanjuje oko podneva zbog povećanja vodene pare u zraku i prašine, a povećava konvektivna naoblaka, maksimalne vrijednosti zračenja pomiču se na predpodnevne sate. Ovaj obrazac svojstven je ekvatorijalno-tropskim širinama tijekom cijele godine, a umjerenim geografskim širinama ljeti. Zimi, u umjerenim geografskim širinama, maksimalno zračenje se javlja u podne.

godišnji tečaj Mjesečne prosječne vrijednosti izravnog zračenja ovise o geografskoj širini. Na ekvatoru, godišnji tijek izravnog zračenja ima oblik dvostrukog vala: maksimumi tijekom razdoblja proljetnih i jesenskih ekvinocija, minimumi tijekom razdoblja ljetnih i zimskih solsticija. U umjerenim geografskim širinama maksimalne vrijednosti izravnog zračenja javljaju se u proljeće (travanj na sjevernoj hemisferi), a ne u ljetnim mjesecima, jer je zrak u to vrijeme prozirniji zbog nižeg sadržaja vodene pare i prašine, kao i slaba naoblaka. Minimum zračenja bilježi se u prosincu, kada je sunce najniže, dan je kratak i to je najoblačniji mjesec u godini.

Dnevni i godišnji tijek raspršenog zračenja određena je promjenom visine Sunca iznad horizonta i duljinom dana, kao i prozirnošću atmosfere. Maksimum raspršenog zračenja tijekom dana opaža 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 tijek raspršenog zračenja na ekvatoru općenito ponavlja tijek ravne linije. Na ostalim geografskim širinama veći je ljeti nego zimi, zbog povećanja ukupnog pritoka sunčevog zračenja ljeti.

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

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 oblačnosti, utječu i višestruke refleksije sunčevog zračenja od snježne površine. Počevši od umjerenih geografskih širina i gotovo do ekvatora, izravno zračenje prevladava nad raspršenim zračenjem. Njegova apsolutna i relativna važnost osobito je velika u unutarnjim tropskim pustinjama (Sahara, Arabija), koje karakterizira minimalna oblačnost i bistar suhi zrak. Uz ekvator raspršeno zračenje opet dominira nad ravnom linijom zbog velike vlažnosti zraka i prisutnosti kumulusnih oblaka koji dobro raspršuju sunčevo zračenje.

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

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 sunčevoj konstanti.

Sva sunčeva zračenja - izravna i difuzna, koja dolaze na površinu zemlje, nazivaju se ukupno zračenje: (Q=S· sinh¤+D gdje je Q ukupno zračenje, S je izravno, D je difuzno, h ¤ je visina Sunca iznad horizonta. Ukupno zračenje je oko 50% sunčevog zračenja koje dolazi na gornju granicu atmosfere.

Uz nebo bez oblaka, ukupna radijacija je značajna i ima dnevnu varijaciju s maksimumom oko podneva i godišnju varijaciju s maksimumom ljeti. Oblačnost smanjuje zračenje, pa je ljeti njezin dolazak u predpodnevnim satima u prosjeku veći nego u poslijepodnevnim satima. Iz istog razloga ona je veća u prvoj polovici godine nego u drugoj.

U raspodjeli ukupnog zračenja na zemljinoj površini uočava se niz pravilnosti.

Glavna pravilnost je da je ukupno zračenje raspoređeno zonski, spuštajući se s ekvatorijalnih tropi-

ičke širine do polova u skladu sa smanjenjem kuta upada sunčevih zraka (slika 23). Odstupanja od zonskog rasporeda 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 malo oblačnosti i niska vlažnost zraka. U kopnenim tropskim pustinjama (Sahara, Arabija), gdje postoji obilje izravnog zračenja i gotovo da nema oblaka, ukupno sunčevo zračenje doseže čak i više od 8000 MJ/m 2 godišnje (do 220 kcal/cm 2 godišnje) . U blizini ekvatora, ukupno zračenje se smanjuje 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 godišnje (≈60 kcal / cm 2 godišnje ). Štoviše, na Antarktiku 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 od oceana, zbog manje (15-30%) naoblake preko

kontinentima. Jedina iznimka su ekvatorijalne širine, budući da je tijekom dana konvektivna naoblaka nad oceanom manja nego nad kopnom.

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

U lipnju najveće mjesečne količine sunčevog zračenja prima sjeverna hemisfera, posebno kopnena tropska i suptropska područja. U umjerenim i polarnim geografskim širinama, količina zračenja neznatno varira u različitim geografskim širinama, budući da se smanjenje kuta upada zraka kompenzira trajanjem sunčeve svjetlosti, sve do polarnog dana iza polarnog kruga. Na južnoj hemisferi, s povećanjem geografske širine, zračenje se brzo smanjuje i izvan antarktičkog kruga je nula.

U prosincu južna hemisfera prima više zračenja od sjeverne. U ovom trenutku, najveći mjesečni iznosi sunčeva toplina javljaju se u pustinjama Australije i Kalaharija; dalje u umjerenim geografskim širinama, zračenje se postupno smanjuje, ali na Antarktiku ponovno raste i doseže iste vrijednosti kao u tropima. Na sjevernoj hemisferi, s povećanjem geografske širine, brzo se smanjuje i odsutan je izvan arktičkog kruga.

Općenito, najveća godišnja amplituda ukupnog zračenja opaža se izvan polarnih krugova, osobito na Antarktiku, najmanja - u ekvatorijalnoj zoni.

Pod izravnim sunčevim zračenjem, koje se često naziva jednostavno sunčevim zračenjem, podrazumijeva se zračenje koje dolazi do mjesta promatranja u obliku snopa paralelnih zraka izravno od Sunca.

Tokovi sunčevog zračenja okomiti na zrake ( ja) i horizontalno ( I΄ = ja grijeh h) površine ovise o sljedećim čimbenicima: a) solarnoj konstanti; b) udaljenost između Zemlje i Sunca (fluks ja 0 ) na gornjoj granici atmosfere u siječnju za oko 3,5% više, au srpnju za 3,5% manje od ja* 0 ); c) fizičko stanje atmosfere iznad točke promatranja (sadržaj upijajućih plinova i čvrstih atmosferskih nečistoća, prisutnost oblaka i magle); d) visina sunca.

Ovisno o tim čimbenicima, tokovi ja do ja΄ uvelike variraju. U svakoj točki imaju jasno izraženu dnevnu i godišnju varijaciju (maksimumi ja i ja΄ tijekom dana promatraju se u lokalnom podne). Iako je visina Sunca (na kojoj t.) i ima veliki utjecaj na tokove sunčevog zračenja, ali ništa manji utjecaj nema ni zamućenost atmosfere. To potvrđuju maksimalne (od podneva) vrijednosti toka ja koji su ikada opaženi na različitim točkama (tablice 6.3 i 6.4). Sa stola. 6.3 podataka proizlazi da unatoč velika razlika u geografskoj širini postaja i, posljedično, u maksimalnoj visini Sunca, razlika ja Maks mali na njima. Štoviše, na oko. dixon značenje ja max je veći nego u točkama koje se nalaze južnije. To se objašnjava činjenicom da atmosfera na niskim geografskim širinama sadrži više vodene pare i nečistoća nego na visokim geografskim širinama.

6.5. raspršeno zračenje

Raspršeno zračenje je sunčevo zračenje koje se raspršilo u atmosferi. Količina raspršenog zračenja koja ulazi u jednu horizontalnu površinu u jedinici vremena naziva se tok raspršenog zračenja; tok raspršenog zračenja označit ćemo s i. Budući da je primarni izvor raspršenog zračenja izravno sunčevo zračenje, tok i treba ovisiti o čimbenicima koji određuju ja, i to: a) visina Sunca h(više h, više i); b) transparentnost atmosfere (što više R, manje i; c) oblaci.

6.6. Ukupno zračenje

Tok ukupnog zračenja Q je zbroj tokova izravnog (I΄) i raspršenog ( i) sunčevo zračenje koje dolazi na horizontalnu površinu. Rješavanjem približnih jednadžbi prijenosa zračenja, K. Ya. Kondratiev i suradnici dobili su sljedeću formulu za ukupni tok zračenja u uvjetima bez oblaka:

Ovdje je τ optička debljina za integralni tok, za koju se, kako pokazuje O. A. Avast, može pretpostaviti da je jednaka τ 0,55 - optička debljina za monokromatski tok s λ = 0,55 μm; ε je množitelj koji uzima različite visine Sunce sljedeće vrijednosti:

6.7. Albedo

Albedo, ili reflektivnost površine, kao što je već spomenuto, je omjer toka zračenja koje se reflektira od dane površine i toka upadnog zračenja, izražen u udjelima jedinice ili u postocima.

Promatranja pokazuju da albedo različitih površina varira u relativno uskim granicama (10-30%); iznimka su snijeg i voda. .

Solarno zračenje, koji je glavni izvor energije za sve procese na Zemlji, pa tako i u atmosferi, širi se u svim smjerovima u obliku elektromagnetskih valova. Ukupni tok sunčeve energije izvan atmosfere na prosječnoj udaljenosti između Zemlje i Sunca (149,6x10 6 km) smatra se konstantnom vrijednošću. Energetsko osvjetljenje sunčevog zračenja koje pada na površinu jedinice površine okomito na sunčeve zrake u jedinici vremena na gornjoj granici atmosfere na prosječnoj udaljenosti od Zemlje prema suncu naziva se solarna konstantaSoko.

Slabljenje sunčevog zračenja pri prolasku kroz atmosferu.

Slabljenje izravnog sunčevog zračenja tijekom njegovog prolaska od gornje granice atmosfere do površine zemlje određeno je Bouguerovom formulom

S = S 0 str m (1),

gdje je S energija osvjetljenja sunčevim zračenjem područja blizu zemljine površine, okomito na sunčeve zrake;

S 0 - solarna konstanta;

p je integralni koeficijent transparentnosti atmosfere;

m je optička masa atmosfere koju prolaze sunčeve zrake.

Za m= 1, tj. sa suncem u zenitu,

S=S 0 p, p=S/S 0 .

Posljedično, koeficijent transparentnosti pokazuje koliki udio sunčevog zračenja dospijeva na površinu zemlje kada sunčeve zrake padaju okomito.

Za h c = 0, tj. sa Suncem na horizontu, m nije jednako beskonačnosti, već 35.

Slabljenje zračenja apsorpcijom i raspršenjem može se podijeliti na dva dijela: slabljenje trajnim plinovima (idealna atmosfera) i prigušenje vodenom parom i nečistoćama u aerosolu.

Omjer koeficijenta prozirnosti idealne atmosfere (p i) i koeficijenta transparentnosti stvarne atmosfere (p) naziva se faktor zamućenosti (K m). Pokazuje koliko idealnih atmosfera trebate uzeti da biste dobili isto prigušenje zračenja kao što stvara prava atmosfera.

Do m = lg p/lg str i

Vrijednosti K m određuju se na najbližu stotinu.

Dolazak sunčevog zračenja na površinu zemlje.

Energetsko osvjetljenje izravnim sunčevim zračenjem vodoravne površine (S  insolacija) izračunava se po formuli:

S = Sgrijehh c ,

gdje je S izravno zračenje na okomitu površinu;

h c - visina Sunca u trenutku kada se izračunava S.

Energetska osvijetljenost ukupnog sunčevog zračenja izračunava se po formuli:

P = S + D,

gdje je S energetska osvjetljenja izravnog zračenja na horizontalnu površinu;

D - energetsko osvjetljenje raspršenog sunčevog zračenja.

Ove trenutne (točnije - sekunde) vrijednosti izražene su u kW / m 2 s točnošću od stotinki.

Stvarne satne, dnevne, mjesečne i godišnje energetske izloženosti sunčevom zračenju horizontalnoj površini određene su numeričkom integracijom funkcija koje izražavaju ovisnost zračenja o vremenu. Izloženosti energiji u određenom vremenskom intervalu nazivaju se satne, dnevne, mjesečne i godišnje sume odgovarajućeg (izravnog, raspršenog, ukupnog) zračenja i označavaju  h S,  dan D. Svi ovi iznosi izraženi su u MJ/m 2, sat i dnevno s točnošću od stotinki, mjesečno - do jedinica, godišnje do desetina.

Refleksija i apsorpcija sunčevog zračenja aktivnim slojem.

Koeficijent refleksije sunčevog zračenja od aktivnog sloja - A (albedo) - definira se kao omjer:

A=P neg / P,

gdje je Q neg - reflektirano zračenje, t.j. reflektirani dio ukupnog zračenja (kW / m 2).

Q- ukupno sunčevo zračenje (kW / m 2).

Albedo se izražava u ulomcima jedinice s točnošću od stotinki ili kao postotak. Dio ukupnog zračenja (kW / m 2) koji apsorbira aktivni sloj je:

P P = P (1 – A)

Ova vrijednost (Q p) naziva se apsorbirano zračenje ili ravnoteža kratkovalnog zračenja. U potonjem slučaju označava se sa

Zračenje aktivnog sloja.

Energetska luminoznost aktivnog sloja (E s) izračunava se po formuli:

E s =  T 0 4 ,

gdje je  koeficijent toplinskog zračenja, koji se također naziva koeficijent emisivnosti,

 - Stefan-Boltzmannova konstanta, 5,67 x10 -8 W / m 2 x K

T 0 je temperatura aktivnog sloja (K).

Umnožak T 0 4 pri različitim temperaturama je u tablici (Dodatak 1).

Iste vrijednosti karakteriziraju svojstva apsorpcije aktivnog sloja u odnosu na dugovalno zračenje koje pada na njega.

Zračenje iz aktivnog sloja naziva se i samozračenje. Trenutne (druge) vrijednosti E c i energetske izloženosti ovom zračenju za različite intervale (zbroje) izražene su u istim jedinicama i s istim zaokruživanjem kao i odgovarajuće karakteristike kratkovalnog zračenja.

protuzračenje.

Energetsko osvjetljenje aktivnog sloja protuzračenjem na vedrom nebu određeno je Brentovom formulom:

E A \u003dT A 4 (D + G)

gdje je -T A - temperatura zraka (K) na visini od 2 m iznad površine zemlje, e - parcijalni tlak vodene pare (hPa) na istoj visini, D i G - konstante (D = 0,61, G = 0,05 ).

Dio protuzračenja koji apsorbira (E A p) i reflektira (E A neg) aktivni sloj određen je relacijama:

E A str =  E ALI , E Neg = (1-  ) E ALI

gdje su E A, E A p i E A neg izraženi u istim jedinicama kao i E s.

Učinkovito zračenje i ravnoteža zračenja aktivnog sloja.

Učinkovito zračenje aktivnog sloja (E eff) na vedrom nebu određeno je relacijom:

E ef = E s -  E u ,

gdje je E s - vlastito zračenje;

E in - protuzračenje.

 - faktor emisivnosti.

Učinkovito zračenje, uzeto sa predznakom minus, je bilanca dugovalnog zračenja

NA d =  E u - E s

Učinkovito zračenje u prisutnosti oblaka karakterizira odnos:

E eff o \u003d E eff I (1-C n n n -C s n sa -C u n in),

gdje je E eff o - učinkovito zračenje s oblacima različitih slojeva,

E eff i - učinkovito zračenje na vedrom nebu,

C - empirijski koeficijenti oblaka za oblake različitih razina (C n - donji, jednak 0,076, C c - srednji, jednak 0,052, i C u - gornji - 0,022).

n n, n s, n in - broj oblaka u točkama po slojevima

Ravnoteža zračenja aktivnog sloja karakterizirana je relacijom:

R = (S + D) (1- A) - E ef

Trenutačne vrijednosti ravnoteže zračenja aktivnog sloja i njegove sume izražene su u istim jedinicama i s istim zaokruživanjem kao i svi ostali tokovi zračenja.