Kogu otsene hajutatud neeldunud päikesekiirgus. Päikesekiirguse mõõtmine

Sissetulnute arv maa pind otsene päikesekiirgus (S) pilvitu taevas sõltub päikese kõrgusest ja läbipaistvusest. Laud kolmele laiuskraadi tsoonid kohta on antud igakuiste otsekiirguse koguste jaotus pilvitu taevas(võimalikud summad) keskmistena aastaaegade ja aasta keskmiste kuude kohta.

Otsese kiirguse suurenenud jõudmine Aasia ossa on tingitud selle piirkonna atmosfääri suuremast läbipaistvusest. Kõrged väärtused otsene kiirgus suvine Venemaa põhjapiirkondades on seletatav atmosfääri suure läbipaistvuse ja pika kestusega päevadel

Vähendab otsese kiirguse saabumist ja võib oluliselt muuta selle igapäevast ja iga-aastast kulgu. Keskmise pilvisusega tingimustes on aga ülekaalus astronoomiline tegur ja seetõttu täheldatakse maksimaalset otsekiirgust kõrgeim kõrgus merepinnast päike.

Enamikus Venemaa mandripiirkondades on kevad-suvekuudel otsekiirgus ennelõunasel ajal suurem kui pärastlõunal. Selle põhjuseks on konvektiivse pilvisuse kujunemine pärastlõunastel tundidel ja atmosfääri läbipaistvuse vähenemine sel kellaajal võrreldes hommikutundidega. Talvel on eel- ja pärastlõunase kiirguse väärtuste suhe vastupidine – otsekiirguse keskpäevaeelsed väärtused on väiksemad hommikuse maksimumpilvisuse ja selle vähenemise tõttu päeva teisel poolel. Vahetu kiirguse eel- ja pärastlõunaväärtuste erinevus võib ulatuda 25–35% -ni.

Aastakursusel langeb maksimaalne otsekiirgus juuni-juuli peale, välja arvatud alad Kaug-Ida, kus see nihkub maikuusse ja Primorye lõunaosas täheldatakse sekundaarset maksimumi septembris.
Maksimaalne igakuine otsekiirguse kogus Venemaa territooriumil on 45–65% pilvitu taeva all võimalikust ja isegi Euroopa osa lõunaosas ulatub see vaid 70% -ni. Miinimumväärtusi järgitakse detsembris ja jaanuaris.

Otsese kiirguse panus kogu saabumisse tegeliku pilvisusega saavutab maksimumi suvekuudel ja on keskmiselt 50–60%. Erandiks on Primorsky krai, kus otsese kiirguse suurim panus langeb sügis- ja talvekuudele.

Otsese kiirguse jaotus keskmise (tegeliku) pilvisusega Venemaa territooriumil sõltub suuresti . See toob teatud kuudel kaasa kiirguse tsoonilise jaotuse märgatava rikkumise. See on eriti ilmne kevadel. Seega on aprillis kaks maksimumi - üks lõunapoolsetes piirkondades

Päikese kiirgavat energiat nimetatakse päikesekiirguseks. Maa peale tulek päikesekiirgus suurem osa sellest muundatakse soojuseks.

Päikesekiirgus on praktiliselt ainus Maa ja atmosfääri energiaallikas. Võrreldes päikeseenergiaga on teiste energiaallikate tähtsus Maa jaoks tühine. Näiteks Maa temperatuur tõuseb keskmiselt sügavusega (umbes 1 ° C iga 35 m kohta). Tänu sellele saab Maa pind siseosadest veidi soojust. Arvatakse, et keskmiselt 1 cm 2 maapinnast saab aastas Maa siseosadest umbes 220 J. See kogus on 5000 korda väiksem kui Päikeselt saadav soojus. Maa saab tähtedelt ja planeetidelt teatud koguse soojust, kuid isegi see on kordades (umbes 30 miljonit) väiksem kui Päikeselt tulev soojus.

Päikese poolt Maale saadetav energiahulk on tohutu. Seega on 10 km 2 suurusele alale siseneva päikesekiirgusvoo võimsus pilvitu suvel 7-9 kW (arvestades atmosfääri nõrgenemist). See on rohkem kui jõud Krasnojarski HEJ. Päikeselt 1 sekundi jooksul 15x15 km suurusele alale tulev kiirgusenergia hulk (see on vähem ala Leningrad) ületab suvel keskpäeva paiku kõigi kokkuvarisenud NSV Liidu elektrijaamade võimsuse (166 miljonit kW).

Joonis 1 – Päike on kiirgusallikas

Päikesekiirguse tüübid

Atmosfääris neeldub maapinnale teel olev päikesekiirgus osaliselt ning osaliselt hajub ja peegeldub pilvedelt ja maapinnalt. Atmosfääris täheldatakse kolme tüüpi päikesekiirgust: otsene, hajus ja summaarne.

otsene päikesekiirgus- otse päikesekettalt maapinnale tulev kiirgus. Päikesekiirgus levib Päikeselt igas suunas. Kuid kaugus Maast Päikeseni on nii suur, et otsene kiirgus langeb mis tahes Maa pinnale paralleelsete kiirtekiire kujul, mis väljuvad justkui lõpmatusest. Isegi kogu Maaüldiselt on see Päikese kaugusega võrreldes nii väike, et kogu sellele langevat päikesekiirgust võib ilma märgatava veata pidada paralleelsete kiirte kiireks.

Atmosfääri ülemise piirini jõuab ainult otsene kiirgus. Umbes 30% Maale langevast kiirgusest peegeldub avakosmosesse. Hapnik, lämmastik, osoon, süsihappegaas, veeaur (pilved) ja aerosooliosakesed neelavad atmosfääris 23% otsesest päikesekiirgusest. Osoon neelab ultraviolettkiirgust ja nähtavat kiirgust. Vaatamata asjaolule, et selle sisaldus õhus on väga väike, neelab see kogu ultraviolettkiirguse (umbes 3%). Seega ei täheldata seda üldse maapinna lähedal, mis on elu jaoks Maal väga oluline.

Hajus on ka otsene päikesekiirgus, mis on teel läbi atmosfääri. Elektromagnetlaine teel olev õhuosake (tilk, kristall või molekul) "väljastab" langevast lainest pidevalt energiat ja kiirgab seda kõikides suundades, muutudes energia kiirgajaks.

Umbes 25% atmosfääri läbiva päikese kogukiirgusvoo energiast on molekulide poolt hajutatud atmosfääri gaasid ja aerosool ning muutub atmosfääris hajusaks päikesekiirguseks. Sellel viisil hajutatud päikesekiirgus- päikesekiirgus, mis on atmosfääris hajunud. Hajutatud kiirgus ei tule maapinnale mitte päikesekettalt, vaid kõigest taevavõlv. Hajukiirgus erineb otsesest kiirgusest spektraalne koostis sest erineva lainepikkusega kiired hajuvad erineval määral.

Alates algallikast hajutatud kiirgus on otsene päikesekiirgus, hajusvoog sõltub samadest teguritest, mis mõjutavad otsese kiirguse voogu. Eelkõige suureneb hajutatud kiirguse voog Päikese kõrguse kasvades ja vastupidi. Samuti suureneb see koos atmosfääris hajuvate osakeste arvu suurenemisega, s.o. koos atmosfääri läbipaistvuse vähenemisega ja väheneb kõrgusega merepinnast, kuna atmosfääri kattekihtides hajuvate osakeste arv väheneb. Pilvisus ja lumikate omavad väga suurt mõju hajuskiirgusele, mis neile langeva otsese ja hajutatud kiirguse hajumise ja peegeldumise ning atmosfääris uuesti hajumise tõttu võib hajutatud päikesekiirgust kordades suurendada.

Hajukiirgus täiendab oluliselt otsest päikesekiirgust ja suurendab oluliselt sissetulevat kiirgust päikeseenergia maapinnale. Selle roll on eriti oluline talveaeg suurtel laiuskraadidel ja muudes suure pilvisusega piirkondades, kus hajuskiirguse osakaal võib ületada otsese kiirguse osakaalu. Näiteks päikeseenergia aastases koguses moodustab hajutatud kiirgus Arhangelskis 56% ja Peterburis 51%.

Kogu päikesekiirgus on horisontaalsele pinnale saabuva otsese ja hajutatud kiirguse voogude summa. Enne päikesetõusu ja pärast päikeseloojangut, samuti päeval pideva pilvisusega on kogukiirgus täielikult ja Päikese madalatel kõrgustel koosneb see peamiselt hajutatud kiirgusest. Pilveta või vähese pilvisusega taevas suureneb Päikese kõrguse tõusuga otsekiirguse osatähtsus koguhulga koostises kiiresti ja päevasel ajal on selle voog mitu korda suurem kui hajutatud kiirguse voog. Pilvisus nõrgendab keskmiselt kogukiirgust (20-30%), kuid osalise pilvisusega, mis ei kata päikeseketast, võib selle voog olla suurem kui pilvitu taevaga. Lumikate suurendab oluliselt kogukiirguse voogu, suurendades hajutatud kiirguse voogu.

Kogu kiirgus kukkudes maapinnale, enamjaolt pinnase pealmine kiht või paksem veekiht neeldub (neeldunud kiirgus) ja muundub soojuseks ning osaliselt peegeldub (peegeldunud kiirgus).

Päike on korpuskulaarsete ja elektromagnetiline kiirgus. Korpuskulaarne kiirgus ei tungi atmosfääri alla 90 km, samas kui elektromagnetiline kiirgus jõuab maapinnani. Meteoroloogias nimetatakse seda päikesekiirgus või lihtsalt kiirgust. See moodustab ühe kahe miljardi osa Päikese koguenergiast ja liigub Päikeselt Maale 8,3 minutiga. Päikesekiirgus on peaaegu kõigi atmosfääris ja maapinnal toimuvate protsesside energiaallikas. See on peamiselt lühilaineline ja koosneb nähtamatust ultraviolettkiirgusest - 9%, nähtavast valgusest - 47% ja nähtamatust infrapunakiirgusest - 44%. Kuna peaaegu pool päikesekiirgusest on nähtav valgus, on Päike mitte ainult soojuse, vaid ka valguse allikas. vajalik tingimus eluks maa peal.

Otse päikesekettalt Maale tulevat kiirgust nimetatakse otsene päikesekiirgus. Tulenevalt asjaolust, et kaugus Päikesest Maani on suur ja Maa on väike, langeb kiirgus selle mis tahes pinnale paralleelsete kiirte kiirena.

Päikesekiirgusel on teatud voo tihedus pindalaühiku kohta ajaühiku kohta. Kiirguse intensiivsuse mõõtühik on energia hulk (džaulides ehk kalorites 1), mille saab 1 cm 2 pinnast minutis, kui päikesekiired langevad risti. Atmosfääri ülemisel piiril, Maa ja Päikese keskmisel kaugusel, on see 8,3 J / cm 2 minutis või 1,98 cal / cm 2 minutis. Seda väärtust aktsepteeritakse rahvusvahelise standardina ja seda nimetatakse päikesekonstant(S0). Tema perioodilised kõikumised aasta jooksul on ebaolulised (+ 3,3%) ja on tingitud kauguse muutumisest Maast

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

2 Päikese lõunakõrgus sõltub Päikese geograafilisest laiuskraadist ja deklinatsioonist.

Päike. Mitteperioodilised kõikumised on põhjustatud Päikese erinevast kiirgusvõimest. Atmosfääri tipu kliimat nimetatakse kiirgust või päikeseenergia. See arvutatakse teoreetiliselt, võttes aluseks päikesekiirte kaldenurga horisontaalsel pinnal.

AT üldiselt päikesekliima peegeldub maapinnal. Samas erineb reaalne kiirgus ja temperatuur Maal erinevate maapealsete tegurite tõttu oluliselt päikesekliimast. Peamine neist on kiirguse nõrgenemine atmosfääris tänu peegeldused, neeldumised ja hajumine, ja ka selle tulemusena kiirguse peegeldused maapinnalt.

Atmosfääri tipus tuleb kogu kiirgus otsese kiirgusena. S. P. Khromovi ja M. A. Petrosjantsi sõnul peegeldub sellest 21% pilvedelt ja õhust tagasi avakosmosesse. Ülejäänud kiirgus satub atmosfääri, kus otsene kiirgus osaliselt neeldub ja hajub. Ülejäänud otsene kiirgus(24%) jõuab maapinnani, kuid see on nõrgenenud. Selle nõrgenemise mustreid atmosfääris väljendab Bouguer' seadus: S=S 0 pm(J või cal / cm 2, minutis), kus S on maapinnale jõudnud otsese päikesekiirguse hulk pindalaühiku (cm 2) kohta, mis paikneb päikesekiirtega risti, S 0 on päikesekonstant, R- läbipaistvuskoefitsient ühtsuse murdosades, mis näitab, milline osa kiirgusest jõudis maapinnani, t on kiire tee pikkus atmosfääris.

Tõesti Päikesekiired kukkuda maapinnale ja mis tahes muule atmosfääri tasemele alla 90° nurga all. Päikese otsese kiirguse voolu horisontaalsele pinnale nimetatakse insolatsioon(5,). See arvutatakse valemiga S 1 \u003d S sin h ☼ (J või cal / cm 2 minutis), kus h ☼ on Päikese kõrgus 2. Loomulikult on horisontaalpinna ühiku kohta väiksem kogus

energiat kui päikesekiirtega risti asuva pindalaühiku kohta (joonis 22).

Atmosfääris imendunud umbes 23% ja hajub umbes 32% otsesest päikesekiirgusest siseneb atmosfääri, 26% hajutatud kiirgusest jõuab seejärel maapinnale ja 6% kosmosesse.

Päikesekiirgus läbib atmosfääris mitte ainult kvantitatiivseid, vaid ka kvalitatiivseid muutusi, kuna õhugaasid ja aerosoolid neelavad ja hajutavad päikesekiiri valikuliselt. Peamised kiirguse neelajad on veeaur, pilved ja aerosoolid, samuti osoon, mis neelab tugevalt ultraviolettkiirgust. Kiirguse hajumises osalevad erinevate gaaside ja aerosoolide molekulid. Hajumine- valguskiirte kõrvalekaldumine igas suunas algsest suunast, nii et hajutatud kiirgus ei tule maapinnale mitte päikesekettalt, vaid kogu taevalaotusest. Hajumine oleneb lainepikkusest: Rayleighi seaduse järgi on lainepikkus lühem, seda intensiivsem on hajumine. Seetõttu hajuvad ultraviolettkiired kõige enam ning nähtavatest violetsed ja sinised. Sellest ka õhu ja vastavalt selge ilmaga taeva sinine värv. Otsekiirgus seevastu osutub enamasti kollaseks, mistõttu paistab päikeseketas kollakas. Päikesetõusul ja -loojangul, kui kiirte teekond atmosfääris on pikem ja hajuvus suurem, jõuavad pinnale vaid punased kiired, mistõttu paistab Päike punasena. Hajukiirgus tekitab pilves ilmaga päeval valgust, selge ilmaga varjus, sellega on seotud hämaruse ja valgete ööde nähtus. Kuul, kus puudub atmosfäär ja vastavalt hajutatud kiirgus, muutuvad varju langevad objektid täiesti nähtamatuks.

Kõrgusega, kui õhu tihedus ja vastavalt ka hajuvate osakeste arv väheneb, muutub taeva värvus tumedamaks, muutub kõigepealt sügavsiniseks, seejärel sinakasvioletseks, mis on mägedes selgelt nähtav ja peegeldub N. Roerichi Himaalaja maastikud. Stratosfääris on õhu värvus must ja lilla. Astronaudid tunnistavad, et 300 km kõrgusel on taeva värv must.

Suurte aerosoolide, tilkade ja kristallide olemasolul atmosfääris ei ole see enam hajuv, vaid hajus peegeldus ning kuna hajusalt peegeldunud kiirgus on valge valgus, siis muutub taeva värv valkjaks.

Otsesel ja hajutatud päikesekiirgusel on kindel päevane ja aastane kulg, mis sõltub eelkõige Päikese kõrgusest.

Riis. 22. Päikesekiirguse sissevool pinnale AB, mis on kiirtega risti, ja horisontaalpinnal AC (S. P. Khromovi järgi)

horisondi kohal, õhu läbipaistvusest ja pilvisusest.

Otsese kiirguse voog sisse päeva jooksul suureneb päikesetõusust keskpäevani ja seejärel väheneb kuni päikeseloojanguni seoses Päikese kõrguse ja kiirte teekonna muutumisega atmosfääris. Kuna aga keskpäeva paiku atmosfääri läbipaistvus väheneb õhus ja tolmus sisalduva veeauru suurenemise tõttu ning konvektiivpilvesus suureneb, nihkuvad kiirguse maksimumväärtused keskpäevaeelsetele tundidele. See muster on omane ekvatoriaal-troopilistel laiuskraadidel aastaringselt ja parasvöötme laiuskraadidel suvel. Talvel, parasvöötme laiuskraadidel, tekib maksimaalne kiirgus keskpäeval.

aasta kursus Kuu keskmised otsese kiirguse väärtused sõltuvad laiuskraadist. Ekvaatoril on aastane otsekiirguse kulg topeltlaine kujul: maksimumid kevadistel ja sügisestel pööripäevadel, miinimumid suveperioodidel ja Talvine pööripäev. Parasvöötme laiuskraadidel ilmnevad otsese kiirguse maksimumväärtused kevadel (põhjapoolkeral aprillis), mitte suvekuudel, kuna õhk on sel ajal läbipaistvam tänu väiksemale veeauru ja tolmu sisaldusele, samuti kerge pilvisus. Kiirguse miinimumi järgitakse detsembris, mil väikseim kõrgus Päike, lühikesed päevavalgustunnid ja see kuu on aasta kõige pilvisem.

Hajukiirguse päevane ja aastane kulg määrab Päikese kõrguse muutus horisondi kohal ja päeva pikkus ning atmosfääri läbipaistvus. Hajukiirguse maksimum päevasel ajal täheldatakse päeval koos kiirguse suurenemisega üldiselt, kuigi selle osatähtsus hommikul ja õhtused tunnid rohkem kui otsene ja päeval, vastupidi, otsene kiirgus domineerib hajusa üle. Aastane hajutatud kiirguse kulg ekvaatoril kordab üldiselt sirgjoone kulgu. Teistel laiuskraadidel suvel rohkem kui talvel, mis on tingitud päikesekiirguse summaarse sissevoolu suurenemisest suvel.

Otsese ja hajutatud kiirguse suhe varieerub sõltuvalt Päikese kõrgusest, atmosfääri läbipaistvusest ja pilvesusest.

Proportsioonid otsese ja hajutatud kiirguse vahel erinevad laiuskraadid ei ole samad. Polaarses ja subpolaarses piirkonnas moodustab hajutatud kiirgus 70% kogu kiirgusvoost. Selle väärtust mõjutavad lisaks Päikese madalale asendile ja pilvisusele ka päikesekiirguse mitmekordne peegeldumine lumepinnalt. Alates parasvöötme laiuskraadidest ja peaaegu ekvaatorini domineerib otsekiirgus hajutatud kiirguse üle. Selle absoluutne ja suhteline tähtsus on eriti suur sisemaa troopilistes kõrbetes (Sahara, Araabia), mida iseloomustab minimaalne pilvisus ja selge kuiv õhk. Mööda ekvaatorit domineerib sirge kohal taas hajutatud kiirgus tänu õhu kõrgele niiskusele ja rünkpilvede olemasolule, mis hajutavad päikesekiirgust hästi.

Koha kõrguse tõusuga merepinnast tõuseb absoluutväärtus oluliselt. 23. Päikese kogukiirguse aastane kogus [MJ / (m 2 x aasta)]

ei ja suhteline suurusjärk otsekiirgus ja hajutatud kiirgus vähenevad, kuna atmosfäärikiht muutub õhemaks. 50-60 km kõrgusel läheneb otsekiirgusvoog päikesekonstandile.

Nimetatakse kogu päikesekiirgust – otsest ja hajusat, maapinnale tulevat kogukiirgus: (Q = S· sinh¤+D kus Q on kogukiirgus, S on otsene, D on hajus, h ¤ on Päikese kõrgus horisondi kohal. Kogukiirgus moodustab umbes 50% atmosfääri ülemisele piirile saabuvast päikesekiirgusest.

Pilveta taevaga on kogukiirgus märkimisväärne ja selle päevane kõikumine on maksimaalne keskpäeva paiku ja aastane kõikumine maksimumiga suvel. Pilvisus vähendab kiirgust, mistõttu suvel on selle saabumine ennelõunasel ajal keskmiselt suurem kui pärastlõunal. Samal põhjusel on see esimesel poolaastal suurem kui teisel poolaastal.

Kogu kiirguse jaotumises maapinnal täheldatakse mitmeid seaduspärasusi.

Peamine regulaarsus on see, et kogu kiirgus on jaotunud tsooniline, laskub ekvatoriaalsest troopikast

ic laiuskraadid poolustele vastavalt päikesekiirte langemisnurga vähenemisele (joonis 23). Kõrvalekalded tsoonijaotusest on seletatavad atmosfääri erineva pilvisusega ja läbipaistvusega. Suurimad aastased kogukiirguse väärtused 7200–7500 MJ / m 2 aastas (umbes 200 kcal / cm 2 aastas) langevad troopilistele laiuskraadidele, kus on vähe pilvisust ja madal õhuniiskus. Sisemaa troopilistes kõrbetes (Sahara, Araabia), kus otsekiirgust on ohtralt ja pilvi peaaegu pole, ulatub päikese kogukiirgus isegi üle 8000 MJ/m 2 aastas (kuni 220 kcal/cm 2 aastas) . Ekvaatori lähedal väheneb kogukiirgus 5600–6500 MJ / m aastas (140–160 kcal / cm 2 aastas) tänu olulisele pilvisusele, kõrge õhuniiskus ja vähem õhu läbipaistvust. Parasvöötme laiuskraadidel on kogukiirgus 5000–3500 MJ / m 2 aastas (≈ 120–80 kcal / cm 2 aastas), polaaraladel - 2500 MJ / m aastas (≈60 kcal / cm 2 aastas) ). Veelgi enam, Antarktikas on see 1,5–2 korda suurem kui Arktikas, eelkõige tänu mandri suuremale absoluutkõrgusele (üle 3 km) ja seetõttu õhu madalale tihedusele, selle kuivusele ja läbipaistvusele, samuti vahelduva pilvisusega ilm. Kogukiirguse tsoonilisus väljendub paremini ookeanide kui mandrite kohal.

Teine oluline muster kogukiirgus on see mandrid saavad seda rohkem kui ookeanid, vähema (15-30%) pilvisuse tõttu üle

mandritel. Ainsad erandid on ekvatoriaalsed laiuskraadid, kuna päeval on ookeani kohal konvektiivpilvisus väiksem kui maismaa kohal.

Kolmas omadus on see põhjapoolsemal, mandrilisemal poolkeral on üldkiirgus üldiselt suurem kui ookeani lõunaosas.

Juunis saavad igakuiselt suurimad kogused päikesekiirgust põhjapoolkera, eriti sisemaa troopilised ja subtroopilised piirkonnad. Parasvöötme ja polaarlaiuskraadidel on kiirguse hulk laiuskraadide lõikes veidi erinev, kuna kiirte langemisnurga vähenemist kompenseerib päikesepaiste kestus, kuni polaarpäev polaarjoone taga. Lõunapoolkeral väheneb laiuskraadi suurenedes kiirgus kiiresti ja on Antarktika ringist väljaspool null.

Detsembris Lõunapoolkera saab rohkem kiirgust kui põhjaosa. Sel ajal suurimad igakuised summad päikesesoojus esinevad Austraalia ja Kalahari kõrbetes; edasi parasvöötme laiuskraadidel kiirgus järk-järgult väheneb, kuid Antarktikas taas suureneb ja jõuab samadele väärtustele kui troopikas. Põhjapoolkeral laiuskraadi suurenedes see kiiresti väheneb ja puudub väljaspool polaarjoont.

Üldiselt täheldatakse kogukiirguse suurimat aastast amplituudi väljaspool polaarringe, eriti Antarktikas, väikseimat - ekvatoriaalvööndis.

Päikesekiirgus (päikesekiirgus) on Maale tuleva päikeseaine ja energia kogum. Päikesekiirgus koosneb järgmisest kahest põhiosast: esiteks soojus- ja valguskiirgus, mis on kombinatsioon elektromagnetlained; teiseks korpuskulaarne kiirgus.

Päikese käes soojusenergia tuumareaktsioonid muutub kiirgusenergiaks. Kui päikesekiired langevad maapinnale, muundatakse kiirgusenergia taas soojusenergiaks. Seega kannab päikesekiirgus valgust ja soojust.

Päikesekiirguse intensiivsus. päikesekonstant. Päikesekiirgus on kõige olulisem soojusallikas geograafiline ümbrik. Geograafilise kesta teine ​​soojusallikas on meie planeedi sisemistest sfääridest ja kihtidest tulev soojus.

Tulenevalt asjaolust, et geograafilises ümbrises on ühte tüüpi energia ( kiirgav energia ) on samaväärne mõne muu vormiga ( soojusenergia ), siis saab päikesekiirguse kiirgusenergiat väljendada soojusenergia ühikutes - džauli (J).

Päikesekiirguse intensiivsust tuleb mõõta eelkõige väljaspool atmosfääri, sest õhusfääri läbides see muundub ja nõrgeneb. Päikesekiirguse intensiivsust väljendatakse päikesekonstandiga.

päikesekonstant - see on päikeseenergia voog 1 minuti jooksul 1 cm 2 ristlõikega alale, mis on risti päikesekiirtega ja asub väljaspool atmosfääri. Päikesekonstandi võib defineerida ka kui soojushulka, mis saab 1 minuti jooksul atmosfääri ülemisel piiril 1 cm 2 musta pinnaga, mis on risti päikesekiirtega.

Päikesekonstant on 1,98 cal / (cm 2 x min) või 1,352 kW / m 2 x min.

Kuna ülemine atmosfäär neelab olulise osa kiirgusest, on oluline teada selle väärtust geograafilise ümbrise ülemisel piiril, st stratosfääri alumises osas. Päikesekiirgus geograafilise kesta ülemisel piiril väljendub tingimuslik päikesekonstant . Tingimusliku päikesekonstandi väärtus on 1,90 - 1,92 cal / (cm 2 x min) ehk 1,32 - 1,34 kW / (m 2 x min).

Päikesekonstant, vastupidiselt oma nimele, ei jää konstantseks. See muutub Päikese ja Maa vahelise kauguse muutumise tõttu, kui Maa liigub oma orbiidil. Ükskõik kui väikesed need kõikumised ka poleks, mõjutavad need alati ilma ja kliimat.

Keskmiselt iga ruutkilomeetrit troposfäär saab 10,8 x 10 15 J. (2,6 x 10 15 cal) aastas. Sellise soojushulga saab kätte 400 000 tonni põletamisel kivisüsi. Kogu Maa saab aastas sellise soojushulga, mis on määratud väärtusega 5,74 x 10 24 J. (1,37 x 10 24 cal).

Päikesekiirguse jaotus "atmosfääri ülemisel piiril" või absoluutselt läbipaistva atmosfääriga. Teadmised päikesekiirguse jaotusest enne selle atmosfääri sisenemist ehk nn päikeseline (päikese) kliima , on oluline osaluse rolli ja osakaalu määramisel õhukest Maa (atmosfäär) soojuse jaotumises üle maapinna ja selle soojusrežiimi kujunemisel.

Pindalaühikule siseneva päikesesoojuse ja valguse hulga määrab esiteks kiirte langemisnurk, mis sõltub Päikese kõrgusest horisondi kohal, ja teiseks päeva pikkus.

Kiirguse jaotus geograafilise ümbrise ülemise piiri lähedal, mis on määratud ainult astronoomiliste teguritega, on ühtlasem kui selle tegelik jaotus maapinna lähedal.

Atmosfääri puudumisel oleks aastane kiirguse summa ekvatoriaalsetel laiuskraadidel 13 480 MJ/cm 2 (322 kcal/cm 2), poolustel 5560 MJ/m 2 (133 kcal/cm 2). Polaarsetel laiuskraadidel saadab Päike soojust veidi vähem kui poole (umbes 42%) ekvaatorile sisenevast kogusest.

Näib, et Maa päikesekiirgus on ekvaatori tasandi suhtes sümmeetriline. Kuid seda juhtub ainult kaks korda aastas, kevadise ja sügisese pööripäeva päevadel. Pöörlemistelje kalle ja Maa aastane liikumine määravad selle asümmeetrilise kiirguse Päikese poolt. Aasta jaanuaris saab lõunapoolkera rohkem soojust, juulis - põhjapoolkera. See on täpselt mis peamine põhjus hooajalised rütmid geograafilises ümbrikus.

Vahe ekvaatori ja suvepoolkera pooluse vahel on väike: ekvaatorile saabub 6740 MJ/m 2 (161 kcal/cm 2) ja umbes 5560 MJ/m 2 (133 kcal/cm 2 poolaastas). poolusel. Kuid talvepoolkera polaarriikides puudub samal ajal päikesesoojus ja valgus.

Pööripäeva päeval saab poolus isegi rohkem soojust kui ekvaator - 46,0 MJ / m 2 (1,1 kcal / cm 2) ja 33,9 MJ / m 2 (0,81 kcal / cm 2).

Üldiselt on aastane päikesekliima poolustel 2,4 korda külmem kui ekvaatoril. Arvestada tuleb aga sellega, et talvel pooluseid Päike üldse ei soojenda.

Kõigi laiuskraadide tegelik kliima on suuresti tingitud maapealsetest teguritest. Olulisemad neist teguritest on: esiteks atmosfääri kiirguse nõrgenemine ja teiseks päikesekiirguse erinev assimilatsiooni intensiivsus maapinna poolt erinevates geograafilistes tingimustes.

Päikese kiirguse muutumine atmosfääri läbimisel. Otsest päikesevalgust, mis tungib atmosfääri, kui taevas on pilvitu, nimetatakse otsene päikesekiirgus . Selle maksimaalne väärtus atmosfääri suure läbipaistvusega pinnal, mis on risti sisenevate kiirtega troopiline vöönd on umbes 1,05 - 1,19 kW / m 2 (1,5 - 1,7 cal / cm 2 x min. Keskmistel laiuskraadidel on keskpäevase kiirguse pinge tavaliselt umbes 0,70 - 0,98 kW / m 2 x min (1,0 - 1,4 cal/cm 2 x min) Mägedes suureneb see väärtus oluliselt.

Osa gaasimolekulide ja aerosoolidega kokkupuutel tekkivatest päikesekiirtest hajub ja muundatakse hajutatud kiirgus . Maa pinnal ei tule hajutatud kiirgus enam päikesekettalt, vaid kogu taevast ja loob laialt levinud päevavalguse valgustuse. Temalt kuni päikselised päevad valgus ja kuhu otsesed kiired ei tungi näiteks metsa võra alla. Lisaks otsesele kiirgusele toimib hajuskiirgus ka soojuse ja valguse allikana.

Absoluutne väärtus hajutatud kiirgus on seda suurem, mida intensiivsem on otseliin. Suhteline väärtus hajuskiirgus suureneb koos otseliini rolli vähenemisega: keskmistel laiuskraadidel on see suvel 41% ja talvel 73% kogu kiirguse saabumisest. Erikaal hajutatud kiirgus sisse koguväärtus kogukiirgus oleneb ka Päikese kõrgusest. Kõrgetel laiuskraadidel moodustab hajutatud kiirgus ligikaudu 30% ja polaarsetel laiuskraadidel ligikaudu 70% kogu kiirgusest.

Üldiselt moodustab hajuskiirgus umbes 25% kogu meie planeedile jõudvast päikesekiirgusest.

Seega satub otsene ja hajus kiirgus maapinnale. Koos moodustub otsene ja hajus kiirgus kogukiirgus , mis määratleb troposfääri termiline režiim .

Kiirgust neelates ja hajutades nõrgestab atmosfäär seda oluliselt. Summutuse summa sõltub läbipaistvuskoefitsient, mis näitab, kui palju kiirgust maapinnale jõuab. Kui troposfäär koosneks ainult gaasidest, siis läbipaistvuskoefitsient oleks 0,9 ehk läbiks umbes 90% Maale minevast kiirgusest. Kuid aerosoolid on õhus alati olemas, vähendades läbipaistvustegurit 0,7 - 0,8-ni. Atmosfääri läbipaistvus muutub ilma muutudes.

Kuna õhu tihedus kõrgusega väheneb, ei tohiks kiirte poolt läbitunginud gaasikihti väljendada atmosfääri paksuse kilomeetrites. Mõõtühik on optiline mass, võrdne õhukihi paksusega kiirte vertikaalse langemisega.

Kiirguse nõrgenemist troposfääris on päeval lihtne jälgida. Kui Päike on horisondi lähedal, tungivad selle kiired läbi mitme optilise massi. Samas on nende intensiivsus nii nõrgenenud, et Päikesele saab vaadata kaitsmata silmaga. Päikese tõusuga väheneb optiliste masside arv, mida selle kiired läbivad, mis toob kaasa kiirguse suurenemise.

Päikesekiirguse sumbumise astet atmosfääris väljendatakse kui Lamberti valem :

I i = I 0 p m , kus

I i - maapinnale jõudev kiirgus,

I 0 - päikesekonstant,

p on läbipaistvuse koefitsient,

m on optiliste masside arv.

Päikesekiirgus maapinna lähedal. Kiirgusenergia hulk maapinna ühiku kohta sõltub eelkõige päikesekiirte langemisnurgast. peal võrdsed alad ekvaatoril, keskmistel ja kõrgetel laiuskraadidel on erinevas koguses kiirgust.

Päikese insolatsioon (valgustus) on oluliselt nõrgenenud pilvisus. Ekvatoriaal- ja parasvöötme laiuskraadide suur pilvisus ning troopiliste laiuskraadide madal pilvisus muudavad Päikese kiirgusenergia tsoonilist jaotust oluliselt.

Päikese soojuse jaotus üle maapinna on kujutatud päikese kogukiirguse kaartidel. Nagu need kaardid näitavad, suurim arv päikesesoojus - 7530 kuni 9200 MJ / m 2 (180-220 kcal / cm 2) saavad troopilisi laiuskraade. Ekvatoriaalsed laiuskraadid saavad suure pilvisuse tõttu mõnevõrra vähem soojust: 4185–5860 MJ / m 2 (100–140 kcal / cm 2).

Alates troopilisest kuni parasvöötme laiuskraadini kiirgus väheneb. Arktika saartel ei ületa see 2510 MJ/m 2 (60 kcal/cm 2) aastas. Kiirguse jaotumisel üle maapinna on tsoonilis-regionaalne iseloom. Iga tsoon on jagatud eraldi piirkondadeks (piirkondadeks), mis on üksteisest mõnevõrra erinevad.

hooajalised kõikumised kogukiirgus.

Ekvatoriaalsetel ja troopilistel laiuskraadidel on Päikese kõrgus ja päikesekiirte langemisnurk kuude lõikes veidi erinev. Kõigi kuude kogukiirgust iseloomustavad suured väärtused, hooajaline muutus termilised tingimused kas puuduvad või on väga väikesed. Ekvatoriaalvööndis on kaks maksimumi nõrgalt välja joonistatud, mis vastavad Päikese senitaalsele asendile.

AT parasvöötme aasta kiirguse käigus väljendub järsult suvine maksimum, mille puhul kogukiirguse kuuväärtus ei ole väiksem kui troopiline. Number soojad kuud väheneb koos laiuskraadiga.

Polaaraladel kiirgusrežiim muutub dramaatiliselt. Siin peatub olenevalt laiuskraadist mitmest päevast mitme kuuni mitte ainult küte, vaid ka valgustus. Suvel on siinne valgustus pidev, mis suurendab oluliselt igakuise kiirguse hulka.

Kiirguse assimilatsioon maapinna poolt. Albedo. Maapinnale jõudev kogukiirgus neeldub osaliselt pinnasesse ja veekogudesse ning muutub soojuseks. Ookeanidel ja meredel kulub kogu kiirgus aurumisele. Osa kogu kiirgusest peegeldub atmosfääri ( peegeldunud kiirgus).

Igat tüüpi päikesekiired jõuavad maapinnale kolmel viisil – otsese, peegeldunud ja hajutatud päikesekiirgusena.
otsene päikesekiirgus on kiired, mis tulevad otse päikeselt. Selle intensiivsus (tõhusus) sõltub päikese kõrgusest horisondi kohal: maksimum on keskpäeval ja minimaalne - hommikul ja õhtul; aastaajast: maksimaalne - suvel, minimaalne - talvel; maastiku kõrguselt merepinnast (mägedes kõrgemal kui tasandikul); atmosfääri seisundi kohta (õhusaaste vähendab seda). Päikese kiirgusspekter oleneb ka päikese kõrgusest horisondi kohal (mida madalamal on päike horisondi kohal, seda vähem ultraviolettkiired).
peegeldunud päikesekiirgus on maapinnalt peegelduvad päikesekiired või veepind. Ta väljendab ennast protsenti peegeldunud kiirte koguvooluni ja seda nimetatakse albeedoks. Albedo väärtus sõltub peegeldavate pindade olemusest. Päevitamise korraldamisel ja läbiviimisel on vaja teada ja arvestada nende pindade albeedot, millel päevitatakse. päevitamine. Mõnda neist iseloomustab selektiivne peegelduvus. Lumi peegeldub täielikult infrapunakiired ja vähemal määral ultraviolettkiirgust.

hajutatud päikesekiirgus tekkis päikesevalguse hajumise tagajärjel atmosfääris. Õhumolekulid ja selles hõljuvad osakesed (kõige väiksemad veepiisad, jääkristallid jne), mida nimetatakse aerosoolideks, peegeldavad osa kiirtest. Mitmekordse peegelduse tulemusena jõuab osa neist siiski maapinnani; Need on hajutatud päikesekiired. Enamasti hajuvad ultraviolett-, violetsed ja sinised kiired, mis määrab selge ilmaga taeva sinise värvuse. Hajutatud kiirte osakaal on suurtel laiuskraadidel (põhjapoolsetes piirkondades). Seal on päike horisondi kohal madalal ja seetõttu on kiirte tee maapinnale pikem. peal pikk tee kiired kohtavad rohkem takistusi ja sisse rohkem hajutada.

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

Kogu päikesekiirgus– kogu maapinnale sattuv otsene ja hajutatud päikesekiirgus. Päikese kogukiirgust iseloomustab intensiivsus. Pilvetu taevaga on päikesekiirgus kokku maksimaalne väärtus keskpäeva paiku ja aasta jooksul - suvel.

Kiirgusbilanss
Maapinna kiirgusbilanss on maapinnal neeldunud kogu päikesekiirguse ja selle efektiivse kiirguse vahe. Maapinna jaoks
- sissetulev osa on neeldunud otsene ja hajutatud päikesekiirgus, samuti atmosfääri neeldunud vastukiirgus;
- kuluosa koosneb maapinna enda kiirgusest tingitud soojuskadudest.

Kiirgusbilanss võib olla positiivne(päevane, suvi) ja negatiivne(öösel, talvel); mõõdetuna kW/sq.m/min.
Maapinna kiirgusbilanss - oluline komponent maapinna soojusbilanss; üks peamisi kliimat kujundavaid tegureid.

Maapinna termiline tasakaal- algebraline summa igat tüüpi soojuse sisend ja väljund maa ja ookeani pinnal. Soojusbilansi olemus ja selle energia tase määrata enamiku eksogeensete protsesside tunnused ja intensiivsus. Ookeani soojusbilansi peamised komponendid on:
- kiirgusbilanss;
- soojuse tarbimine aurustamiseks;
- turbulentne soojusvahetus ookeanipinna ja atmosfääri vahel;
- ookeanipinna vertikaalne turbulentne soojusvahetus selle all olevate kihtidega; ja
- horisontaalne ookeaniline advektsioon.

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

Päikesekiirguse mõõtmine.

Päikesekiirguse mõõtmiseks kasutatakse aktinomeetreid ja pürheliomeetreid. Päikesekiirguse intensiivsust mõõdetakse tavaliselt selle soojusefekti järgi ja seda väljendatakse kalorites pinnaühiku kohta ajaühikus.

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

Päikesekiirguse intensiivsust mõõdetakse Janishevski püranomeetriga koos galvanomeetri või potentsiomeetriga.

Päikese summaarse kiirguse mõõtmisel paigaldatakse püranomeeter ilma varjuekraanita, hajutatud kiirguse mõõtmisel aga varjuekraaniga. Otsene päikesekiirgus arvutatakse summaarse ja hajutatud kiirguse vahena.

Aiale langeva päikesekiirguse intensiivsuse määramisel paigaldatakse püranomeeter sellele nii, et seadme tajutav pind on piirdeaia pinnaga rangelt paralleelne. Kiirguse automaatse salvestamise puudumisel tuleks mõõtmised teha 30 minuti pärast päikesetõusu ja -loojangu vahel.

Aia pinnale langev kiirgus ei imendu täielikult. Olenevalt aia tekstuurist ja värvist peegeldub osa kiirtest. Peegeldunud kiirguse ja langeva kiirguse suhet, väljendatuna protsentides, nimetatakse pinna albeedo ja mõõtis P.K. Kalitina komplektis galvanomeetri või potentsiomeetriga.

Suurema täpsuse huvides tuleks vaatlusi läbi viia selges taevas ja tara intensiivse päikesekiirgusega.

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