Ukupno izravno raspršeno apsorbirano sunčevo zračenje. Mjerenje sunčevog zračenja

Broj dolaznih Zemljina površina izravno sunčevo zračenje (S) na nebu bez oblaka ovisi o visini sunca i prozirnosti. Stol za troje geografske zone dana je raspodjela mjesečnih količina izravnog zračenja za nebo bez oblaka(mogući zbroji) kao prosjek za središnje mjesece godišnjih doba i godine.

Povećani dolazak izravne radijacije u azijski dio posljedica je veće prozirnosti atmosfere u ovoj regiji. Visoke vrijednosti izravno zračenje ljeti u sjevernim regijama Rusije objašnjava se kombinacijom visoke prozirnosti atmosfere i dugo trajanje dana

Smanjuje dolazak izravnog zračenja i može značajno promijeniti njegov dnevni i godišnji tijek. Međutim, u uvjetima prosječne naoblake, astronomski faktor je prevladavajući i stoga se maksimalno izravno zračenje opaža pri najveća nadmorska visina Sunce.

U većini kontinentalnih regija Rusije u proljetno-ljetnim mjesecima izravno zračenje u predpodnevnim satima veće je nego u poslijepodnevnim satima. To je zbog razvoja konvektivne naoblake u poslijepodnevnim satima i smanjenja prozirnosti atmosfere u ovo doba dana u odnosu na jutarnje sate. Zimi je obrnut omjer predpodnevnih i poslijepodnevnih vrijednosti zračenja - predpodnevne vrijednosti izravnog zračenja su manje zbog jutarnje maksimalne naoblake i njenog smanjenja u drugoj polovici dana. Razlika između predpodnevnih i popodnevnih vrijednosti izravnog zračenja može doseći 25-35%.

U godišnjem tijeku maksimalno izravno zračenje pada na lipanj-srpanj, s izuzetkom područja Daleki istok, gdje se pomiče u svibanj, a na jugu Primorja sekundarni maksimum bilježi se u rujnu.
Maksimalna mjesečna količina izravnog zračenja na teritoriju Rusije iznosi 45-65% mogućeg pod nebom bez oblaka, a čak i na jugu europskog dijela doseže samo 70%. Minimalne vrijednosti bilježe se u prosincu i siječnju.

Doprinos izravnog zračenja ukupnom dolasku pod stvarnom naoblakom doseže maksimum u ljetnim mjesecima i u prosjeku iznosi 50–60%. Iznimka je Primorski kraj, gdje najveći doprinos izravnog zračenja pada na jesenske i zimske mjesece.

Raspodjela izravnog zračenja pod prosječnom (stvarnom) naoblakom nad teritorijom Rusije uvelike ovisi o . To dovodi do zamjetnog kršenja zonske raspodjele zračenja u određenim mjesecima. To je posebno vidljivo u proljeće. Dakle, u travnju postoje dva maksimuma - jedan u južnim regijama

Energija koju emitira Sunce naziva se sunčevo zračenje. Dolazak na zemlju solarno zračenje većina se pretvara u toplinu.

Sunčevo zračenje je praktički jedini izvor energije za Zemlju i atmosferu. U usporedbi sa sunčevom energijom, značaj ostalih izvora energije za Zemlju je zanemariv. Na primjer, temperatura Zemlje u prosjeku raste s dubinom (oko 1 °C na svakih 35 m). Zbog toga površina Zemlje prima toplinu iz unutarnjih dijelova. Procjenjuje se da prosječno 1 cm 2 zemljine površine prima oko 220 J godišnje iz unutarnjih dijelova Zemlje. Ova količina je 5000 puta manja od topline primljene od Sunca. Zemlja prima određenu količinu topline od zvijezda i planeta, ali čak i ona je mnogo puta (otprilike 30 milijuna) manja od topline koja dolazi od Sunca.

Količina energije koju Sunce šalje Zemlji je ogromna. Dakle, snaga toka sunčevog zračenja koji ulazi u područje od 10 km 2 iznosi 7-9 kW u ljetu bez oblaka (uzimajući u obzir slabljenje atmosfere). To je više od moći Krasnojarsk HE. Količina energije zračenja koja dolazi sa Sunca u 1 sekundi na područje od 15x15 km (to je manje površine Lenjingrad) ljeti oko podneva, premašuje kapacitet svih elektrana raspadnutog SSSR-a (166 milijuna kW).

Slika 1 – Sunce je izvor zračenja

Vrste sunčevog zračenja

U atmosferi se sunčevo zračenje na svom putu prema zemljinoj površini djelomično apsorbira, a dijelom raspršuje i odbija od oblaka i zemljine površine. U atmosferi se opažaju tri vrste sunčevog zračenja: izravno, difuzno i ​​totalno.

izravno sunčevo zračenje- zračenje koje dolazi na površinu zemlje izravno iz solarnog diska. Sunčevo zračenje širi se od Sunca u svim smjerovima. Ali udaljenost od Zemlje do Sunca je tolika da izravno zračenje pada na bilo koju površinu na Zemlji u obliku snopa paralelnih zraka koje izviru, takoreći, iz beskonačnosti. Čak i cijeli Zemlja općenito, toliko je mala u usporedbi s udaljenosti do Sunca da se svo sunčevo zračenje koje pada na njega može smatrati snopom paralelnih zraka bez značajne pogreške.

Samo izravno zračenje dopire do gornje granice atmosfere. Oko 30% zračenja koje upada na Zemlju reflektira se u svemir. Kisik, dušik, ozon, ugljični dioksid, vodena para (oblaci) i čestice aerosola apsorbiraju 23% izravnog sunčevog zračenja u atmosferi. Ozon apsorbira ultraljubičasto i vidljivo zračenje. Unatoč činjenici da je njegov sadržaj u zraku vrlo mali, apsorbira sve ultraljubičasto zračenje (oko 3%). Dakle, uopće se ne opaža blizu površine zemlje, što je vrlo važno za život na Zemlji.

Izravno sunčevo zračenje na svom putu kroz atmosferu također se raspršuje. Čestica (kapljica, kristal ili molekula) zraka, koja se nalazi na putu elektromagnetskog vala, kontinuirano "izvlači" energiju iz upadnog vala i ponovno je zrači u svim smjerovima, postajući emiter energije.

Oko 25% energije ukupnog toka sunčevog zračenja koja prolazi kroz atmosferu raspršuju molekule atmosferski plinovi a aerosol i prelazi u difuzno sunčevo zračenje u atmosferi. Tako raspršeno sunčevo zračenje- sunčevo zračenje koje se raspršilo u atmosferi. Raspršeno zračenje na površinu zemlje ne dolazi od Sunčevog diska, već od svega svod nebeski. Raspršeno zračenje razlikuje se od izravnog zračenja spektralni sastav jer se zrake različitih valnih duljina raspršuju u različitim stupnjevima.

Budući da je izvorni izvor raspršeno zračenje je izravno sunčevo zračenje, tok difuznog ovisi o istim čimbenicima koji utječu na tok izravnog zračenja. Konkretno, tok raspršenog zračenja raste s povećanjem visine Sunca i obrnuto. Također se povećava s povećanjem broja raspršenih čestica u atmosferi, t.j. sa smanjenjem prozirnosti atmosfere, a opada s visinom iznad razine mora zbog smanjenja broja raspršenih čestica u gornjim slojevima atmosfere. Oblačnost i snježni pokrivač imaju vrlo velik utjecaj na difuzno zračenje, koje zbog raspršivanja i refleksije izravnog i difuznog zračenja koje na njih upada i njihovog ponovnog raspršivanja u atmosferi, može povećati difuzno sunčevo zračenje za nekoliko puta.

Raspršeno zračenje značajno nadopunjuje izravno sunčevo zračenje i značajno povećava dolazno solarna energija na površinu zemlje. Njegova je uloga posebno važna u zimsko vrijeme na visokim geografskim širinama i drugim područjima s velikom naoblakom, gdje udio difuznog zračenja može premašiti udio izravnog zračenja. Na primjer, u godišnjoj količini sunčeve energije, raspršeno zračenje čini 56% u Arkhangelsku i 51% u Sankt Peterburgu.

Ukupno sunčevo zračenje je zbroj tokova izravnog i difuznog zračenja koji dolazi na vodoravnu površinu. Prije izlaska i poslije zalaska sunca, kao i danju uz kontinuiranu naoblaku, ukupno zračenje je potpuno, a na malim visinama Sunca uglavnom se sastoji od raspršenog zračenja. Na nebu bez oblaka ili malo oblačnog, s povećanjem visine Sunca, udio izravnog zračenja u ukupnom sastavu brzo raste i danju je njegov tok višestruko veći od toka raspršenog zračenja. Oblačnost u prosjeku slabi ukupno zračenje (za 20-30%), međutim, s djelomičnom naoblakom koja ne prekriva solarni disk, njezin tok može biti veći nego kod neba bez oblaka. Snježni pokrivač značajno povećava tok ukupnog zračenja povećavajući tok raspršenog zračenja.

Ukupno zračenje pada na površinu zemlje, najvećim dijelom apsorbira gornji sloj tla ili deblji sloj vode (apsorbirano zračenje) i pretvara se u toplinu, a dijelom reflektira (reflektirano zračenje).

Sunce je izvor korpuskularnog i elektromagnetska radijacija. 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 - 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. Mjerna jedinica intenziteta zračenja je količina energije (u džulima ili kalorijama 1) koju primi 1 cm 2 površine u minuti kada sunčeve zrake padaju okomito. Na gornjoj granici atmosfere, na prosječnoj udaljenosti od Zemlje do Sunca, iznosi 8,3 J / cm 2 u minuti, odnosno 1,98 cal / cm 2 u minuti. Ova vrijednost je prihvaćena kao međunarodni standard i naziva se solarna konstanta(S0). Nju periodične fluktuacije tijekom godine su neznatni (+ 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.

NA općenito govoreći 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.

Stvarno sunčeve zrake pada 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. U raspršenju zračenja sudjeluju molekule raznih plinova i aerosola. 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, to više nije raspršivanje, već difuzna refleksija, a budući da je difuzno reflektirano zračenje Bijela svjetlost, tada 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 tok izravnog zračenja ima oblik dvostrukog vala: maksimumi tijekom razdoblja proljetnog i jesenskog ekvinocija, minimumi tijekom razdoblja ljeta i zimski solsticij. 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 se opaža u prosincu, kada najmanja visina Sunce, kratki dan, a ovo 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 uočava se tijekom dana uz povećanje zračenja općenito, iako njegov udio ujutro i večernjim satima više nego izravno, a danju, naprotiv, izravno zračenje prevladava nad difuznim. Godišnji tijek raspršenog zračenja na ekvatoru općenito ponavlja tijek ravne linije. U drugim geografskim širinama, više 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.

Proporcije između izravnog i difuznog zračenja na različite geografske širine nisu isti. 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.)]

naya i relativna veličina izravno zračenje i difuzno zračenje se smanjuje, 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, visoka vlažnost zraka i manja prozirnost zraka. U umjerenim geografskim širinama, ukupno zračenje je 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 kontinenta (više od 3 km), a time i niske gustoće zraka, njegove suhoće i prozirnosti, kao i djelomično oblačno vrijeme. 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 upadnog kuta zraka kompenzira trajanjem sunčeve svjetlosti, do polarni dan iza arktičkog kruga. Na južnoj hemisferi, s povećanjem geografske širine, zračenje se brzo smanjuje i izvan antarktičkog kruga je nula.

prosinac Južna polutka prima više zračenja nego sjever. 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.

Solarno zračenje (solarno zračenje) je ukupnost sunčeve materije i energije koja dolazi na Zemlju. Sunčevo zračenje sastoji se od sljedeća dva glavna dijela: prvo, toplinsko i svjetlosno zračenje, koje je kombinacija Elektromagnetski valovi; drugo, korpuskularno zračenje.

Na suncu Termalna energija nuklearne reakcije pretvara u energiju zračenja. Kada sunčeve zrake padaju na površinu zemlje, energija zračenja ponovno se pretvara u toplinsku energiju. Sunčevo zračenje tako nosi svjetlost i toplinu.

Intenzitet sunčevog zračenja. solarna konstanta. Sunčevo zračenje je najvažniji izvor topline za geografska omotnica. Drugi izvor topline za geografsku ljusku je toplina koja dolazi iz unutarnjih sfera i slojeva našeg planeta.

Zbog činjenice da se u geografskoj ovojnici nalazi jedna vrsta energije ( energija zračenja ) je ekvivalentan drugom obliku ( Termalna energija ), tada se energija zračenja sunčevog zračenja može izraziti u jedinicama toplinske energije - džula (J).

Intenzitet sunčevog zračenja mora se mjeriti prvenstveno izvan atmosfere, jer se pri prolasku kroz zračnu kuglu ono transformira i slabi. Intenzitet sunčevog zračenja izražava se solarnom konstantom.

solarna konstanta - to je protok sunčeve energije u 1 minuti u područje s poprečnim presjekom od 1 cm 2, okomito na sunčeve zrake i smješteno izvan atmosfere. Sunčeva konstanta može se definirati i kao količina topline koju u 1 minuti na gornjoj granici atmosfere primi 1 cm 2 crne površine okomite na sunčeve zrake.

Solarna konstanta je 1,98 cal / (cm 2 x min), ili 1,352 kW / m 2 x min.

Budući da gornja atmosfera apsorbira značajan dio zračenja, važno je znati njegovu vrijednost na gornjoj granici geografskog omotača, odnosno u donjoj stratosferi. Izraženo je sunčevo zračenje na gornjoj granici geografske ljuske uvjetna solarna konstanta . Vrijednost uvjetne solarne konstante je 1,90 - 1,92 cal / (cm 2 x min), odnosno 1,32 - 1,34 kW / (m 2 x min).

Solarna konstanta, suprotno svom nazivu, ne ostaje konstantna. Mijenja se zbog promjene udaljenosti od Sunca do Zemlje dok se Zemlja kreće po svojoj orbiti. Koliko god male bile te fluktuacije, one uvijek utječu na vrijeme i klimu.

U prosjeku svaki kvadratni kilometar troposfera prima 10,8 x 10 15 J. (2,6 x 10 15 cal) godišnje. Ova količina topline može se dobiti spaljivanjem 400.000 tona antracit. Cijela Zemlja u godini dana primi toliku količinu topline, koja je određena vrijednošću od 5,74 x 10 24 J. (1,37 x 10 24 cal).

Raspodjela sunčevog zračenja "na gornjoj granici atmosfere" ili s apsolutno prozirnom atmosferom. Poznavanje raspodjele sunčevog zračenja prije njegovog ulaska u atmosferu, odnosno tzv solarna (solarna) klima , važno je za određivanje uloge i udjela sudjelovanja zračna školjka Zemlja (atmosfera) u raspodjeli topline po zemljinoj površini i u formiranju njezina toplinskog režima.

Količina sunčeve topline i svjetlosti koja ulazi po jedinici površine određena je, prvo, kutom upada zraka, koji ovisi o visini Sunca iznad horizonta, i drugo, duljinom dana.

Raspodjela zračenja u blizini gornje granice geografskog omotača, određena samo astronomskim čimbenicima, ravnomjernija je od njezine stvarne raspodjele u blizini zemljine površine.

U nedostatku atmosfere, godišnji zbroj zračenja na ekvatorijalnim širinama bio bi 13.480 MJ/cm 2 (322 kcal/cm 2), a na polovima 5.560 MJ/m 2 (133 kcal/cm 2). U polarnim geografskim širinama Sunce šalje toplinu nešto manje od polovice (oko 42%) količine koja ulazi u ekvator.

Čini se da je sunčevo zračenje Zemlje simetrično u odnosu na ravninu ekvatora. Ali to se događa samo dva puta godišnje, u dane proljetne i jesenske ravnodnevnice. Nagib osi rotacije i godišnje kretanje Zemlje određuju njezino asimetrično zračenje Suncem. U siječanjskom dijelu godine južna hemisfera prima više topline, u srpnju - sjeverna. To je upravo ono glavni razlog sezonski ritmovi u geografskoj omotnici.

Razlika između ekvatora i pola ljetne hemisfere je mala: na ekvator stiže 6.740 MJ/m 2 (161 kcal/cm 2), a stiže oko 5.560 MJ/m 2 (133 kcal/cm 2 za pola godine). na stupu. No, polarne zemlje zimske hemisfere istodobno su potpuno lišene sunčeve topline i svjetlosti.

Na dan solsticija, pol prima još više topline od ekvatora - 46,0 MJ / m 2 (1,1 kcal / cm 2) i 33,9 MJ / m 2 (0,81 kcal / cm 2).

Općenito, godišnja sunčeva klima na polovima je 2,4 puta hladnija nego na ekvatoru. Međutim, mora se imati na umu da se polovi zimi uopće ne zagrijavaju od Sunca.

Prava klima svih geografskih širina uvelike je posljedica kopnenih čimbenika. Najvažniji od ovih čimbenika su: prvo, slabljenje zračenja u atmosferi, i drugo, različit intenzitet asimilacije sunčevog zračenja od strane površine zemlje u različitim geografskim uvjetima.

Promjena sunčevog zračenja dok ono prolazi kroz atmosferu. Zove se izravna sunčeva svjetlost koja prodire u atmosferu kada je nebo bez oblaka izravno sunčevo zračenje . Njegova maksimalna vrijednost pri visokoj prozirnosti atmosfere na površini okomitoj na zrake u tropska zona iznosi oko 1,05 - 1,19 kW / m 2 (1,5 - 1,7 cal / cm 2 x min. U srednjim geografskim širinama napon podnevnog zračenja obično je oko 0,70 - 0,98 kW / m 2 x min (1,0 - 1,4 cal/cm 2 ). x min) U planinama ova vrijednost značajno raste.

Dio sunčevih zraka iz kontakta s molekulama plina i aerosolima se raspršuje i pretvara u raspršeno zračenje . Na zemljinoj površini, raspršeno zračenje više ne dolazi iz solarnog diska, već s cijelog neba i stvara rašireno dnevno svjetlo. Od nje do Sunčani dani svjetlost i gdje izravne zrake ne prodiru, na primjer, ispod krošnje šume. Osim izravnog zračenja, kao izvor topline i svjetlosti služi i difuzno zračenje.

Apsolutna vrijednost raspršeno zračenje je veće, što je izravna linija intenzivnija. Relativna vrijednost raspršeno zračenje raste sa smanjenjem uloge izravne linije: u srednjim geografskim širinama ljeti iznosi 41%, a zimi 73% ukupnog pristizanja zračenja. Specifična gravitacija raspršeno zračenje u ukupna vrijednost ukupno zračenje ovisi i o visini sunca. U visokim geografskim širinama, raspršeno zračenje čini oko 30%, a u polarnim širinama približno 70% cjelokupnog zračenja.

Općenito, difuzno zračenje čini oko 25% ukupnog sunčevog zračenja koje dopire do našeg planeta.

Dakle, izravno i difuzno zračenje ulazi na površinu zemlje. Zajedno nastaju izravno i difuzno zračenje ukupno zračenje , koji definira toplinski režim troposfere .

Upijajući i raspršujući zračenje, atmosfera ga značajno slabi. Iznos slabljenja ovisi o koeficijent transparentnosti, pokazujući koliko zračenja dopire do površine zemlje. Kada bi se troposfera sastojala samo od plinova, tada bi koeficijent prozirnosti bio jednak 0,9, tj. propuštao bi oko 90% zračenja koje ide na Zemlju. Međutim, aerosoli su uvijek prisutni u zraku, smanjujući koeficijent prozirnosti na 0,7 - 0,8. Prozirnost atmosfere mijenja se kako se vrijeme mijenja.

Budući da se gustoća zraka smanjuje s visinom, sloj plina koji prodiru zrake ne bi se trebao izražavati u km atmosferske debljine. Mjerna jedinica je optička masa, jednaka debljini zračnog sloja s okomitim upadom zraka.

Slabljenje zračenja u troposferi lako je uočiti tijekom dana. Kada je Sunce blizu horizonta, njegove zrake prodiru u nekoliko optičkih masa. Pritom je njihov intenzitet toliko oslabljen da se u Sunce može gledati nezaštićenim okom. Izlaskom Sunca smanjuje se broj optičkih masa kroz koje prolaze njegove zrake, što dovodi do povećanja zračenja.

Stupanj slabljenja sunčevog zračenja u atmosferi izražava se kao Lambertova formula :

I i = I 0 p m , gdje

I i - zračenje koje dopire do površine zemlje,

I 0 - solarna konstanta,

p je koeficijent transparentnosti,

m je broj optičkih masa.

Sunčevo zračenje u blizini zemljine površine. Količina energije zračenja po jedinici zemljine površine ovisi prvenstveno o kutu upada sunčevih zraka. Na jednake površine na ekvatoru, na srednjim i visokim geografskim širinama, postoje različite količine zračenja.

Sunčeva insolacija (rasvjeta) je jako oslabljena oblačnost. Velika oblačnost ekvatorijalnih i umjerenih širina i niska oblačnost tropskih geografskih širina čine značajne prilagodbe zonalnoj raspodjeli energije zračenja Sunca.

Raspodjela sunčeve topline po površini zemlje prikazana je na kartama ukupnog sunčevog zračenja. Kao što ove karte pokazuju, najveći broj sunčeva toplina - od 7.530 do 9.200 MJ / m 2 (180-220 kcal / cm 2) primaju tropske zemljopisne širine. Ekvatorijalne zemljopisne širine, zbog velike naoblake, primaju nešto manje topline: 4.185 - 5.860 MJ / m 2 (100-140 kcal / cm 2).

Od tropskih do umjerenih geografskih širina zračenje se smanjuje. Na otocima Arktika ne iznosi više od 2510 MJ/m 2 (60 kcal/cm 2) godišnje. Raspodjela zračenja po zemljinoj površini ima zonsko-regionalni karakter. Svaka zona podijeljena je na zasebna područja (regije), koja se međusobno ponešto razlikuju.

sezonske fluktuacije ukupno zračenje.

U ekvatorijalnim i tropskim geografskim širinama visina Sunca i kut upada sunčevih zraka neznatno variraju tijekom mjeseci. Ukupno zračenje u svim mjesecima karakteriziraju velike vrijednosti, sezonska promjena toplinski uvjeti ili odsutni ili vrlo mali. U ekvatorijalnom pojasu slabo se ocrtavaju dva maksimuma, koji odgovaraju zenitalnom položaju Sunca.

NA umjerena zona u godišnjem tijeku zračenja oštro je izražen ljetni maksimum u kojem mjesečna vrijednost ukupnog zračenja nije manja od tropske. Broj toplih mjeseci opada sa zemljopisnom širinom.

U polarnim područjima režim zračenja se dramatično mijenja. Ovdje, ovisno o geografskoj širini, od nekoliko dana do nekoliko mjeseci, prestaje samo grijanje, već i rasvjeta. Ljeti je ovdje osvjetljenje kontinuirano, što značajno povećava količinu mjesečnog zračenja.

Asimilacija zračenja zemljinom površinom. Albedo. Ukupno zračenje koje dopire do površine zemlje djelomično se apsorbira u tlo i vodena tijela i pretvara u toplinu. Na oceanima i morima, ukupno zračenje se troši na isparavanje. Dio ukupnog zračenja reflektira se u atmosferu ( reflektirano zračenje).

Sve vrste sunčevih zraka do površine zemlje dolaze na tri načina – u obliku izravnog, reflektiranog i difuznog sunčevog zračenja.
izravno sunčevo zračenje su zrake koje dolaze izravno od sunca. Njegov intenzitet (učinkovitost) ovisi o visini sunca iznad horizonta: maksimum se opaža u podne, a minimum - ujutro i navečer; od doba godine: maksimum - ljeti, minimum - zimi; s visine terena iznad razine mora (više u planinama nego u ravnici); na stanje atmosfere (onečišćenje zraka ga smanjuje). Spektar sunčevog zračenja također ovisi o visini sunca iznad horizonta (što je sunce niže iznad horizonta, to je manje ultraljubičaste zrake).
reflektirano sunčevo zračenje jesu li sunčeve zrake reflektirane od zemlje ili vodena površina. Ona se izražava postotak reflektiranih zraka na njihov ukupni tok naziva se albedo. Vrijednost albeda ovisi o prirodi reflektirajućih površina. Prilikom organiziranja i provođenja sunčanja potrebno je poznavati i voditi računa o albedu površina na kojima se sunčanje provodi. sunčanje. Neke od njih karakterizira selektivna refleksivnost. Snijeg se potpuno reflektira infracrvene zrake a ultraljubičasto u manjoj mjeri.

raspršeno sunčevo zračenje nastala kao posljedica raspršivanja sunčeve svjetlosti u atmosferi. Molekule zraka i čestice suspendirane u njemu (najsitnije kapljice vode, kristali leda i sl.), zvane aerosoli, reflektiraju dio zraka. Kao rezultat višestrukih refleksija, neki od njih još uvijek dopiru do površine zemlje; To su raspršene sunčeve zrake. Uglavnom se raspršuju ultraljubičaste, ljubičaste i plave zrake, što za vedrog vremena određuje plavu boju neba. Udio raspršenih zraka je velik na visokim geografskim širinama (u sjevernim regijama). Tu je sunce nisko iznad horizonta, pa je stoga put zraka do zemljine površine duži. Na dug put zrake susreću više prepreka i u više trošiti.

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

Ukupno sunčevo zračenje- svo izravno i difuzno sunčevo zračenje koje ulazi na površinu zemlje. Ukupno sunčevo zračenje karakterizira intenzitet. Uz nebo bez oblaka, ukupno sunčevo zračenje je maksimalna vrijednost oko podneva, a tijekom godine - ljeti.

Ravnoteža zračenja
Ravnoteža zračenja Zemljine površine je razlika između ukupnog sunčevog zračenja koje apsorbira Zemljina površina i njegovog efektivnog zračenja. Za površinu zemlje
- ulazni dio je apsorbirano izravno i raspršeno sunčevo zračenje, kao i apsorbirano protuzračenje atmosfere;
- rashodni dio se sastoji od gubitka topline zbog vlastitog zračenja zemljine površine.

Ravnoteža zračenja može biti pozitivan(dnevni, ljetni) i negativan(noću, zimi); mjereno u kW/sq.m/min.
Ravnoteža zračenja zemljine površine - bitna komponenta toplinska ravnoteža zemljine površine; jedan od glavnih klimatskih faktora.

Toplinska ravnoteža zemljine površine- algebarski zbroj sve vrste unosa i izlaza topline na površini kopna i oceana. Priroda toplinske ravnoteže i njezina razina energije odrediti značajke i intenzitet većine egzogenih procesa. Glavne komponente toplinske ravnoteže oceana su:
- bilanca zračenja;
- utrošak topline za isparavanje;
- turbulentna izmjena topline između površine oceana i atmosfere;
- vertikalna turbulentna izmjena topline površine oceana s donjim slojevima; i
- horizontalna oceanska advekcija.

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

Mjerenje sunčevog zračenja.

Za mjerenje sunčevog zračenja koriste se aktinometri i pirheliometri. Intenzitet sunčevog zračenja obično se mjeri njegovim toplinskim učinkom i izražava se u kalorijama po jedinici površine u jedinici vremena.

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

Mjerenje intenziteta sunčevog zračenja provodi se piranometrom Yanishevsky zajedno s galvanometrom ili potenciometrom.

Prilikom mjerenja ukupnog sunčevog zračenja, piranometar se ugrađuje bez zasjenjenog zaslona, ​​dok se kod mjerenja raspršenog zračenja ugrađuje sa zaslonom u sjeni. Izravno sunčevo zračenje izračunava se kao razlika između ukupnog i raspršenog zračenja.

Prilikom određivanja intenziteta upadnog sunčevog zračenja na ogradu, na nju se postavlja piranometar tako da je percipirana površina uređaja strogo paralelna s površinom ograde. U nedostatku automatskog snimanja zračenja, mjerenja treba obaviti nakon 30 minuta između izlaska i zalaska sunca.

Zračenje koje pada na površinu ograde nije potpuno apsorbirano. Ovisno o teksturi i boji ograde, neke od zraka se reflektiraju. Omjer reflektiranog zračenja i upadnog zračenja, izražen u postocima, naziva se površinski albedo a izmjerio P.K. Kalitina u kompletu sa galvanometrom ili potenciometrom.

Za veću točnost promatranja treba provoditi na vedrom nebu i uz intenzivno sunčevo zračenje ograde.

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