Totale direct verstrooide geabsorbeerde zonnestraling. Meting van zonnestraling

Het aantal inkomende aardoppervlak directe zonnestraling (S) in een onbewolkte hemel is afhankelijk van de hoogte van de zon en de transparantie. Tafel voor drie breedtegraadzones de verdeling van de maandelijkse hoeveelheden directe straling wordt gegeven voor wolkenloze lucht(mogelijke sommen) als gemiddelden voor de centrale maanden van de seizoenen en het jaar.

De toegenomen komst van directe straling in het Aziatische deel is te wijten aan de hogere transparantie van de atmosfeer in deze regio. Hoge waarden directe straling in de zomer in de noordelijke regio's van Rusland wordt verklaard door een combinatie van hoge transparantie van de atmosfeer en lange duur dagen

Vermindert de komst van directe straling en kan het dagelijkse en jaarlijkse verloop aanzienlijk veranderen. Bij gemiddelde bewolking is de astronomische factor echter overheersend en daarom wordt de maximale directe straling waargenomen bij hoogste hoogte zon.

In de meeste continentale regio's van Rusland is in de lente-zomermaanden de directe straling in de vroege middaguren groter dan in de middag. Dit komt door de ontwikkeling van convectieve bewolking in de middaguren en een afname van de transparantie van de atmosfeer op dit tijdstip van de dag in vergelijking met de ochtenduren. In de winter is de verhouding tussen de voor- en middagstralingswaarden omgekeerd - de voormiddagwaarden van directe straling zijn minder vanwege de maximale bewolking in de ochtend en de afname ervan in de tweede helft van de dag. Het verschil tussen pre- en middagwaarden van directe straling kan oplopen tot 25-35%.

In het jaarverloop valt de maximale directe straling in juni-juli, met uitzondering van gebieden Verre Oosten, waar het verschuift naar mei, en in het zuiden van Primorye wordt in september een secundair maximum genoteerd.
De maximale maandelijkse hoeveelheid directe straling op het grondgebied van Rusland is 45-65% van wat mogelijk is onder een wolkenloze hemel, en zelfs in het zuiden van het Europese deel bereikt het slechts 70%. De minimumwaarden worden waargenomen in december en januari.

De bijdrage van directe straling aan de totale aankomst onder werkelijke bewolking bereikt een maximum in de zomermaanden en bedraagt ​​gemiddeld 50-60%. De uitzondering is Primorsky Krai, waar de grootste bijdrage van directe straling in de herfst- en wintermaanden valt.

De verdeling van directe straling onder gemiddelde (werkelijke) bewolking over het grondgebied van Rusland hangt grotendeels af van . Dit leidt tot een merkbare schending van de zonale verdeling van straling in bepaalde maanden. Vooral in het voorjaar is dit goed te zien. Dus in april zijn er twee maxima - één in de zuidelijke regio's

De energie die door de zon wordt uitgestraald, wordt zonnestraling genoemd. Naar de aarde komen zonnestraling het meeste wordt omgezet in warmte.

Zonnestraling is praktisch de enige energiebron voor de aarde en de atmosfeer. In vergelijking met zonne-energie is het belang van andere energiebronnen voor de aarde verwaarloosbaar. De temperatuur van de aarde neemt bijvoorbeeld gemiddeld toe met de diepte (ongeveer 1 ° C voor elke 35 m). Hierdoor ontvangt het aardoppervlak enige warmte van de interne delen. Geschat wordt dat gemiddeld 1 cm2 van het aardoppervlak ongeveer 220 J per jaar ontvangt van de binnenste delen van de aarde. Deze hoeveelheid is 5000 keer minder dan de warmte die van de zon wordt ontvangen. De aarde ontvangt een bepaalde hoeveelheid warmte van sterren en planeten, maar zelfs deze is vele malen (ongeveer 30 miljoen) minder dan de warmte die van de zon komt.

De hoeveelheid energie die de zon naar de aarde stuurt is enorm. Het vermogen van de zonnestralingsflux die een gebied van 10 km 2 binnenkomt, is dus 7-9 kW in een wolkenloze zomer (rekening houdend met de verzwakking van de atmosfeer). Het is meer dan macht Krasnojarsk HPP. De hoeveelheid stralingsenergie die in 1 seconde van de zon komt op een oppervlakte van 15x15 km (dit is minder gebied Leningrad) rond het middaguur in de zomer, overschrijdt de capaciteit van alle energiecentrales van de ingestorte USSR (166 miljoen kW).

Figuur 1 - De zon is een stralingsbron

Soorten zonnestraling

In de atmosfeer wordt zonnestraling op weg naar het aardoppervlak gedeeltelijk geabsorbeerd, en gedeeltelijk verstrooid en gereflecteerd door wolken en het aardoppervlak. In de atmosfeer worden drie soorten zonnestraling waargenomen: direct, diffuus en totaal.

directe zonnestraling- straling die rechtstreeks van de zonneschijf naar het aardoppervlak komt. Zonnestraling plant zich vanaf de zon in alle richtingen voort. Maar de afstand van de aarde tot de zon is zo groot dat directe straling op elk oppervlak van de aarde valt in de vorm van een bundel evenwijdige stralen die als het ware uit het oneindige komen. zelfs het geheel Aarde in het algemeen is het zo klein in vergelijking met de afstand tot de zon dat alle zonnestraling die erop valt kan worden beschouwd als een bundel evenwijdige stralen zonder noemenswaardige fouten.

Alleen directe straling bereikt de bovengrens van de atmosfeer. Ongeveer 30% van de straling die op de aarde invalt, wordt weerkaatst in de ruimte. Zuurstof, stikstof, ozon, kooldioxide, waterdamp (wolken) en aerosoldeeltjes absorberen 23% van de directe zonnestraling in de atmosfeer. Ozon absorbeert ultraviolette en zichtbare straling. Ondanks het feit dat het gehalte in de lucht erg klein is, absorbeert het alle ultraviolette straling (ongeveer 3%). Het wordt dus helemaal niet waargenomen in de buurt van het aardoppervlak, wat erg belangrijk is voor het leven op aarde.

Directe zonnestraling op weg door de atmosfeer wordt ook verstrooid. Een luchtdeeltje (druppel, kristal of molecuul) dat zich in het pad van een elektromagnetische golf bevindt, "onttrekt" voortdurend energie aan de invallende golf en straalt deze opnieuw uit in alle richtingen, waardoor het een energie-uitzender wordt.

Ongeveer 25% van de energie van de totale zonnestralingsflux die door de atmosfeer gaat, wordt verstrooid door moleculen atmosferische gassen en aerosol en verandert in diffuse zonnestraling in de atmosfeer. Op deze manier verstrooide zonnestraling- zonnestraling die verstrooiing in de atmosfeer heeft ondergaan. Verstrooide straling komt naar het aardoppervlak, niet van de zonneschijf, maar van alles gewelf van de hemel. Verstrooide straling is anders dan directe straling spectrale samenstelling omdat stralen van verschillende golflengten in verschillende mate verstrooien.

Sinds de originele bron verstrooide straling directe zonnestraling is, hangt de flux van diffuus af van dezelfde factoren die de flux van directe straling beïnvloeden. Met name de flux van verstrooide straling neemt toe met de toename van de hoogte van de zon en vice versa. Het neemt ook toe met een toename van het aantal verstrooiende deeltjes in de atmosfeer, d.w.z. met een afname van de transparantie van de atmosfeer, en neemt af met de hoogte boven zeeniveau als gevolg van een afname van het aantal verstrooiende deeltjes in de bovenliggende lagen van de atmosfeer. Bewolking en sneeuwbedekking hebben een zeer grote invloed op de diffuse straling, die door de verstrooiing en reflectie van de directe en diffuse straling die erop invalt en hun herverstrooiing in de atmosfeer, de diffuse zonnestraling meerdere malen kan verhogen.

Verstrooide straling vult de directe zonnestraling aanzienlijk aan en verhoogt de inkomende zonne energie naar het aardoppervlak. Zijn rol is vooral belangrijk bij wintertijd op hoge breedtegraden en in andere gebieden met veel bewolking, waar het aandeel diffuse straling het aandeel directe straling kan overschrijden. In de jaarlijkse hoeveelheid zonne-energie is bijvoorbeeld verstrooide straling goed voor 56% in Archangelsk en 51% in St. Petersburg.

Totale zonnestraling is de som van de fluxen van directe en diffuse straling die op een horizontaal oppervlak aankomen. Voor zonsopgang en na zonsondergang, evenals overdag bij aanhoudende bewolking, is de totale straling volledig, en op lage hoogten van de zon bestaat deze voornamelijk uit strooistraling. In een onbewolkte of licht bewolkte hemel, met een toename van de hoogte van de zon, neemt het aandeel van directe straling in de samenstelling van het totaal snel toe en overdag is de flux vele malen groter dan de flux van verstrooide straling. Bewolking verzwakt gemiddeld de totale straling (met 20-30%), maar bij gedeeltelijke bewolking die de zonneschijf niet bedekt, kan de flux groter zijn dan bij een wolkenloze hemel. De sneeuwbedekking verhoogt de totale stralingsstroom aanzienlijk door de flux van verstrooide straling te vergroten.

Totale straling vallen op het aardoppervlak, voor het grootste gedeelte geabsorbeerd door de bovenste laag grond of een dikkere laag water (geabsorbeerde straling) en omgezet in warmte, en gedeeltelijk gereflecteerd (gereflecteerde straling).

De zon is de bron van corpusculaire en electromagnetische straling. Onder de 90 km dringt corpusculaire straling de atmosfeer niet binnen, terwijl elektromagnetische straling het aardoppervlak bereikt. In de meteorologie heet het zonnestraling of gewoon straling. Het is een twee miljardste van de totale energie van de zon en reist in 8,3 minuten van de zon naar de aarde. Zonnestraling is de bron van energie voor bijna alle processen die plaatsvinden in de atmosfeer en op het aardoppervlak. Het is voornamelijk kortegolf en bestaat uit onzichtbare ultraviolette straling - 9%, zichtbaar licht - 47% en onzichtbaar infrarood - 44%. Aangezien bijna de helft van de zonnestraling zichtbaar licht is, is de zon niet alleen een bron van warmte, maar ook van licht. Noodzakelijke voorwaarde voor het leven op aarde.

Straling die rechtstreeks van de zonneschijf naar de aarde komt, wordt directe zonnestraling. Vanwege het feit dat de afstand van de zon tot de aarde groot is en de aarde klein, valt straling op elk van de oppervlakken in de vorm van een bundel evenwijdige stralen.

Zonnestraling heeft een bepaalde fluxdichtheid per oppervlakte-eenheid per tijdseenheid. De meeteenheid voor stralingsintensiteit is de hoeveelheid energie (in joule of calorieën 1) die 1 cm2 van het oppervlak per minuut ontvangt als de zonnestralen loodrecht vallen. Aan de bovengrens van de atmosfeer, op een gemiddelde afstand van de aarde tot de zon, is het 8,3 J / cm 2 per minuut, of 1,98 cal / cm 2 per minuut. Deze waarde wordt geaccepteerd als een internationale standaard en heet zonneconstante(S0). Haar periodieke schommelingen gedurende het jaar zijn onbeduidend (+ 3,3%) en zijn te wijten aan een verandering in de afstand van de aarde tot

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

2 De middaghoogte van de zon hangt af van de geografische breedtegraad en declinatie van de zon.

Zon. Niet-periodieke fluctuaties worden veroorzaakt door verschillende emissiviteit van de zon. Het klimaat aan de top van de atmosfeer heet straling of zonne. Het wordt theoretisch berekend op basis van de hellingshoek van de zonnestralen op een horizontaal oppervlak.

BIJ in algemene termen het zonneklimaat wordt weerspiegeld op het aardoppervlak. Tegelijkertijd verschillen de werkelijke straling en temperatuur op aarde door verschillende terrestrische factoren aanzienlijk van het zonneklimaat. De belangrijkste is de verzwakking van straling in de atmosfeer als gevolg van: reflecties, absorpties en verstrooiing, en daardoor ook reflecties van straling van het aardoppervlak.

Aan de bovenkant van de atmosfeer komt alle straling in de vorm van directe straling. Volgens S.P. Khromov en M.A. Petrosyants wordt 21% ervan door wolken en lucht terug de ruimte in gereflecteerd. De rest van de straling komt de atmosfeer binnen, waar directe straling gedeeltelijk wordt geabsorbeerd en verstrooid. Overig directe straling(24%) bereikt het aardoppervlak, maar is verzwakt. De patronen van zijn verzwakking in de atmosfeer worden uitgedrukt door de wet van Bouguer: S=S 0 p.m(J, of cal / cm 2, per min), waarbij S de hoeveelheid directe zonnestraling is die het aardoppervlak heeft bereikt, per oppervlakte-eenheid (cm 2) loodrecht op de zonnestralen, S 0 is de zonneconstante, R- transparantiecoëfficiënt in fracties van eenheid, die aangeeft welk deel van de straling het aardoppervlak heeft bereikt, t is de padlengte van de bundel in de atmosfeer.

Werkelijk zonnestralen vallen op het aardoppervlak en op elk ander niveau van de atmosfeer onder een hoek van minder dan 90 °. De stroom van directe zonnestraling op een horizontaal oppervlak wordt genoemd bezonning(5,). Het wordt berekend met de formule S 1 \u003d S sin h ☼ (J, of cal / cm 2, per minuut), waarbij h ☼ de hoogte van de zon 2 is. Uiteraard is er een kleinere hoeveelheid per eenheid horizontaal oppervlak

energie dan per oppervlakte-eenheid loodrecht op de zonnestralen (Fig. 22).

In de sfeer geabsorbeerd ongeveer 23% en vervliegt ongeveer 32% van de directe zonnestraling komt de atmosfeer binnen, 26% van de verstrooide straling komt dan naar het aardoppervlak en 6% gaat de ruimte in.

Zonnestraling ondergaat niet alleen kwantitatieve maar ook kwalitatieve veranderingen in de atmosfeer, aangezien luchtgassen en aerosolen zonnestralen selectief absorberen en verstrooien. De belangrijkste absorbers van straling zijn waterdamp, wolken en aerosolen, evenals ozon, dat ultraviolette straling sterk absorbeert. Moleculen van verschillende gassen en aerosolen nemen deel aan de verstrooiing van straling. verstrooiing- afbuiging van lichtstralen in alle richtingen vanuit de oorspronkelijke richting, zodat verstrooide straling komt naar het aardoppervlak niet van de zonneschijf, maar van het hele firmament. Verstrooiing is afhankelijk van de golflengte: volgens de wet van Rayleigh geldt: hoe korter de golflengte, hoe intenser de verstrooiing. Daarom worden ultraviolette stralen het meest verstrooid, en van de zichtbare, violet en blauw. Vandaar de blauwe kleur van de lucht en daarmee de lucht bij helder weer. Directe straling daarentegen blijkt meestal geel te zijn, zodat de zonneschijf gelig lijkt. Bij zonsopgang en zonsondergang, wanneer het pad van de bundel in de atmosfeer langer is en de verstrooiing groter is, bereiken alleen rode stralen het oppervlak, waardoor de zon rood lijkt. Verstrooide straling veroorzaakt overdag licht bij bewolkt weer en in de schaduw bij helder weer; het fenomeen schemering en witte nachten wordt ermee geassocieerd. Op de maan, waar geen atmosfeer is en dus geen verstrooide straling, worden objecten die in de schaduw vallen volledig onzichtbaar.

Met de hoogte, naarmate de dichtheid van lucht afneemt en daarmee het aantal verstrooiende deeltjes, wordt de kleur van de lucht donkerder, eerst diepblauw en vervolgens blauwviolet, wat duidelijk zichtbaar is in de bergen en weerspiegeld in de Himalaya-landschappen van N. Roerich. In de stratosfeer is de kleur van de lucht zwart en paars. Astronauten getuigen dat op een hoogte van 300 km de kleur van de lucht zwart is.

In aanwezigheid van grote aerosolen, druppels en kristallen in de atmosfeer is het niet langer verstrooiing, maar diffuse reflectie, en aangezien diffuus gereflecteerde straling wit Licht, dan wordt de kleur van de lucht witachtig.

Directe en diffuse zonnestraling hebben een bepaald dagelijks en jaarlijks verloop, dat voornamelijk afhangt van de hoogte van de zon.

Rijst. 22. De instroom van zonnestraling op het oppervlak AB, loodrecht op de stralen, en op het horizontale oppervlak AC (volgens S.P. Khromov)

boven de horizon, vanuit de transparantie van de lucht en de bewolking.

De flux van directe straling in tijdens de Dag neemt toe van zonsopgang tot 12.00 uur en neemt vervolgens af tot zonsondergang als gevolg van een verandering in de hoogte van de zon en het pad van de bundel in de atmosfeer. Omdat de transparantie van de atmosfeer echter rond het middaguur afneemt door een toename van waterdamp in de lucht en stof, en convectieve bewolking toeneemt, worden de maximale stralingswaarden verschoven naar de middaguren. Dit patroon is inherent aan equatoriaal-tropische breedtegraden het hele jaar door, en in gematigde breedtegraden in de zomer. In de winter, op gematigde breedtegraden, vindt de maximale straling 's middags plaats.

jaarlijkse cursus Maandelijkse gemiddelde directe stralingswaarden zijn afhankelijk van de breedtegraad. Op de evenaar heeft het jaarlijkse directe stralingsverloop de vorm van een dubbele golf: maxima tijdens de lente- en herfst-equinoxen, minima tijdens de zomer- en winterzonnewende. Op gematigde breedtegraden komen de maximale waarden van directe straling voor in de lente (april op het noordelijk halfrond), en niet in de zomermaanden, omdat de lucht op dit moment transparanter is vanwege het lagere gehalte aan waterdamp en stof , evenals lichte bewolking. Het stralingsminimum wordt waargenomen in december, wanneer: kleinste hoogte Zon, korte daglichturen, en dit is de meest bewolkte maand van het jaar.

Dagelijks en jaarlijks verloop van strooistraling wordt bepaald door de verandering in de hoogte van de zon boven de horizon en de lengte van de dag, evenals de transparantie van de atmosfeer. Het maximum aan verstrooide straling gedurende de dag wordt overdag waargenomen met een toename van de straling in het algemeen, hoewel het aandeel in de ochtend en avonduren meer dan direct, en overdag integendeel, directe straling prevaleert boven diffuus. Het jaarlijkse verloop van verstrooide straling op de evenaar herhaalt in het algemeen het verloop van een rechte lijn. Op andere breedtegraden, meer in de zomer dan in de winter, door een toename van de totale instroom van zonnestraling in de zomer.

De verhouding tussen directe en verstrooide straling varieert afhankelijk van de hoogte van de zon, de transparantie van de atmosfeer en de bewolking.

Verhoudingen tussen directe en diffuse straling aan verschillende breedtegraden zijn niet hetzelfde. In de polaire en subpolaire gebieden vormt verstrooide straling 70% van de totale stralingsflux. De waarde ervan wordt, naast de lage stand van de zon en de bewolking, ook beïnvloed door meerdere reflecties van zonnestraling van het sneeuwoppervlak. Vanaf gematigde breedtegraden en bijna tot aan de evenaar prevaleert directe straling boven verstrooide straling. Het absolute en relatieve belang is vooral groot in de tropische woestijnen in het binnenland (Sahara, Arabië), gekenmerkt door minimale bewolking en heldere droge lucht. Langs de evenaar domineert de strooistraling weer over de rechte lijn door de hoge luchtvochtigheid en de aanwezigheid van stapelwolken die de zonnestraling goed verstrooien.

Met een toename van de hoogte van de plaats boven zeeniveau neemt de absolute waarde aanzienlijk toe. 23. Jaarlijkse hoeveelheid totale zonnestraling [MJ / (m 2 x jaar)]

naya en relatieve grootte directe straling en diffuse straling neemt af naarmate de laag van de atmosfeer dunner wordt. Op een hoogte van 50-60 km nadert de directe stralingsflux de zonneconstante.

Alle zonnestraling - direct en diffuus, die naar het aardoppervlak komt, wordt genoemd totale straling: (Q=S· sinh¤+D waarbij Q totale straling is, S direct is, D diffuus is, h ¤ de hoogte van de zon boven de horizon is. De totale straling is ongeveer 50% van de zonnestraling die aankomt bij de bovengrens van de atmosfeer.

Bij een onbewolkte hemel is de totale straling significant en heeft een dagelijkse variatie met een maximum rond het middaguur en een jaarlijkse variatie met een maximum in de zomer. Bewolking vermindert de straling, dus in de zomer is de aankomst in de voormiddag gemiddeld groter dan in de middag. Om dezelfde reden is het in de eerste helft van het jaar groter dan in de tweede.

In de verdeling van de totale straling op het aardoppervlak zien we een aantal regelmatigheden.

belangrijkste regelmaat is dat de totale straling wordt verdeeld zonaal, afstammend van de equatoriale tropi-

ic breedtegraden naar de polen in overeenstemming met de afname van de invalshoek van de zonnestralen (Fig. 23). Afwijkingen van de zonale verdeling worden verklaard door verschillende bewolking en transparantie van de atmosfeer. De hoogste jaarwaarden van totale straling 7200 - 7500 MJ/m2 per jaar (ongeveer 200 kcal/cm2 per jaar) vallen op tropische breedtegraden, waar weinig bewolking en lage luchtvochtigheid is. In de tropische woestijnen in het binnenland (Sahara, Arabië), waar sprake is van een overvloed aan directe straling en bijna geen wolken, bereikt de totale zonnestraling zelfs meer dan 8000 MJ/m 2 per jaar (tot 220 kcal/cm 2 per jaar) . Nabij de evenaar neemt de totale straling af tot 5600 - 6500 MJ/m per jaar (140-160 kcal/cm 2 per jaar) door forse bewolking, hoge luchtvochtigheid en minder luchttransparantie. In gematigde breedtegraden is de totale straling 5000 - 3500 MJ / m 2 per jaar (≈ 120 - 80 kcal / cm 2 per jaar), in de poolgebieden - 2500 MJ / m per jaar (≈ 60 kcal / cm 2 per jaar ). Bovendien is het op Antarctica 1,5-2 keer groter dan in het Noordpoolgebied, voornamelijk vanwege de grotere absolute hoogte van het continent (meer dan 3 km) en daarom de lage luchtdichtheid, de droogte en transparantie, evenals gedeeltelijk bewolkt weer. De zonaliteit van de totale straling komt beter tot uitdrukking over de oceanen dan over de continenten.

Het tweede belangrijke patroon totale straling is dat de continenten ontvangen het meer dan de oceanen, door minder (15-30%) bewolking

continenten. De enige uitzonderingen zijn equatoriale breedtegraden, omdat overdag de convectieve bewolking boven de oceaan minder is dan over land.

derde functie is dat op het noordelijke, meer continentale halfrond is de totale straling over het algemeen groter dan op het zuidelijke oceanische.

In juni worden de grootste maandelijkse hoeveelheden zonnestraling ontvangen door het noordelijk halfrond, vooral de tropische en subtropische gebieden in het binnenland. Op gematigde en polaire breedtegraden varieert de hoeveelheid straling enigszins over de breedtegraden, aangezien de afname van de invalshoek van de stralen wordt gecompenseerd door de duur van de zonneschijn, tot pooldag voorbij de poolcirkel. Op het zuidelijk halfrond, met toenemende breedtegraad, neemt de straling snel af en is nul buiten de zuidpoolcirkel.

In december Zuidelijk halfrond ontvangt meer straling dan het noorden. Op dit moment de grootste maandbedragen zonnewarmte komen voor in de woestijnen van Australië en de Kalahari; verder op gematigde breedtegraden neemt de straling geleidelijk af, maar op Antarctica neemt deze weer toe en bereikt dezelfde waarden als in de tropen. Op het noordelijk halfrond, met toenemende breedtegraad, neemt het snel af en is afwezig buiten de poolcirkel.

Over het algemeen wordt de grootste jaarlijkse amplitude van de totale straling waargenomen buiten de poolcirkels, vooral in Antarctica, de kleinste - in de equatoriale zone.

Zonnestraling (zonnestraling) is de totaliteit van zonnematerie en energie die naar de aarde komt. Zonnestraling bestaat uit de volgende twee hoofdonderdelen: ten eerste thermische en lichtstraling, wat een combinatie is elektromagnetische golven; ten tweede corpusculaire straling.

In de zon thermische energie kernreacties verandert in stralingsenergie. Wanneer de zonnestralen op het aardoppervlak vallen, wordt stralingsenergie weer omgezet in thermische energie. Zonnestraling draagt ​​dus licht en warmte.

Intensiteit van zonnestraling. zonneconstante. Zonnestraling is de belangrijkste warmtebron voor geografische envelop. De tweede warmtebron voor de geografische schil is de warmte die uit de binnenste sferen en lagen van onze planeet komt.

Vanwege het feit dat er in de geografische envelop één type energie is ( radioactieve energie ) is gelijk aan een andere vorm ( thermische energie ), dan kan de stralingsenergie van zonnestraling worden uitgedrukt in eenheden van thermische energie - joule (J).

De intensiteit van zonnestraling moet voornamelijk buiten de atmosfeer worden gemeten, omdat deze bij het passeren door de luchtbol wordt getransformeerd en verzwakt. De intensiteit van de zonnestraling wordt uitgedrukt door de zonneconstante.

zonneconstante - dit is de stroom van zonne-energie in 1 minuut naar een gebied met een doorsnede van 1 cm 2, loodrecht op de zonnestralen en gelegen buiten de atmosfeer. De zonneconstante kan ook worden gedefinieerd als de hoeveelheid warmte die in 1 minuut aan de bovengrens van de atmosfeer wordt ontvangen door 1 cm 2 van een zwart oppervlak loodrecht op de zonnestralen.

De zonneconstante is 1,98 cal / (cm 2 x min), of 1,352 kW / m 2 x min.

Aangezien de bovenste atmosfeer een aanzienlijk deel van de straling absorbeert, is het belangrijk om de waarde ervan te kennen aan de bovengrens van de geografische envelop, d.w.z. in de onderste stratosfeer. Zonnestraling aan de bovengrens van de geografische schil wordt uitgedrukt voorwaardelijke zonneconstante . De waarde van de voorwaardelijke zonneconstante is 1,90 - 1,92 cal / (cm 2 x min), of 1,32 - 1,34 kW / (m 2 x min).

De zonneconstante blijft, in tegenstelling tot zijn naam, niet constant. Het verandert als gevolg van de verandering in de afstand van de zon tot de aarde terwijl de aarde in zijn baan beweegt. Hoe klein deze schommelingen ook zijn, ze hebben altijd invloed op het weer en het klimaat.

Gemiddeld elk vierkante kilometer de troposfeer ontvangt 10,8 x 10 15 J. (2,6 x 10 15 cal) per jaar. Deze hoeveelheid warmte kan worden verkregen door 400.000 ton te verbranden steenkool. De hele aarde ontvangt in een jaar zo'n hoeveelheid warmte, die wordt bepaald door de waarde van 5,74 x 10 24 J. (1,37 x 10 24 cal).

De verdeling van zonnestraling "aan de bovengrens van de atmosfeer" of met een absoluut transparante atmosfeer. Kennis van de verdeling van zonnestraling voordat deze in de atmosfeer terechtkomt, of de zogenaamde zonne (zonne) klimaat , is belangrijk voor het bepalen van de rol en het aandeel van de deelname van de luchtgranaat Aarde (atmosfeer) in de verdeling van warmte over het aardoppervlak en in de vorming van het thermische regime.

De hoeveelheid zonnewarmte en licht die per oppervlakte-eenheid binnenkomt, wordt enerzijds bepaald door de invalshoek van de stralen, die afhangt van de hoogte van de zon boven de horizon, en anderzijds door de lengte van de dag.

De stralingsverdeling nabij de bovengrens van de geografische omhulling, die alleen door astronomische factoren wordt bepaald, is gelijkmatiger dan de werkelijke verdeling nabij het aardoppervlak.

Zonder atmosfeer zou de jaarlijkse som van straling op equatoriale breedtegraden 13.480 MJ/cm 2 (322 kcal/cm 2) bedragen, en aan de polen 5.560 MJ/m 2 (133 kcal/cm 2). Op de poolstreken zendt de zon iets minder dan de helft (ongeveer 42%) warmte uit van de hoeveelheid die de evenaar binnenkomt.

Het lijkt erop dat de zonnestraling van de aarde symmetrisch is ten opzichte van het vlak van de evenaar. Maar dit gebeurt slechts twee keer per jaar, op de dagen van de lente- en herfst-equinoxen. De helling van de rotatie-as en de jaarlijkse beweging van de aarde bepalen de asymmetrische bestraling door de zon. In het januari-gedeelte van het jaar krijgt het zuidelijk halfrond meer warmte, in juli - het noordelijk. Dit is precies wat belangrijkste reden seizoensgebonden ritmes in een geografische envelop.

Het verschil tussen de evenaar en de pool van het zomerhalfrond is klein: 6.740 MJ/m 2 (161 kcal/cm 2) komen aan op de evenaar, en ongeveer 5.560 MJ/m 2 (133 kcal/cm 2 per half jaar) komen aan bij de paal. Maar tegelijkertijd zijn de poollanden van het winterhalfrond volledig verstoken van zonnewarmte en licht.

Op de dag van de zonnewende ontvangt de pool nog meer warmte dan de evenaar - 46,0 MJ/m 2 (1,1 kcal/cm 2) en 33,9 MJ/m 2 (0,81 kcal/cm 2).

Over het algemeen is het jaarlijkse zonneklimaat aan de polen 2,4 keer kouder dan aan de evenaar. Houd er echter rekening mee dat de polen in de winter helemaal niet door de zon worden verwarmd.

Het werkelijke klimaat van alle breedtegraden is grotendeels te wijten aan terrestrische factoren. De belangrijkste van deze factoren zijn: ten eerste de verzwakking van de straling in de atmosfeer, en ten tweede de verschillende intensiteit van de assimilatie van zonnestraling door het aardoppervlak in verschillende geografische omstandigheden.

De verandering in zonnestraling als het door de atmosfeer gaat. Direct zonlicht dat de atmosfeer binnendringt wanneer de lucht onbewolkt is, wordt genoemd directe zonnestraling . De maximale waarde bij hoge transparantie van de atmosfeer op een oppervlak loodrecht op de stralen in tropische zone is ongeveer 1,05 - 1,19 kW / m 2 (1,5 - 1,7 cal / cm 2 x min. Op de middelste breedtegraden is de spanning van middagstraling meestal ongeveer 0,70 - 0,98 kW / m 2 x min (1,0 - 1,4 cal/cm 2 x min) In de bergen neemt deze waarde aanzienlijk toe.

Een deel van de zonnestralen van contact met gasmoleculen en aerosolen wordt verstrooid en omgezet in verstrooide straling . Op het aardoppervlak komt verstrooide straling niet meer van de zonneschijf, maar van de hele hemel en zorgt voor een wijdverbreide daglichtverlichting. Van haar naar zonnige dagen licht en waar directe stralen niet doordringen, bijvoorbeeld onder het bladerdak van het bos. Naast directe straling dient diffuse straling ook als warmte- en lichtbron.

Absolute waarde strooistraling groter is, hoe intenser de directe lijn. Relatieve waarde verstrooide straling neemt toe met een afname van de rol van de directe lijn: op de middelste breedtegraden in de zomer is dit 41% en in de winter 73% van de totale stralingsaankomst. Soortelijk gewicht verstrooide straling in totale waarde totale straling is ook afhankelijk van de hoogte van de zon. Op hoge breedtegraden is verstrooide straling goed voor ongeveer 30% en op polaire breedtegraden ongeveer 70% van alle straling.

Over het algemeen is diffuse straling goed voor ongeveer 25% van de totale zonnestraling die onze planeet bereikt.

Zo komt directe en diffuse straling het aardoppervlak binnen. Samen vormen directe en diffuse straling totale straling , die definieert thermisch regime van de troposfeer .

Door straling te absorberen en te verstrooien, verzwakt de atmosfeer deze aanzienlijk. demping bedrag hangt af van transparantiecoëfficiënt, laat zien hoeveel straling het aardoppervlak bereikt. Als de troposfeer alleen uit gassen zou bestaan, dan zou de transparantiecoëfficiënt gelijk zijn aan 0,9, d.w.z. het zou ongeveer 90% van de straling doorlaten die naar de aarde gaat. Aërosolen zijn echter altijd aanwezig in de lucht, waardoor de transparantiecoëfficiënt wordt verlaagd tot 0,7 - 0,8. De transparantie van de atmosfeer verandert als het weer verandert.

Aangezien de luchtdichtheid met de hoogte afneemt, mag de gaslaag die door de stralen wordt gepenetreerd, niet worden uitgedrukt in km atmosferische dikte. De meeteenheid is optische massa, gelijk aan de dikte van de luchtlaag bij verticale inval van stralen.

De verzwakking van de straling in de troposfeer is overdag goed waar te nemen. Wanneer de zon zich dicht bij de horizon bevindt, dringen haar stralen verschillende optische massa's binnen. Tegelijkertijd is hun intensiteit zo verzwakt dat men met een onbeschermd oog naar de zon kan kijken. Met de opkomst van de zon neemt het aantal optische massa's waar de stralen doorheen gaan af, wat leidt tot een toename van de straling.

De mate van verzwakking van zonnestraling in de atmosfeer wordt uitgedrukt als De formule van Lambert :

ik ik = ik 0 p m , waar

I i - straling die het aardoppervlak bereikt,

I 0 - zonneconstante,

p is de transparantiecoëfficiënt,

m is het aantal optische massa's.

Zonnestraling nabij het aardoppervlak. De hoeveelheid stralingsenergie per eenheid van het aardoppervlak hangt voornamelijk af van de invalshoek van de zonnestralen. Op de gelijke gebieden op de evenaar, op middelste en hoge breedtegraden, zijn er verschillende hoeveelheden straling.

Zoninstraling (verlichting) is sterk verzwakt bewolking. De grote bewolking van de equatoriale en gematigde breedtegraden en de lage bewolking van de tropische breedtegraden maken aanzienlijke aanpassingen aan de zonale verdeling van de stralingsenergie van de zon.

De verdeling van zonnewarmte over het aardoppervlak wordt weergegeven op kaarten van de totale zonnestraling. Zoals deze kaarten laten zien, het grootste aantal zonnewarmte - van 7.530 tot 9.200 MJ / m 2 (180-220 kcal / cm 2) ontvangen tropische breedtegraden. Equatoriale breedtegraden krijgen door hoge bewolking iets minder warmte: 4.185 - 5.860 MJ/m 2 (100-140 kcal/cm 2).

Van tropische tot gematigde breedtegraden neemt de straling af. Op de eilanden van de Noordpool is dat niet meer dan 2.510 MJ/m 2 (60 kcal/cm 2) per jaar. De verdeling van straling over het aardoppervlak heeft een zonale-regionaal karakter. Elke zone is verdeeld in afzonderlijke gebieden (regio's), die enigszins van elkaar verschillen.

seizoensfluctuaties totale straling.

Op equatoriale en tropische breedtegraden variëren de hoogte van de zon en de invalshoek van de zonnestralen in de loop van de maanden enigszins. De totale straling in alle maanden wordt gekenmerkt door grote waarden, seizoensverandering thermische omstandigheden is ofwel afwezig of zeer klein. In de equatoriale gordel zijn twee maxima vaag omlijnd, overeenkomend met de zenitale positie van de zon.

BIJ gematigde zone in het jaarlijkse stralingsverloop wordt het zomermaximum scherp uitgedrukt, waarbij de maandelijkse waarde van de totale straling niet minder is dan de tropische. Nummer warme maanden neemt af met de breedtegraad.

In de poolgebieden het stralingsregime verandert drastisch. Hier stopt, afhankelijk van de breedtegraad, van enkele dagen tot enkele maanden, niet alleen de verwarming, maar ook de verlichting. In de zomer is de verlichting hier continu, wat de hoeveelheid maandelijkse straling aanzienlijk verhoogt.

Assimilatie van straling door het aardoppervlak. Albedo. De totale straling die het aardoppervlak bereikt, wordt gedeeltelijk geabsorbeerd door de bodem en waterlichamen en wordt omgezet in warmte. Op de oceanen en zeeën wordt de totale straling besteed aan verdamping. Een deel van de totale straling wordt weerkaatst in de atmosfeer ( gereflecteerde straling).

Alle soorten zonnestralen bereiken het aardoppervlak op drie manieren - in de vorm van directe, gereflecteerde en diffuse zonnestraling.
directe zonnestraling zijn stralen die rechtstreeks van de zon komen. De intensiteit (efficiëntie) hangt af van de hoogte van de zon boven de horizon: het maximum wordt 's middags waargenomen en het minimum - 's morgens en' s avonds; vanaf de tijd van het jaar: maximaal - in de zomer, minimaal - in de winter; vanaf de hoogte van het terrein boven zeeniveau (hoger in de bergen dan op de vlakte); op de toestand van de atmosfeer (luchtvervuiling vermindert deze). Het zonnestralingsspectrum hangt ook af van de hoogte van de zon boven de horizon (hoe lager de zon boven de horizon staat, hoe minder UV straling).
gereflecteerde zonnestraling worden de stralen van de zon weerkaatst door de aarde of wateroppervlak. Ze drukt zichzelf uit percentage gereflecteerde stralen tot hun totale flux wordt albedo genoemd. De albedowaarde is afhankelijk van de aard van de reflecterende oppervlakken. Bij het organiseren en uitvoeren van zonnebaden is het noodzakelijk om het albedo van de oppervlakken waarop zonnebaden wordt uitgevoerd te kennen en er rekening mee te houden. zonnen. Sommigen van hen worden gekenmerkt door selectieve reflectiviteit. Sneeuw reflecteert volledig infraroodstralen en ultraviolet in mindere mate.

verstrooide zonnestraling gevormd als gevolg van de verstrooiing van zonlicht in de atmosfeer. Luchtmoleculen en daarin zwevende deeltjes (de kleinste waterdruppels, ijskristallen, enz.), aerosolen genoemd, reflecteren een deel van de stralen. Als gevolg van meerdere reflecties bereiken sommige nog steeds het aardoppervlak; Dit zijn verspreide zonnestralen. Meestal worden ultraviolette, violette en blauwe stralen verstrooid, wat bij helder weer de blauwe kleur van de lucht bepaalt. Het aandeel verstrooide stralen is groot op hoge breedtegraden (in de noordelijke regio's). Daar staat de zon laag boven de horizon en daarom is de baan van de stralen naar het aardoppervlak langer. Op de lange weg stralen ontmoeten meer obstakels en in meer verdrijven.

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

Totale zonnestraling- alle directe en diffuse zonnestraling die het aardoppervlak binnenkomt. De totale zonnestraling wordt gekenmerkt door intensiteit. Bij een onbewolkte hemel is de totale zonnestraling maximale waarde rond het middaguur, en gedurende het jaar - in de zomer.

Stralingsbalans
De stralingsbalans van het aardoppervlak is het verschil tussen de totale door het aardoppervlak geabsorbeerde zonnestraling en de effectieve straling ervan. Voor het aardoppervlak
- het inkomende deel is de geabsorbeerde directe en verstrooide zonnestraling, evenals de geabsorbeerde tegenstraling van de atmosfeer;
- het uitgavendeel bestaat uit warmteverlies door de eigen straling van het aardoppervlak.

De stralingsbalans kan zijn: positief(overdag, zomer) en negatief('s nachts, in de winter); gemeten in kW/m²/min.
Stralingsbalans van het aardoppervlak - essentieel onderdeel warmtebalans van het aardoppervlak; een van de belangrijkste klimaatvormende factoren.

Thermische balans van het aardoppervlak- algebraïsche som alle soorten warmtetoevoer en -afgifte op het land- en oceaanoppervlak. De aard van de warmtebalans en zijn energie level de kenmerken en intensiteit van de meeste exogene processen bepalen. De belangrijkste componenten van de oceaanwarmtebalans zijn:
- stralingsbalans;
- warmteverbruik voor verdamping;
- turbulente warmte-uitwisseling tussen het oceaanoppervlak en de atmosfeer;
- verticale turbulente warmte-uitwisseling van het oceaanoppervlak met de onderliggende lagen; en
- horizontale oceanische advectie.

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

Meting van zonnestraling.

Actinometers en pyrheliometers worden gebruikt om zonnestraling te meten. De intensiteit van zonnestraling wordt meestal gemeten aan de hand van het thermische effect en wordt uitgedrukt in calorieën per oppervlakte-eenheid per tijdseenheid.

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

Meting van de intensiteit van zonnestraling wordt uitgevoerd door een Yanishevsky pyranometer compleet met een galvanometer of een potentiometer.

Bij het meten van de totale zonnestraling wordt de pyranometer zonder schaduwscherm geïnstalleerd, bij het meten van strooistraling met schaduwscherm. Directe zonnestraling wordt berekend als het verschil tussen totale en verstrooide straling.

Bij het bepalen van de intensiteit van invallende zonnestraling op het hek, wordt de pyranometer erop geïnstalleerd zodat het waargenomen oppervlak van het apparaat strikt evenwijdig is aan het oppervlak van het hek. Bij gebrek aan automatische registratie van straling dienen metingen te worden verricht na 30 minuten tussen zonsopgang en zonsondergang.

Straling die op het oppervlak van het hek valt, wordt niet volledig geabsorbeerd. Afhankelijk van de textuur en de kleur van het hek, worden sommige stralen gereflecteerd. De verhouding van gereflecteerde straling tot invallende straling, uitgedrukt als een percentage, wordt genoemd oppervlakte albedo en gemeten door P.K. Kalitina compleet met galvanometer of potmeter.

Voor een grotere nauwkeurigheid moeten waarnemingen worden uitgevoerd bij een heldere hemel en met intense zonnestraling van het hek.

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