Izravno i difuzno sunčevo zračenje. Sunčevo zračenje Što je izravno zračenje
Izravno Sunčevo zračenje, koje se često jednostavno naziva Sunčevim zračenjem, podrazumijeva zračenje koje u obliku snopa paralelnih zraka izravno od Sunca dolazi do mjesta promatranja.
Tokovi sunčevog zračenja okomito na zrake ( ja) i horizontalno ( ja = ja grijeh h) površine ovise o sljedećim faktorima: a) solarna konstanta; b) udaljenost između Zemlje i Sunca (fluks ja 0 ) na gornjoj granici atmosfere u siječnju je približno 3,5% više, au srpnju 3,5% manje od ja* 0 ); c) fizikalno stanje atmosfere iznad točke motrenja (sadržaj apsorbirajućih plinova i krutih atmosferskih nečistoća, prisutnost oblaka i magle); d) visinu Sunca.
Ovisno o navedenim čimbenicima, teče ja Do ja΄ uvelike variraju. U svakoj točki imaju jasno definiran dnevni i godišnji ciklus (maksimumi ja I ja΄ tijek dana promatra se u lokalno podne). Iako visina Sunca (o kojoj ovisi T.) i ima veliki utjecaj na tokove sunčevog zračenja, ali ništa manji utjecaj nema ni zamućenost atmosfere. To potvrđuju maksimalne (podnevne) vrijednosti fluksa ja, koje su ikada opažene na različitim točkama (tablice 6.3 i 6.4). Od onih navedenih u tablici. 6.3 iz podataka proizlazi da usprkos velikoj razlici u geografskoj širini postaja i, posljedično, u najvećoj visini Sunca, razlika ja Maks malo je na njima. Štoviše, na oko. Dixonovo značenje ja max je veći nego u točkama koje se nalaze južnije. To se objašnjava činjenicom da atmosfera na niskim geografskim širinama sadrži više vodene pare i nečistoća nego na visokim geografskim širinama.
6.5. Raspršeno zračenje
Raspršeno zračenje je sunčevo zračenje koje se raspršilo u atmosferi. Količina raspršenog zračenja koja dolazi na jednu horizontalnu površinu u jedinici vremena naziva se tok raspršenog zračenja; tok raspršenog zračenja označit ćemo sa ja. Budući da je primarni izvor raspršenog zračenja izravno sunčevo zračenje, tok ja mora ovisiti o čimbenicima koji određuju ja, i to: a) visina Sunca h(više h, više ja); b) prozirnost atmosfere (što više R, manje ja; c) naoblaka.
6.6. Ukupno zračenje
Ukupni tok zračenja Q je zbroj izravnog (I΄) i raspršenog ( ja) sunčevo zračenje koje dolazi na horizontalnu površinu. Rješavanjem približnih jednadžbi prijenosa zračenja, K. Ya. Kondratiev i dr. dobili su sljedeću formulu za ukupni tok zračenja u uvjetima bez oblaka:
Ovdje je τ optička debljina za integralni tok, za koju se, kako je pokazao O. A. Avast, može pretpostaviti da je jednaka τ 0,55 - optička debljina za monokromatski tok s λ = 0,55 μm; ε je multiplikator koji uzima sljedeće vrijednosti na različitim visinama Sunca:
6.7. Albedo
Albedo ili reflektivnost površine, kao što je već navedeno, je omjer toka zračenja reflektiranog od određene površine i toka upadnog zračenja, izražen u dijelovima jedinice ili kao postotak.
Promatranja pokazuju da albedo raznih površina varira unutar relativno uskih granica (10-30%); izuzetak su snijeg i voda. .
Solarno zračenje, koji je glavni izvor energije za sve procese na Zemlji, pa tako i u atmosferi, širi se u svim smjerovima u obliku elektromagnetskih valova. Ukupni tok sunčeve energije izvan atmosfere na prosječnoj udaljenosti između Zemlje i Sunca (149,6x10 6 km) smatra se konstantnom vrijednošću. Energetsko osvjetljenje sunčevog zračenja koje pada na jedinicu površine okomito na sunčeve zrake po jedinici vremena na gornjoj granici atmosfere na prosječnoj udaljenosti od Zemlje prema Suncu naziva se solarna konstantaSO.
Slabljenje sunčevog zračenja dok prolazi kroz atmosferu.
Prigušenje izravnog sunčevog zračenja dok ono prolazi od gornje granice atmosfere do zemljine površine određeno je Bouguerovom formulom
S = S 0 str m (1),
gdje je S energetsko osvjetljenje sunčevim zračenjem mjesta blizu zemljine površine okomito na sunčeve zrake;
S 0 - solarna konstanta;
p - integralni koeficijent prozirnosti atmosfere;
m je optička masa atmosfere koja je prošla kroz sunčeve zrake.
Kada je m= 1, tj. kada je Sunce u zenitu,
S=S0 p,p=S/S0.
Prema tome, koeficijent prozirnosti pokazuje koliki udio sunčevog zračenja dopire do površine zemlje kada sunčeve zrake padaju okomito.
Pri h c = 0, tj. kada je Sunce na horizontu, m nije jednako beskonačnosti, već 35.
Slabljenje zračenja apsorpcijom i raspršenjem može se podijeliti na dva dijela: slabljenje stalnim plinovima (idealna atmosfera) i slabljenje vodenom parom i nečistoćama aerosola.
Omjer koeficijenta prozirnosti idealne atmosfere (p i) i koeficijenta prozirnosti realne atmosfere (p) naziva se faktor mutnoće (K m). Pokazuje koliko idealnih atmosfera treba uzeti da bi se postiglo isto slabljenje zračenja kakvo stvara stvarna atmosfera.
DO m = log r/ log r ja
Vrijednosti K m određuju se s točnošću od stotinki.
Dolazak sunčevog zračenja na zemljinu površinu.
Energija osvijetljenosti izravnim sunčevim zračenjem horizontalne površine (S insolacija) izračunava se po formuli:
S = Sgrijehh c ,
gdje je S izravno zračenje na okomitu površinu;
h c je visina Sunca u trenutku kada se izračunava S.
Energija osvjetljenja ukupnog sunčevog zračenja izračunava se po formuli:
Q = S + D,
gdje je S energijsko osvjetljenje izravnog zračenja na horizontalnu površinu;
D - energija osvjetljenja difuznog sunčevog zračenja.
Ove trenutne (točnije, sekundne) vrijednosti izražene su u kW/m2 s točnošću stotinki.
Stvarna satna, dnevna, mjesečna i godišnja energetska izloženost Sunčevom zračenju na horizontalnoj površini određena je numeričkom integracijom funkcija koje izražavaju ovisnost zračenja o vremenu. Izloženosti energiji za određeni vremenski interval nazivaju se satni, dnevni, mjesečni i godišnji zbroji odgovarajućeg (izravnog, difuznog, ukupnog) zračenja i označavaju se s h S, dan D. Svi ovi zbrojevi izraženi su u MJ/m 2 , satni i dnevni s točnošću stotinki, mjesečni - do jedinica, godišnji do desetaka.
Refleksija i apsorpcija sunčevog zračenja od strane aktivnog sloja.
Koeficijent refleksije sunčevog zračenja od aktivnog sloja - A (albedo) - definiran je kao omjer:
A=Q negativan / Q,
gdje je Q neg reflektirano zračenje, tj. reflektirani dio ukupnog zračenja (kW/m2).
Q - ukupno sunčevo zračenje (kW/m2).
Albedo se izražava u dijelovima jedinice s točnošću do stotinki ili kao postotak. Udio ukupnog zračenja (kW/m2) koji apsorbira aktivni sloj je:
Q P = Q (1 – A)
Ta se veličina (Q p) naziva apsorbirano zračenje ili ravnoteža kratkovalnog zračenja. U potonjem slučaju označava se B do
Zračenje iz aktivnog sloja.
Energetski luminozitet aktivnog sloja (E c) izračunava se po formuli:
E S = T 0 4 ,
gdje je koeficijent toplinskog zračenja, koji se naziva i koeficijent emisije,
- Stefan-Boltzmannova konstanta, 5,67 x10 -8 W/m 2 x K
T 0 - temperatura aktivnog sloja (K).
Produkt T 0 4 pri različitim temperaturama prikazan je tablično (Prilog 1).
Iste vrijednosti karakteriziraju apsorpcijska svojstva aktivnog sloja u odnosu na dugovalno zračenje koje pada na njega.
Zračenje iz aktivnog sloja također se naziva intrinzično zračenje. Trenutne (sekundne) vrijednosti E c i energetske ekspozicije ovog zračenja za različite intervale (zbrojeve) izražavaju se u istim jedinicama i s istim zaokruživanjem kao i odgovarajuće karakteristike kratkovalnog zračenja.
Protuzračenje.
Energetska iluminacija aktivnog sloja protuzračenjem pri vedrom nebu određena je Brentovom formulom:
E A =T A 4 (D+G)
gdje je -TA temperatura zraka (K) na visini od 2 m iznad površine zemlje, e je parcijalni tlak vodene pare (hPa) na istoj visini, D i G su konstante (D = 0,61, G = 0,05). ).
Dio nadolazećeg zračenja koji apsorbira (E A p) i reflektira (E A neg) aktivni sloj određen je odnosima:
E A str = E A , E Negativno = (1- ) E A
gdje su E A, E A p i E A neg izraženi u istim jedinicama kao E s.
Efektivno zračenje i ravnoteža zračenja aktivnog sloja.
Efektivno zračenje aktivnog sloja (E eff) pri vedrom nebu određeno je relacijom:
E ef = E S - E V ,
gdje je E c vlastito zračenje;
E in - protuzračenje.
- faktor emisije.
Efektivno zračenje, uzeto s predznakom minus, predstavlja ravnotežu dugovalnog zračenja
U d = E V - E S
Efektivno zračenje u prisutnosti oblaka karakterizira omjer:
E ef o = E ef i (1-C n n n -C c n c -C u n c),
gdje je E eff o efektivno zračenje pod naoblakom različitih razina,
E ef i - efektivno zračenje pri vedrom nebu,
C - empirijski koeficijenti naoblake za različite razine naoblake (Cn - donji, jednak 0,076, Cs - srednji, jednak 0,052, i Cw - gornji -0,022).
n n, n s, n in - broj oblaka u točkama po razinama
Bilanca zračenja aktivnog sloja karakterizirana je omjerom:
R = (S + D) (1- A) - E ef
Trenutne vrijednosti bilance zračenja aktivnog sloja i njegov zbroj izražavaju se u istim jedinicama i s istim zaokruživanjem kao i svi ostali tokovi zračenja.
Kad bi atmosfera propuštala sve sunčeve zrake do površine Zemlje, tada bi klima bilo koje točke na Zemlji ovisila samo o geografskoj širini. To je ono što su vjerovali u davna vremena. Međutim, kada sunčeve zrake prolaze kroz zemljinu atmosferu, kao što smo već vidjeli, one su oslabljene zbog istodobnih procesa apsorpcije i raspršenja. Posebno puno upijaju i raspršuju se kapljice vode i kristali leda koji čine oblake.
Onaj dio sunčevog zračenja koji dospijeva na površinu zemlje nakon što ga rasprše atmosfera i oblaci naziva se raspršeno zračenje. Onaj dio sunčevog zračenja koji prolazi kroz atmosferu a da se ne rasprši naziva seizravno zračenje.
Zračenje se raspršuje ne samo po oblacima, već i na vedrom nebu po molekulama, plinovima i česticama prašine. Omjer između izravnog i raspršenog zračenja jako varira. Ako je pri vedrom nebu i okomitoj incidenciji sunčeve svjetlosti udio raspršenog zračenja 0,1% izravnog zračenja, tada
Pod oblačnim nebom, raspršeno zračenje može biti veće od izravnog zračenja.
U dijelovima Zemlje gdje prevladava vedro vrijeme, kao što je Središnja Azija, glavni izvor zagrijavanja zemljine površine je direktno sunčevo zračenje. Tamo gdje prevladava oblačno vrijeme, kao na primjer na sjeveru i sjeverozapadu europskog teritorija SSSR-a, difuzno sunčevo zračenje postaje značajno. Zaljev Tikhaya, koji se nalazi na sjeveru, prima raspršeno zračenje gotovo jedan i pol puta više od izravnog zračenja (Tablica 5). U Taškentu je, naprotiv, difuzno zračenje manje od 1/3 izravnog zračenja. Izravno sunčevo zračenje u Jakutsku je veće nego u Lenjingradu. To se objašnjava činjenicom da u Lenjingradu ima više oblačnih dana i manje prozirnosti zraka.
Albedo zemljine površine. Zemljina površina ima sposobnost reflektirati zrake koje padaju na nju. Količina apsorbiranog i reflektiranog zračenja ovisi o svojstvima zemljine površine. Omjer količine energije zračenja reflektirane od površine tijela i količine upadne energije zračenja naziva se albedo. Albedo karakterizira refleksivnost površine tijela. Kada, na primjer, kažu da je albedo svježe napadalog snijega 80-85%, to znači da se 80-85% cjelokupnog zračenja koje padne na snježnu površinu reflektira od njega.
Albedo snijega i leda ovisi o njihovoj čistoći. U industrijskim gradovima, zbog taloženja raznih nečistoća, uglavnom čađe, na snijegu, albedo je manji. Naprotiv, u arktičkim regijama albedo snijega ponekad doseže 94%. Budući da je albedo snijega najveći u usporedbi s albedom drugih tipova zemljine površine, zagrijavanje zemljine površine je slabo kada postoji snježni pokrivač. Albedo travnate vegetacije i pijeska znatno je manji. Albedo travnate vegetacije je 26%, a pijeska 30%. To znači da trava apsorbira 74% sunčeve energije, a pijesak - 70%. Apsorbirano zračenje koristi se za isparavanje, rast biljaka i grijanje.
Sjajna zvijezda nas žari vrelim zrakama i tjera nas na razmišljanje o značenju zračenja u našim životima, o njegovim koristima i štetnostima. Što je sunčevo zračenje? Školski sat fizike predlaže da se prvo upoznamo s pojmom elektromagnetskog zračenja općenito. Ovaj pojam označava drugi oblik materije - različit od supstancije. To uključuje i vidljivu svjetlost i spektar koji oko ne percipira. To jest, X-zrake, gama zrake, ultraljubičasto i infracrveno zračenje.
Elektromagnetski valovi
U prisutnosti izvora-emitera zračenja, njegovi elektromagnetski valovi se šire u svim smjerovima brzinom svjetlosti. Ovi valovi, kao i svi drugi, imaju određene karakteristike. To uključuje frekvenciju i valnu duljinu vibracija. Svako tijelo čija se temperatura razlikuje od apsolutne nule ima svojstvo emitiranja zračenja.
Sunce je glavni i najjači izvor zračenja u blizini našeg planeta. S druge strane, sama Zemlja (njena atmosfera i površina) emitira zračenje, ali u drugom rasponu. Dugotrajno promatranje temperaturnih uvjeta na planetu dovelo je do hipoteze o ravnoteži količine topline primljene od Sunca i otpuštene u svemir.
Sunčevo zračenje: spektralni sastav
Apsolutna većina (oko 99%) sunčeve energije u spektru nalazi se u području valnih duljina od 0,1 do 4 mikrona. Preostalih 1% su zrake veće i kraće duljine, uključujući radiovalove i x-zrake. Otprilike polovica Sunčeve energije zračenja nalazi se u spektru koji opažamo očima, približno 44% je u infracrvenom zračenju, a 9% je u ultraljubičastom zračenju. Kako znamo kako se dijeli sunčevo zračenje? Izračun njegove distribucije moguć je zahvaljujući studijama sa svemirskih satelita.
Postoje tvari koje mogu prijeći u posebno stanje i emitirati dodatno zračenje različitog raspona valnih duljina. Na primjer, sjaj se javlja na niskim temperaturama, koje nisu tipične za emisiju svjetlosti od strane određene tvari. Ova vrsta zračenja, nazvana luminiscentno, ne reagira na uobičajene principe toplinskog zračenja.
Fenomen luminiscencije nastaje nakon što tvar apsorbira određenu količinu energije i prijeđe u drugo stanje (tzv. pobuđeno stanje), koje je energetski veće nego na vlastitoj temperaturi tvari. Luminescencija se pojavljuje tijekom obrnutog prijelaza - iz pobuđenog stanja u poznato stanje. U prirodi ga možemo promatrati u obliku sjaja noćnog neba i polarne svjetlosti.
Naš luminar
Energija sunčevih zraka gotovo je jedini izvor topline za naš planet. Vlastito zračenje koje dolazi iz njegovih dubina prema površini ima približno 5 tisuća puta manji intenzitet. U isto vrijeme, vidljiva svjetlost - jedan od najvažnijih čimbenika života na planetu - samo je dio sunčevog zračenja.
Energija sunčevih zraka pretvara se u toplinu, manji dio - u atmosferi, a veći dio - na površini Zemlje. Tamo se troši na zagrijavanje vode i tla (gornji slojevi), koji zatim predaju toplinu zraku. Zagrijani, atmosfera i zemljina površina emitiraju infracrvene zrake u svemir, a pritom se hlade.
Sunčevo zračenje: definicija
Zračenje koje dolazi na površinu našeg planeta izravno sa sunčevog diska obično se naziva izravno sunčevo zračenje. Sunce ga širi na sve strane. Uzimajući u obzir ogromnu udaljenost od Zemlje do Sunca, izravno sunčevo zračenje na bilo kojoj točki zemljine površine može se prikazati kao snop paralelnih zraka, čiji je izvor gotovo beskonačan. Područje koje se nalazi okomito na sunčeve zrake tako prima najveću količinu.
Gustoća toka zračenja (ili ozračenje) mjera je količine zračenja koja pada na određenu površinu. Ovo je količina energije zračenja koja pada po jedinici vremena po jedinici površine. Ova veličina se mjeri - zračenje - u W/m2. Naša Zemlja, kao što svi znaju, kruži oko Sunca po elipsoidnoj orbiti. Sunce se nalazi u jednom od žarišta ove elipse. Stoga, svake godine u određeno vrijeme (početkom siječnja) Zemlja zauzima položaj najbliži Suncu, au drugom (početkom srpnja) - najudaljeniji od njega. U tom se slučaju količina energije osvjetljenja mijenja obrnuto proporcionalno kvadratu udaljenosti do svjetiljke.
Kamo odlazi sunčevo zračenje koje dopire do Zemlje? Njegove vrste određuju mnogi čimbenici. Ovisno o geografskoj širini, vlažnosti, naoblaci, dio se rasprši u atmosferi, dio se apsorbira, ali većina ipak dospijeva na površinu planeta. U ovom slučaju, mala količina se reflektira, a glavnu količinu apsorbira površina zemlje, pod čijim se utjecajem zagrijava. Raspršeno sunčevo zračenje također dijelom pada na zemljinu površinu, djelomično ga ona apsorbira, a djelomično reflektira. Ostatak odlazi u svemir.
Kako se odvija distribucija?
Je li sunčevo zračenje ravnomjerno? Njegove vrste nakon svih "gubitaka" u atmosferi mogu se razlikovati po spektralnom sastavu. Uostalom, zrake različitih duljina se i raspršuju i apsorbiraju na različite načine. U prosjeku, atmosfera apsorbira oko 23% svoje izvorne količine. Otprilike 26% ukupnog toka pretvara se u raspršeno zračenje, od čega 2/3 tada pada na Zemlju. U biti, radi se o drugoj vrsti zračenja, različitoj od izvorne. Raspršeno zračenje na Zemlju ne šalje Sunčev disk, već nebeski svod. Ima drugačiji spektralni sastav.
Apsorbira zračenje uglavnom od ozona - vidljivog spektra, te ultraljubičastih zraka. Infracrveno zračenje apsorbira ugljični dioksid (ugljični dioksid), kojeg je, usput, vrlo malo u atmosferi.
Raspršenje zračenja, koje ga slabi, događa se za bilo koju valnu duljinu u spektru. Pritom njegove čestice, padajući pod elektromagnetski utjecaj, redistribuiraju energiju upadnog vala u svim smjerovima. Odnosno, čestice služe kao točkasti izvori energije.
Dnevno svjetlo
Zbog raspršenja, svjetlost koja dolazi od sunca mijenja boju kada prolazi kroz slojeve atmosfere. Praktični značaj raspršivanja je stvaranje dnevne svjetlosti. Kad bi Zemlja bila lišena atmosfere, rasvjeta bi postojala samo na mjestima gdje izravne ili reflektirane zrake sunca padaju na površinu. Odnosno, atmosfera je izvor osvjetljenja tijekom dana. Zahvaljujući njemu, svjetlo je i na mjestima nedostupnim izravnim zrakama i kada je sunce skriveno iza oblaka. Upravo raspršivanje daje zraku boju – vidimo nebo plavo.
O čemu još ovisi sunčevo zračenje? Faktor zamućenja ne treba zanemariti. Uostalom, zračenje se slabi na dva načina - samom atmosferom i vodenom parom, kao i raznim nečistoćama. Razina prašine raste ljeti (kao i sadržaj vodene pare u atmosferi).
Ukupno zračenje
Odnosi se na ukupnu količinu zračenja koje pada na zemljinu površinu, izravno i difuzno. Ukupno sunčevo zračenje opada tijekom oblačnog vremena.
Zbog toga je ljeti ukupna radijacija u prosjeku veća prije podne nego poslije podne. I to u prvoj polovici godine - više nego u drugoj.
Što se događa s ukupnim zračenjem na zemljinoj površini? Kad tamo dospije, najvećim dijelom ga apsorbira gornji sloj tla ili vode i pretvara u toplinu, a dio se reflektira. Stupanj refleksije ovisi o prirodi zemljine površine. Pokazatelj koji izražava postotak reflektiranog sunčevog zračenja prema ukupnoj količini koja pada na površinu naziva se površinski albedo.
Pojam intrinzičnog zračenja zemljine površine odnosi se na dugovalno zračenje koje emitira vegetacija, snježni pokrivač, gornji slojevi vode i tla. Ravnoteža zračenja površine je razlika između količine apsorbirane i količine emitirane.
Učinkovito zračenje
Dokazano je da je protuzračenje gotovo uvijek manje od zemaljskog zračenja. Zbog toga zemljina površina trpi gubitke topline. Razlika između vrijednosti vlastitog zračenja površine i atmosferskog zračenja naziva se efektivno zračenje. To je zapravo neto gubitak energije i, kao rezultat, topline noću.
Postoji i danju. Ali tijekom dana je djelomično kompenzirana ili čak prekrivena apsorbiranim zračenjem. Stoga je zemljina površina danju toplija nego noću.
O geografskoj raspodjeli zračenja
Sunčevo zračenje na Zemlji neravnomjerno je raspoređeno tijekom godine. Njegova raspodjela je zonalne prirode, a izolinije (spojne točke jednakih vrijednosti) toka zračenja uopće nisu identične geografskim širinama. Ovo odstupanje uzrokovano je različitim razinama naoblake i prozirnosti atmosfere u različitim dijelovima zemaljske kugle.
Ukupna sunčeva radijacija tijekom cijele godine najveća je u suptropskim pustinjama s djelomično oblačnom atmosferom. Mnogo ga je manje u šumskim područjima ekvatorijalnog pojasa. Razlog tome je povećana naoblaka. Prema oba pola ovaj pokazatelj opada. Ali u području polova ponovno raste - na sjevernoj hemisferi je manje, u području snježne i djelomično oblačne Antarktike - više. Nad površinom oceana u prosjeku je sunčevo zračenje manje nego nad kontinentima.
Gotovo posvuda na Zemlji površina ima pozitivnu bilancu zračenja, odnosno u istom vremenu je dotok zračenja veći od efektivnog zračenja. Izuzetak su područja Antarktike i Grenlanda s njihovim ledenim visoravnima.
Suočavamo li se s globalnim zagrijavanjem?
No navedeno ne znači godišnje zagrijavanje zemljine površine. Višak apsorbiranog zračenja nadoknađuje se curenjem topline s površine u atmosferu do čega dolazi pri promjeni faze vode (isparavanje, kondenzacija u obliku oblaka).
Dakle, ravnoteža zračenja kao takva ne postoji na površini Zemlje. Ali postoji toplinska ravnoteža - opskrba i gubitak topline uravnoteženi su na različite načine, uključujući zračenje.
Distribucija stanja kartice
Na istim geografskim širinama zemaljske kugle ravnoteža zračenja veća je na površini oceana nego iznad kopna. To se može objasniti činjenicom da je sloj koji apsorbira zračenje u oceanima deblji, dok je istovremeno efektivno zračenje tamo manje zbog hladnoće površine mora u odnosu na kopno.
U pustinjama se opažaju značajne fluktuacije u amplitudi njegove distribucije. Tamo je bilanca manja zbog visoke efektivne radijacije u uvjetima suhog zraka i niske naoblake. U područjima monsunske klime reduciran je u manjoj mjeri. U toploj sezoni naoblaka je povećana, a apsorbirano sunčevo zračenje je manje nego u drugim područjima iste geografske širine.
Naravno, glavni faktor o kojem ovisi prosječno godišnje sunčevo zračenje je geografska širina određenog područja. Rekordni "dijelovi" ultraljubičastog zračenja idu u zemlje koje se nalaze blizu ekvatora. Ovo je sjeveroistočna Afrika, njezina istočna obala, Arapski poluotok, sjever i zapad Australije, dio indonezijskih otoka i zapadna obala Južne Amerike.
U Europi najveću dozu svjetlosti i zračenja primaju Turska, južna Španjolska, Sicilija, Sardinija, grčki otoci, obala Francuske (južni dio), kao i dijelovi Italije, Cipra i Krete.
Što je s nama?
Ukupna sunčeva radijacija u Rusiji raspoređena je, na prvi pogled, neočekivano. Na području naše zemlje, čudno, dlan ne drže crnomorska odmarališta. Najveće doze sunčevog zračenja javljaju se na područjima koja graniče s Kinom i Sjevernom Zemljom. Općenito, sunčevo zračenje u Rusiji nije osobito intenzivno, što se u potpunosti objašnjava našim sjevernim geografskim položajem. Najmanja količina sunčeve svjetlosti ide u sjeverozapadnu regiju - Sankt Peterburg, zajedno s okolnim područjima.
Sunčevo zračenje u Rusiji je inferiorno u odnosu na Ukrajinu. Tamo najviše ultraljubičastog zračenja ide na Krim i područja s onu stranu Dunava, a na drugom su mjestu Karpati i južni dijelovi Ukrajine.
Ukupno (ovo uključuje i izravno i difuzno) sunčevo zračenje koje pada na horizontalnu površinu dano je po mjesecima u posebno izrađenim tablicama za različita područja i mjeri se u MJ/m2. Na primjer, sunčevo zračenje u Moskvi kreće se od 31-58 u zimskim mjesecima do 568-615 ljeti.
O sunčevoj insolaciji
Insolacija, odnosno količina blagotvornog zračenja koja pada na suncem obasjanu površinu, značajno varira u različitim geografskim položajima. Godišnja insolacija se računa po kvadratnom metru u megavatima. Na primjer, u Moskvi je ova vrijednost 1,01, u Arhangelsku - 0,85, u Astrahanu - 1,38 MW.
Prilikom određivanja potrebno je uzeti u obzir čimbenike kao što su doba godine (zimi je slabije osvjetljenje i duljina dana), priroda terena (planine mogu blokirati sunce), vremenski uvjeti karakteristični za područje - magla, česte kiše i naoblaka. Ravnina za primanje svjetlosti može biti usmjerena okomito, vodoravno ili koso. Količina insolacije, kao i raspodjela sunčevog zračenja u Rusiji, prikazani su kao podaci grupirani u tablici po gradovima i regijama, s naznakom geografske širine.
Najvažniji izvor iz kojeg Zemljina površina i atmosfera dobivaju toplinsku energiju je Sunce. U kozmički prostor šalje kolosalnu količinu energije zračenja: toplinske, svjetlosne, ultraljubičaste. Elektromagnetski valovi koje emitira Sunce putuju brzinom od 300 000 km/s.
Zagrijavanje zemljine površine ovisi o kutu upada sunčevih zraka. Sve sunčeve zrake dolaze na površinu Zemlje paralelno jedna s drugom, ali budući da je Zemlja sferna, sunčeve zrake padaju na različite dijelove njezine površine pod različitim kutovima. Kada je Sunce u zenitu, njegove zrake padaju okomito i Zemlja se jače zagrijava.
Cijeli skup energije zračenja koju šalje Sunce naziva se solarno zračenje, obično se izražava u kalorijama po jedinici površine godišnje.
Sunčevo zračenje određuje temperaturni režim troposfere Zemljinog zraka.
Treba napomenuti da je ukupna količina sunčevog zračenja više od dvije milijarde puta veća od količine energije koju prima Zemlja.
Zračenje koje dopire do Zemljine površine sastoji se od izravnog i difuznog.
Zračenje koje dolazi na Zemlju izravno sa Sunca u obliku izravne sunčeve svjetlosti pod nebom bez oblaka naziva se ravno. Nosi najveću količinu topline i svjetlosti. Da naš planet nema atmosferu, Zemljina bi površina primala samo izravno zračenje.
Međutim, prolazeći kroz atmosferu, otprilike četvrtina sunčevog zračenja se raspršuje na molekulama plina i nečistoća te skreće s izravnog puta. Neki od njih dospijevaju na površinu Zemlje, formirajući se raspršeno sunčevo zračenje. Zahvaljujući raspršenom zračenju svjetlost prodire na mjesta gdje ne prodire izravna sunčeva svjetlost (izravno zračenje). Ovo zračenje stvara dnevnu svjetlost i daje boju nebu.
Ukupno sunčevo zračenje
Sve sunčeve zrake koje dopiru do Zemlje su ukupno sunčevo zračenje, tj. ukupnost izravnog i difuznog zračenja (slika 1).
Riža. 1. Ukupna sunčeva radijacija za godinu
Raspodjela sunčevog zračenja po zemljinoj površini
Sunčevo zračenje je neravnomjerno raspoređeno po zemlji. Ovisi:
1. o gustoći zraka i vlažnosti - što su veće, zemljina površina prima manje zračenja;
2. ovisno o geografskoj širini područja – količina zračenja raste od polova prema ekvatoru. Količina izravnog sunčevog zračenja ovisi o duljini puta koji sunčeve zrake putuju kroz atmosferu. Kada je Sunce u zenitu (upadni kut zraka je 90°), njegove zrake najkraćim putem pogađaju Zemlju i intenzivno odaju svoju energiju malom prostoru. Na Zemlji se to događa u pojasu između 23° N. w. i 23° J. š., tj. između trop. Kako se od ove zone udaljavate prema jugu ili sjeveru, povećava se duljina puta sunčevih zraka, odnosno smanjuje se kut njihovog upada na zemljinu površinu. Zrake počinju padati na Zemlju pod manjim kutom, kao da klize, približavajući se tangenti u području polova. Kao rezultat toga, isti tok energije raspoređuje se na veće područje, pa se količina reflektirane energije povećava. Dakle, u području ekvatora, gdje sunčeve zrake padaju na zemljinu površinu pod kutom od 90°, količina izravnog sunčevog zračenja koju prima zemljina površina je veća, a kako se krećemo prema polovima, ta količina naglo raste. smanjuje se. Osim toga, duljina dana u različito doba godine ovisi o zemljopisnoj širini područja, što također određuje količinu sunčevog zračenja koje dopire do zemljine površine;
3. od godišnjeg i dnevnog kretanja Zemlje - u srednjim i visokim geografskim širinama dotok sunčevog zračenja jako varira prema godišnjim dobima, što je povezano s promjenama podnevne visine Sunca i duljine dana;
4. o prirodi zemljine površine - što je površina svjetlija, to više sunčeve svjetlosti odbija. Sposobnost površine da reflektira zračenje naziva se albedo(od latinske bjeline). Osobito jače odbija zračenje snijeg (90%), pijesak slabije (35%), a crnica još slabije (4%).
Zemljina površina apsorbira sunčevo zračenje (apsorbirano zračenje), zagrijava i isijava toplinu u atmosferu (reflektirano zračenje). Niži slojevi atmosfere u velikoj mjeri blokiraju zemaljsko zračenje. Zračenje koje apsorbira zemljina površina troši se na zagrijavanje tla, zraka i vode.
Onaj dio ukupnog zračenja koji ostaje nakon refleksije i toplinskog zračenja zemljine površine naziva se ravnoteža zračenja. Bilanca zračenja Zemljine površine varira tijekom dana i prema godišnjim dobima, ali u prosjeku za godinu posvuda ima pozitivnu vrijednost, s izuzetkom ledenih pustinja Grenlanda i Antarktika. Bilanca zračenja dostiže svoje maksimalne vrijednosti na niskim geografskim širinama (između 20° N i 20° S) - preko 42*10 2 J/m 2 , na geografskoj širini od oko 60° na obje hemisfere smanjuje se na 8*10 2 - 13*10 2 J/m 2.
Sunčeve zrake daju do 20% svoje energije atmosferi, koja je raspoređena po cijeloj debljini zraka, pa je zagrijavanje zraka koje uzrokuju relativno malo. Sunce zagrijava površinu Zemlje, koja zbog toga predaje toplinu atmosferskom zraku konvekcija(od lat. konvekcija- isporuka), odnosno vertikalno kretanje zraka zagrijanog na zemljinoj površini, umjesto kojeg se spušta hladniji zrak. Tako atmosfera prima najviše topline — u prosjeku tri puta više nego izravno od Sunca.
Prisutnost ugljičnog dioksida i vodene pare ne dopušta toplini koja se reflektira od zemljine površine da slobodno izlazi u svemir. Oni stvaraju Efekt staklenika, zahvaljujući čemu temperaturna razlika na Zemlji tijekom dana ne prelazi 15 °C. U nedostatku ugljičnog dioksida u atmosferi, Zemljina bi se površina tijekom noći ohladila za 40-50 °C.
Kao rezultat rastućeg opsega ljudske gospodarske aktivnosti - izgaranja ugljena i nafte u termoelektranama, emisije iz industrijskih poduzeća i povećanja automobilske emisije - povećava se sadržaj ugljičnog dioksida u atmosferi, što dovodi do povećanja u učinku staklenika i prijeti globalnim klimatskim promjenama.
Sunčeve zrake, prošavši kroz atmosferu, udaraju u površinu Zemlje i zagrijavaju je, koja zauzvrat odaje toplinu atmosferi. To objašnjava karakterističnu značajku troposfere: pad temperature zraka s visinom. Ali postoje slučajevi kada se viši slojevi atmosfere pokažu topliji od nižih. Ova pojava se zove temperaturna inverzija(od latinskog inversio - okretanje).
