Сонячна радіація її види. Сонячна радіація – це що таке? Сумарна сонячна радіація

Я була серед любителів повалятися на пляжі під палючим сонечком. Все було так, поки я не отримала дуже сильний опік. Не така вже й нешкідлива дія сонця для людини. Розкажу вам докладніше про сонячної радіаціїі про те, що від неї чекати.

Що таке сонячна радіація і яка вона буває

Всі ми знаємо, наскільки важливо Сонце для нашої планети. Вся енергія, яку воно випромінює, називається сонячною радіацією. Її шлях від самого світила до Землі дуже довгий і тому частина сонячної енергіїпоглинається, а частина розсіюється. Сонячну радіацію ділять на кілька видів:

• пряма;
• розсіяна;
• сумарна;
• поглинена;
• відбита.

Пряма сонячна радіація - це та, що досягає поверхні Землі в повному обсязі, а розсіяна - не проникає через атмосферу. Водночас ці дві радіації називаються сумарними. Певна часткасонячного тепла йде в земну поверхню. Таку радіацію прийнято називати поглиненою. Деякі ділянки землі можуть відбивати сонячні промені. Від цього і пішла назва – відбита сонячна радіація. Перед сходом енергія Сонця сумарна. Коли Сонце не дуже високо, то більша частинарадіації розсіюється.

Вплив сонячної радіації на людину

Сонце може як покращити стан здоров'я, так і надати згубний вплив на нього. Якщо ви занадто часто перебуваєте під впливом сонячних променів, то збільшується ризик розвитку шкірних захворювань, у тому числі онкологічних. Крім цього, можуть виникнути проблеми із зором.

Хоча багато перебувати на сонці і шкідливо, але я б нізащо не хотіла жити в північних регіонах, де люди постійно чекають на сонячну погоду. Від нестачі сонячної діїможе порушитись обмін речовин в організмі, може з'явитися зайва вага. Для дітей нестача сонця теж вкрай небажана.

При нормальних умовахжиття, сонячна радіація підтримує здоров'я на потрібному рівні. Усі органи та системи функціонує без збоїв. Загалом сонячна радіація хороша в міру, і про це потрібно завжди пам'ятати.

1. Що називається сонячною радіацією? У яких одиницях вона вимірюється? Від чого залежить її величина?

Вся сукупність променистої енергії, що посилається Сонцем, називається сонячною радіацією, зазвичай вона виражається в калоріях або джоулях на один квадратний сантиметрза хвилину. Сонячна радіація розподіляється землі нерівномірно. Це залежить:

Від щільності та вологості повітря – чим вони вищі, тим менше радіації отримує земна поверхня;

Від географічної широтимісцевості - кількість радіації збільшується від полюсів до екватора. Кількість прямої сонячної радіації залежить від довжини шляху, що проходить сонячне проміння в атмосфері. Коли Сонце перебуває у зеніті (кут падіння променів 90°), його промені потрапляють Землю найкоротшим шляхомта інтенсивно віддають свою енергію малої площі;

Від річного та добового рухуЗемлі – у середніх та високих широтах надходження сонячної радіації сильно змінюється по порах року, що пов'язано зі зміною південної висоти Сонця та тривалості дня;

Від характеру земної поверхні – що світліша поверхня, то більше сонячних променів вона відбиває.

2. На які види поділяють сонячну радіацію?

Існують наступні видиСонячна радіація: радіація, що досягає земної поверхні, складається з прямої і розсіяної. Радіація, що приходить на Землю безпосередньо від Сонця у вигляді прямих сонячних променів при безхмарному небі, називається прямою. Вона несе найбільша кількістьтепла та світла. Якби наша планета не мала атмосфери, земна поверхня отримувала тільки пряму радіацію. Однак, проходячи через атмосферу, приблизно четверта частина сонячної радіації розсіюється молекулами газів та домішками, відхиляється від прямого шляху. Деяка їхня частина досягає поверхні Землі, утворюючи розсіяну сонячну радіацію. Завдяки розсіяній радіації світло проникає й у місця, куди прямі сонячні промені (пряма радіація) не проникають. Ця радіація створює денне світло і надає кольору небу.

3. Чому змінюється надходження сонячної радіації за сезонами року?

Росія, здебільшого, розташована в помірних широтах, що лежать між тропіком і полярним колом, у цих широтах Сонце щодня сходить і заходить, але ніколи не буває в зеніті. Завдяки тому, що кут нахилу Землі не змінений протягом усього її звернення навколо Сонця, різні сезоникількість тепла, що приходить, в помірних широтах, різна і залежить від кута Сонця над горизонтом. Так, на широті 450 mах кут падіння сонячних променів (22 червня) становить приблизно 680, а min (22 грудня) приблизно 220. Чим менше кут падіння променів Сонця, тим менше тепла вони приносять, тому відзначаються суттєві сезонні відмінностіотримуваної сонячної радіації у різні сезони року: зими, весни, літа, осені.

4. Для чого потрібно знати висоту Сонця над горизонтом?

Висота Сонця над горизонтом визначає кількість тепла, що приходить на Землю, тому між кутом падіння сонячних променів і кількістю сонячної радіації, що приходить на земну поверхню, існує пряма залежність. Від екватора до полюсів загалом спостерігається зменшення кута падіння сонячних променів, як наслідок від екватора до полюсів зменшується величина сонячної радіації. Таким чином, знаючи висоту Сонця над горизонтом, можна дізнатися кількість тепла, що приходить на земну поверхню.

5. Виберіть відповідь. Загальна кількістьрадіації, що досягла поверхні Землі, називається: а) поглиненою радіацією; б) сумарною сонячною радіацією; в) розсіяною радіацією.

6. Виберіть відповідь. Під час руху до екватора величина сумарної сонячної радіації: а) збільшується; б) зменшується; в) не змінюється.

7. Виберіть відповідь. Самий великий показниквідбитої радіації має: а) сніг; б) чорнозем; в) пісок; г) вода.

8. Як ви вважаєте, чи можна в літній похмурий день засмагнути?

Сумарна сонячна радіація складається з двох складових: розсіяної та прямої. При цьому Сонячні промені, незалежності від своєї природи несуть у собі ультрафіолет, який впливає на засмагу.

9. По карті малюнку 36 визначте сумарну сонячну радіацію десяти міст Росії. Який висновок ви зробили?

Сумарна радіація у різних містах Росії:

Мурманськ: 10 ккал/см2 на рік;

Архангельськ: 30 ккал/см2 на рік;

Москва: 40 ккал/см2 на рік;

Перм: 40 ккал/см2 на рік;

Казань: 40 ккал/см2 на рік;

Челябінськ: 40 ккал/см2 на рік;

Саратов: 50 ккал/см2 на рік;

Волгоград: 50 ккал/см2 на рік;

Астрахань: 50 ккал/см2 на рік;

Ростов-на-Дону: понад 50 ккал/см2 на рік;

Загальна закономірність у розподілі сонячної радіації така: що ближче об'єкт (місто) до полюса, то менше сонячної радіації припадатиме на нього (місто).

10. Опишіть, чим різняться сезони року у вашій місцевості ( природні умови, життя людей, їхнє заняття). В якому з сезонів року життя найактивніше?

Складний рельєф, велика протяжністьз півночі на південь дозволяють в області виділити 3 зони, що розрізняються як по рельєфу, так і по кліматичним характеристикам: гірсько-лісова, лісостепова та степова. Клімат гірсько-лісової зони прохолодний та вологий. Температурний режимзмінюється залежно від рельєфу. Цій зоні характерно коротке прохолодне літо та тривала сніжна зима. Постійний сніговий покрив утворюється в період з 25 жовтня до 5 листопада і залягає він до кінця квітня, а в окремі рокисніжний покрив зберігається до 10-15 травня. Найхолоднішим місяцем є січень. Середня температуравзимку мінус 15-16 ° С, абсолютний мінімум 44-48 ° С. теплий місяць- липень із середньою температурою повітря плюс 15-17 ° С, абсолютний максимум температури повітря за літо в цьому районі досягав плюс 37-38 ° С. Клімат лісостепової зонитеплий, з досить холодною та сніжною зимою. Середня температура січня дорівнює мінус 15,5-17,5 ° С, абсолютний мінімум температури повітря досягав мінус 42-49 ° С. Середня температура повітря в липні дорівнює плюс 18-19 ° С. Абсолютний максимум температури - плюс 42,0 ° С Клімат степової зони дуже теплий і посушливий. Зима тут холодна, із сильними морозами, хуртовинами, які спостерігаються протягом 40-50 днів, викликаючи сильне перенесення снігу. Середня температура січня мінус 17-18 ° С. суворі зимимінімальна температура повітря опускається до мінус 44-46°.

Сонячна радіація- енергія, що надходить на Землю сонячного випромінюванняяк потоку електромагнітних хвиль.

Сонце розповсюджує навколо себе потужне електромагнітне випромінювання. Усього одна двомільярдна його частка потрапляє у верхні шари атмосфери Землі, але вона становить величезна кількістькалорій за хвилину.

Далеко не весь енергетичний потікдосягає поверхні Землі - більша його частина відкидається планетою у світовий простір. Земля відбиває атаку тих променів, які згубні живої речовини планети. на подальшому шляхудо Землі сонячні промені зустрічають перешкоди у вигляді наповнюючих атмосферу водяної пари, молекул Вуглекислий газта частинок пилу, зважених у повітрі. Атмосферний "фільтр" поглинає значну частинупроменів, що розсіює їх, відбиває. Особливо велика відбивна здатність хмар. В результаті безпосередньо земна поверхня отримує лише 2/3 тієї радіації, що пропускається озоновим екраном. Але і з цієї частини багато що відображається відповідно до відбивної здатності різних поверхонь.

На всю поверхню Землі надходить трохи більше 100 000 калорій на 1 см2 за хвилину. Ця радіація поглинається рослинністю, ґрунтом, поверхнею морів та океанів. Вона перетворюється на тепло, яке витрачається на прогрівання шарів атмосфери, рух повітряних та водних мас, створення всього великого розмаїття форм життя Землі.

Сонячна радіація надходить на земну поверхню різними шляхами:

1. пряма радіація: надходження радіації безпосередньо від Сонця, якщо воно не закрите хмарами;
2. розсіяна радіація: надходження радіації від небесного склепіння або хмар, що розсіюють сонячне проміння;
3. теплова: надходження радіації походить від атмосфери, що нагрілася внаслідок дії радіації.

Пряма і розсіяна радіація надходить лише вдень. Разом вони становлять сумарну радіацію. Та сонячна радіація, яка залишається після втрати на відбиття від поверхні, називається поглиненою.

Сонячну радіацію вимірюють за допомогою приладу, який називається актинометром.

Сонце заливає Землю цілим океаном енергії, який практично невичерпний, тому Останніми рокамидедалі більше уваги приділяється проблемі використання сонячної енергії у господарстві. У різних країнахвже працюють сонячні опріснювачі, водонагрівачі, сушарі. Повністю на енергії сонячної радіації працюють запускаються із Землі штучні супутники, космічні кораблілабораторії.

Сонячна радіація вікіпедія
Пошук по сайту:

На зміни припливу тепла в короткі періоди часу та на нерівномірний розподіл його в ландшафтної оболонкивпливає низка обставин, у тому числі ми розглянемо найважливіші.

Невеликі періодичні зміни радіації залежать передусім від цього, що Земля звертається навколо Сонця з еліптичної орбіті і, отже, відстань її від Сонця змінюється. У перигелії, тобто в найближчій до Сонця точці орбіти (Земля буває в ній у справжню епоху 1 січня), відстань дорівнює 147 млн. км; в афелії, тобто найбільш віддаленій від Сонця точці орбіти (3 липня), ця відстань вже 152 млн. км; різниця становить 5 млн км. Відповідно до цього на початку січня радіація збільшується на 3,4% порівняно із середньою (тобто обчисленою для середньої відстані від Землі до Сонця), а на початку липня на 3,5% зменшується.

Дуже важливим фактором, визначальним кількість радіації, одержуване тим чи іншим ділянкою земної поверхні, є кут падіння сонячних променів Якщо J - інтенсивність радіації при вертикальному падінні променів, то при зустрічі їх із поверхнею під кутом α інтенсивність радіації буде J sin α: чим гостріший кут, тим на велику площуповинна розподілитися енергія пучка променів і, тим менше, її доведеться на одиницю площі.

Кут, що утворюється сонячними променями із земною поверхнею, залежить від рельєфу місцевості, географічної широти та висоти Сонця над горизонтом, що змінюється як протягом доби, так і протягом року.

На нерівній місцевості (все одно, чи йдеться про гори або дрібні нерівності) різні елементирельєфи висвітлюються Сонцем неоднаково. На сонячному схилі пагорба кут падіння променів більше, ніж рівнині біля підніжжя пагорба, але протилежному схилі цей кут дуже малий. Під Ленінградом схил пагорба, звернений на південь і нахилений під кутом 10°, знаходиться в тих же теплових умовах, що горизонтальний майданчик під Харковом.

Взимку обернені на південь круті схили обігріваються краще, ніж пологі (оскільки Сонце стоїть загалом низько над горизонтом). Влітку пологі схили південної експозиції отримують тепла більше, а круті менше, ніж горизонтальна поверхня. Схили північної експозиції у нашій півкулі у всі сезони отримують найменша кількістьрадіації.

Залежність кута падіння сонячних променів від географічної широти досить складна, оскільки за існуючому вугіллі нахилу екліптики висота Сонця у цьому місці (означає, і кут падіння сонячних променів на площину горизонту) змінюється як у добу, а й у року.

Найбільша південна висота, яка на широті φ. Сонце досягає в дні рівнодення, становить 90 ° - φ, в день літнього сонцестояння 90 ° - φ +23 °, 5 і в день зимового сонцестояння 90 ° - φ - 23 °, 5.

Отже, найбільший кутпадіння сонячних променів опівдні на екваторі в році змінюється від 90 ° до 66 °, 5, а на полюсі від -23 °, 5 до + 23 °, 5, тобто практично від 0 ° до + 23 °, 5 ( оскільки негативний кут характеризує величину занурення Сонця під обрій).

Велику роль у перетворенні сонячної радіації відіграє газова оболонкаЗемлі. Частинки повітря, водяної пари та порошинки розсіюють сонячне світло; завдяки цьому вдень світло і за відсутності прямих сонячних променів. Атмосфера, крім того, поглинає кілька променистої енергії, тобто переводить її в теплову. Зрештою, сонячна радіація, що надходить в атмосферу, частково відбивається назад у світовий простір. Особливо сильними відбивачами є хмари.

В результаті не вся радіація, що надійшла на межу атмосфери, досягає поверхні Землі, а лише частина її і до того якісно (за спектральним складом) змінена, так як хвилі коротше 0,3 μ, енергійно поглинаються киснем і озоном, до земної поверхні не доходять, а видимі хвилі неоднаково розсіюються.

Очевидно, що за відсутності атмосфери тепловий режим Землі відрізнявся від того, який насправді спостерігається. Для цілого ряду розрахунків та зіставлень нерідко буває зручно усунути вплив атмосфери на радіацію, мати поняття про радіацію в чистому вигляді. З цією метою обчислюють так звану сонячну постійну, тобто кількість тепла, що припадає на 1 хв. на 1 кв. см перпендикулярної до сонячних променів чорної (поглинаючої всю радіацію) поверхні, яку Земля отримувала при своїй середній відстані від Сонця і за відсутності атмосфери. Сонячна стала дорівнює 1,9 кал.

За наявності атмосфери особливе значеннянабуває такого чинника, що впливає радіацію, як довжина шляху сонячного променя в атмосфері. Чим більшу товщу повітря повинен пронизувати сонячний промінь, тим більше він втратить енергії в процесах розсіювання, відображення і поглинання. Довжина шляху променя безпосередньо залежить від висоти Сонця над горизонтом і, отже, від часу доби та пори року. Якщо довжину шляху сонячного променя крізь атмосферу за висотою Сонця 90° прийняти за одиницю, тоді довжина шляху за висотою Сонця 40° подвоїться, за висотою 10° дорівнюватиме 5,7 тощо.

Для теплового режиму земної поверхні дуже важливою є ще тривалість освітлення її Сонцем. Оскільки Сонце світить лише вдень, то визначальним фактором тут буде довжина дня, що змінюється на пори року.

Нарешті, слід пам'ятати, що, хоча інтенсивність радіації вимірюється стосовно поверхні, що поглинає всю радіацію, насправді сонячна енергія, що падає різні за своєю природою тіла, поглинається далеко ще не однаково. Відношення відбитої радіації до падаючої називається альбедо. Давно відомо, що альбедо чорного ґрунту, світлих скель, трав'янистого простору, дзеркала водойми тощо сильно відрізняються. Світлі піски відбивають 30-35%, чорний ґрунт (гумус) 26%, зелена трава 26% радіації. Для свіжого чистого і сухого снігу альбедо може досягати 97%. Вологий грунт поглинає радіацію інакше, ніж суха: синя суха глина відбиває 23% радіації, та ж мокра 16%. Отже, навіть за одного і того ж притоку радіації, в одних і тих же умовах рельєфу, різні точкиземної поверхні отримуватимуть різну кількість тепла.

З періодичних факторів, що зумовлюють відомий ритм у коливаннях радіації, особливе значення має зміна пір року.

Якщо ви знайшли помилку, будь ласка, виділіть фрагмент тексту та натисніть Ctrl+Enter.

Вконтакте

Однокласники

Під сонячною радіацією розуміють випромінювання Сонця, яке вимірюється на її теплової діїта інтенсивності.

Та сонячна радіація, яка безпосередньо доходить до Землі, називається прямою сонячною радіацією. Частина сонячної радіації розсіюється в атмосфері, після чого вже сягає поверхні планети, таку радіацію називають розсіяною сонячною радіацією. Пряма та розсіяна радіації разом становлять сумарну сонячну радіацію.

Сумарну сонячну радіацію визначають теплової дії на одиницю поверхні за одиницю часу. Виражають у калоріях чи джоулях.

Кількість сумарної сонячної радіації, що потрапляє на поверхню, залежить від висоти Сонця, тривалості дня, властивостей атмосфери (її прозорості, хмарності).

Так як Земля має кулясту форму, то найбільше високо над горизонтом Сонце піднімається на екваторі. Тут сонячні промені падають перпендикулярно до поверхні. При русі до полюсів сонячне проміння падає вже під усе великим нахиломі тому приносять дедалі менше тепла. Крім того, чим ближче до екватора, тим довше день, і, отже, поверхня отримує більше тепла.

Проте на сумарну сонячну радіацію впливає як географічна широта.

Сонячна радіація та її вплив на організм людини та клімат

На екваторі висока хмарність та вологість, це перешкоджає проходженню сонячних променів. Тому тут сумарна сонячна радіація менша, ніж у континентальному тропічному кліматі (наприклад, територія Сахари).

Сонце - джерело світла і тепла, якого потребує все живе на Землі. Але крім фотонів світла, воно випромінює жорстку іонізуючу радіацію, що складається з ядер та протонів гелію. Чому так відбувається?

Причини виникнення сонячного випромінювання

Сонячна радіація утворюється в денний годинникпід час хромосферних спалахів – гігантських вибухів, що відбуваються в атмосфері Сонця. Частина сонячної речовини викидається в космічний простір, утворюючи космічні промені, що головним чином складаються з протонів і невеликої кількості ядер гелію. Ці заряджені частинки через 15-20 хвилин після того, як сонячний спалах стає видимим, досягають поверхні землі.

Повітря відсікає первинне космічне випромінювання, породжуючи каскадну ядерну зливу, яка згасає зі зниженням висоти. При цьому народжуються нові частки - півонії, які розпадаються та перетворюються на мюони. Вони проникають у нижні шари атмосфери та потрапляють на землю, зариваючись углиб до 1500 метрів. Саме мюони відповідають за утворення вторинного космічного випромінювання та природної радіації, що впливає на людину.

Спектр сонячного випромінювання

Спектр сонячного випромінювання включає як короткохвильові, так і довгохвильові області:

• гамма-промені;
• рентгенівське випромінювання;
• УФ-радіацію;
• видиме світло;
• інфрачервону радіацію.

Понад 95% випромінювання Сонця посідає область «оптичного вікна» - видимої ділянки спектра з прилеглими областями ультрафіолетових та інфрачервоних хвиль.

Що таке сонячна радіація? Види випромінювання та його вплив на організм

У міру проходження через шари атмосфери дія сонячних променів послаблюється. іонізуюча радіація, рентгенівське проміннята майже 98% ультрафіолету затримуються земною атмосферою. Практично без втрат до землі доходить видиме світло інфрачервоне випромінювання, хоча й вони частково поглинаються молекулами газів і частинками пилу, що у повітрі.

У зв'язку з цим, сонячне випромінювання не призводить до помітного підвищення. радіоактивного випромінюванняна Землі. Вклад Сонця разом із космічними променями у формування загальної річної дози опромінення становить лише 0,3 мЗв/год. Але це усереднене значення, насправді рівень падаючого на землю випромінювання різний і залежить від географічне положеннямісцевості.

Де сонячне іонізуюче опромінення сильніше?

Найбільша потужність космічних променівфіксується на полюсах, а найменше – на екваторі. Пов'язано це з тим, що магнітне поле Землі відхиляє до полюсів заряджені частинки, що падають із космосу. Крім цього, випромінювання посилюється з висотою – на висоті 10 кілометрів над рівнем моря його показник зростає у 20-25 разів. Активному впливу більш високих доз сонячної радіації піддаються жителі високогір'їв, оскільки атмосфера в горах тонше і легше прострілюється потоками гамма-квантів, що йдуть від сонця, і елементарних частинок.

Важливо. Серйозного впливу радіаційний рівеньдо 0,3 мЗв/год не надає, але при дозі 1,2 мкЗ/год рекомендується залишити район, а у разі крайньої потребизнаходиться на його території не більше як півроку. При перевищенні свідчень удвічі слід обмежити перебування у цій місцевості до трьох місяців.

Якщо над рівнем моря річна доза космічного опромінення становить 0,3 мЗв/рік, то за підвищення висоти через кожні сто метрів цей показник збільшується на 0,03 мЗв/рік. Після проведення невеликих розрахунків можна зробити висновок, що тижнева відпустка в горах на висоті 2000 метрів дасть опромінення 1мЗв/рік і забезпечить майже половину загальної річний норми(2,4 мЗв/рік).

Виходить, що жителі гір отримують річну дозу радіації, яка в рази перевищує норму, і повинні частіше хворіти на лейкоз і рак, ніж люди, що живуть на рівнинах. Насправді це не так. Навпаки, в гірських районахфіксується нижча смертність від цих захворювань, а частина населення – довгожителі. Це підтверджує той факт, що тривале перебування у місцях високої радіаційної активності не чинить негативного впливуорганізм людини.

Сонячні спалахи - висока радіаційна небезпека

Спалахи на Сонці - велика небезпека для людини і всього живого на Землі, оскільки щільність потоку сонячного випромінювання може перевищувати звичайний рівень космічного випромінювання в тисячу разів. Так, видатний радянський вчений А. Л. Чижевський пов'язав періоди утворення сонячних плям з епідеміями тифу (1883-1917 р) та холери (1823-1923 р) у Росії. На підставі зроблених графіків він ще в 1930 передбачив виникнення великої пандемії холери в 1960-1962 роках, яка і почалася в Індонезії в 1961 році, потім швидко поширилася на інші країни Азії, Африки та Європи.

Сьогодні отримано безліч даних, що свідчать про зв'язок одинадцятирічних циклів сонячної активностізі спалахами захворювань, а також з масовими міграціями та сезонами бурхливого розмноження комах, ссавців та вірусів. Гематологи встановили збільшення кількості інфарктів та інсультів у періоди максимальної сонячної активності. Така статистика пов'язана з тим, що в цей час у людей підвищується згортання крові, а так як у хворих із захворюваннями серця компенсаторна діяльність пригнічена, виникають збої в його роботі аж до некрозів серцевої тканини та крововиливів у мозок.

Великі сонячні спалахивідбуваються не так часто – раз на 4 роки. У цей час збільшується кількість і розмір плям, у сонячній короні утворюються потужні коронарні промені, що складаються з протонів та невеликої кількості альфа-часток. Найпотужніший їхній потік астрологи зареєстрували у 1956 році, коли щільність космічного випромінювання на поверхні землі збільшилась у 4 рази. Ще одним наслідком такої сонячної активності стало Північне сяйво, зафіксоване в Москві та Підмосков'ї у 2000 році.

Як убезпечити себе?

Звичайно, підвищене радіаційне тло в горах - не привід відмовлятися від поїздок у гори. Щоправда, варто подумати про заходи безпеки та вирушити в подорож разом із портативним радіометром, який допоможе контролювати рівень радіації та при необхідності обмежити час перебування у небезпечних районах. У місцевості, де показання лічильника показують величину іонізуючого опромінення в 7 мкЗв/год, не варто перебувати більше одного місяця.

Сумарна сонячна радіація та радіаційний баланс

Сумарна радіація – це сума пряма (на горизонтальну поверхню) та розсіяної радіації. склад сумарної радіації, тобто співвідношення між прямою і розсіяною радіацією, змінюється в залежності від висоти сонця, прозорості, атмосфери та хмарності.

До сходу сонця сумарна радіація складається повністю, а за малих висот сонця – переважно з розсіяної радіації. Зі збільшенням висоти сонця частка розсіяної радіації у складі сумарної при безхмарному небі зменшується: за h = 8° вона становить 50%, а за h = 50° – лише 10-20%.

Чим прозоріша атмосфера, тим менша частка розсіяної радіації у складі сумарної.

3. Залежно від форми, висоти та кількості хмар частка розсіяної радіації збільшується в різного ступеня. Коли сонце закрите щільними хмарами, сумарна радіація складається лише з розсіяної. При таких хмарах розсіяна радіація лише частково заповнює зменшення прямої, і тому збільшення кількості та щільності хмар у середньому супроводжується зменшенням сумарної радіації. Але при невеликій або тонкій хмарності, коли сонце зовсім відкрите або не повністю закрите хмарами, сумарна радіація за рахунок збільшення розсіяної може виявитися більше, ніж при ясному небі.

Добовий та річний хід сумарної радіації визначається головним чином зміною висоти сонця: сумарна радіація змінюється майже прямо пропорційно до зміни висоти сонця.

Сонячна радіація або іонізуюче випромінювання сонця

Але вплив хмарності та прозорості повітря сильно ускладнює цю просту залежністьі порушує плавний перебіг сумарної радіації.

Сумарна радіація значно залежить також від широти місця. Із зменшенням широти її добові суми збільшуються, причому чим менше широта місця, тим рівномірніше сумарна радіація розподіляється по місяцях, тобто тим менше амплітуда її річного ходу. Наприклад, у Павловську (φ = 60°) її місячні суми становлять від 12 до 407 кал/см 2 , у Вашингтоні (φ = 38,9°) – від 142 до 486 кал/см 2 , а у Такубаї (φ = 19 °) - від 307 до 556 кал/см 2 . Річні суми сумарної радіації також збільшуються із зменшенням широти. Однак в окремі місяці сумарна радіація в полярних районах може бути більшою, ніж у нижчих широтах. Наприклад, у бухті Тихий у червні сумарна радіація на 37% більше, ніж у Павлівську, і на 5% більше, ніж у Феодосії.

Безперервні спостереження в Антарктиді за останні 7-8 років показують, що місячні суми сумарної радіації в цьому районі в самому теплому місяці (грудні) приблизно в 1,5 рази більше, ніж на таких самих широтах в Арктиці, і дорівнюють відповідним сумам у Криму та у Ташкенті. Навіть річні суми сумарної радіації в Антарктиді більші, ніж, наприклад, у Санкт-Петербурзі. Такий значний прихід сонячної радіації в Антарктиді пояснюється сухістю повітря. великою висотою антарктичних станційнад рівнем моря і високою відбивною здатністю снігової поверхні (70-90%), що збільшує розсіяну радіацію

Різниця між усіма приходять на діяльну поверхню і потоками променистої енергії, що відходять від неї, називається радіаційним балансом діяльної поверхні. Інакше кажучи, радіаційний баланс діяльної поверхні є різницею між приходом і витратою радіації на цій поверхні. Якщо поверхня горизонтальна, то до прибуткової частини балансу відносяться пряма радіація, що приходить на горизонтальну поверхню, розсіяна радіація та зустрічне випромінювання атмосфери. Витрата радіації складається з відбитої короткохвильової, довгохвильового випромінювання діяльної поверхні та відбитої від неї частини зустрічного випромінювання атмосфери.

Радіаційний баланс є фактичним приходом, або витратою променистої енергії на діяльній поверхні, від якого залежить, чи відбуватиметься її нагрівання або охолодження. Якщо прихід променистої енергії більший від її витрати, то радіаційний баланс позитивний і поверхня нагрівається. Якщо ж прихід менше витрати, то радіаційний баланс негативний і поверхню охолоджується. Радіаційний баланс загалом, як і окремі складові його елементи, залежить багатьох чинників. Особливо сильно на нього впливають висота сонця, тривалість сонячного сяйва, характер та стан діяльної поверхні, замутнення атмосфери, вміст у ній водяної пари, хмарність та ін.

Миттєвий (хвилинний) баланс вдень зазвичай позитивний, особливо влітку. Приблизно за 1 годину до заходу сонця (за винятком зимового часу) витрата променистої енергії починає перевищувати її прихід, і радіаційний баланс стає негативним. Приблизно через 1 годину після сходу сонця він знову стає позитивним. Добовий хід балансу вдень при ясному небі приблизно паралельний ходу прямої радіації. Протягом ночі радіаційний баланс зазвичай змінюється мало, але під впливом мінливої ​​хмарності він може значно змінюватися

Річні суми радіаційного балансупозитивні на всій поверхні суші та океанів, крім районів із постійним сніжним або крижаним покривом, наприклад Центральної Гренландії та Антарктиди. на північ від 40° північної широтита південніше 40° південної широтизимові місячні суми радіаційного балансу негативні, причому період із негативним балансом збільшується у бік полюсів. Так, в Арктиці ці суми позитивні лише в літні місяці, на широті 60 ° - протягом семи місяців, а на широті 50 ° - протягом дев'яти місяців. Річні суми радіаційного балансу змінюються під час переходу з суші на море.

Радіаційний баланс системи Земля-атмосфера є балансом променистої енергії у вертикальному стовпі атмосфери перетином 1 см 2 , що простягається від діяльної поверхні до верхньої межі атмосфери. Його прибуткова частина складається з сонячної радіації, поглиненої діяльною поверхнею та атмосферою, а видаткова – з тієї частини довгохвильового випромінювання земної поверхні та атмосфери, що йде у світовий простір. Радіаційний баланс системи Земля-атмосфера позитивний у поясі від 30° південної широти до 30° північної широти, а більш високих широтах він негативний

Вивчення радіаційного балансу становить великий практичний інтерес, оскільки цей баланс одна із основних кліматоутворюючих чинників. Від його величини залежить тепловий режим як грунту чи водойми, а й прилеглих до них верств атмосфери. Знання радіаційного балансу має велике значенняпри розрахунках випаровування, щодо питання про формування та трансформацію повітряних мас, при розгляді впливу радіації на людину та рослинний світ.

Сторінка 1 з 4

РОЗПОДІЛ ТЕПЛА І СВІТЛА НА ЗЕМЛІ

Сонце - зірка Сонячна система, яка є для планети Земля джерелом величезної кількості тепла та сліпучого світла. Незважаючи на те, що Сонце знаходиться від нас на значній відстані і до нас доходить лише невелика частина його випромінювання, цього цілком достатньо для розвитку життя на Землі. Наша планета обертається навколо Сонця по орбіті.

Сонячна радіація

Якщо з космічного корабля спостерігати Землю протягом року, можна помітити, що Сонце завжди висвітлює лише одну половину Землі, отже, там буде день, але в протилежної половині у цей час буде ніч. Земна поверхня отримує тепло лише вдень.

Наша земля нагрівається нерівномірно.

Нерівномірне нагрівання Землі пояснюється її кулястою формою, тому кут падіння сонячного променя у різних районах різний, отже, різні ділянки Землі отримують різну кількість тепла. На екваторі сонячні промені падають прямовисно, і вони сильно нагрівають Землю. Чим далі від екватора, тим кут падіння променя стає меншим, а отже, і меншою кількістю тепла отримують ці території. Один і той же за потужністю пучок сонячного випромінювання обігріває у екватора набагато меншу площу, оскільки він падає прямовисно. Крім того, промені, що падають під меншим кутом, ніж на екваторі, пронизуючи атмосферу, проходять в ній. більший шлях, внаслідок чого частина сонячних променів розсіюється у тропосфері і не доходить до земної поверхні. Все це свідчить про те, що при віддаленні від екватора на північ або на південь зменшується температура повітря, оскільки зменшується кут падіння сонячного променя.

23 4 Наступна > Кінець >>

Сонячна радіація-енергія сонячного випромінювання, що надходить на Землю, у вигляді потоку електромагнітних хвиль.

Сонце поширює довкола себе потужне електромагнітне випромінювання. Всього одна двомільярдна частка його потрапляє у верхні шари атмосфери Землі, але вона становить 2500000000 мільярдів калорій за хвилину.

Далеко не весь енергетичний потік досягає поверхні Землі - більша його частина відкидається планетою назад, у світовий простір. Земля відбиває атаку тих променів, які згубні для живої речовини, що заселила планету. Головний «захисник» життя-озон, що утворюється в верхніх шарахатмосфери на висоті від 10 до 30 км. Озоновий "екран" поглинає і значну частину теплового випромінюванняземної поверхні, а потім повертає тепло на Землю, створюючи так званий парниковий ефект. Зі збільшенням інтенсивності сонячної радіації зростає і кількість озону в атмосфері, посилюється його дія.

На подальшому шляху до Землі сонячні промені зустрічають перешкоди у вигляді водяної пари, що наповнюють атмосферу, молекул вуглекислого газу і частинок пилу, зваженого в повітрі. Атмосферний "фільтр" поглинає значну частину променів, розсіює їх, відбиває. Особливо велика відбивна здатність хмар. В результаті безпосередньо земна поверхня отримує лише 2/3 тієї радіації, що пропускається озоновим екраном. Але і з цієї частини багато що відображається відповідно до відбивної здатності різних поверхонь (найбільш інтенсивно відбиває сніг).

«Бухгалтерія» сонячної радіації для всього земної куліскладається в такий спосіб. на верхньому кордоніатмосфери кожен квадратний сантиметр поверхні пластинки, вміщеної перпендикулярно до сонячних променів, отримуватиме за хвилину 2 калорії. Цю величину називають сонячною постійною.

На всю поверхню землі сягає трохи більше 100 000 калорій на 1 см2 за хвилину. Ця радіація поглинається рослинністю, ґрунтом, поверхнею морів та океанів. Вона перетворюється на тепло, яке витрачається на прогрівання шарів атмосфери, рух водних і повітряних мас, створення всього великого розмаїття форм життя нашій величезної планеті.

Сонячна радіація надходить на поверхню Землі різними шляхами: Прямо від Сонця, якщо воно не закрите хмарами (пряма радіація); від небесного склепіння та хмар, що розсіюють прямі сонячні промені (розсіяне, або дифузна); від атмосфери, що нагрілася в результаті поглинання радіації (теплова, або довгохвильова). Пряма та розсіяна радіація приходить лише вдень. Разом вони становлять сумарну, чи інтегральну, радіацію. Та сонячна радіація, яка залишається після втрати на відбиття від поверхні, називається поглиненою. Сонячну радіацію вимірюють за допомогою приладів. Вони називаються актинометричними. (від грецького слова"Актінос"-промінь).

В останні роки все більша увага приділяється проблемі використання сонячної енергії народному господарстві. Насправді Сонце заливає Землю цілим океаном енергії, який практично невичерпний. Людству необхідно навчитися збирати цю енергію та перетворювати на інші форми, зручні для використання. Дослідженням цієї проблеми в нашій країні займається створений в Ашгабаді Інститут сонячної енергії.

Вже розроблено різні видигеліоустановок («геліос» - по-грецьки сонце). Завдання їх-підвищити щільність розсіяної навколо сонячної енергії. Підсилити концентрацію сонячної енергії можна лише за допомогою великих дзеркал, що фокусують промені. Параболоїдні дзеркала підвищують у фокусі температуру до 3600°С. За цієї температури плавляться практично всі метали; Сонячна плавка забезпечує виняткову чистоту сплавів, за нею майбутнє.

У різних країнах вже працюють сонячні опріснювачі, водонагрівачі, сушарі. Створено компактні зразки «сонячних кухонь» для тих, хто живе в пустелі, для чабанів, будівельників, геологів. Повністю на енергії сонячної радіації працюють штучні супутники, космічні кораблі та лабораторії, що запускаються з Землі.

Енергія Сонця є джерелом життя на планеті. Сонце нагріває атмосферу та поверхню Землі. Завдяки сонячній енергії дмуть вітри, здійснюється кругообіг води в природі, нагріваються моря та океани, розвиваються рослини, тварини мають корм (див. рис.1.1). Саме завдяки сонячному випромінюванню Землі існують викопні види палива.

Рисунок 1.1 – Вплив сонячного випромінювання Землю

Сонячна енергія може бути перетворена на теплоту або холод, рушійну силута електрику. Основним джерелом енергії практично всіх природних процесів, що відбуваються на поверхні Землі та в атмосфері, є енергія, яка надходить на Землю від Сонця у вигляді сонячної радіації.

На малюнку 1.2 представлено класифікаційну схему, яка відображає процеси, що виникають на поверхні Землі та в її атмосфері під дією сонячного випромінювання.

Результатами прямої сонячної діяльностіє тепловий ефект і фотоефект, внаслідок чого Земля отримує теплову енергію та світло. Результатами непрямої діяльності Сонця є відповідні ефекти в атмосфері, гідросфері та геосфері, що служать причиною появи вітру, хвиль, що зумовлюють перебіг річок, створюють умови для збереження внутрішнього тепла Землі.

Рисунок 1.2 – Класифікація відновлюваних джерел енергії

Сонце є газовою кулею радіусом 695300 км, в 109 разів більше радіусу Землі, з температурою випромінюючої поверхні близько 6000°С. Усередині Сонця температура сягає 40 млн °С.

На малюнку 1.3 наведено схему будови Сонця. Сонце - гігантський "термоядерний реактор", що працює на водні і щомиті шляхом плавлення переробляє 564 млн. тонн водню в 560 млн. тонн гелію. Втрата чотирьох мільйонів тонн маси дорівнює 9:1-10 9 ГВт год енергії (1 ГВт дорівнює 1 млн. кВт). За одну секунду енергії виробляється більше, ніж шість мільярдів АЕС, змогли б виробити за рік. Завдяки захисній оболонці атмосфери лише частина цієї енергії досягає поверхні Землі.

Відстань між центрами Землі та Сонця дорівнює в середньому 1,496*10 8 км.

Щорічно Сонцепосилає до Землі близько 1,6 10 18 кВт ч променистої енергії або 1,3 * 1024 кал тепла. Це у 20 тис. разів більше за сучасне світове енергоспоживання. Вклад Сонцяенергетичний баланс земної кулі в 5000 разів перевищує сумарний внесок усіх інших джерел.

Такої кількості тепла вистачило б, щоб розтопити шар льоду товщиною 35 м, що покриває поверхню земну при 0°С.

У порівнянні з сонячною радіацією всі інші джерела енергії, що надходить на Землю, дуже малі. Так, енергія зірок становить одну стомільйонну частину сонячної енергії; космічне випромінювання – дві мільярдні частки. Внутрішнє тепло, що надходить із глибини Землі на її поверхню становить одну десятитисячну частину сонячної енергії.

Малюнок 1.3 – Схема будови Сонця

Таким чином. Сонце є фактично єдиним джерелом теплової енергії Землі.

У центрі Сонця знаходиться сонячне ядро ​​(див. рис. 1.4). Фотосфера - це видима поверхня Сонця, яка є основним джерелом випромінювання. Сонце оточує сонячна корона, яка має дуже високу температуруОднак вона вкрай розріджена, тому видима неозброєним оком тільки в періоди повного сонячного затемнення.

Видима поверхня Сонця, що випромінює радіацію називається фотосферою (сфера світла). Вона складається з розжареної пари різних хімічних елементів, що знаходяться в іонізованому стані.

Над фотосферою знаходиться практично прозора атмосфера Сонця, що світиться, що складається з розряджених газів, яка називається хромосферою.

Над хромосферою розташовується зовнішня оболонкаСонце називається короною.

Гази, що утворюють Сонце, перебувають у стані безперервного бурхливого (інтенсивного) руху, що зумовлює появу про сонячних плям, смолоскипів і протуберанців.

Сонячні плями є великими вирвами, що утворилися в результаті вихрових рухів мас газу, швидкість яких досягає 1-2 км/с. Температура плям на 1500°С нижче за температуру Сонця і становить близько 4500°С. Кількість сонячних плям змінюється рік у рік із періодом близько 11 років.

Малюнок 1.4 - Будова Сонця

Сонячні смолоскипи - це викиди сонячної енергії, а протуберанці - колосальної сили - вибухи в хромосфері Сонця, що досягають висоти до 2 млн. км.

Спостереження показали, що зі збільшенням кількості сонячних плям збільшується кількість факелів та протуберанців та відповідно збільшується сонячна активність.

Зі збільшенням сонячної активності Землі відбуваються магнітні бурі, які негативно впливають на телефонний, телеграфний і радіозв'язок, а також на умови життєдіяльності. З цим явищем пов'язане збільшення полярних сяйв.

Слід зазначити, що в період збільшення сонячних плям інтенсивність сонячної радіації спочатку збільшується, що пов'язано із загальним збільшенням сонячної активності в початковий період, а потім сонячне випромінювання зменшується, так як збільшується площа сонячних плям, що мають температуру на 1500 нижче температури фотосфери.

Частина метеорології, що вивчає вплив сонячної радіації на Землі та в атмосфері, називається актинометрією.

При актинометрических роботах потрібно знати становище Сонця на небесному склепіння. Це положення визначається заввишки або азимутом Сонця.

Висотою Сонця heназивається кутова відстань від Сонця до горизонту, тобто кут між напрямком на Сонце та площиною горизонту.

Кутова відстань Сонця від зеніту, тобто від вертикального напряму називається азимутом або зенітною відстанню.

Між висотою та зенітною відстанню існує співвідношення

(1.1)

Азімут Сонця визначається рідко, тільки для спеціальних робіт.

Висота Сонця над горизонтом визначається за такою формулою:

де - широта місця спостережень;

- відмінювання Сонця - це дуга кола відмін від екватора до Сонця, яка відраховується в залежності від положення Сонця в обидві сторони від екватора від 0 до ±90 °;

t - годинний кут Сонця або справжній сонячний час у градусах.

Величина відміни Сонця на кожен день наводиться в астрономічних довідниках за багаторічний період.

За формулою (1.2) можна обчислити для будь-якого часу tвисоту Сонця heабо за заданою висотою hcвизначити час, коли Сонце буває на цій висоті.

Максимальна висота Сонця опівдні для різних днів року обчислюється за такою формулою:

(1.3)