Сонячна радіація та клімат на землі. Сонячна радіація: географічний словник

Всі види сонячних променівдосягають земної поверхні трьома шляхами - у вигляді прямої, відбитої та розсіяної сонячної радіації.
Пряма сонячна радіація- Це промені, що йдуть безпосередньо від сонця. Її інтенсивність (ефективність) залежить від висоти стояння сонця над горизонтом: максимум спостерігається опівдні, а мінімум – вранці та ввечері; від пори року: максимум – влітку, мінімум – взимку; від висоти місцевості над рівнем моря (у горах вище, ніж рівнині); стану атмосфери (забрудненість повітря зменшує її). Від висоти стояння сонця над горизонтом залежить і спектр сонячної радіації (чим нижче сонце над горизонтом, тим менше ультрафіолетових променів).
Відображена сонячна радіація- це промені сонця, відбиті земним або водною поверхнею. Вона виражається відсотковим ставленнямвідбитих променів до їхнього сумарного потоку і називається альбедо. Величина альбедо залежить від характеру поверхонь, що відбивають. При організації та проведенні сонячних ванн необхідно знати та враховувати альбедо поверхонь, на яких проводяться сонячні ванни. Деякі з них характеризуються вибірковою здатністю, що відображає. Сніг повністю відбиває інфрачервоні промені, а ультрафіолетові - меншою мірою.

Розсіяна сонячна радіаціяутворюється внаслідок розсіювання сонячних променів в атмосфері. Молекули повітря і зважені у ньому частинки (найдрібніші крапельки води, кристалики льоду тощо. п.), звані аерозолями, відбивають частина променів. В результаті багаторазових відображень частина їх все ж таки досягає земної поверхні; це розсіяне сонячне проміння. Розсіюються в основному ультрафіолетові, фіолетові та блакитні промені, що визначає блакитний колір неба в ясну погоду. Питома вага розсіяних променів велика у високих широтах (у північних районах). Там сонце стоїть низько над горизонтом, тому шлях променів до земної поверхні довший. на довгим шляхомпромені зустрічають більше перешкод і в більшою міроюрозсіюються.

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

Сумарна сонячна радіація- вся пряма та розсіяна сонячна радіація, що надходить на земну поверхню. Сумарна сонячна радіація характеризується інтенсивністю. При безхмарному небі сумарна сонячна радіація має максимальне значенняблизько полудня, а протягом року – влітку.

Радіаційний баланс
Радіаційний баланс земної поверхні - різниця між сумарною сонячною радіацією, поглиненою земною поверхнею, та її ефективним випромінюванням. Для земної поверхні
- прибуткова частина є поглинена пряма та розсіяна сонячна радіація, а також поглинене зустрічне випромінювання атмосфери;
- Витратна частина складається зі втрати тепла за рахунок власного випромінювання земної поверхні.

Радіаційний баланс може бути позитивним(вдень, влітку) та негативним(вночі, взимку); вимірюється у кВт/кв.м/хв.
Радіаційний баланс земної поверхні найважливіший компонент теплового балансуземної поверхні; один з основних кліматоутворюючих факторів.

Тепловий баланс земної поверхні- алгебраїчна сума всіх видів приходу та витрати тепла на поверхню суші та океану. Характер теплового балансу та його енергетичний рівеньвизначають особливості та інтенсивність більшості екзогенних процесів. Основними складовими теплового балансу океану є:
- Радіаційний баланс;
- Витрата тепла на випаровування;
- турбулентний теплообмін між поверхнею океану та атмосферою;
- вертикальний турбулентний теплообмін поверхні океану з нижчими шарами; і
- Горизонтальна океанічна адвекція.

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

Вимірювання сонячної радіації.

Для вимірювання сонячної радіації служать актинометри та піргеліометри. Інтенсивність сонячної радіації зазвичай вимірюється з її теплової дії і виявляється у калоріях на одиницю поверхні за одиницю часу.

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

Вимірювання інтенсивності сонячної радіації проводиться піранометр Янішевського в комплекті з гальванометром або потенціометром.

При вимірах сумарної сонячної радіації піранометр встановлюють без тіньового екрану, при вимірах розсіяної радіації з тіньовим екраном. Пряма сонячна радіація обчислюється як різницю між сумарною та розсіяною радіацією.

При визначенні інтенсивності падаючої сонячної радіації на огорожу піранометр встановлюють на нього так, щоб поверхня приладу, що сприймається, була строго паралельна поверхні огорожі. За відсутності автоматичного запису радіації виміри слід проводити через 30 хв у проміжку між сходом та заходом сонця.

Радіація, що падає на поверхню огорожі, повністю не поглинається. Залежно від фактури та фарбування огорожі деяка частина променів відбивається. Ставлення відбитої радіації до падаючої, виражене у відсотках, називається альбедо поверхніта вимірюється альбедометром П.К. Калитина у комплекті з гальванометром або потенціометром.

Для більшої точності спостереження слід проводити за ясному небіта при інтенсивному сонячному опроміненні огорожі.

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

Сонячну радіацію, до складу якої входять довжини електромагнітних хвиль менше 4 мкм1, у метеорології прийнято називати короткохвильовою. У сонячному діапазоні розрізняють ультрафіолетову (< 400 нм), видимую (= 400…760 нм) и инфракрасную (>760 нм) частини.

Сонячна радіація, що надходить безпосередньо від сонячного дисканазивається прямою сонячною радіацією S. Зазвичай вона характеризується інтенсивністю, тобто кількістю променистої енергії в калоріях, що проходить в 1 хвилину через 1 см2 площі, розташованої перпендикулярно до сонячних променів.

Інтенсивність прямої сонячної радіації, що надходить на верхній кордонземної атмосфери називають сонячною постійною S 0 . Вона становить приблизно 2 кал/см2 хв. У земної поверхні пряма сонячна радіація завжди значно менша за цю величину, тому що, проходячи через атмосферу, її сонячна енергія послаблюється внаслідок поглинання та розсіювання молекулами повітря та зваженими частинками (пилками, крапельками, кристаликами). Ослаблення прямої сонячної радіації атмосферою характеризується або коефіцієнтом ослаблення, або коефіцієнтом прозоростір.

Для розрахунку прямої сонячної радіації, що припадає на перпендикулярну поверхнюзазвичай застосовують формулу Буге:

де S m – пряма сонячна радіація, кал см-2 хв-1 при даній масі атмосфери; S 0 сонячна постійна; р т коефіцієнт прозорості при даній масі атмосфери; т маса атмосфери на шляху сонячних

са знаходиться не за формулою, а за таблицею Бемпораду. З формули (3.1) випливає, що

1 1 мкм = 10-3 нм = 10-6 м. Мікрометри ще називають мікронами, а нанометри – мілімікронами. 1 нм = 10-9 м-коду.

де h висота сонця над горизонтом.

Радіація, що надходить на земну поверхню від усіх точок небесного склепіння, називається розсіяною D. Сума прямої та розсіяної сонячної радіації, що приходить на горизонтальну земну поверхню, є сумарною сонячною радіацією Q :

Q = S" + D. (3.4)

Сумарна радіація, що дійшла до земної поверхні, частково відбиваючись від неї, створює відбиту радіацію R, спрямовану від земної поверхні в атмосферу. Решта cyмарної сонячної радіації поглинається земною поверхнею. Відношення відбитої від земної поверхні радіації до поступаючої сумарної радіаціїназивається альбедоА.

Величина A R характеризує відбивну здатність зем-

ної поверхні. Вона виявляється у частках одиниці чи відсотках. Різниця між сумарною та відбитою радіацією називається поглиненою радіацією, або балансом короткохвильової радіації земної поверхні В до :

Поверхня землі та земна атмосфера, як і всі тіла, що мають температуру вище абсолютного нуля, також випромінюють радіацію, яку умовно називають довгохвильовою. Її довжини хвиль - приблизно від

4 до 100 мкм.

Власне випромінювання земної поверхні, за законом Cтефана - Больцмана, пропорційно четвертого ступеня її абсолютної темпи-

де = 0,814 10-10 кал/см2 хв град4 постійна Стефана-Больцмана; відносна випромінювальна здатність діяльної поверхні: для більшої частини природних поверхонь 0,95.

Випромінювання атмосфери спрямоване як Землі, і у світовий простір. Частина довгохвильового атмосферного випромінювання, спрямована вниз і надходить до земної поверхні, називається зустрічним випромінюванням атмосфери і позначається Е а.

Різниця між власним випромінюванням земної поверхні Е з і зустрічним випромінюванням атмосфери Е а називається ефективним випромінюванням.

Величина Ееф, взята зі зворотним знаком, становить баланс довгохвильової радіації на земній поверхні д.

Різниця між усією приходить і всією радіацією, що йде, нази-

3.1. Прилади для вимірювання радіаційного балансу

і його складових

Для вимірювання інтенсивності променистої енергії застосовуються актинометричні прилади різної конструкції. Прилади бувають абсолютні та відносні. За абсолютними приладами показання отримують відразу в теплових одиницях, а за відносними - у відносних, тому для таких приладів необхідно знати перекладачі для переходу до теплових одиниць.

Абсолютні прилади по облаштуванню та обігу досить складні і не мають масового поширення. Застосовуються вони переважно для перевірки відносних приладів. У конструкції відносних приладів найчастіше використовується термоелектричний метод, який ґрунтується на залежності сили термоструму від різниці температур спаїв.

Приймачем термоелектричних приладів є термобатареї зі спаїв двох металів (рис. 3.1). Різниця температур спаїв створюється в результаті різної поглинальної здатності спаїв або

ванометром 3. У другому випадку різниця температур спаїв досягається шляхом затінення одних (спай3) та опромінення інших (спай2) сонячною радіацією. Так як різниця температур спаїв обумовлюється сонячною радіацією, що приходить, то інтенсивність її буде пропорційна силі термоелектричного струму:

де N відхилення стрілки гальванометра; а перекладний множник, кал/см2 хв.

Таким чином, для вираження інтенсивності радіації в теплових одиницях необхідно показання гальванометра помножити на множник.

Перекладний множник для пари термоелектричний прилад – гальванометр визначають шляхом порівняння з контрольним приладом або розраховують електричним характеристикам, що містяться в сертифікатах гальванометра та актинометричного приладу, з точністю до 0,0001 кал/см2 хв за формулою

де перекладний множник; ціна поділу шкали гальванометра, мА; k чутливість термоелектричного приладу, мілівольт на 1 кал/см2 хв; R б опір термобатареї, Ом; R r внутрішній опір гальванометра, Ом; R доб додатковий опір гальванометра, Ом.

Термоелектричний актинометр АТ-50 служить для виміру прямої сонячної радіації.

Влаштування актинометра.Приймачем актинометра є диск1 із срібної фольги (рис. 3.2). З боку, зверненого до сонця, диск зачорнений, а з іншого боку до нього підклеєні через ізоляційну паперову прокладку внутрішні спаї2 термозірочки з манганіну та константану, що складається з 36 термоелементів (на схемі показано лише сім термоелементів). Зовнішні спаї3 термозірочки через ізоляційну паперову про-

Мал. 3.2. Схема термозір-

кладку 5 підклеєні до мідного диска4. По-

доньки актинометраслідний міститься у масивному мідному корпусі зі скобами, до яких приєднані

висновки термобатареї та м'які дроти 6 (рис. 3.3).

Корпус зі скобами закритий кожухом 7 закріпленим гайкою8, і з'єднаний гвинтом10 з мірною трубкою9. Усередині трубки є п'ять діафрагм, розташованих у порядку зменшення їх діаметра від 20 до 10 мм у напрямку корпусу. Діафрагми утримуються плоскою та пружною шайбами, встановленими між корпусом і найменшою діафрагмою. З внутрішньої сторонидіафрагми зачорніли.

На кінцях трубки розташовані кільця 12 та 13 для націлювання актинометра на сонці. На кольце13 є отвір, але в кольце12 точка. При правильному встановленні пучок світла, що проходить через отвір, повинен точно потрапляти в точку кільця12. Трубка закривається знімною кришкою11 яка служить для визначення нульового положення гальванометра і захищає приймач від забруднення.

Трубка 9 з'єднується зі стойкой14, укріпленої на плато16 паралактичним штативом17. Для установки осі штатива відповідно до широти місця служить шкала18 з поділами, риска19 і гвинт20.

Встановлення. Спочатку вісь штатива встановлюють по широті спостережень. Для цього, послабивши гвинт20, повертають вісь штатива до збігу розподілу шкали18, відповідного

даної широті, з ризиком 19 і Мал. 3.3.Термоелектричнийзакріплюють вісь у цьому положенні.

актинометр АТ-50

ні. Потім актинометр встановлюють на горизонтальній підставці так, щоб стрілка на плато була орієнтована на північ, і, знявши кришку, орієнтують його на сонці шляхом ослаблення гвинта 23 та обертання рукоятки22; трубку9 повертають доти, поки пучок світла через отвір на кільці13 потрапляє на точку кільця12. Після цього дроти актинометра при відкритій кришці11 приєднують до клем гальванометра (+) і (С), дотримуючись полярності. Якщо стрілка гальванометра відхиляється за нуль, дроти міняють місцями.

Спостереження. За 1 хвилину до початку спостереження перевіряють встановлення приймача актинометра на сонці. Після цього кришку закривають і гальванометром роблять відлік нульового положення N 0 . Потім знімають кришку, перевіряють точність націлювання на сонці і 3 рази відраховують показання гальванометра з інтервалом 10-15 с (N 1 , N 2 , N 3 ) і температуру по гальванометру. Після спостережень пристрій закривають кришкою футляра.

Обробка спостережень.З трьох відліків за гальванометром знаходять середнє значення N c з точністю до 0,1:

N з N 1N 2N 3. 3

Для отримання виправленого відліку N до середнього значення N вводять шкалову поправку N , поправку на температуру N t з перевірочного свідоцтва гальванометра і віднімають місце нуля N 0 :

N N Nt N0.

Для вираження інтенсивності сонячної радіації S кал/см2 хв показання гальванометраN множать на перекладний множника:

Інтенсивність прямої сонячної радіації на горизонтальну поверхнюобчислюють за формулою (3.3).

Висоту сонця над горизонтом h і sinh можна визначити за рівнянням

sin h = sin sin cos cos cos cos,

де широта місця спостережень; відмінювання сонця для цього дня(Додаток 9); годинний кут сонця, що відраховується від моменту справжнього півдня. Визначається він за справжнім часом середини спостережень: t іст = 15 (t іст 12ч).

Термоелектричний піранометр П-3х3 застосовується для вимірювання розсіяної та сумарної сонячної радіації.

Влаштування піранометра (рис. 3.4).

Приймальна частина піранометра - термоелектрична батарея 1 , що складається з 87 термоелементів з манганіну і константану. Смужки манганіну та константану довжиною 10 мм послідовно спаяні між собою і укладені в квадраті 3x3 см так, що спаї розташовуються в середині та на поворотах. З зовнішньої сторониповерхня термобатареї покрита сажею та магнезією. Парні спаї термобатареї пофарбовані в білий колір, а непарні

– у чорний. Спаї розташовуються так, що

чорні та білі ділянки чергуються в

Мал. 3.4. Термоелектричний піранометр П-3х3

шаховому порядку. Через ізоляційну паперову прокладку термобатарея прикріплена до ребрів плитки 2 пригвинченої до корпусу3.

Внаслідок різного поглинання сонячної радіації створюється різниця температур чорних та білих спаїв, тому в ланцюзі виникає термострум. Висновки з термобатареї підведені до клем 4, до яких приєднуються дроти, що з'єднують піранометр з гальванометром.

Зверху корпус закритий напівсферичним скляним ковпаком 5 для захисту термобатареї від вітру і опадів. Для запобігання термобатареї та скляного ковпакавід можливої ​​конденсації водяної пари на нижній частині корпусу є скляна сушарка6 з хімічним поглиначем вологи ( металевий натрій, силікагель та ін.).

Корпус з термобатареєю та скляним ковпаком складає головку піранометра, яка пригвинчена до стійки 7, затиснутої в тренозі8 гвинтом9. Тринога укріплена на підставі футляра і має два настановні гвинти10. При вимірі розсіяної або сумарної радіації піранометр обертанням гвинтів10 встановлюють горизонтально за рівнем11.

Для затінення головки піранометра від прямих сонячних променів служить тіньовий екран, діаметр якого дорівнює діаметрускляний ковпак. Тіньовий екран укріплений на трубці 14, яка гвинтом13 з'єднана з горизонтальним стрижнем12.

При затіненні приймача піранометра тіньовим екраном вимірюється розсіяна, а без затінення сумарна радіація.

Для визначення нульового положення стрілки гальванометра, а також захисту скляного ковпака від пошкодження головку піранометра закривають металевою кришкою 16.

Встановлення. Прилад встановлюють на відкритому майданчику. Перед спостереженням перевіряють наявність осушувача у скляній сушарці (1/3 сушарки має бути заповнена осушувачем). Потім трубку14 з тіньовим екраном15 приєднують до стрижня12 за допомогою гвинта13.

До сонця піранометр завжди повертають однією і тією ж стороною, позначеною номером на головці. Для повороту головки піранометра номером до сонця гвинт 9 трохи послаблюють і в такому положенні закріплюють.

Горизонтальність термобатареї перевіряють на рівні 11 і у разі порушення її регулюють настановними гвинтами10.

Гальванометр для вимірювання сили термоструму встановлюють з північної сторонивід піранометра на такій відстані, щоб спостерігач при відліках не затіняв піранометр не тільки від прямих сонеч-

них променів, але й від ділянок піднебіння. Правильність підключення піранометра до гальванометра перевіряють при знятій кришці піранометра та звільненому арретирі гальванометра. При відхиленні стрілки за нуль шкали дроту змінюють місцями.

Спостереження. Безпосередньо перед спостереженням перевіряють правильність встановлення приладу за рівнем та щодо сонця. Для відліку нульового положення гальванометра головку піранометра закривають кришкою16 і записують показання гальванометра N 0 . Після цього кришку піранометра знімають та роблять серію відліків з інтервалом 10-15 с.

Спочатку відраховують показання гальванометра при затіненому піранометрі для визначення розсіяної радіації N 1 , N 2 , N 3 потім - при незатіненому положенні (тіньовий екран опускається ослабленням гвинта13 ) для визначення сумарної радіації N 4 , N 5 , N 6 . Після спостережень трубку з тіньовим екраном відгвинчують і закривають піранометр кришкою футляра.

Обробка спостережень.З серій відліків за гальванометром для кожного виду радіації визначають середні значення N D і N Q :

Потім отримують виправлені значення N D і N Q. З цією метою за середніми значеннями визначають шкалові поправки N D і N Q з перевірочного свідоцтва гальванометра і віднімають кульове показання гальванометра:

ND ND N N0, NQ NQ N N0.

Для визначення інтенсивності розсіяної радіації D кал/см2 хв необхідно показання гальванометра N D помножити на перекладний множника:

Для визначення сумарної радіації Q кал/см2 хв вводиться ще поправний множник на висоту сонця F h . Цей поправочний множник дається у перевірочному свідоцтві у формі графіка: по осі абсцис нанесена висота сонця над горизонтом, а по осі ординат - множник поправки.

З урахуванням поправного множника на висоту сонця сумарна радіація визначається за формулою

Q = a (NQ ND) Fh + ND.

При спостереженнях по піранометру може бути обчислена інтенсивність прямої радіації на горизонтальну поверхню як різницю сумарної і розсіяної радіації:

Похідний термоелектричний альбедометр АП-3х3

чений для вимірювання в похідних умовах сумарної, розсіяної та відбитої радіації. Насправді він застосовується головним чином виміру альбедо діяльної поверхні.

Влаштування альбедометра.Приймачем альбедометра (рис. 3.5) служить головка піранометра1, пригвинчена на втулці2 до трубки3 з карданним підвісом4 і рукояткою5. Поворотом рукоятки на 180° приймач може бути звернений вгору для вимірювання короткохвильової радіації, що приходить, і вниз для вимірювання відображеної короткохвильової радіації. Щоб трубка була у прямовисному положенні, всередині неї на стрижні ковзає спеціальний вантаж, який при поворотах приладу завжди пересувається вниз. Для пом'якшення ударів при повороті приладу на кінцях трубки підкладені гумові прокладки6.

У розібраному вигляді прилад кріпиться на підставі металевого футляра.

(С) при відкритому приймачі та звільненому арретирі гальванометра. Якщо стрілка гальванометра йде за нуль, дроти міняють місцями.

Під час спостережень на постійній ділянці приймач альбедометра встановлюють на висоті 1-1,5 м над діяльною поверхнею, а на сільськогосподарських полях – на відстані 0,5 м від верхнього рівня рослинного покриву. При вимірі сумарної та розсіяної радіації головку альбедометра повертають номером до сонця.

Спостереження. За 3 хв на початок спостережень відзначають місце нуля. Для цього головку альбедометра закривають кришкою та відраховують показання гальванометра N 0 . Потім відкривають кришку і виробляють три відліки по гальванометру при положенні приймача альбедометра вгору для вимірювання сумарної радіації:N 1 , N 2 , N 3 . Після третього відліку приймач повертають вниз і через 1 хв проводять три відліки для вимірювання відбитої радіації: N 4 N 5 N 6 . Потім приймач знову повертають вгору і через 1 хв роблять ще три відліки для вимірювання сумарної радіації, що приходить: N 7 , N 8 , N 9 . Після закінчення серії відліків приймач закривають кришкою.

Обробка спостережень.Спочатку обчислюють середні значення відліків за гальванометром для кожного виду радіації N Q і N Rk :

N Q N 1N 2N 3N 7N 8N 9, 6

N Rk N 4N 5N 6. 3

Потім до середніх значень вводять шкалову поправку з перевірочного свідоцтва N Q і N Rk, віднімають місце нуля N 0 і визначають виправлені значення N Q і N Rk:

N QN QN N 0, N RkN RkN N 0 .

Так як альбедо виражається ставленням відбитої радіації до сумарної, то переказний множник скорочується і альбедо обчислюється як відношення виправлених показань гальванометра при вимірюванні відбитої та сумарної радіації (у відсотках):

Альбедометр є найбільш універсальним приладом. За наявності переказного множника їм можна визначити сумарну радіацію, розсіяну, відбиту та розрахувати пряму радіацію на горизонтальну поверхню. При спостереженнях за розсіяною радіацією необхідно застосовувати тіньовий екран для захисту приймача від прямого сонячного проміння.

Балансомір термоелектричний М-10 застосовується для вимірювання

ня радіаційного балансу підстилаючої поверхні, або залишкової радіації, яка є алгебраїчну сумувсіх видів радіації, що надходять та втрачаються цією поверхнею. Прибуткова частина радіації складається з прямої радіації на горизонтальну поверхню S" , розсіяної радіації D і випромінювання атмосфери E а . Витратна частина радіаційного балансу, або радіація, що йде, являє собою відбиту короткохвильову радіацію R K і довгохвильове випромінювання землі Е 3 .

Дія балансоміра заснована на перетворенні потоків радіації в термоелектрорушійну силу за допомогою термобатареї.

Виникає в термобатареї електрорушійна силапропорційна різниці температур між верхнім та нижнім приймачами балансоміра. Так як температура приймачів залежить від радіації, що приходить і йде, то і електрорушійна сила буде пропорційна різниці потоків радіації, що надходять зверху і знизу на приймачі.

Радіаційний баланс При вимірюванні балансоміром виражається рівнянням

N показання гальванометра; k поправочний множник, що враховує вплив швидкості вітру (табл. 3.1).

Таблиця 3.1

Поправочний множник k (приклад)

Показання балансоміра, помножені на поправочний множник, що відповідає даній швидкості вітру, наводяться до показань балансоміра при штилі.

Пристрій балансоміру(Рис. 3.6). Приймачем балансоміра служать дві зачорнені тонкі мідні пластинки1 і 2 мають форму квадрата зі стороною 48 мм. З внутрішньої сторони до них приклеєні через паперові прокладки спаі3, 4 термобатареї. Спаї утворені витками намотаної на мідний брусок5 константанової стрічки. Кожен виток стрічки наполовину сріблястий. Початок і кінець срібного шару є термоспаями. Парні спаї підклеєні до верхньої, а не-

ні до нижньої платівки. Вся термобатарея складається з десяти брусків, на кожен з яких намотано 32-33 витки. Приймач балансоміра поміщений в корпус6 має форму диска діаметром 96 мм і товщиною 4 мм. Корпус з'єднаний з рукояткою7 через яку пропущені висновки8 від термобатареї. Балансомір за допомогою кульових шарнір-

Встановлення. Прилад прикріплюють панелькою до кінця дерев'яної рейки на висоті 1,5 м від землі. Приймач його встановлюють горизонтально завжди однією і тією ж приймальною стороною вгору, зазначеною на приладі цифрою 1. Виводи з термобатар підключають до гальванометра.

Найчастіше балансомір затіняють екраном від прямої сонячної радіації. Тому на одній рейці з балансоміром встановлюють актинометр для вимірювання прямої сонячної радіації. Для врахування впливу швидкості вітру на рівні балансоміра і на невеликій відстані від нього встановлюють анемометр.

Спостереження. За 3 хв на початок спостереження визначають місце нуля балансомераN 0 . Виробляється це при розімкнутому ланцюзі. Після цього балансомір підключають до гальванометр так, щоб стрілка гальванометра відхилялася вправо, і проводять три відліки по балансомеру N 1 , N 2 , N 3 і одночасно три відліки по анемометру1, 2, 3 . Якщо балансомір встановлений з тіньовим екраном, то після першого та другого відліків за балансоміром виробляють два відліки по актинометру

Енергія, випромінювана Сонцем, зветься сонячної радіації. Поступаючи на Землю, сонячна радіація здебільшого перетворюється на тепло.

Сонячна радіація є практично єдиним джерелом енергії для Землі та атмосфери. У порівнянні з сонячною енергією значення інших джерел енергії для Землі дуже мало. Наприклад, температура Землі загалом із глибиною зростає (приблизно 1 про З кожні 35 м). Завдяки цьому поверхня Землі отримує деяку кількість тепла із внутрішніх частин. Підраховано, що в середньому 1см 2 земної поверхні одержує із внутрішніх частин Землі близько 220 Дж на рік. Ця кількість у 5000 разів менша від тепла, що отримується від Сонця. Деяка кількість тепла Земля отримує від зірок і планет, але й вона у багато разів (приблизно в 30 млн.) менше тепла, що надходить від Сонця.

Кількість енергії, що посилається Сонцем на Землю, величезна. Так, потужність потоку сонячної радіації, що надходить на площу в 10 км 2 , становить літній безхмарний (з урахуванням ослаблення атмосфери) 7-9 кВт. Це більше, ніж потужність Красноярської ГЕС. Кількість променистої енергії, що надходить від Сонця за 1 секунду на площу 15-15 км (це менше площіЛенінграда) в південь влітку, перевищує потужність всіх електростанцій СРСР (166 млн кВт), що розпався.

Малюнок 1 - Сонце - джерело радіації

Види сонячної радіації

У атмосфері сонячна радіація шляху до землі частково поглинається, а частково розсіюється і відбивається від хмар і земної поверхні. В атмосфері спостерігається три види сонячної радіації: пряма, розсіяна та сумарна.

Пряма сонячна радіація- Радіація, що надходить до земної поверхні безпосередньо від диска Сонця. Сонячна радіація поширюється від Сонця в усіх напрямках. Але відстань від Землі до Сонця така велика, що пряма радіація падає на будь-яку поверхню на Землі у вигляді пучка паралельних променів, Виходить як би з нескінченності. Навіть весь земну кулюзагалом такий малий у порівнянні з відстанню до Сонця, що всю сонячну радіацію, що падає на нього, без помітної похибки можна вважати пучком паралельних променів.

На верхню межу атмосфери приходить лише пряма радіація. Близько 30% радіації, що падає на Землю, відображається в космічний простір. Кисень, азот, озон, діоксид вуглецю, водяні пари (хмари) та аерозольні частинки поглинають 23% прямої сонячної радіації в атмосфері. Озон поглинає ультрафіолетову та видиму радіацію. Незважаючи на те, що його вміст у повітрі дуже мало, він поглинає всю ультрафіолетову частину радіації (приблизно 3%). Таким чином, біля земної поверхні її взагалі не спостерігається, що дуже важливо для життя на Землі.

Пряма сонячна радіація по дорозі крізь атмосферу також розсіюється. Частка (крапля, кристал або молекула) повітря, що знаходиться на дорозі електромагнітної хвилі, Безперервно «витягує» енергію з падаючої хвилі і перевипромінює її по всіх напрямках, стаючи випромінювачем енергії.

Близько 25 % енергії загального потоку сонячної радіації, проходячи через атмосферу, розсіюється молекулами атмосферних газів та аерозолем і перетворюється на атмосферу на розсіяну сонячну радіацію. Таким чином розсіяна сонячна радіація- Сонячна радіація, що зазнала розсіювання в атмосфері. Розсіяна радіація приходить до земної поверхні не від сонячного диска, а від усього небесного склепіння. Розсіяна радіація відмінна від прямої по спектрального складу, оскільки промені різних довжин хвиль розсіюються по-різному.

Так як першоджерелом розсіяної радіації є пряма сонячна радіація, потік розсіяної залежить від тих факторів, які впливають на потік прямої радіації. Зокрема, потік розсіяної радіації зростає зі збільшенням висоти Сонця і навпаки. Він зростає також із збільшенням у атмосфері кількості розсіюючих частинок, тобто. зі зниженням прозорості атмосфери, і зменшується з висотою над рівнем моря у зв'язку зі зменшення кількості частинок, що розсіюють, у вищележачих шарах атмосфери. Дуже великий впливна розсіяну радіацію надають хмарність і сніговий покрив, які з допомогою розсіяння і відбиття прямої і розсіяної радіації, що падає на них, і повторного розсіювання їх в атмосфері можуть у кілька разів збільшити розсіяну сонячну радіацію.

Розсіяна радіація суттєво доповнює пряму сонячну радіацію та значно збільшує надходження сонячної енергії на земну поверхню. Особливо велика її роль у зимовий час у високих широтах та інших районах з підвищеною хмарністю, де частка розсіяної радіації може перевищувати частку прямої. Наприклад, у річній сумі сонячної енергії частку розсіяної радіації посідає Архангельську - 56 %, у Санкт-Петербурзі - 51 %.

Сумарна сонячна радіація- це сума потоків прямої та розсіяної радіацій, що надходять на горизонтальну поверхню. До сходу та після заходу Сонця, а також вдень при суцільній хмарності сумарна радіація повністю, а при малих висотах Сонця переважно складається з розсіяної радіації. При безхмарному або малохмарному небі зі збільшенням висоти Сонця частка прямої радіації у складі сумарної швидко зростає і в денний годинникпотік її багаторазово перевищує потік розсіяної радіації. Хмарність в середньому послаблює сумарну радіацію (на 20-30 %), проте при частковій хмарності, що не закриває сонячного диска, її потік може бути більшим, ніж при безхмарному небі. Істотно збільшує потік сумарної радіації сніговий покрив рахунок збільшення потоку розсіяної радіації.

Сумарна радіація, падаючи на земну поверхню, здебільшогопоглинається верхнім шаромгрунту або товстішим шаром води (поглинена радіація) і переходить у тепло, а частково відбивається (відбита радіація).

Короткохвильове випромінювання Сонця

Ультрафіолетове та рентгенівське випромінюваннявиходять виходять в основному від верхніх шарівхромосфери та корони. Це встановили, запускаючи ракети з приладами під час сонячних затемнень. Дуже гаряча сонячна атмосферазавжди випромінює невидиме короткохвильове випромінювання, але особливо потужним воно буває в роки максимуму сонячної активності. У цей час ультрафіолетове випромінювання зростає приблизно вдвічі, а рентгенівське – у десятки та сотні разів у порівнянні з випромінюванням у роки мінімуму. Інтенсивність короткохвильового випромінювання змінюється день у день, різко зростаючи, коли відбуваються спалахи.

Ультрафіолетове та рентгенівське випромінювання частково іонізують шари земної атмосфери, утворюючи на висотах 200 – 500 км від поверхні Землі іоносферу. Іоносфера грає важливу рольу здійсненні далекого радіозв'язку: радіохвилі, що йдуть від радіопередавача, перш ніж досягти антени приймача, багаторазово відбиваються від іоносфери та поверхні Землі. Стан іоносфери змінюється в залежності від умов освітлення її Сонцем і від явищ, що відбуваються на ньому. Тому для забезпечення сталого радіозв'язку доводиться враховувати час доби, пору року та стан сонячної активності. Після найбільш потужних спалахівна Сонце число іонізованих атомів в іоносфері зростає і радіохвилі частково чи повністю поглинаються нею. Це призводить до погіршення і навіть тимчасового припинення радіозв'язку.

Особливий вплив вчені приділяють дослідженню озонового шару земній атмосфері. Озон утворюється в результаті фотохімічних реакцій (поглинання світла молекулами кисню) у стратосфері, і там зосереджена його основна маса. Загалом у земній атмосфері приблизно 3 10 9 т озону. Це дуже мало: товщина шару чистого озону біля Землі не перевищила б і 3 мм! Але роль озонового шару, що простягається на висоті кількох десятків кілометрів над поверхнею Землі, винятково велика, тому що він захищає все живе від впливу небезпечного короткохвильового (і насамперед ультрафіолетового) випромінювання Сонця. Вміст озону непостійно на різних широтахі в різні часироку. Воно може зменшуватись (іноді дуже значно) в результаті різних процесів. Цьому можуть сприяти, наприклад, викиди в атмосферу великої кількостіруйнівних озон хлорвмісних речовин промислового походження або аерозольні викиди, а також викиди, що супроводжують виверження вулканів. Області різкого зниженнярівня озону (“ озонові діри”) виявлялися над різними регіонаминашої планети, причому не лише над Антарктидою та низкою інших територій Південної півкуліЗемлі, а й над Північним. У 1992 р. почали з'являтися тривожні повідомлення про тимчасове виснаження озонового шару над північ європейської частини Росії та зменшення вмісту озону над Москвою та Санкт-Петербургом. Вчені, усвідомлюючи глобальний характер проблеми, організують у масштабах усієї планети екологічні дослідження, що включають насамперед глобальну системубезперервного спостереження станом озонового шару. Розроблено та підписано міжнародні угодиз охорони озонового шару та обмеження виробництва озоноруйнівних речовин.

Радіовипромінювання Сонця

Систематичне дослідження радіовипромінювання Сонця почалося лише після Другої світової війни, коли виявилося, що Сонце – потужне джерелорадіовипромінювання. У міжпланетний простірпроникають радіохвилі, які випромінюють хромосфера (сантиметрові хвилі) та корона (дециметрові та метрові хвилі). Це радіовипромінювання і досягає Землі. Радіовипромінювання Сонця має дві складові - постійну, що майже не змінюється за інтенсивністю, і змінну (сплески, "шумові бурі").

Радіовипромінювання спокійного Сонця пояснюється тим, що гаряча сонячна плазма завжди випромінює радіохвилі поряд з електромагнітними коливаннямиінших довжин хвиль ( теплове радіовипромінювання). Під час великих спалахіврадіовипромінювання Сонця зростає у тисячі і навіть у мільйони разів у порівнянні з радіовипромінюванням спокійного Сонця. Це радіовипромінювання, породжене швидкопротікаючими нестаціонарними процесамимає нетеплову природу.

Корпускулярне випромінювання Сонця

Ряд геофізичних явищ ( магнітні бурі, тобто. короткочасні зміни магнітного поляЗемлі, полярні сяйвата ін) теж пов'язаний з сонячною активністю. Але ці явища відбуваються за добу після спалахів на Сонці. Викликаються вони не електромагнітним випромінюванням, що доходить до Землі через 8,3 хв, а корпускулами (протонами та електронами, що утворюють розріджену плазму), які із запізненням (на 1-2 добу) проникають у навколоземний простір, оскільки рухаються із швидкостями 400 – 1000 км/c.

Корпускули випромінюються Сонцем і тоді, коли на ньому немає спалахів і плям. Сонячна корона – джерело постійного закінчення плазми ( сонячного вітру), що відбувається у всіх напрямках. Сонячний вітер, створюваний короною, що безперервно розширюється, охоплює рухомі поблизу Сонця планети і . Спалахи супроводжуються поривами сонячного вітру. Експерименти на міжпланетних станціях та штучних супутникахЗемлі дозволили безпосередньо виявити сонячний вітер у міжпланетному просторі. Під час спалахів і при спокійному закінченні сонячного вітру в міжпланетний простір проникають не тільки корпускули, а й пов'язане з магнітною поле, що рухається плазмою.