تابش کل خورشید تابش خورشیدی: انواع تابش مستقیم، پراکنده و کل تعریف تابش مستقیم خورشیدی

همه انواع پرتوهای خورشیدی به سه طریق - به صورت تابش مستقیم، بازتابیده و پراکنده خورشیدی - به سطح زمین می رسند.
تابش مستقیم خورشید- اینها پرتوهایی هستند که مستقیماً از خورشید می آیند. شدت (اثر) آن به ارتفاع خورشید در بالای افق بستگی دارد: حداکثر در ظهر و حداقل در صبح و عصر مشاهده می شود. بسته به زمان سال: حداکثر - در تابستان، حداقل - در زمستان. در ارتفاع منطقه از سطح دریا (در کوهها بالاتر از دشت)؛ بر وضعیت جو (آلودگی هوا آن را کاهش می دهد). طیف تابش خورشیدی به ارتفاع خورشید در بالای افق بستگی دارد (هرچه خورشید بالاتر از افق کمتر باشد، اشعه ماوراء بنفش کمتر است).
تابش خورشیدی منعکس شده- اینها پرتوهای خورشید هستند که توسط زمین یا سطح آب منعکس می شوند. به صورت درصدی از پرتوهای منعکس شده به شار کل آنها بیان می شود و آلبدو نامیده می شود. بزرگی آلبدو به ماهیت سطوح بازتابنده بستگی دارد. هنگام سازماندهی و انجام حمام آفتاب، لازم است که آلبدوی سطوحی که آفتاب بر روی آنها انجام می شود، شناخته و در نظر گرفته شود. برخی از آنها با بازتاب انتخابی مشخص می شوند. برف به طور کامل پرتوهای مادون قرمز و اشعه ماوراء بنفش را به میزان کمتری منعکس می کند.

تابش پراکنده خورشیدیدر نتیجه پراکندگی نور خورشید در جو ایجاد می شود. مولکول های هوا و ذرات معلق در آن (قطرات ریز آب، کریستال های یخ و غیره) که آئروسل نامیده می شوند، بخشی از پرتوها را منعکس می کنند. در نتیجه بازتاب های متعدد، برخی از آنها هنوز به سطح زمین می رسند. اینها پرتوهای پراکنده خورشید هستند. بیشتر اشعه های فرابنفش، بنفش و آبی پراکنده هستند که رنگ آبی آسمان را در هوای صاف مشخص می کند. نسبت پرتوهای پراکنده در عرض های جغرافیایی بالا (در مناطق شمالی) زیاد است. در آنجا خورشید بالاتر از افق است و بنابراین مسیر پرتوها به سطح زمین طولانی تر است. در یک مسیر طولانی، پرتوها با موانع بیشتری روبرو می شوند و به میزان بیشتری پراکنده می شوند.

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

تابش کل خورشید- تمام تابش مستقیم و پراکنده خورشیدی که به سطح زمین می رسد. تابش کل خورشید با شدت مشخص می شود. با آسمان بدون ابر، کل تابش خورشیدی در حوالی ظهر، و در طول سال - در تابستان، حداکثر مقدار را دارد.

تعادل تشعشع
تعادل تابش سطح زمین تفاوت بین کل تابش خورشیدی جذب شده توسط سطح زمین و تابش موثر آن است. برای سطح زمین
- قسمت ورودی تابش مستقیم و پراکنده خورشیدی و همچنین تابش متقابل جذب شده از جو را جذب می کند.
- قسمت مصرفی از اتلاف حرارت ناشی از تشعشعات خود زمین تشکیل شده است.

تعادل تشعشع ممکن است باشد مثبت(روز، تابستان) و منفی(شب، در زمستان)؛ بر حسب کیلووات/متر مربع در دقیقه اندازه گیری می شود.
تعادل تابشی سطح زمین مهمترین جزء تعادل حرارتی سطح زمین است. یکی از عوامل اصلی تشکیل دهنده آب و هوا

تعادل حرارتی سطح زمین- مجموع جبری انواع گرمای ورودی و خروجی به سطح زمین و اقیانوس. ماهیت تعادل حرارتی و سطح انرژی آن مشخصه ها و شدت بیشتر فرآیندهای برون زا را تعیین می کند. اجزای اصلی تعادل حرارتی اقیانوس عبارتند از:
- تعادل تشعشع؛
- مصرف گرما برای تبخیر؛
- تبادل حرارت متلاطم بین سطح اقیانوس و جو؛
- تبادل حرارتی متلاطم عمودی سطح اقیانوس با لایه های زیرین؛ و
- فرارفت افقی اقیانوسی

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

اندازه گیری تابش خورشیدی

برای اندازه گیری تابش خورشید از اکتینومترها و پیرهلیومترها استفاده می شود. شدت تابش خورشیدی معمولاً با اثر حرارتی آن اندازه گیری می شود و بر حسب کالری در واحد سطح در واحد زمان بیان می شود.

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

شدت تابش خورشیدی با استفاده از یک پیرانومتر Janiszewski کامل با یک گالوانومتر یا پتانسیومتر اندازه گیری می شود.

هنگام اندازه گیری تابش کل خورشید، پیرانومتر بدون صفحه سایه نصب می شود، در حالی که هنگام اندازه گیری تابش پراکنده، با صفحه سایه نصب می شود. تابش مستقیم خورشید به عنوان تفاوت بین تابش کل و پراکنده محاسبه می شود.

هنگام تعیین شدت تابش خورشیدی برخوردی بر روی حصار، پیرانومتر بر روی آن نصب می شود تا سطح درک شده دستگاه کاملاً موازی با سطح حصار باشد. در صورت عدم ثبت خودکار تشعشع، اندازه گیری ها باید هر 30 دقیقه بین طلوع و غروب خورشید انجام شود.

تشعشعات وارده به سطح نرده به طور کامل جذب نمی شود. بسته به بافت و رنگ حصار، برخی از اشعه ها منعکس می شوند. نسبت تابش منعکس شده به تابش فرودی که به صورت درصد بیان می شود، نامیده می شود آلبدوی سطحیو توسط آلبدومتر P.K اندازه گیری می شود. کالیتینا کامل با گالوانومتر یا پتانسیومتر.

برای دقت بیشتر، مشاهدات باید در زیر آسمان صاف و با تابش نور شدید خورشید به حصار انجام شود.

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

تابش خورشیدی،که منبع اصلی انرژی برای تمام فرآیندهای روی زمین از جمله در جو است، در همه جهات به شکل امواج الکترومغناطیسی منتشر می شود. کل شار انرژی خورشیدی خارج از جو در فاصله متوسط ​​بین زمین و خورشید (149.6x10 6 کیلومتر) یک مقدار ثابت در نظر گرفته می شود. روشنایی انرژی تابش خورشیدی بر روی یک واحد مساحت عمود بر پرتوهای خورشید در واحد زمان در مرز بالایی جو در فاصله متوسط ​​از زمین به خورشید ثابت خورشیدی نامیده می شوداسO.

کاهش تشعشعات خورشیدی هنگام عبور از جو.

کاهش تابش مستقیم خورشید هنگام عبور از مرز بالایی جو به سطح زمین با فرمول بوگر تعیین می شود.

اس = اس 0 پ متر (1),

که در آن S روشنایی انرژی توسط تابش خورشیدی یک مکان در نزدیکی سطح زمین عمود بر پرتوهای خورشید است.

S 0 - ثابت خورشیدی؛

p - ضریب انتگرال شفافیت اتمسفر؛

m جرم نوری جو است که از پرتوهای خورشید عبور می کند.

وقتی m=1، یعنی. وقتی خورشید در اوج خود است،

S=S 0 p,p=S/S 0 .

در نتیجه، ضریب شفافیت نشان می دهد که چه نسبتی از تابش خورشیدی به سطح زمین می رسد زمانی که پرتوهای خورشید به طور عمودی برخورد می کنند.

در h c = 0، یعنی. با خورشید در افق، m برابر با بی نهایت نیست، بلکه 35 است.

تضعیف تابش توسط جذب و پراکندگی را می توان به دو بخش میرایی توسط گازهای دائمی (اتمسفر ایده آل) و تضعیف بخار آب و ناخالصی های آئروسل تقسیم کرد.

نسبت ضریب شفافیت جو ایده آل (p i) به ضریب شفافیت جو واقعی (p) نامیده می شود. فاکتور کدورت (K متر). این نشان می‌دهد که برای به دست آوردن تضعیف تشعشعی که جو واقعی تولید می‌کند، چند اتمسفر ایده‌آل باید گرفته شود.

به متر = log р/ log р من

مقادیر Km با دقت صدم تعیین می شود.

ورود تابش خورشید به سطح زمین.

روشنایی انرژی توسط تابش مستقیم خورشیدی یک سطح افقی (S  تابش نور) با فرمول محاسبه می شود:

اس = اسگناهساعت ج ,

که در آن S تابش مستقیم به یک سطح عمود است.

h c ارتفاع خورشید در لحظه ای است که S محاسبه می شود.

روشنایی انرژی کل تابش خورشیدی با فرمول محاسبه می شود:

س = اس + D,

که در آن S روشنایی انرژی تابش مستقیم روی سطح افقی است.

د - روشنایی انرژی تابش پراکنده خورشیدی.

این مقادیر آنی (به طور صحیح تر، دوم) در kW/m2 با دقت صدم بیان می شوند.

قرار گرفتن در معرض انرژی واقعی ساعتی، روزانه، ماهانه و سالانه تابش خورشیدی در یک سطح افقی با ادغام عددی توابع تعیین می شود که وابستگی تابش به زمان را بیان می کند. قرار گرفتن در معرض انرژی برای یک بازه زمانی معین، جمع ساعتی، روزانه، ماهانه و سالانه تابش متناظر (مستقیم، پراکنده، کل) نامیده می شود و با  h S،  روز D نشان داده می شود. همه این مجموع بر حسب MJ/m2 بیان می شوند. ، ساعتی و روزانه با دقت صدم، ماهانه - تا واحد، سالانه تا ده ها.

بازتاب و جذب تابش خورشید توسط لایه فعال.

ضریب بازتاب تابش خورشید توسط لایه فعال - A (albedo) - به عنوان نسبت تعریف می شود:

A=س منفی / س,

که در آن Q neg تابش منعکس شده است، یعنی. بخشی از تابش کل (kW/m2) منعکس شده است.

Q - تابش کل خورشید (kW/m2).

آلبیدو در کسری از واحد با دقت صدم یا درصد بیان می شود. بخشی از کل تابش (kW/m2) جذب شده توسط لایه فعال عبارت است از:

س پ = س (1 – آ)

این کمیت (Q p) را تشعشع جذب شده یا موازنه تابش موج کوتاه می نامند. در مورد دوم به B اختصاص داده شده است

تابش از لایه فعال

درخشندگی انرژی لایه فعال (E c) با فرمول محاسبه می شود:

E با =  تی 0 4 ,

که در آن  ضریب تابش حرارتی است که ضریب انتشار نیز نامیده می شود.

 - ثابت استفان بولتزمن، 5.67 x10 -8 W/m 2 x K

T 0 - دمای لایه فعال (K).

محصول T 0 4 در دماهای مختلف جدول بندی شده است (پیوست 1).

همین مقادیر ویژگی های جذب لایه فعال را در رابطه با تابش امواج بلند بر روی آن مشخص می کند.

تابش لایه فعال را تابش ذاتی نیز می نامند. مقادیر لحظه ای (دوم) Ec و قرار گرفتن در معرض انرژی این تابش برای فواصل (مجموع) مختلف در واحدهای مشابه و با همان گرد کردن مشخصه های مربوط به تابش موج کوتاه بیان می شود.

ضد تشعشع.

روشنایی انرژی لایه فعال توسط تابش متقابل در آسمان صاف با فرمول برنت تعیین می شود:

E A =T A 4 (D+G)

که در آن -T A دمای هوا (K) در ارتفاع 2 متری از سطح زمین است، e فشار جزئی بخار آب (hPa) در همان ارتفاع است، D و G ثابت هستند (D = 0.61، G = 0.05 ).

بخشی از تابش ورودی جذب شده (E A p) و منعکس شده (E A neg) توسط لایه فعال توسط روابط تعیین می شود:

E یک صفحه =  E آ ، ای یک منفی = (1-  ) E آ

که در آن E A، E A p و E A neg در واحدهای مشابه E s بیان می شوند.

تابش موثر و تعادل تابش لایه فعال.

تابش موثر لایه فعال (E eff) در یک آسمان صاف با رابطه زیر تعیین می شود:

E ef = E با -  E V ,

جایی که Ec تابش خودش است.

E در - تابش ضد.

 - ضریب انتشار.

تشعشع موثر که با علامت منفی گرفته می شود، تعادل تابش موج بلند را نشان می دهد

که در د =  E V - ای با

تابش موثر در حضور ابرها با نسبت:

E ef o = E ef i (1-C n n n -C c n c -C در n c)،

که در آن Eff o تابش موثر در سطوح مختلف ابری است،

E ef i - تشعشع موثر در آسمان صاف،

ج - ضرایب ابر تجربی برای ابری بودن سطوح مختلف (Cn - پایین، برابر 0.076، Cs - وسط، برابر با 0.052، و Cw - بالا -0.022).

n n، n s، n در - تعداد ابرها در نقاط بر اساس ردیف

تعادل تابش لایه فعال با نسبت مشخص می شود:

آر = (اس + D) (1- آ) - E ef

مقادیر لحظه ای تعادل تشعشعی لایه فعال و مجموع آن در واحدهای مشابه و با همان گرد کردن سایر شارهای تابشی بیان می شود.

سخنرانی 3

تعادل تشعشع و اجزای آن

تابش خورشیدی که به سطح زمین می رسد تا حدی از آن منعکس می شود و تا حدی توسط زمین جذب می شود. با این حال، زمین نه تنها تشعشعات را جذب می کند، بلکه تشعشعات موج بلندی را به جو اطراف ساطع می کند. اتمسفر با جذب مقداری از تابش خورشید و بیشتر تابش از سطح زمین، خود نیز تشعشعات موج بلندی ساطع می کند. بیشتر این تشعشعات جوی به سمت سطح زمین هدایت می شود. نامیده می شودمقابله با تشعشعات جوی .

تفاوت بین جریان های انرژی تابشی که به لایه فعال زمین می رسد و از آن خارج می شود نامیده می شودتعادل تشعشع لایه فعال

تعادل تشعشع شامل از تشعشعات موج کوتاه و بلند. این شامل عناصر زیر است که اجزای تعادل تشعشع نامیده می شوند:تابش مستقیم، تابش پراکنده، تابش منعکس شده (موج کوتاه)، تابش از سطح زمین، تابش متقابل از جو .

اجازه دهید اجزای تعادل تشعشع را در نظر بگیریم.

تابش مستقیم خورشید

تابش انرژی تابش مستقیم به ارتفاع خورشید و شفافیت جو بستگی دارد و با افزایش ارتفاع از سطح دریا افزایش می یابد. ابرهای سطح پایین معمولاً به طور کامل یا تقریباً تشعشع مستقیم را منتقل نمی کنند.

طول موج تابش خورشیدی که به سطح زمین می رسد در محدوده 0.29-4.0 میکرون قرار دارد. حدود نیمی از انرژی آن از آن تامین می شود تابش فعال فتوسنتزی. در منطقه PARتضعیف تابش با کاهش ارتفاع خورشید سریعتر از ناحیه تابش مادون قرمز اتفاق می افتد. ورود تابش مستقیم خورشیدی، همانطور که قبلاً نشان داده شد، به ارتفاع خورشید در بالای افق بستگی دارد، که هم در طول روز و هم در طول سال متغیر است. این چرخه روزانه و سالانه تابش مستقیم را تعیین می کند.

تغییر در تابش مستقیم در طول یک روز بدون ابر (چرخه روزانه) با یک منحنی تک قله با حداکثر در ظهر واقعی خورشیدی بیان می شود. در تابستان، روی خشکی، حداکثر ممکن است قبل از ظهر رخ دهد، زیرا گرد و غبار جوی تا ظهر افزایش می یابد.

همانطور که از قطب ها به سمت استوا حرکت می کنید، رسیدن تابش مستقیم در هر زمانی از سال افزایش می یابد، زیرا ارتفاع نیمروز خورشید افزایش می یابد.

دوره سالانه تابش مستقیم بیشتر در قطب ها مشخص است ، زیرا در زمستان هیچ تابش خورشیدی در اینجا وجود ندارد و در تابستان ورود آن به 900 W / m² می رسد. در عرض های جغرافیایی میانی، گاهی اوقات حداکثر تابش مستقیم نه در تابستان، بلکه در بهار مشاهده می شود، زیرا در ماه های تابستان به دلیل افزایش محتوای بخار آب و گرد و غبار، شفافیت جو کاهش می یابد. در دوره نزدیک به انقلاب زمستانی (دسامبر). در خط استوا، دو ماکزیمم مشاهده می‌شود که برابر با 920 W/m² در روزهای اعتدال بهاری و پاییزی و دو حداقل (حدود 550 W/m²) در روزهای انقلاب تابستانی و زمستانی است.

تابش پراکنده

حداکثر تابش پراکنده معمولاً بسیار کمتر از حداکثر تابش مستقیم است. هر چه ارتفاع خورشید بیشتر باشد و اتمسفر آلوده تر باشد، شار تابش پراکنده بیشتر می شود. ابرهایی که خورشید را نمی‌پوشانند، ورود تشعشعات پراکنده را در مقایسه با آسمان صاف افزایش می‌دهند. وابستگی ورود تابش پراکنده به ابر پیچیده است. این بر اساس نوع و تعداد ابرها، قدرت عمودی و خواص نوری آنها تعیین می شود. تابش پراکنده یک آسمان ابری می تواند بیش از 10 نوسان داشته باشد.

پوشش برفی که تا ۷۰ تا ۹۰ درصد تابش مستقیم را منعکس می‌کند، تشعشع منتشر را افزایش می‌دهد و سپس در جو پخش می‌شود. با افزایش ارتفاع یک مکان از سطح دریا، تشعشعات پراکنده در زیر آسمان صاف کاهش می یابد.

چرخه روزانه و سالانه تابش پراکنده در زیر آسمان صاف به طور کلی با سیر تابش مستقیم مطابقت دارد. با این حال، در صبح، تابش پراکنده قبل از طلوع خورشید ظاهر می شود، و در عصر هنوز در دوره گرگ و میش، یعنی پس از غروب خورشید می رسد. در دوره سالانه حداکثر تابش پراکنده در تابستان مشاهده می شود.

تابش کل

مجموع تابش پراکنده و مستقیم تابیده شده در سطح افقی نامیده می شودتابش کل .

این جزء اصلی تعادل تشعشعی است. ترکیب طیفی آن، در مقایسه با تابش مستقیم و پراکنده، پایدارتر است و تقریباً به ارتفاع خورشید زمانی که بیش از 15 درجه است بستگی ندارد.

نسبت بین تابش مستقیم و پراکنده در ترکیب تابش کل به ارتفاع خورشید، ابری و آلودگی جوی بستگی دارد. با افزایش ارتفاع خورشید، نسبت تابش پراکنده در آسمان بدون ابر کاهش می یابد. هر چه اتمسفر شفاف تر باشد، نسبت تشعشعات پراکنده کمتر است. با ابرهای متراکم پیوسته، کل تشعشع کاملاً از تشعشعات پراکنده تشکیل شده است. در فصل زمستان به دلیل انعکاس تابش از پوشش برف و پراکندگی ثانویه آن در جو، سهم تشعشعات پراکنده در کل تشعشع به طور محسوسی افزایش می یابد.

ورود کل تشعشع در حضور ابرها در محدوده وسیعی متفاوت است. بیشترین ورود آن در آسمان صاف یا در ابرهای سبکی که خورشید را پنهان نمی کنند مشاهده می شود.

به طور روزانه و سالانه، تغییرات در کل تشعشع تقریباً مستقیماً با تغییرات ارتفاع خورشید متناسب است. در یک چرخه روزانه، حداکثر تابش کل زیر یک آسمان بدون ابر معمولاً در ظهر رخ می دهد. در دوره سالانه، حداکثر تابش کل معمولاً در ماه ژوئن در نیمکره شمالی و در ماه دسامبر در نیمکره جنوبی مشاهده می شود.

تابش منعکس شده آلبیدو

بخشی از کل تشعشعاتی که به لایه فعال زمین می رسد از آن منعکس می شود. نسبت بخش منعکس شده تابش به کل تابش کل ورودی نامیده می شودبازتاب ، یاalbedo (الف) یک سطح زیرین معین.

آلبدوی یک سطح به رنگ، زبری، رطوبت و سایر خواص آن بستگی دارد.

آلبیدو از سطوح مختلف طبیعی (طبق گفته V. L. Gaevsky و M. I. Budyko)

آلبدوی سطوح آب در ارتفاع خورشیدی بالای 60 درجه کمتر از آلبدوی خشکی است، زیرا اشعه های خورشید که به داخل آب نفوذ می کنند، تا حد زیادی جذب و در آن پراکنده می شوند. با بروز عمودی پرتوهای A = 2-5٪، با ارتفاع خورشیدی کمتر از 10 درجه A = 50-70٪. آلبدوی بزرگ یخ و برف باعث کاهش سرعت بهار در مناطق قطبی و حفظ یخ ابدی در آنجا می شود.

مشاهدات آلبدوی خشکی، دریا و پوشش ابر از ماهواره های مصنوعی زمین انجام می شود. آلبدوی دریا به ما امکان می دهد ارتفاع امواج را محاسبه کنیم، آلبدوی ابرها قدرت آنها را مشخص می کند و آلبدوی مناطق مختلف خشکی به ما امکان می دهد در مورد میزان پوشش برف مزارع و وضعیت پوشش گیاهی قضاوت کنیم.

آلبدوی تمام سطوح، به ویژه سطوح آب، به ارتفاع خورشید بستگی دارد: کمترین آلبیدو در ظهر، بالاترین آن در صبح و عصر رخ می دهد. این به دلیل این واقعیت است که در ارتفاع کم خورشیدی، نسبت تابش پراکنده در کل تشعشع افزایش می یابد، که به میزان بیشتری از تابش مستقیم، از سطح ناهموار زیرین منعکس می شود.

تابش امواج بلند از زمین و جو

تشعشعات زمینیکمی کمتر از تابش جسم سیاه در همان دما.

تابش از سطح زمین به طور مداوم رخ می دهد. هر چه دمای سطح تابش بالاتر باشد، تشعشع آن شدیدتر است. همچنین تشعشعات مداومی از جو وجود دارد که با جذب بخشی از تابش خورشید و تشعشعات از سطح زمین، خود تابش امواج بلند منتشر می کند.

در عرض های جغرافیایی معتدل با آسمان بدون ابر، تشعشعات جوی 280-350 W/m² است و در مورد آسمان ابری 20-30٪ بیشتر است. حدود 62-64 درصد از این تابش به سمت سطح زمین هدایت می شود. ورود آن به سطح زمین، تشعشعات ضد اتمسفر را تشکیل می دهد. تفاوت بین این دو جریان، از دست دادن انرژی تابشی توسط لایه فعال را مشخص می کند. این تفاوت نامیده می شودتابش موثر Eef .

تابش موثر لایه فعال به دما، دما و رطوبت هوا و پوشش ابر بستگی دارد. با افزایش دمای سطح زمین، Eeff افزایش می یابد و با افزایش دما و رطوبت هوا کاهش می یابد. ابرها به ویژه بر تشعشع مؤثر تأثیر می گذارند، زیرا قطرات ابر تقریباً مانند لایه فعال زمین منتشر می کنند. به طور متوسط، Eeff در شب و در طول روز با آسمان صاف در نقاط مختلف سطح زمین بین 70-140 W/m² متغیر است.

چرخه روزانه تشعشع موثر با حداکثر در 12-14 ساعت و حداقل قبل از طلوع خورشید مشخص می شود.دوره سالانه تشعشع موثر در مناطق با آب و هوای قاره ای با حداکثر در ماه های تابستان و حداقل در زمستان مشخص می شود. در مناطق با آب و هوای دریایی، چرخه سالانه تابش موثر کمتر از مناطق واقع در داخل است

تابش از سطح زمین توسط بخار آب و دی اکسید کربن موجود در هوا جذب می شود. اما جو تا حد زیادی تابش موج کوتاه از خورشید را منتقل می کند. به این خاصیت جو می گویند"اثر گلخانه ای" ، از آنجایی که اتمسفر در گلخانه ها مانند شیشه عمل می کند: شیشه به اشعه های خورشید اجازه می دهد تا به خوبی از خود عبور کند و خاک و گیاهان گلخانه را گرم می کند، اما اجازه نمی دهد تشعشع حرارتی خاک گرم شده به خوبی به فضای بیرون منتقل شود. محاسبات نشان می دهد که در غیاب جو، میانگین دمای لایه فعال زمین 38 درجه سانتیگراد کمتر از آنچه در واقع مشاهده می شود، خواهد بود و زمین با یخ ابدی پوشیده می شود.

اگر جریان ورودی تشعشع بیشتر از جریان خروجی باشد، تعادل تابش مثبت است و لایه فعال زمین گرم می شود. با تعادل تابش منفی، این لایه خنک می شود. تعادل تشعشع معمولاً در روز مثبت و در شب منفی است. تقریباً 1-2 ساعت قبل از غروب آفتاب منفی می شود و صبح به طور متوسط ​​1 ساعت پس از طلوع خورشید دوباره مثبت می شود. سیر تعادل تشعشعی در طول روز در آسمان صاف نزدیک به سیر تابش مستقیم است.

مطالعه توازن تشعشعات زمین کشاورزی این امکان را به شما می دهد که میزان تابش جذب شده توسط محصولات و خاک را بسته به ارتفاع خورشید، ساختار محصول و مرحله رشد گیاه محاسبه کنید. برای ارزیابی روش‌های مختلف برای تنظیم دما و رطوبت خاک، تبخیر و سایر مقادیر، تعادل تشعشعی مزارع کشاورزی برای انواع مختلف پوشش گیاهی تعیین می‌شود.

روش‌های اندازه‌گیری تابش خورشیدی و اجزای تعادل تشعشع

برای اندازه گیری شار تابش خورشیدی از آنها استفاده می شودمطلق ونسبت فامیلی روشها و بر این اساس ابزارهای اکتینومتری مطلق و نسبی را توسعه دادند. ابزارهای مطلق معمولاً فقط برای کالیبراسیون و تأیید ابزارهای نسبی استفاده می شوند.

ابزارهای نسبی برای مشاهدات منظم در شبکه ای از ایستگاه های هواشناسی و همچنین در سفرها و در طول مشاهدات میدانی استفاده می شوند. از این میان، پرکاربردترین ابزارهای ترموالکتریک عبارتند از اکتینومتر، پیرانومتر و آلبدومتر. گیرنده تابش خورشید در این دستگاه ها ترموپیل هایی هستند که از دو فلز (معمولا منگنین و کنستانتان) تشکیل شده اند. بسته به شدت تابش بین اتصالات ترموپیل، اختلاف دما ایجاد می شود و جریان الکتریکی با قدرت متفاوت ظاهر می شود که توسط یک گالوانومتر اندازه گیری می شود. برای تبدیل تقسیمات مقیاس گالوانومتر به واحدهای مطلق، از ضرایب تبدیل استفاده می شود که برای یک جفت معین تعیین می شود: دستگاه اکتینومتری - گالوانومتر.

اکتینومتر ترموالکتریک (M-3) Savinov-Yanishevsky برای اندازه گیری تابش مستقیمی که به سطحی عمود بر پرتوهای خورشید می رسد استفاده می شود.

پیرانومتر (M-80M) یانیشفسکی برای اندازه گیری تابش کل و پراکنده وارد شده به سطح افقی استفاده می شود.

در طول مشاهدات، قسمت گیرنده پیرانومتر به صورت افقی نصب می شود. برای تعیین تابش پراکنده، پیرانومتر از تابش مستقیم توسط یک صفحه سایه به شکل یک دیسک گرد که بر روی میله ای در فاصله 60 سانتی متری از سطح گیرنده نصب شده است، سایه می اندازد. هنگام اندازه گیری تشعشع کل، صفحه سایه به کنار منتقل می شود

آلبدومتر یک پیرانومتر است، همچنین سازگار است. برای اندازه گیری تابش منعکس شده برای این منظور از دستگاهی استفاده می شود که به شما امکان می دهد قسمت گیرنده دستگاه را به سمت بالا (برای اندازه گیری تابش مستقیم) و پایین (برای اندازه گیری تابش بازتابی) بچرخانید. پس از تعیین تابش کل و انعکاس با یک آلبدومتر، آلبدوی سطح زیرین محاسبه می شود. برای اندازه گیری های میدانی، از آلبدومتر مسافرتی M-69 استفاده می شود.

تراز سنج ترموالکتریک M-10M. این دستگاه برای اندازه گیری تعادل تابش سطح زیرین استفاده می شود.

علاوه بر ابزار مورد بحث، لوکس متر نیز استفاده می شود - ابزارهای فتومتریک برای اندازه گیری روشنایی، اسپکتروفتومترها، ابزارهای مختلف برای اندازه گیری PAR، و غیره.

یکی از ویژگی های مهم رژیم تابش خورشیدی مدت تابش خورشید است. برای تعیین آن، استفاده کنیدهلیوگرافی .

در شرایط صحرایی، متداول‌ترین کاربردها عبارتند از پیرانومتر، آلبدومتر راهپیمایی، متر تعادل و لوکس متر. برای مشاهدات در میان گیاهان، آلبدومترهای کوهنوردی و لوکس متر و همچنین میکروپیرانومترهای ویژه، راحت تر هستند.

سخنرانی 2.

تابش خورشیدی.

طرح:

1. اهمیت تابش خورشید برای حیات روی زمین.

2. انواع تشعشعات خورشیدی.

3. ترکیب طیفی تابش خورشیدی.

4. جذب و پراکندگی تابش.

5.PAR (تابش فعال فتوسنتزی).

6. تعادل تشعشع.

1. منبع اصلی انرژی روی زمین برای همه موجودات زنده (گیاهان، حیوانات و انسانها) انرژی خورشید است.

خورشید یک توپ گازی با شعاع 695300 کیلومتر است. شعاع خورشید 109 برابر بیشتر از شعاع زمین است (استوایی 6378.2 کیلومتر، قطبی 6356.8 کیلومتر). خورشید عمدتاً از هیدروژن (64٪) و هلیوم (32٪) تشکیل شده است. بقیه تنها 4 درصد از جرم آن را تشکیل می دهند.

انرژی خورشیدی شرط اصلی وجود زیست کره و یکی از عوامل اصلی تشکیل دهنده آب و هوا است. با توجه به انرژی خورشید، توده های هوا در جو به طور مداوم حرکت می کنند، که ثبات ترکیب گاز جو را تضمین می کند. تحت تأثیر تابش خورشید، مقدار زیادی آب از سطح مخازن، خاک و گیاهان تبخیر می شود. بخار آب که توسط باد از اقیانوس ها و دریاها به قاره ها منتقل می شود، منبع اصلی بارش برای خشکی است.

انرژی خورشیدی یک شرط ضروری برای وجود گیاهان سبز است که انرژی خورشیدی را از طریق فرآیند فتوسنتز به مواد آلی پر انرژی تبدیل می کنند.

رشد و نمو گیاهان فرآیند جذب و پردازش انرژی خورشیدی است، بنابراین تولید محصولات کشاورزی تنها در صورتی امکان پذیر است که انرژی خورشیدی به سطح زمین برسد. یک دانشمند روسی نوشت: "به بهترین آشپز هر چقدر که می خواهد هوای تازه، نور خورشید، یک رودخانه کامل آب تمیز بدهید، از او بخواهید شکر، نشاسته، چربی ها و غلات را از همه اینها تهیه کند و او تصمیم می گیرد که شما می خندید. در او اما چیزی که برای انسان کاملاً خارق‌العاده به نظر می‌رسد بدون مانع در برگ‌های سبز گیاهان تحت تأثیر انرژی خورشید رخ می‌دهد.» تخمین زده می شود که 1 متر مربع یک متر برگ در هر ساعت یک گرم قند تولید می کند. با توجه به اینکه زمین توسط پوسته ای پیوسته از جو احاطه شده است، پرتوهای خورشید قبل از رسیدن به سطح زمین از تمام ضخامت جو عبور می کنند که تا حدی آنها را منعکس می کند و تا حدی آنها را پراکنده می کند، یعنی تغییر می کند. کمیت و کیفیت نور خورشید که به سطح زمین می رسد. موجودات زنده نسبت به تغییرات شدت روشنایی ایجاد شده توسط تابش خورشید واکنش حساسی نشان می دهند. با توجه به واکنش های متفاوت به شدت نور، همه گونه های گیاهی به نور دوست و سایه مقاوم تقسیم می شوند. نور کافی در محصولات زراعی باعث تمایز ضعیف بافت های کاه غلات می شود. در نتیجه، استحکام و خاصیت ارتجاعی بافت ها کاهش می یابد که اغلب منجر به خوابیدن محصولات می شود. در محصولات ذرت متراکم به دلیل تابش کم خورشید، تشکیل لپه روی گیاهان ضعیف می شود.

تابش خورشید بر ترکیب شیمیایی محصولات کشاورزی تأثیر می گذارد. به عنوان مثال، محتوای قند چغندر و میوه ها، محتوای پروتئین در دانه های گندم به طور مستقیم به تعداد روزهای آفتابی بستگی دارد. با افزایش تشعشعات خورشیدی، میزان روغن موجود در دانه های آفتابگردان و کتان نیز افزایش می یابد.

روشنایی قسمت های روی زمین گیاهان به طور قابل توجهی بر جذب عناصر غذایی توسط ریشه تأثیر می گذارد. در شرایط کم نور، انتقال مواد جذب شده به ریشه کند می شود و در نتیجه فرآیندهای بیوسنتزی که در سلول های گیاهی اتفاق می افتد، مهار می شوند.

روشنایی همچنین بر ظاهر، گسترش و توسعه بیماری های گیاهی تأثیر می گذارد. دوره عفونت شامل دو مرحله است که در واکنش آنها به فاکتور نور متفاوت است. اولین آنها - جوانه زدن واقعی هاگ ها و نفوذ اصل عفونی به بافت های فرهنگ آسیب دیده - در بیشتر موارد به حضور و شدت نور بستگی ندارد. دوم - پس از جوانه زنی هاگ - تحت نور افزایش یافته فعال ترین است.

اثر مثبت نور بر سرعت رشد پاتوژن در گیاه میزبان نیز تأثیر می گذارد. این امر به ویژه در قارچ های زنگ زده مشهود است. هر چه نور بیشتر باشد دوره نهفتگی زنگ خطی گندم، زنگ زرد جو، زنگ کتان و لوبیا و ... کوتاهتر می شود و این باعث افزایش تعداد نسل قارچ و افزایش شدت آسیب می شود. باروری در این پاتوژن در شرایط نوری شدید افزایش می یابد

برخی از بیماری ها به طور فعال در نور ناکافی ایجاد می شوند، که باعث ضعیف شدن گیاهان و کاهش مقاومت آنها در برابر بیماری ها (عوامل بیماری زا انواع پوسیدگی، به ویژه گیاهان سبزی) می شود.

مدت نور و گیاهان. ریتم تابش خورشید (تناوب قسمت های روشن و تاریک روز) پایدارترین عامل محیطی است که سال به سال تکرار می شود. در نتیجه سالها تحقیق، فیزیولوژیست ها وابستگی انتقال گیاهان به رشد زایشی را به نسبت معینی از طول روز و شب ثابت کرده اند. در این راستا، محصولات را می توان با توجه به واکنش دوره نوری آنها به گروه هایی طبقه بندی کرد: روز کوتاهتوسعه آن زمانی که طول روز بیش از 10 ساعت باشد به تعویق می افتد. یک روز کوتاه باعث شروع گل می شود، در حالی که یک روز طولانی از این امر جلوگیری می کند. این گونه محصولات عبارتند از سویا، برنج، ارزن، سورگوم، ذرت و غیره.

روز طولانی تا ساعت 12-13نیاز به روشنایی طولانی مدت برای توسعه آنها. رشد آنها زمانی تسریع می شود که طول روز حدود 20 ساعت باشد.این محصولات شامل چاودار، جو دوسر، گندم، کتان، نخود، اسفناج، شبدر و غیره است.

طول روز خنثی، که توسعه آن به طول روز بستگی ندارد، به عنوان مثال، گوجه فرنگی، گندم سیاه، حبوبات، ریواس.

مشخص شده است که برای شروع گلدهی گیاهان، غلبه یک ترکیب طیفی خاص در شار تابشی ضروری است. گیاهان روز کوتاه زمانی سریعتر رشد می کنند که حداکثر تابش بر روی پرتوهای آبی-بنفش باشد و گیاهان روز بلند - بر روی گیاهان قرمز. مدت زمان نور روز (طول روز نجومی) به زمان سال و عرض جغرافیایی بستگی دارد. در خط استوا، طول روز در طول سال 30 ± 12 ساعت است. با حرکت از استوا به سمت قطب ها پس از اعتدال بهاری (21.03)، طول روز به سمت شمال افزایش و به سمت جنوب کاهش می یابد. پس از اعتدال پاییزی (23 سپتامبر)، توزیع طول روز معکوس می شود. در نیمکره شمالی، 22 ژوئن طولانی ترین روز است که مدت آن 24 ساعت در شمال دایره قطب شمال است، کوتاه ترین روز در نیمکره شمالی، 22 دسامبر است و خورشید در ماه های زمستان فراتر از دایره قطب شمال طلوع نمی کند. اصلا بالاتر از افق در عرض های جغرافیایی متوسط، برای مثال در مسکو، طول روز در طول سال از 7 تا 17.5 ساعت متغیر است.

2. انواع تابش خورشیدی.

تابش خورشیدی از سه جزء تشکیل شده است: تابش مستقیم خورشیدی، پراکنده و کل.

تابش مستقیم خورشیدیS –تشعشعاتی که از خورشید به صورت پرتوهای موازی به جو و سپس به سطح زمین می رسد. شدت آن بر حسب کالری بر سانتی متر مربع در دقیقه اندازه گیری می شود. این بستگی به ارتفاع خورشید و وضعیت جو (ابری، گرد و غبار، بخار آب) دارد. میزان سالانه تابش مستقیم خورشید در سطح افقی قلمرو استاوروپل 65-76 کیلو کالری بر سانتی متر مربع در دقیقه است. در سطح دریا، با موقعیت بالای خورشید (تابستان، ظهر) و شفافیت خوب، تابش مستقیم خورشید 1.5 کیلو کالری بر سانتی متر مربع در دقیقه است. این قسمت طول موج کوتاه طیف است. هنگامی که جریان تابش مستقیم خورشید از جو عبور می کند، به دلیل جذب (حدود 15٪) و اتلاف (حدود 25٪) انرژی توسط گازها، ذرات معلق در هوا و ابرها ضعیف می شود.

جریان تابش مستقیم خورشیدی که بر روی سطح افقی می افتد را تابش می گویند اس= اس گناه هو- جزء عمودی تابش مستقیم خورشیدی.

اس – مقدار گرمای دریافتی توسط یک سطح عمود بر پرتو ,

هو – ارتفاع خورشید، یعنی زاویه ای که توسط یک پرتو خورشیدی با سطح افقی تشکیل شده است .

در مرز جو، شدت تابش خورشید استبنابراین= 1,98 kcal/cm2/min. - طبق قرارداد بین المللی 1958 و ثابت خورشیدی نامیده می شود. اگر اتمسفر کاملاً شفاف بود، اینگونه به سطح نگاه می کرد.

برنج. 2.1. مسیر پرتوهای خورشیدی در جو در ارتفاعات مختلف خورشید

تابش پراکندهD – در نتیجه پراکندگی توسط جو، بخشی از تابش خورشیدی به فضا باز می گردد، اما بخش قابل توجهی از آن به صورت تابش پراکنده به زمین می رسد. حداکثر تابش پراکنده + 1 کیلو کالری در سانتی متر مربع در دقیقه. زمانی مشاهده می شود که آسمان صاف است و ابرهای بلند وجود دارد. در زیر آسمان ابری، طیف تابش پراکنده شبیه به خورشید است. این قسمت طول موج کوتاه طیف است. طول موج 0.17-4 میکرون.

تابش کلس- شامل تشعشعات منتشر و مستقیم بر روی سطح افقی است. س= اس+ D.

نسبت بین تابش مستقیم و پراکنده در ترکیب تابش کل به ارتفاع خورشید، ابری و آلودگی جوی و ارتفاع سطح از سطح دریا بستگی دارد. با افزایش ارتفاع خورشید، نسبت تابش پراکنده در آسمان بدون ابر کاهش می یابد. هرچه اتمسفر شفاف تر و خورشید بالاتر باشد، نسبت تابش پراکنده کمتر است. با ابرهای متراکم پیوسته، کل تشعشع کاملاً از تشعشعات پراکنده تشکیل شده است. در فصل زمستان به دلیل انعکاس تابش از پوشش برف و پراکندگی ثانویه آن در جو، سهم تشعشعات پراکنده در کل تشعشع به طور محسوسی افزایش می یابد.

نور و گرمای دریافتی گیاهان از خورشید حاصل تابش کل خورشید است. بنابراین، داده‌های مربوط به میزان تابش دریافتی سطح در روز، ماه، فصل رشد، سال برای کشاورزی از اهمیت بالایی برخوردار است.

تابش خورشیدی منعکس شده آلبیدو. تابش کلی که به سطح زمین می رسد، تا حدی از آن منعکس می شود، تابش خورشیدی منعکس شده (RK) ایجاد می کند که از سطح زمین به جو هدایت می شود. مقدار تابش بازتابی تا حد زیادی به خواص و وضعیت سطح بازتابنده بستگی دارد: رنگ، زبری، رطوبت، و غیره. تابش خورشیدی را به کل منعکس کرد. آلبیدو معمولاً به صورت درصد بیان می شود:

مشاهدات نشان می دهد که آلبدوی سطوح مختلف به استثنای برف و آب در محدوده های نسبتاً باریک (10...30٪) تغییر می کند.

آلبیدو به رطوبت خاک بستگی دارد، با افزایشی که کاهش می یابد، که در روند تغییر رژیم حرارتی مزارع آبی مهم است. به دلیل کاهش آلبدو در هنگام مرطوب شدن خاک، تشعشع جذب شده افزایش می یابد. آلبدوی سطوح مختلف به دلیل وابستگی آلبدو به ارتفاع خورشید، تغییرات روزانه و سالانه کاملاً مشخصی دارد. کمترین مقدار آلبیدو در حدود ساعات ظهر و در طول سال - در تابستان مشاهده می شود.

تابش خود زمین و تابش ضد اتمسفر. تابش موثرسطح زمین به عنوان یک جسم فیزیکی با دمای بالاتر از صفر مطلق (273- درجه سانتیگراد) منبع تابش است که به آن تابش خود زمین (E3) می گویند. به جو هدایت می شود و تقریباً به طور کامل توسط بخار آب، قطرات آب و دی اکسید کربن موجود در هوا جذب می شود. تابش زمین به دمای سطح آن بستگی دارد.

جو، با جذب مقدار کمی از تابش خورشید و تقریبا تمام انرژی ساطع شده از سطح زمین، گرم می شود و به نوبه خود، انرژی نیز منتشر می کند. حدود 30 درصد از تشعشعات اتمسفر به فضا می رود و حدود 70 درصد به سطح زمین می رسد و تابش ضد اتمسفر (Ea) نامیده می شود.

مقدار انرژی ساطع شده از جو با درجه حرارت، دی اکسید کربن، ازن و ابری آن نسبت مستقیم دارد.

سطح زمین این تابش متقابل را تقریباً به طور کامل جذب می کند (90...99%). بنابراین، علاوه بر تابش خورشیدی جذب شده، منبع مهم گرما برای سطح زمین است. این تأثیر اتمسفر بر رژیم حرارتی زمین به دلیل تشابه بیرونی با تأثیر شیشه در گلخانه ها و گلخانه ها، اثر گلخانه ای یا گلخانه ای نامیده می شود. شیشه اشعه های خورشید را به خوبی منتقل می کند، خاک و گیاهان را گرم می کند، اما تابش حرارتی خاک و گیاهان را مسدود می کند.

تفاوت بین تابش خود سطح زمین و تابش ضد اتمسفر را تابش مؤثر می گویند: Eeff.

Eef= E3-EA

در شب‌های صاف و نیمه ابری، تشعشع مؤثر بسیار بیشتر از شب‌های ابری است و بنابراین خنک‌شدن شبانه سطح زمین بیشتر است. در طول روز توسط تابش کل جذب شده پوشیده می شود و در نتیجه دمای سطح افزایش می یابد. در عین حال، تشعشعات مؤثر نیز افزایش می یابد. سطح زمین در عرض های جغرافیایی میانی به دلیل تابش موثر 70...140 وات بر متر مربع از دست می دهد که تقریباً نصف گرمایی است که از جذب تابش خورشیدی دریافت می کند.

3. ترکیب طیفی تابش.

خورشید به عنوان منبع تشعشع، دارای انواع امواج ساطع شده است. شارهای انرژی تابشی با توجه به طول موج به طور معمول به دو دسته تقسیم می شوند موج کوتاه (ایکس < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 میکرومتر) تشعشع.طیف تابش خورشیدی در مرز جو زمین عملاً بین طول موج های 0.17 تا 4 میکرون و تابش زمینی و اتمسفر - از 4 تا 120 میکرون قرار دارد. در نتیجه، شار تابش خورشیدی (S, D, RK) متعلق به تابش موج کوتاه است و تابش زمین (3 پوند) و اتمسفر (Ea) متعلق به تابش موج بلند است.

طیف تابش خورشیدی را می توان از نظر کیفی به سه بخش مختلف تقسیم کرد: فرابنفش (Y< 0,40 мкм), ви­димую (0,40 мкм < Y < 0.75 میکرومتر) و مادون قرمز (0.76 میکرومتر). < Y < 4 میکرومتر). قبل از قسمت فرابنفش طیف تابش خورشیدی، تابش اشعه ایکس قرار دارد، و فراتر از قسمت مادون قرمز، تابش رادیویی خورشید قرار دارد. در مرز بالایی جو، قسمت فرابنفش طیف حدود 7 درصد از انرژی تابش خورشیدی، 46 درصد برای مرئی و 47 درصد برای مادون قرمز را تشکیل می دهد.

تشعشعات ساطع شده از زمین و جو نامیده می شود تابش مادون قرمز دور

اثر بیولوژیکی انواع مختلف تابش بر گیاهان متفاوت است. اشعه ماوراء بنفشفرآیندهای رشد را کند می کند، اما گذر از مراحل تشکیل اندام های تولید مثل در گیاهان را تسریع می کند.

معنی اشعه مادون قرمزکه به طور فعال توسط آب از برگ و ساقه گیاهان جذب می شود، اثر حرارتی آن است که به طور قابل توجهی بر رشد و نمو گیاهان تأثیر می گذارد.

تابش مادون قرمز دورفقط یک اثر حرارتی روی گیاهان ایجاد می کند. تأثیر آن بر رشد و نمو گیاهان ناچیز است.

بخش قابل مشاهده از طیف خورشیدیاولاً باعث ایجاد روشنایی می شود. ثانیاً، به اصطلاح تشعشع فیزیولوژیکی (A، = 0.35 ... 0.75 میکرومتر)، که توسط رنگدانه های برگ جذب می شود، تقریباً با منطقه تابش مرئی (تا حدی گرفتن ناحیه تابش فرابنفش) منطبق است. انرژی آن اهمیت تنظیمی و انرژی مهمی در زندگی گیاهان دارد. در این قسمت از طیف، ناحیه ای از تابش فعال فتوسنتزی متمایز می شود.

4. جذب و پراکندگی تشعشعات در جو.

با عبور تابش خورشید از جو زمین، به دلیل جذب و پراکندگی توسط گازهای جوی و ذرات معلق در هوا کاهش می یابد. در عین حال ترکیب طیفی آن نیز تغییر می کند. با ارتفاع‌های مختلف خورشید و ارتفاع‌های متفاوت نقطه‌ی رصد بالای سطح زمین، طول مسیری که پرتوهای خورشیدی در جو طی می‌کنند یکسان نیست. با کاهش ارتفاع، قسمت ماوراء بنفش تشعشع به شدت کاهش می یابد، قسمت مرئی تا حدودی کمتر کاهش می یابد و قسمت مادون قرمز فقط اندکی کاهش می یابد.

پراکندگی تابش در اتمسفر عمدتاً در نتیجه نوسانات مداوم (نوسانات) در چگالی هوا در هر نقطه از جو رخ می دهد که در اثر تشکیل و تخریب "توده ها" خاصی از مولکول های گاز اتمسفر ایجاد می شود. تابش خورشیدی نیز توسط ذرات آئروسل پراکنده می شود. شدت پراکندگی با ضریب پراکندگی مشخص می شود.

K= افزودن فرمول.

شدت پراکندگی به تعداد ذرات پراکنده در واحد حجم، اندازه و ماهیت آنها و همچنین به طول موج خود تابش پراکنده بستگی دارد.

هر چه طول موج کوتاهتر باشد، پرتوها با شدت بیشتری پراکنده می شوند. به عنوان مثال، پرتوهای بنفش 14 برابر قوی تر از قرمز پراکنده می شوند، که رنگ آبی آسمان را توضیح می دهد. همانطور که در بالا ذکر شد (به بخش 2.2 مراجعه کنید)، تابش مستقیم خورشید که از جو عبور می کند، تا حدی پراکنده می شود. در هوای تمیز و خشک، شدت ضریب پراکندگی مولکولی از قانون ریلی پیروی می کند:

k=c/Y4 ,

که در آن C ضریب بسته به تعداد مولکول های گاز در واحد حجم است. X طول موج پراکنده است.

از آنجایی که طول موج های دور نور قرمز تقریباً دو برابر طول موج نور بنفش است، اولی توسط مولکول های هوا 14 برابر کمتر از دومی پراکنده می شود. از آنجایی که انرژی اولیه (قبل از پراکندگی) پرتوهای بنفش کمتر از انرژی آبی و فیروزه ای است، حداکثر انرژی در نور پراکنده (تابش پراکنده خورشیدی) به پرتوهای آبی-آبی تغییر می کند که رنگ آبی آسمان را تعیین می کند. بنابراین، تابش پراکنده در پرتوهای فعال فتوسنتزی غنی تر از تابش مستقیم است.

در هوای حاوی ناخالصی ها (قطرات کوچک آب، کریستال های یخ، ذرات گرد و غبار و غیره) پراکندگی برای همه مناطق پرتوهای مرئی یکسان است. بنابراین، آسمان رنگ سفید به خود می گیرد (مه ظاهر می شود). عناصر ابر (قطرات و کریستال های بزرگ) به هیچ وجه پرتوهای خورشید را پراکنده نمی کنند، بلکه آنها را به طور پراکنده منعکس می کنند. در نتیجه، ابرهایی که توسط خورشید روشن می شوند سفید به نظر می رسند.

5. PAR (تابش فعال فتوسنتزی)

تابش فعال فتوسنتزی. در فرآیند فتوسنتز، از کل طیف تابش خورشیدی استفاده نمی شود، بلکه فقط از آن استفاده می شود

بخشی که در محدوده طول موج 0.38 ... 0.71 میکرومتر قرار دارد - تابش فعال فتوسنتزی (PAR).

مشخص است که تابش مرئی که توسط چشم انسان به عنوان سفید درک می شود، از پرتوهای رنگی تشکیل شده است: قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، نیلی و بنفش.

جذب انرژی تابش خورشید توسط برگ های گیاه انتخابی است. برگها پرتوهای آبی-بنفش (X = 0.48...0.40 میکرومتر) و نارنجی-قرمز (X = 0.68 میکرومتر) را به شدت جذب می کنند، کمتر - زرد-سبز (A. = 0.58... 0.50 میکرومتر) و قرمز بسیار زیاد ( A. > 0.69 میکرومتر) اشعه.

در سطح زمین، حداکثر انرژی در طیف تابش مستقیم خورشیدی، زمانی که خورشید بالا است، در ناحیه پرتوهای زرد-سبز می افتد (صفحه خورشیدی زرد است). هنگامی که خورشید در نزدیکی افق قرار دارد، پرتوهای قرمز دور دارای حداکثر انرژی هستند (صفحه خورشیدی قرمز است). بنابراین، انرژی نور مستقیم خورشید کمک چندانی به فرآیند فتوسنتز نمی کند.

از آنجایی که PAR یکی از مهمترین عوامل در بهره وری گیاهان کشاورزی است، اطلاعات مربوط به میزان PAR ورودی با در نظر گرفتن توزیع آن در قلمرو و در زمان از اهمیت عملی بالایی برخوردار است.

شدت آرایه فازی را می توان اندازه گیری کرد، اما این نیاز به فیلترهای خاصی دارد که فقط امواجی در محدوده 0.38 ... 0.71 میکرون ارسال می کنند. چنین دستگاه هایی وجود دارند، اما در شبکه ایستگاه های اکتینومتری مورد استفاده قرار نمی گیرند، آنها شدت طیف انتگرال تابش خورشید را اندازه گیری می کنند. مقدار PAR را می توان با استفاده از ضرایب پیشنهاد شده توسط X.

Qfar = 0.43 اس"+0.57 D);

نقشه های توزیع مقادیر ماهانه و سالانه فارا در قلمرو روسیه تهیه شد.

برای مشخص کردن میزان استفاده از PAR توسط محصولات، از ضریب استفاده مفید PAR استفاده می شود:

KPIfar= (مقدارس/ چراغ های جلو / مقدارس/ چراغ های جلو) 100%

جایی که مجموعس/ چراغ های جلو- مقدار PAR صرف شده برای فتوسنتز در طول فصل رشد گیاهان؛ مجموعس/ چراغ های جلو- مقدار PAR دریافتی برای محصولات در این دوره؛

محصولات زراعی با توجه به میانگین مقادیر KPIFAr به گروه ها تقسیم می شوند (بر اساس): معمولاً مشاهده می شود - 0.5 ... 1.5٪. خوب - 1.5...3.0; رکورد - 3.5...5.0; از نظر تئوری ممکن است - 6.0 ... 8.0%.

6. تعادل تابشی سطح زمین

تفاوت بین شار ورودی و خروجی انرژی تابشی را تعادل تابشی سطح زمین (B) می گویند.

بخش ورودی از تعادل تشعشعی سطح زمین در طول روز از تابش مستقیم خورشیدی و پراکنده و همچنین تابش اتمسفر تشکیل شده است. بخش مخارج تراز، تابش سطح زمین و تابش خورشیدی منعکس شده است:

ب= اس / + D+ ایا-E3-Rk

معادله را می توان به شکل دیگری نوشت: ب = س- RK - اف.

برای شب، معادله تعادل تشعشع به شکل زیر است:

B = Ea - E3، یا B = -Eeff.

اگر جریان ورودی تشعشع بیشتر از جریان خروجی باشد، تعادل تابش مثبت است و سطح فعال* گرم می شود. وقتی تعادل منفی است، سرد می شود. در تابستان تعادل تشعشع در روز مثبت و در شب منفی است. عبور از صفر در صبح تقریباً 1 ساعت پس از طلوع خورشید و در عصر 1...2 ساعت قبل از غروب خورشید رخ می دهد.

تراز تشعشعی سالانه در مناطقی که پوشش پایدار برف برقرار است در فصل سرد دارای مقادیر منفی و در فصل گرم مقادیر مثبت است.

تعادل تابش سطح زمین به طور قابل توجهی بر توزیع دما در خاک و لایه سطحی جو و همچنین فرآیندهای تبخیر و ذوب برف، تشکیل مه و یخبندان، تغییر در خواص توده های هوا تأثیر می گذارد. دگرگونی).

آگاهی از رژیم تشعشعی زمین کشاورزی این امکان را فراهم می کند که میزان تابش جذب شده توسط محصولات و خاک بسته به ارتفاع خورشید، ساختار محصول و مرحله رشد گیاه محاسبه شود. داده های رژیم همچنین برای ارزیابی روش های مختلف تنظیم دما، رطوبت خاک، تبخیر، که رشد و توسعه گیاهان، تشکیل محصول، کمیت و کیفیت آن بستگی دارد، ضروری است.

روش های موثر زراعی برای تأثیرگذاری بر تشعشعات و در نتیجه رژیم حرارتی سطح فعال عبارتند از مالچ پاشی (پوشاندن خاک با لایه نازکی از تراشه های ذغال سنگ نارس، کود دامی پوسیده، خاک اره و غیره)، پوشاندن خاک با لایه پلاستیکی و آبیاری. . همه اینها بازتاب و ظرفیت جذب سطح فعال را تغییر می دهد.

* سطح فعال - سطح خاک، آب یا پوشش گیاهی که مستقیماً تشعشعات خورشیدی و جوی را جذب می کند و تشعشعات را در جو آزاد می کند و در نتیجه رژیم حرارتی لایه های مجاور هوا و لایه های زیرین خاک، آب، پوشش گیاهی را تنظیم می کند.

ستاره درخشان ما را با پرتوهای داغ می سوزاند و باعث می شود به معنای پرتو در زندگی خود، فواید و مضرات آن فکر کنیم. تابش خورشیدی چیست؟ یک درس فیزیک مدرسه پیشنهاد می کند که ابتدا با مفهوم تابش الکترومغناطیسی به طور کلی آشنا شویم. این اصطلاح بیانگر شکل دیگری از ماده است - متفاوت از جوهر. این شامل نور مرئی و طیفی است که توسط چشم قابل درک نیست. یعنی اشعه ایکس، اشعه گاما، فرابنفش و مادون قرمز.

امواج الکترومغناطیسی

امواج الکترومغناطیسی آن در حضور منبع تابش تابش در تمام جهات با سرعت نور منتشر می شوند. این امواج نیز مانند سایر امواج دارای ویژگی های خاصی هستند. اینها شامل فرکانس ارتعاش و طول موج است. هر جسمی که دمای آن با صفر مطلق متفاوت باشد دارای خاصیت تابش است.

خورشید اصلی ترین و قوی ترین منبع تابش در نزدیکی سیاره ما است. به نوبه خود، زمین (اتمسفر و سطح آن) خود تابش ساطع می کند، اما در محدوده متفاوت. مشاهده شرایط دمایی در این سیاره در مدت زمان طولانی باعث ایجاد فرضیه تعادل در مقدار گرمای دریافتی از خورشید و آزاد شده در فضای خارج شد.

تابش خورشیدی: ترکیب طیفی

اکثریت مطلق (حدود 99٪) انرژی خورشیدی در طیف در محدوده طول موج 0.1 تا 4 میکرون قرار دارد. 1% باقیمانده پرتوهایی با طول بیشتر و کوتاه تر، از جمله امواج رادیویی و اشعه ایکس هستند. حدود نیمی از انرژی تابشی خورشید در طیفی است که ما با چشم خود درک می کنیم، تقریباً 44٪ در تابش مادون قرمز و 9٪ در تابش ماوراء بنفش است. چگونه می دانیم تشعشعات خورشیدی چگونه تقسیم می شوند؟ محاسبه توزیع آن به لطف مطالعات ماهواره های فضایی امکان پذیر است.

موادی وجود دارند که می توانند وارد حالت خاصی شده و تابش اضافی با دامنه طول موج متفاوت ساطع کنند. به عنوان مثال، درخشش در دماهای پایین رخ می دهد، که برای گسیل نور توسط یک ماده مشخص نیست. این نوع تشعشع که شب تاب نامیده می شود، به اصول معمول تابش حرارتی پاسخ نمی دهد.

پدیده لومینسانس پس از اینکه یک ماده مقدار معینی انرژی را جذب کرده و به حالت دیگری (به اصطلاح حالت برانگیخته) تبدیل می‌شود، رخ می‌دهد که انرژی آن بیشتر از دمای خود ماده است. لومینسانس در طول انتقال معکوس - از حالت برانگیخته به حالت آشنا ظاهر می شود. در طبیعت می توانیم آن را به شکل درخشش های آسمان شب و شفق قطبی مشاهده کنیم.

نورافشان ما

انرژی پرتوهای خورشید تقریباً تنها منبع گرما برای سیاره ماست. تابش خودش که از اعماقش به سطح می‌آید، شدتی تقریباً 5 هزار برابر کمتر دارد. در عین حال، نور مرئی - یکی از مهمترین عوامل حیات در این سیاره - تنها بخشی از تابش خورشید است.

انرژی پرتوهای خورشید به گرما تبدیل می‌شود، بخش کوچک‌تری - در جو، و بخش بزرگ‌تری - در سطح زمین. در آنجا برای گرم کردن آب و خاک (لایه های بالایی) هزینه می شود که سپس گرما را به هوا می دهد. اتمسفر و سطح زمین با گرم شدن، به نوبه خود پرتوهای مادون قرمز را در فضا منتشر می کنند و در عین حال سرد می شوند.

تابش خورشیدی: تعریف

تابشی که مستقیماً از قرص خورشید به سطح سیاره ما می آید معمولاً تابش مستقیم خورشید نامیده می شود. خورشید آن را در همه جهات پخش می کند. با در نظر گرفتن فاصله بسیار زیاد زمین تا خورشید، تابش مستقیم خورشید در هر نقطه از سطح زمین را می توان به صورت پرتویی از پرتوهای موازی نشان داد که منبع آن تقریباً بی نهایت است. بنابراین ناحیه ای که عمود بر پرتوهای نور خورشید قرار دارد بیشترین مقدار خود را دریافت می کند.

چگالی شار تابشی (یا تابش) اندازه گیری میزان تابش تابیده شده بر روی یک سطح خاص است. این مقدار انرژی تابشی است که در واحد زمان در واحد سطح سقوط می کند. این کمیت - تابش - بر حسب W/m2 اندازه گیری می شود. زمین ما، همانطور که همه می دانند، در مداری بیضی شکل به دور خورشید می چرخد. خورشید در یکی از کانون های این بیضی قرار دارد. بنابراین، هر سال در یک زمان خاص (در اوایل ژانویه) زمین نزدیک ترین موقعیت به خورشید و در موقعیت دیگر (در اوایل ژوئیه) - دورتر از آن را اشغال می کند. در این حالت مقدار روشنایی انرژی به نسبت معکوس با مجذور فاصله تا نورافکن تغییر می کند.

تابش خورشیدی که به زمین می رسد کجا می رود؟ انواع آن توسط عوامل زیادی تعیین می شود. بسته به عرض جغرافیایی، رطوبت، ابری، مقداری از آن در جو پراکنده می شود، مقداری جذب می شود، اما اکثریت همچنان به سطح سیاره می رسد. در این حالت مقدار کمی منعکس می شود و مقدار اصلی جذب سطح زمین می شود که تحت تأثیر آن گرم می شود. تابش پراکنده خورشید نیز تا حدی بر روی سطح زمین می افتد، تا حدی توسط آن جذب می شود و تا حدی منعکس می شود. بقیه آن به فضای بیرونی می رود.

توزیع چگونه انجام می شود؟

آیا تابش خورشیدی یکنواخت است؟ انواع آن پس از تمام "تلفات" در جو ممکن است در ترکیب طیفی آنها متفاوت باشد. از این گذشته، پرتوهایی با طول های مختلف هم به روش های مختلف پراکنده و هم جذب می شوند. جو به طور متوسط ​​حدود 23 درصد از مقدار اولیه خود را جذب می کند. تقریباً 26٪ از کل شار به تشعشعات پراکنده تبدیل می شود که 2/3 آن به زمین برخورد می کند. در اصل، این یک نوع تابش متفاوت است، متفاوت از اصلی. تشعشعات پراکنده نه توسط قرص خورشید، بلکه توسط طاق بهشت ​​به زمین ارسال می شود. ترکیب طیفی متفاوتی دارد.

تابش را عمدتاً از ازن - طیف مرئی و پرتوهای فرابنفش جذب می کند. تشعشعات مادون قرمز توسط دی اکسید کربن (دی اکسید کربن) جذب می شود که اتفاقاً در جو بسیار کم است.

پراکندگی تابش، که آن را ضعیف می کند، برای هر طول موجی در طیف رخ می دهد. در این فرآیند، ذرات آن که تحت تأثیر الکترومغناطیسی قرار می گیرند، انرژی موج فرودی را در همه جهات توزیع می کنند. یعنی ذرات به عنوان منابع نقطه ای انرژی عمل می کنند.

نور روز

به دلیل پراکندگی، نوری که از خورشید می آید هنگام عبور از لایه های جو تغییر رنگ می دهد. اهمیت عملی پراکندگی ایجاد نور روز است. اگر زمین از جو محروم می شد، نور فقط در مکان هایی وجود داشت که پرتوهای مستقیم یا منعکس شده خورشید به سطح آن برخورد می کرد. یعنی جو منبع روشنایی در روز است. به لطف آن، هم در مکان های غیر قابل دسترس برای اشعه های مستقیم و هم زمانی که خورشید در پشت ابرها پنهان می شود، نور است. این پراکندگی است که به هوا رنگ می دهد - ما آسمان را آبی می بینیم.

تابش خورشیدی به چه چیز دیگری بستگی دارد؟ ضریب کدورت را نباید نادیده گرفت. از این گذشته ، تشعشع به دو طریق تضعیف می شود - توسط خود جو و بخار آب و همچنین ناخالصی های مختلف. سطح گرد و غبار در تابستان افزایش می یابد (همانطور که میزان بخار آب در جو افزایش می یابد).

تابش کل

این به مقدار کل تشعشعات تابیده شده بر سطح زمین اعم از مستقیم و پراکنده اشاره دارد. تابش کل خورشید در هوای ابری کاهش می یابد.

به همین دلیل در تابستان مجموع تشعشعات قبل از ظهر به طور متوسط ​​بیشتر از بعد از آن است. و در نیمه اول سال - بیشتر از نیمه دوم.

کل تشعشعات روی سطح زمین چه می شود؟ هنگامی که به آنجا می رسد، بیشتر توسط لایه بالایی خاک یا آب جذب می شود و به گرما تبدیل می شود، در حالی که بخشی از آن منعکس می شود. درجه انعکاس به ماهیت سطح زمین بستگی دارد. شاخصی که درصد تابش خورشیدی منعکس شده را به کل مقداری که روی سطح می ریزد را بیان می کند، آلبدو سطح نامیده می شود.

مفهوم تابش ذاتی سطح زمین به تشعشعات موج بلند ساطع شده از پوشش گیاهی، پوشش برف، لایه های بالایی آب و خاک اشاره دارد. تعادل تشعشعی یک سطح، تفاوت بین مقدار جذب شده و مقدار ساطع شده است.

تابش موثر

ثابت شده است که تشعشعات ضد تقریباً همیشه کمتر از تشعشعات زمینی است. به همین دلیل، سطح زمین متحمل تلفات گرمایی می شود. تفاوت بین مقادیر تابش خود سطح و تابش اتمسفر را تابش مؤثر می گویند. این در واقع یک از دست دادن خالص انرژی و در نتیجه گرما در شب است.

در طول روز نیز وجود دارد. اما در طول روز تا حدی جبران می شود یا حتی توسط تشعشعات جذب شده پوشانده می شود. بنابراین سطح زمین در روز گرمتر از شب است.

درباره توزیع جغرافیایی تشعشعات

تشعشعات خورشیدی روی زمین در طول سال به طور نابرابر توزیع می شود. توزیع آن در طبیعت منطقه ای است و خطوط ایزوله (نقاط اتصال با مقادیر مساوی) شار تابش به هیچ وجه با دایره های عرضی یکسان نیستند. این اختلاف ناشی از سطوح مختلف ابری و شفافیت جوی در مناطق مختلف کره زمین است.

تابش کل خورشید در طول سال در بیابان های نیمه گرمسیری با جوی نیمه ابری بیشترین میزان را دارد. در مناطق جنگلی کمربند استوایی بسیار کمتر است. دلیل این امر افزایش ابر است. نسبت به هر دو قطب این شاخص کاهش می یابد. اما در منطقه قطب ها دوباره افزایش می یابد - در نیمکره شمالی کمتر، در منطقه قطب جنوب برفی و نیمه ابری - بیشتر است. بر روی سطح اقیانوس ها، به طور متوسط، تابش خورشیدی کمتر از قاره ها است.

تقریباً در همه جای زمین، سطح دارای تعادل تابشی مثبت است، یعنی در همان زمان، هجوم تابش بیشتر از تابش مؤثر است. استثناها مناطق قطب جنوب و گرینلند با فلات های یخی آنها هستند.

آیا با گرمایش زمین مواجه هستیم؟

اما موارد فوق به معنای گرم شدن سالانه سطح زمین نیست. تشعشع جذب شده اضافی با نشت گرما از سطح به اتمسفر جبران می شود که با تغییر فاز آب (تبخیر، تراکم به شکل ابر) اتفاق می افتد.

بنابراین، تعادل تشعشعی در سطح زمین وجود ندارد. اما تعادل حرارتی وجود دارد - تامین و از دست دادن گرما به روش های مختلف از جمله تابش متعادل است.

توزیع موجودی کارت

در همان عرض های جغرافیایی کره زمین، تعادل تشعشع در سطح اقیانوس بیشتر از بالای زمین است. این را می توان با این واقعیت توضیح داد که لایه ای که تشعشعات را در اقیانوس ها جذب می کند ضخیم تر است، در حالی که تابش موثر در آنجا به دلیل سردی سطح دریا در مقایسه با خشکی کمتر است.

نوسانات قابل توجهی در دامنه توزیع آن در بیابان ها مشاهده می شود. تعادل در آنجا به دلیل تشعشعات موثر بالا در هوای خشک و شرایط ابر کم کمتر است. در مناطق با آب و هوای موسمی به میزان کمتری کاهش می یابد. در فصل گرم، ابری در آنجا افزایش می یابد و تابش خورشیدی جذب شده کمتر از سایر مناطق هم عرض جغرافیایی است.

البته عامل اصلی که میانگین تابش سالانه خورشید به آن بستگی دارد، عرض جغرافیایی یک منطقه خاص است. ثبت "بخش" از تابش فرابنفش به کشورهای واقع در نزدیکی خط استوا می رود. این شمال شرق آفریقا، سواحل شرقی آن، شبه جزیره عربستان، شمال و غرب استرالیا، بخشی از جزایر اندونزی، و سواحل غربی آمریکای جنوبی است.

در اروپا بیشترین دوز نور و تشعشع توسط ترکیه، جنوب اسپانیا، سیسیل، ساردینیا، جزایر یونان، سواحل فرانسه (بخش جنوبی) و همچنین بخش هایی از ایتالیا، قبرس و کرت دریافت می شود.

ما چطور؟

کل تشعشعات خورشیدی در روسیه در نگاه اول به طور غیرمنتظره ای توزیع می شود. در قلمرو کشور ما، به اندازه کافی عجیب، استراحتگاه های دریای سیاه نیستند که نخل را نگه می دارند. بیشترین دوز تابش خورشیدی در مناطق هم مرز چین و Severnaya Zemlya رخ می دهد. به طور کلی، تابش خورشیدی در روسیه شدید نیست، که به طور کامل با موقعیت جغرافیایی شمالی ما توضیح داده می شود. حداقل مقدار نور خورشید به منطقه شمال غربی - سنت پترزبورگ، همراه با مناطق اطراف می رود.

تشعشعات خورشیدی در روسیه کمتر از اوکراین است. در آنجا بیشترین تشعشعات فرابنفش به کریمه و نواحی فراتر از رود دانوب می رسد و کارپات ها و مناطق جنوبی اوکراین در رتبه دوم قرار دارند.

مجموع تشعشعات خورشیدی (شامل مستقیم و پراکنده) که بر روی سطح افقی می افتند به تفکیک ماه در جداول ویژه توسعه یافته برای مناطق مختلف ارائه می شود و بر حسب MJ/m2 اندازه گیری می شود. به عنوان مثال، تابش خورشیدی در مسکو از 31-58 در ماه های زمستان تا 568-615 در تابستان متغیر است.

درباره تابش خورشیدی

تابش تابش، یا میزان تابش مفیدی که بر روی سطح نور خورشید می ریزد، در مکان های جغرافیایی مختلف به طور قابل توجهی متفاوت است. تابش سالانه در هر متر مربع بر حسب مگاوات محاسبه می شود. به عنوان مثال، در مسکو این مقدار 1.01، در آرخانگلسک - 0.85، در آستاراخان - 1.38 مگاوات است.

هنگام تعیین آن، لازم است عواملی مانند زمان سال (در زمستان نور کمتر و طول روز وجود دارد)، ماهیت زمین (کوه ها می توانند خورشید را مسدود کنند)، شرایط آب و هوایی مشخصه منطقه را در نظر بگیرید - مه، بارندگی های مکرر و ابری. صفحه دریافت کننده نور می تواند به صورت عمودی، افقی یا مایل جهت گیری شود. میزان تابش و همچنین توزیع تابش خورشیدی در روسیه، داده‌هایی است که در جدولی بر اساس شهر و منطقه گروه‌بندی شده‌اند که عرض جغرافیایی را نشان می‌دهد.

خانه » جلوگیری » تابش کل خورشید تابش خورشیدی: انواع تابش مستقیم، پراکنده و کل تعریف تابش مستقیم خورشیدی