Teljes napsugárzás. Napsugárzás: típusai. Közvetlen, diffúz és teljes sugárzás A közvetlen napsugárzás meghatározása

A napsugárzás minden fajtája három módon éri el a Föld felszínét - közvetlen, visszavert és szórt napsugárzás formájában.
Közvetlen napsugárzás- Ezek közvetlenül a napból érkező sugarak. Intenzitása (hatékonysága) a nap horizont feletti magasságától függ: a maximumot délben, a minimumot pedig reggel és este figyeljük meg; az évszaktól függően: maximum - nyáron, minimum - télen; a terület tengerszint feletti magasságán (magasabban a hegyekben, mint a síkságon); a légkör állapotáról (a légszennyezés csökkenti). A napsugárzás spektruma a Nap horizont feletti magasságától függ (minél alacsonyabban van a nap a horizont felett, annál kevesebb az ultraibolya sugárzás).
Visszavert napsugárzás- Ezek a nap sugarai, amelyeket a föld vagy a víz felszíne tükröz vissza. Ezt a visszavert sugarak teljes fluxusához viszonyított százalékában fejezik ki, és albedónak nevezik. Az albedó nagysága a visszaverő felületek természetétől függ. A napozás megszervezésénél és lebonyolításánál ismerni és figyelembe kell venni azon felületek albedóját, amelyeken napozás történik. Néhányukat szelektív reflexió jellemzi. A hó teljesen visszaveri az infravörös sugarakat, az ultraibolya sugarakat kisebb mértékben.

Szórt napsugárzás a napfény légköri szórása következtében alakult ki. A levegőmolekulák és a benne szuszpendált részecskék (apró vízcseppek, jégkristályok stb.), úgynevezett aeroszolok, visszaverik a sugarak egy részét. A többszöri visszaverődés következtében néhányuk mégis eléri a földfelszínt; Ezek szórt napsugarak. Többnyire ultraibolya, ibolya és kék sugarak szóródnak, ami tiszta időben meghatározza az égbolt kék színét. A szórt sugarak aránya magas a magas szélességi körökben (az északi régiókban). Ott a nap alacsonyan van a horizont felett, ezért a sugarak útja a földfelszín felé hosszabb. Hosszú úton a sugarak több akadályba ütköznek, és nagyobb mértékben szóródnak szét.

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

Teljes napsugárzás- minden közvetlen és szórt napsugárzás, amely eléri a Föld felszínét. A teljes napsugárzást az intenzitás jellemzi. Felhőtlen égbolt esetén a teljes napsugárzás dél körül, egész évben pedig nyáron éri el a maximumot.

Sugárzási egyensúly
A földfelszín sugárzási mérlege a földfelszín által elnyelt teljes napsugárzás és annak effektív sugárzása közötti különbség. A föld felszínére
- a bejövő rész elnyeli a közvetlen és diffúz napsugárzást, valamint a légkörből származó ellensugárzást;
- a fogyasztható rész a föld saját sugárzása miatti hőveszteségből áll.

A sugárzási egyensúly lehet pozitív(nappali, nyári) és negatív(éjszaka, télen); kW/sq.m/perc mértékegységben mérve.
A földfelszín sugárzási mérlege a földfelszín hőmérlegének legfontosabb összetevője; az egyik fő klímaformáló tényező.

A földfelszín hőegyensúlya- a szárazföld és az óceán felszínére be- és kiáramlás valamennyi típusának algebrai összege. A hőmérleg jellege és energiaszintje meghatározza a legtöbb exogén folyamat jellemzőit és intenzitását. Az óceán hőegyensúlyának fő összetevői a következők:
- sugárzási egyensúly;
- párolgási hőfogyasztás;
- turbulens hőcsere az óceán felszíne és a légkör között;
- az óceán felszínének vertikális turbulens hőcseréje az alatta lévő rétegekkel; És
- vízszintes óceáni advekció.

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

Napsugárzás mérése.

A napsugárzás mérésére aktinométereket és pirheliométereket használnak. A napsugárzás intenzitását általában a hőhatáson mérik, és egységnyi felületre jutó kalóriában fejezik ki egységnyi idő alatt.

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

A napsugárzás intenzitását Janiszewski piranométerrel mérik galvanométerrel vagy potenciométerrel.

A teljes napsugárzás mérésénél a piranométer árnyékernyő nélkül, míg szórt sugárzás mérésénél árnyékernyővel kerül beépítésre. A közvetlen napsugárzást a teljes és a diffúz sugárzás különbségeként számítják ki.

A kerítésre beeső napsugárzás intenzitásának meghatározásakor a piranométert úgy kell felszerelni, hogy a készülék érzékelt felülete szigorúan párhuzamos legyen a kerítés felületével. Ha nincs automatikus sugárzásrögzítés, napkelte és napnyugta között 30 percenként kell méréseket végezni.

A kerítés felületére eső sugárzás nem nyelődik el teljesen. A kerítés textúrájától és színétől függően a sugarak egy része visszaverődik. A visszavert sugárzás és a beeső sugárzás arányát százalékban kifejezve nevezzük felszíni albedóés P.K albedométerrel mérik. Kalitina komplett galvanométerrel vagy potenciométerrel.

A nagyobb pontosság érdekében a megfigyeléseket derült égbolt alatt és a kerítést erős napfény mellett kell végezni.

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

Napsugárzás, amely a Földön zajló összes folyamat fő energiaforrása, így a légkörben is, minden irányban elektromágneses hullámok formájában terjed. A Föld és a Nap közötti átlagos távolságon (149,6x10 6 km) a légkörön kívüli teljes napenergia-áramot állandó értéknek tekintjük. A napsugárzásra merőleges egységnyi területre eső napsugárzás energiamegvilágítása egységnyi idő alatt a légkör felső határán, a Földtől átlagos távolságban a Naphoz szoláris állandónak nevezzükSO.

A légkörön áthaladó napsugárzás csillapítása.

A közvetlen napsugárzás csillapítását, amikor az a légkör felső határától a földfelszín felé halad, a Bouguer-képlet határozza meg

S = S 0 p m (1),

ahol S a Föld felszínéhez közeli, a napsugárzásra merőleges hely napsugárzás általi megvilágítása;

S 0 - szoláris állandó;

p - a légköri átlátszóság integrált együtthatója;

m a légkör optikai tömege, amely áthaladt a napsugarakon.

Amikor m=1, azaz amikor a Nap a zenitjén van,

S=S0 p,p=S/S0.

Következésképpen az átlátszósági együttható azt mutatja meg, hogy a napsugárzás mekkora része éri el a Föld felszínét, amikor a napsugarak függőlegesen esnek.

A h c = 0, azaz. a Nappal a horizonton m nem egyenlő a végtelennel, hanem 35-tel.

A sugárzás abszorpcióval és szórással történő csillapítása két részre osztható: permanens gázok általi csillapítás (ideális atmoszféra), valamint vízgőz és aeroszol szennyeződések általi csillapítás.

Az ideális légkör átlátszósági együtthatójának (p i) és a valós légkör átlátszósági együtthatójának (p) arányát ún. zavarossági tényező (K m). Megmutatja, hogy hány ideális atmoszférát kell venni ahhoz, hogy ugyanolyan csillapítást kapjunk, mint a valódi légkör.

NAK NEK m = log р/ log р én

A K m értékeket százados pontossággal határozzák meg.

A napsugárzás érkezése a Föld felszínére.

A vízszintes felület közvetlen napsugárzás általi megvilágítását (S  besugárzás) a következő képlettel számítjuk ki:

S = Sbűnh c ,

ahol S egy merőleges felületre irányuló közvetlen sugárzás;

h c a Nap magassága az S kiszámításának pillanatában.

A teljes napsugárzás energiamegvilágítását a következő képlettel számítjuk ki:

K = S + D,

ahol S a közvetlen sugárzás vízszintes felületre történő energiamegvilágítása;

D - diffúz napsugárzás energiamegvilágítása.

Ezeket a pillanatnyi (helyesebben másodperces) értékeket kW/m2-ben fejezik ki százados pontossággal.

A napsugárzás tényleges óránkénti, napi, havi és éves energiaterhelését vízszintes felületen a sugárzás időfüggőségét kifejező függvények numerikus integrálásával határozzuk meg. Egy bizonyos időintervallumra vonatkozó energiaterhelést a megfelelő (közvetlen, diffúz, teljes) sugárzás óránkénti, napi, havi és éves összegének nevezzük, és  h S, nap D-vel jelöljük. Mindezeket az összegeket MJ/m 2 -ben fejezzük ki. , óránként és naponta százados pontossággal, havonta - egységig, évesen tízig.

A napsugárzás visszaverődése és elnyelése az aktív rétegben.

A napsugárzás aktív rétegről való visszaverődési együtthatója - A (albedó) - az arány:

A=K negatív / K,

ahol Q neg a visszavert sugárzás, azaz. a teljes sugárzás visszavert része (kW/m2).

Q - teljes napsugárzás (kW/m2).

Az albedót egy egység törtrészében fejezik ki százados pontossággal vagy százalékban. Az aktív réteg által elnyelt teljes sugárzás (kW/m2) része:

K P = K (1 – A)

Ezt a mennyiséget (Q p) elnyelt sugárzásnak vagy rövidhullámú sugárzási egyensúlynak nevezzük. Ez utóbbi esetben B-nek jelöljük

Az aktív réteg sugárzása.

Az aktív réteg energetikai fényerejét (E c) a következő képlettel számítjuk ki:

E Val vel =  T 0 4 ,

ahol  a hősugárzási együttható, más néven emissziós együttható,

 - Stefan-Boltzmann állandó, 5,67 x10 -8 W/m 2 x K

T 0 - az aktív réteg hőmérséklete (K).

A T 0 4 szorzat különböző hőmérsékleteken táblázatba foglalva (1. melléklet).

Ugyanezek az értékek jellemzik az aktív réteg abszorpciós tulajdonságait a rá eső hosszúhullámú sugárzáshoz viszonyítva.

Az aktív réteg sugárzását belső sugárzásnak is nevezik. Az Ec pillanatnyi (második) értékeit és ennek a sugárzásnak az energia-expozícióit különböző intervallumokra (összegekre) ugyanazokban a mértékegységekben és kerekítéssel fejezzük ki, mint a rövidhullámú sugárzás megfelelő jellemzőit.

Elleni sugárzás.

Az aktív réteg ellensugárzás általi energiamegvilágítását tiszta égbolton a Brent-képlet határozza meg:

E A =T A 4 (D+G)

ahol -TA a levegő hőmérséklete (K) a földfelszín felett 2 m magasságban, e a vízgőz parciális nyomása (hPa) azonos magasságban, D és G állandók (D = 0,61, G = 0,05 ).

A szembejövő sugárzás aktív réteg által elnyelt (E A p) és visszavert (E A neg) részét a következő összefüggések határozzák meg:

E A p =  E A , E Egy negatív = (1-  ) E A

ahol E A, E A p és E A neg azonos egységekben van kifejezve, mint E s.

Az aktív réteg effektív sugárzása és sugárzási egyensúlya.

Az aktív réteg effektív sugárzását (E eff) tiszta égbolton a következő összefüggés határozza meg:

E ef = E Val vel -  E V ,

ahol E c a saját sugárzása;

E in - ellensugárzás.

 - emissziós tényező.

A mínusz előjellel vett effektív sugárzás a hosszúhullámú sugárzási egyensúlyt jelenti

BAN BEN d =  E V - E Val vel

A hatékony sugárzást felhők jelenlétében a következő arány jellemzi:

E ef o = E ef i (1-C n n n -C c n c -C in n c),

ahol E eff o az effektív sugárzás különböző szintű felhőzet esetén,

E ef i - hatékony sugárzás tiszta égen,

C - empirikus felhő együtthatók különböző szintű felhőzethez (Cn - alsó, egyenlő 0,076, Cs - középső, egyenlő 0,052, és Cw - felső -0,022).

n n, n s, n in - felhők száma pontokban rétegenként

Az aktív réteg sugárzási egyensúlyát a következő arány jellemzi:

R = (S + D) (1- A) - E ef

Az aktív réteg sugárzási egyensúlyának pillanatnyi értékeit és összegét ugyanabban a mértékegységben és kerekítéssel fejezzük ki, mint az összes többi sugárzási fluxust.

3. ELŐADÁS

SUGÁRZÁSEGYENSÚLY ÉS ALKATRÉSZEI

A Föld felszínét elérő napsugárzás részben visszaverődik róla, részben pedig elnyeli a Föld. A Föld azonban nemcsak elnyeli a sugárzást, hanem hosszú hullámú sugárzást is bocsát ki a környező légkörbe. A napsugárzás egy részét és a földfelszín sugárzásának nagy részét elnyelő légkör maga is hosszúhullámú sugárzást bocsát ki. A légköri sugárzás nagy része a földfelszín felé irányul. Ez az úgynevezetta légkörből származó sugárzás ellen .

A Föld aktív rétegébe érkező és onnan távozó sugárzó energia áramlások különbségét únsugárzási egyensúly aktív réteg.

A sugárzási mérleg abból áll rövidhullámú és hosszúhullámú sugárzástól. A következő elemeket tartalmazza, amelyeket a sugárzási egyensúly összetevőinek neveznek:közvetlen sugárzás, diffúz sugárzás, visszavert sugárzás (rövidhullám), sugárzás a föld felszínéről, ellensugárzás a légkörből .

Tekintsük a sugárzási mérleg összetevőit.

Közvetlen napsugárzás

A közvetlen sugárzás energia-besugárzása a Nap magasságától és a légkör átlátszóságától függ, és a tengerszint feletti magasság növekedésével növekszik. Az alacsony szintű felhők általában teljesen vagy szinte nem sugároznak közvetlen sugárzást.

A földfelszínt érő napsugárzás hullámhossza 0,29-4,0 mikron tartományba esik. Energiájának körülbelül a fele származik ftoszintetikusan aktív sugárzás. A területen PAR A sugárzás gyengülése a Nap magasságának csökkenésével gyorsabban megy végbe, mint az infravörös sugárzás tartományában. A közvetlen napsugárzás érkezése, amint már jeleztük, a Nap horizont feletti magasságától függ, napközben és egész évben is változó. Ez határozza meg a közvetlen sugárzás napi és éves ciklusát.

A közvetlen sugárzás változását egy felhőtlen nap (napi ciklus) során egy egycsúcsos görbe fejezi ki, amelynek maximuma a valós szoláris délben van. Nyáron a szárazföld felett a maximum dél előtt alakulhat ki, mivel dél felé fokozódik a légkör porosodása.

Ahogy a pólusokról az Egyenlítő felé halad, a közvetlen sugárzás érkezése az év bármely szakában növekszik, mivel a Nap déli magassága növekszik.

A közvetlen sugárzás éves lefolyása a sarkokon a legkifejezettebb, mivel télen itt egyáltalán nincs napsugárzás, nyáron pedig eléri a 900 W/m²-t. A középső szélességi körökön a közvetlen sugárzás maximuma néha nem nyáron, hanem tavasszal figyelhető meg, mivel a nyári hónapokban a vízgőz- és portartalom növekedése miatt a légkör átlátszósága csökken. a téli napfordulóhoz közeli időszakban (december). Az Egyenlítőnél két maximumot figyelnek meg, amelyek körülbelül 920 W/m² a tavaszi és őszi napéjegyenlőség napjain, és két minimumot (körülbelül 550 W/m²) a nyári és a téli napforduló napjain.

Szórt sugárzás

A szórt sugárzás maximuma általában jóval kisebb, mint a közvetlen sugárzás maximuma. Minél magasabb a Nap magassága és minél szennyezettebb a légkör, annál nagyobb a szórt sugárzás fluxusa. A Napot nem takaró felhők a tiszta égbolthoz képest növelik a szórt sugárzás érkezését. A szórt sugárzás érkezésének a felhőzettől való függése összetett. Ezt a felhők típusa és száma, függőleges erejük és optikai tulajdonságai határozzák meg. A felhős égbolt diffúz sugárzása 10-nél többször is ingadozhat.

A közvetlen sugárzás akár 70-90%-át visszaverő hótakaró növeli a diffúz sugárzást, amely aztán szétszóródik a légkörben. Ahogy egy hely tengerszint feletti magassága nő, a szórt sugárzás a tiszta égbolt alatt csökken.

Napi és éves ciklus a tiszta égbolt alatti szórt sugárzás általában a közvetlen sugárzás lefolyásának felel meg. Reggelente azonban már napkelte előtt megjelenik a szórt sugárzás, este pedig még az alkonyati időszakban, vagyis napnyugta után érkezik. Az éves lefolyásban a szórt sugárzás maximuma nyáron figyelhető meg.

Teljes sugárzás

A vízszintes felületre eső diffúz és közvetlen sugárzás összegét únteljes sugárzás .

Ez a sugárzási egyensúly fő összetevője. Spektrális összetétele a közvetlen és szórt sugárzáshoz képest stabilabb, és szinte nem függ a Nap magasságától, ha az meghaladja a 15°-ot.

A közvetlen és a diffúz sugárzás aránya a teljes sugárzás összetételében a Nap magasságától, a felhőzettől és a légkör szennyezettségétől függ. A Nap magasságának növekedésével a szórt sugárzás aránya a felhőtlen égbolton csökken. Minél átlátszóbb a légkör, annál kisebb a szórt sugárzás aránya. Folyamatos sűrű felhők esetén a teljes sugárzás teljes mértékben szórt sugárzásból áll. Télen a hótakaró sugárzásának visszaverődése és a légkörben való másodlagos szórása miatt a szórt sugárzás részaránya a teljes sugárzáson belül érezhetően megnő.

A teljes sugárzás érkezése felhők jelenlétében tág határok között mozog. Legnagyobb érkezése tiszta égbolton vagy könnyű felhőkben figyelhető meg, amelyek nem takarják el a Napot.

Napi és éves szinten a teljes sugárzás változása szinte egyenesen arányos a Nap magasságának változásával. Napi ciklusban a felhőtlen égbolt alatt a maximális összsugárzás általában délben következik be. Az éves lefolyásban az északi féltekén általában júniusban, a déli féltekén decemberben figyelhető meg a teljes sugárzás maximuma.

Visszavert sugárzás. Albedo

A Föld aktív rétegébe érkező teljes sugárzás egy része visszaverődik róla. A sugárzás visszavert részének a teljes bejövő teljes sugárzáshoz viszonyított arányát únfényvisszaverő , vagyalbedó (A) egy adott mögöttes felület.

A felület albedója a színétől, érdességétől, páratartalmától és egyéb tulajdonságaitól függ.

Különféle természetes felületek albedója (V. L. Gaevsky és M. I. Budyko szerint)

A 60° feletti napmagasságban lévő vízfelületek albedója kisebb, mint a szárazföldé, mivel a vízbe behatoló napsugarak nagyrészt elnyelődnek és szétszóródnak benne. A sugarak függőleges beesése esetén A = 2-5%, 10°-nál kisebb napmagasságnál A = 50-70%. A jég- és hóalbedó lassabb tavaszi ütemet okoz a sarkvidékeken, és ott az örök jég megmarad.

A szárazföld, a tenger és a felhőtakaró albedójának megfigyelése mesterséges földi műholdakról történik. A tenger albedója lehetővé teszi a hullámok magasságának kiszámítását, a felhők albedója jellemzi azok erejét, a különböző szárazföldi területek albedója pedig lehetővé teszi a szántóföldek hóborítottságának és a növénytakaró állapotának megítélését.

Minden felület, különösen a vízfelületek albedója a Nap magasságától függ: a legalacsonyabb albedó délben, a legmagasabb reggel és este van. Ennek az az oka, hogy kis napmagasságnál a szórt sugárzás aránya megnövekszik a teljes sugárzáson belül, amely a közvetlen sugárzásnál nagyobb mértékben visszaverődik a durva alapfelületről.

Hosszúhullámú sugárzás a Földről és a légkörből

Földi sugárzásvalamivel kevesebb, mint a fekete test sugárzása azonos hőmérsékleten.

A földfelszín sugárzása folyamatosan történik. Minél magasabb a sugárzó felület hőmérséklete, annál intenzívebb a sugárzása. A légkörből is folyamatos sugárzás érkezik, amely a napsugárzás egy részét és a földfelszín sugárzását elnyeli, maga is hosszúhullámú sugárzást bocsát ki.

A mérsékelt övi szélességeken felhőtlen égbolt mellett a légköri sugárzás 280-350 W/m², felhős égbolt esetén 20-30%-kal több. Ennek a sugárzásnak körülbelül 62-64%-a a földfelszín felé irányul. Érkezése a Föld felszínére ellensugárzást jelent a légkörből. A két áramlás közötti különbség az aktív réteg sugárzó energiaveszteségét jellemzi. Ezt a különbséget únhatékony sugárzás Eef .

Az aktív réteg effektív sugárzása a hőmérsékletétől, a levegő hőmérsékletétől és páratartalmától, valamint a felhőzettől függ. A földfelszín hőmérsékletének emelkedésével az Eeff növekszik, a hőmérséklet és a levegő páratartalmának növekedésével pedig csökken. A felhők különösen befolyásolják az effektív sugárzást, mivel a felhőcseppek szinte ugyanannyit bocsátanak ki, mint a Föld aktív rétege. Átlagosan az Eeff éjszaka és nappal tiszta égbolt mellett a földfelszín különböző pontjain 70-140 W/m² között változik.

Napi ciklus az effektív sugárzást a maximum 12-14 órában, a minimum pedig napkelte előtt jellemzi.Éves tanfolyam A kontinentális éghajlatú területeken a hatékony sugárzást a nyári hónapokban maximum, télen a minimum jellemzi. A tengeri éghajlatú területeken az effektív sugárzás éves ciklusa kevésbé kifejezett, mint a szárazföldön elhelyezkedő területeken

A földfelszín sugárzását a levegőben lévő vízgőz és szén-dioxid nyeli el. De a légkör nagyrészt rövidhullámú sugárzást sugároz a Napból. A légkörnek ezt a tulajdonságát ún"üvegházhatás" , hiszen az üvegházakban üvegként működik a légkör: az üveg jól átengedi a napsugarakat, felmelegíti a talajt és a növényeket az üvegházban, de nem engedi át jól a felmelegedett talaj hősugárzását a külső térbe. A számítások azt mutatják, hogy légkör hiányában a Föld aktív rétegének átlaghőmérséklete 38°C-kal alacsonyabb lenne a ténylegesen megfigyeltnél, a Földet pedig örök jég borítja.

Ha a sugárzás beáramlása nagyobb, mint a kiáramlás, akkor a sugárzási mérleg pozitív, és a Föld aktív rétege felmelegszik. Negatív sugárzási mérleg esetén ez a réteg lehűl. A sugárzási mérleg nappal általában pozitív, éjszaka negatív. Napnyugta előtt kb. 1-2 órával negatívvá, reggelente, napkelte után átlagosan 1 órával ismét pozitívvá válik. A sugárzási mérleg alakulása nappal derült égbolt alatt közel áll a közvetlen sugárzás lefolyásához.

A mezőgazdasági területek sugárzási mérlegének vizsgálata lehetővé teszi a növények és a talaj által elnyelt sugárzás mennyiségének kiszámítását a Nap magasságától, a termés szerkezetétől és a növények fejlődési szakaszától függően. A hőmérséklet és a talajnedvesség, a párolgás és egyéb mennyiségek szabályozásának különböző módszereinek értékeléséhez a mezőgazdasági területek sugárzási mérlegét meghatározzák a különböző típusú növénytakarókra.

A napsugárzás mérési módszerei és a sugárzási mérleg összetevői

A napsugárzás fluxusának mérésére használják őketabszolút Ésrelatív módszereket és ennek megfelelően fejlesztettek ki abszolút és relatív aktinometrikus műszereket. Az abszolút műszereket általában csak a relatív műszerek kalibrálására és ellenőrzésére használják.

A relatív műszereket rendszeres megfigyelésekre használják az időjárási állomások hálózatán, valamint expedíciókon és terepi megfigyelések során. Ezek közül a legszélesebb körben használt termoelektromos műszerek az aktinométer, a piranométer és az albedométer. Ezekben az eszközökben a napsugárzás vevője két fémből (általában manganinból és konstansból) álló hőoszlopok. A hőcső csomópontjai közötti sugárzás intenzitásától függően hőmérsékletkülönbség jön létre, és változó erősségű elektromos áram jelenik meg, amelyet galvanométerrel mérnek. A galvanométer skálaosztásának abszolút mértékegységekre való konvertálásához konverziós tényezőket használnak, amelyeket egy adott párra határoznak meg: aktinometrikus eszköz - galvanométer.

Termoelektromos aktinométer (M-3) A Savinov-Yanishevsky a napsugárzásra merőleges felületre érkező közvetlen sugárzás mérésére szolgál.

Piranométer (M-80M) Yanishevsky a vízszintes felületre érkező teljes és szórt sugárzás mérésére szolgál.

A megfigyelések során a piranométer fogadó részét vízszintesen szerelik fel. A szórt sugárzás meghatározásához a piranométert a vételi felülettől 60 cm távolságra rúdra szerelt kerek korong formájában árnyékoló árnyékoló árnyékolja a közvetlen sugárzástól. A teljes sugárzás mérésekor az árnyékképernyő oldalra kerül

Albedométer egy piranométer, szintén adaptált. A visszavert sugárzás mérésére. Erre a célra olyan eszközt használnak, amely lehetővé teszi a készülék vevő részének felfelé (közvetlen sugárzás mérésére) és lefelé (visszavert sugárzás mérésére) forgatását. A teljes és a visszavert sugárzás albedométerrel történő meghatározása után kiszámítjuk az alatta lévő felület albedóját. A terepi mérésekhez M-69 utazó albedométert használnak.

Termoelektromos egyensúlymérő M-10M. Ez az eszköz az alatta lévő felület sugárzási egyensúlyának mérésére szolgál.

A tárgyalt műszereken kívül luxmétereket is alkalmaznak - fotometriai műszerek megvilágítás mérésére, spektrofotométerek, különböző műszerek PAR mérésére stb. Számos aktinometrikus műszer alkalmas a sugárzási mérleg összetevőinek folyamatos rögzítésére.

A napsugárzási rendszer fontos jellemzője a napsütés időtartama. Ennek meghatározásához használjaheliográf .

Terepi körülmények között a leggyakrabban használt piranométer, gyalogló albedométer, mérlegmérő és luxméter. A növények közötti megfigyeléshez a túra albedométerek és a luxméterek, valamint a speciális mikropiranométerek a legkényelmesebbek.

2. ELŐADÁS.

NAPSUGÁRZÁS.

Terv:

1. A napsugárzás jelentősége a földi élet szempontjából.

2. A napsugárzás fajtái.

3. A napsugárzás spektrális összetétele.

4. Sugárzás abszorpciója és diszperziója.

5.PAR (fotoszintetikusan aktív sugárzás).

6. Sugárzási egyensúly.

1. A Földön minden élőlény (növények, állatok és emberek) fő energiaforrása a Nap energiája.

A Nap egy 695 300 km sugarú gázgömb. A Nap sugara 109-szer nagyobb, mint a Föld sugara (egyenlítői 6378,2 km, sarki 6356,8 km). A Nap elsősorban hidrogénből (64%) és héliumból (32%) áll. A többi csak tömegének 4%-át teszi ki.

A napenergia a bioszféra létezésének fő feltétele és az egyik fő klímaalkotó tényező. A Nap energiájának köszönhetően a légtömegek folyamatosan mozognak a légkörben, ami biztosítja a légkör gázösszetételének állandóságát. A napsugárzás hatására hatalmas mennyiségű víz párolog el a tározók felszínéről, a talajról és a növényekről. A szél által az óceánokból és a tengerekből a kontinensekre szállított vízgőz a szárazföldi csapadék fő forrása.

A napenergia nélkülözhetetlen feltétele a zöld növények létezésének, amelyek a napenergiát a fotoszintézis során nagy energiájú szerves anyagokká alakítják.

A növények növekedése és fejlődése a napenergia asszimilációjának és feldolgozásának folyamata, ezért mezőgazdasági termelés csak akkor lehetséges, ha a napenergia eléri a Föld felszínét. Egy orosz tudós ezt írta: „Adj a legjobb szakácsnak annyi friss levegőt, napfényt, egy egész folyó tiszta vizet, amennyit csak akar, kérd meg, hogy készítsen mindebből cukrot, keményítőt, zsírokat és gabonát, és ő úgy dönt, hogy nevet. nála. De ami az ember számára teljesen fantasztikusnak tűnik, az akadálytalanul megtörténik a növények zöld leveleiben a Nap energiája hatására.” Becslések szerint 1 négyzetméter. Egy méter levél óránként egy gramm cukrot termel. Tekintettel arra, hogy a Földet egy összefüggő légköri burok veszi körül, a napsugarak, mielőtt elérnék a Föld felszínét, a légkör teljes vastagságán áthaladnak, ami részben visszaveri, részben szétszórja, azaz megváltozik. a föld felszínére érkező napfény mennyisége és minősége. Az élő szervezetek érzékenyen reagálnak a napsugárzás által keltett megvilágítás intenzitásának változásaira. A fényintenzitásra adott eltérő reakciók miatt a növényzet minden formája fénykedvelőre és árnyéktűrőre oszlik. A növények elégtelen megvilágítása például a gabonanövények szalmaszövetének gyenge differenciálódását okozza. Ennek eredményeként a szövetek szilárdsága és rugalmassága csökken, ami gyakran a termés megrepedéséhez vezet. Sűrű kukoricanövényekben az alacsony napsugárzás miatt gyengül a csutkaképződés a növényeken.

A napsugárzás befolyásolja a mezőgazdasági termékek kémiai összetételét. Például a répa és a gyümölcs cukortartalma, a búzaszemek fehérjetartalma közvetlenül függ a napsütéses napok számától. A napraforgó- és lenmagban lévő olaj mennyisége is nő a napsugárzás növekedésével.

A növények föld feletti részeinek megvilágítása jelentősen befolyásolja a tápanyagok gyökerek általi felszívódását. Gyenge fényviszonyok között az asszimilátumok átjutása a gyökerekhez lelassul, ennek következtében a növényi sejtekben lezajló bioszintetikus folyamatok gátolódnak.

A megvilágítás hatással van a növénybetegségek megjelenésére, terjedésére és fejlődésére is. A fertőzési periódus két fázisból áll, amelyek eltérőek a fényfaktorral szembeni reakciójukban. Az első közülük - a spórák tényleges csírázása és a fertőző elv behatolása az érintett kultúra szöveteibe - a legtöbb esetben nem függ a fény jelenlététől és intenzitásától. A második - a spórák csírázása után - fokozott megvilágítás mellett a legaktívabb.

A fény pozitív hatása befolyásolja a kórokozó fejlődési ütemét is a gazdanövényben. Ez különösen a rozsdagombáknál nyilvánvaló. Minél több a fény, annál rövidebb a lappangási idő a búza lineáris rozsdájának, az árpa sárgarozsdájának, a len és a bab rozsdájának stb. Erős fényviszonyok mellett ebben a kórokozóban nő a termékenység

Egyes betegségek a legaktívabbak az elégtelen megvilágítás mellett, ami a növények gyengülését és a betegségekkel szembeni ellenállásuk csökkenését okozza (különböző típusú rothadás kórokozói, különösen a zöldségnövények).

A fény időtartama és a növények. A napsugárzás ritmusa (a nap világos és sötét részeinek váltakozása) a legstabilabb környezeti tényező, amely évről évre ismétlődik. Sok éves kutatás eredményeként a fiziológusok megállapították, hogy a növények generatív fejlődésbe való átmenete a nappal és az éjszaka hosszának egy bizonyos arányától függ. Ebből a szempontból a növényeket fotoperiodikus reakciójuk szerint csoportokba sorolhatjuk: rövid nap amelyek fejlődése késik, ha a nap hossza meghaladja a 10 órát. A rövid nap elősegíti a virágzást, míg a hosszú nap megakadályozza ezt. Ilyen termények közé tartozik a szójabab, rizs, köles, cirok, kukorica stb.;

hosszú nap 12-13 óráig, fejlődésükhöz hosszan tartó világításra van szükség. Fejlődésük felgyorsul, ha a nappalok hossza körülbelül 20 óra, ilyen növények a rozs, zab, búza, len, borsó, spenót, lóhere stb.

naphossz semleges, melynek fejlődése nem függ a nap hosszától, például paradicsom, hajdina, hüvelyesek, rebarbara.

Megállapítást nyert, hogy a növények virágzásának megkezdéséhez egy bizonyos spektrális összetétel túlsúlya szükséges a sugárzási fluxusban. A rövidnapos növények gyorsabban fejlődnek, ha a maximális sugárzás a kék-lila sugarakra esik, a hosszú napos növények pedig a pirosra. A nappali órák időtartama (csillagászati ​​naphossz) az évszaktól és a szélességtől függ. Az Egyenlítőn a nap hossza egész évben 12 óra ± 30 perc. Ahogy a tavaszi napéjegyenlőség (21.03) után az Egyenlítőtől a sarkok felé haladunk, a nap hossza észak felé növekszik, dél felé csökken. Az őszi napéjegyenlőség (szeptember 23.) után a nappalok hosszának eloszlása ​​megfordul. Az északi féltekén június 22-e a leghosszabb nap, melynek időtartama a sarkkörtől északra 24 óra, az északi féltekén a legrövidebb nap december 22., az északi sarkkörön túl pedig a téli hónapokban nem kel fel a Nap. egyáltalán a horizont felett. A középső szélességeken, például Moszkvában, a nap hossza egész évben 7 és 17,5 óra között változik.

2. A napsugárzás fajtái.

A napsugárzás három összetevőből áll: közvetlen napsugárzás, diffúz és teljes.

KÖZVETLEN NAPSUGÁRZÁSS – a Napból a légkörbe, majd a földfelszínre érkező sugárzás párhuzamos sugárnyaláb formájában. Intenzitását kalória per cm2-ben mérik percenként. Ez függ a nap magasságától és a légkör állapotától (felhősség, por, vízgőz). A Sztavropol Terület vízszintes felszínén a közvetlen napsugárzás éves mennyisége 65-76 kcal/cm2/perc. Tengerszinten, a Nap magas állása (nyáron, délben) és jó átlátszóság mellett a közvetlen napsugárzás 1,5 kcal/cm2/perc. Ez a spektrum rövid hullámhosszú része. Amikor a közvetlen napsugárzás áramlása áthalad a légkörön, az gyengül az energia gázok, aeroszolok és felhők általi elnyelése (kb. 15%) és disszipációja (kb. 25%) miatt.

A vízszintes felületre eső közvetlen napsugárzás áramlását besugárzásnak nevezzük S= S bűn ho– a közvetlen napsugárzás függőleges összetevője.

S – a gerendára merőleges felület által kapott hőmennyiség ,

ho – a Nap magassága, vagyis a vízszintes felületű napsugár által bezárt szög .

A légkör határán a napsugárzás intenzitása azÍgy= 1,98 kcal/cm2/perc. – az 1958-as nemzetközi egyezmény szerint És ezt szoláris állandónak hívják. Így nézne ki a felszín, ha a légkör teljesen átlátszó lenne.

Rizs. 2.1. A napsugár útja a légkörben a Nap különböző magasságaiban

SZÓRTOTT SUGÁRZÁSD – A légkör általi szóródás következtében a napsugárzás egy része visszakerül az űrbe, jelentős része azonban szórt sugárzás formájában érkezik a Földre. Maximális szórt sugárzás + 1 kcal/cm2/min. Akkor figyelhető meg, ha tiszta az ég és magas a felhők. Felhős égbolt alatt a szórt sugárzás spektruma hasonló a napéhoz. Ez a spektrum rövid hullámhosszú része. Hullámhossz 0,17-4 mikron.

TELJES SUGÁRZÁSK- vízszintes felületre irányuló diffúz és közvetlen sugárzásból áll. K= S+ D.

A közvetlen és a diffúz sugárzás aránya a teljes sugárzás összetételében a Nap magasságától, a felhőzettől és a légkör szennyezettségétől, valamint a felszín tengerszint feletti magasságától függ. A Nap magasságának növekedésével a szórt sugárzás aránya a felhőtlen égbolton csökken. Minél átlátszóbb a légkör és minél magasabb a Nap, annál kisebb a szórt sugárzás aránya. Folyamatos sűrű felhők esetén a teljes sugárzás teljes mértékben szórt sugárzásból áll. Télen a hótakaró sugárzásának visszaverődése és a légkörben való másodlagos szórása miatt a szórt sugárzás részaránya a teljes sugárzáson belül érezhetően megnő.

A növények által a Naptól kapott fény és hő a teljes napsugárzás eredménye. Ezért a mezőgazdaság számára nagy jelentőséggel bírnak a felszínre jutó sugárzások napi, hónapi, tenyészidőszaki, évenkénti mennyiségére vonatkozó adatok.

Visszavert napsugárzás. Albedo. A földfelszínt érő teljes sugárzás, részben róla visszaverődően, visszavert napsugárzást (RK) hoz létre, amely a földfelszínről a légkörbe irányul. A visszavert sugárzás értéke nagymértékben függ a visszaverő felület tulajdonságaitól és állapotától: színtől, érdességtől, páratartalomtól stb. Bármely felület reflexiós képessége jellemezhető az albedójának (Ak) értékével, amelyen a visszaverő felület arányát értjük. visszavert napsugárzás teljes. Az albedót általában százalékban fejezik ki:

A megfigyelések azt mutatják, hogy a különböző felületek albedója viszonylag szűk határok között (10...30%) változik, a hó és a víz kivételével.

Az Albedo a talaj nedvességétől függ, és ennek növekedése csökken, ami fontos az öntözött mezők termikus rezsimjének megváltoztatása során. Az albedó csökkenése miatt, amikor a talaj nedves, az elnyelt sugárzás növekszik. A különböző felületek albedója jól körülhatárolható napi és éves ingadozással rendelkezik, az albedónak a Nap magasságától való függése miatt. A legalacsonyabb albedóérték a déli órákban, és egész évben - nyáron - figyelhető meg.

A Föld saját sugárzása és a légkörből származó ellensugárzás. Hatékony sugárzás. A Föld felszíne, mint fizikai test, amelynek hőmérséklete abszolút nulla (-273 °C) felett van, sugárzásforrás, amelyet a Föld saját sugárzásának (E3) neveznek. A légkörbe kerül, és szinte teljesen elnyeli a vízgőz, a vízcseppek és a levegőben lévő szén-dioxid. A Föld sugárzása a felszíni hőmérsékletétől függ.

A kis mennyiségű napsugárzást és a földfelszín által kibocsátott energia szinte teljes egészét elnyelő atmoszféra felmelegszik, majd energiát is bocsát ki. A légköri sugárzás körülbelül 30%-a a világűrbe kerül, körülbelül 70%-a pedig a Föld felszínére érkezik, és ezt ellenlégköri sugárzásnak (Ea) nevezik.

A légkör által kibocsátott energia mennyisége egyenesen arányos a hőmérsékletével, a szén-dioxiddal, az ózonnal és a felhőzetével.

A Föld felszíne ezt az ellensugárzást szinte teljes egészében (90...99%) elnyeli. Így az elnyelt napsugárzás mellett fontos hőforrás a földfelszín számára. A légkörnek a Föld termikus rezsimjére gyakorolt ​​hatását üvegházhatásnak vagy üvegházhatásnak nevezik az üvegházakban és üvegházakban kifejtett üveg hatásával való külső analógia miatt. Az üveg jól átereszti a napsugarakat, felmelegíti a talajt és a növényeket, de blokkolja a felforrósodott talaj és a növények hősugárzását.

A Föld felszínének saját sugárzása és a légkör ellensugárzása közötti különbséget effektív sugárzásnak nevezzük: Eeff.

Eef= E3-EA

Derült és részben felhős éjszakákon az effektív sugárzás sokkal nagyobb, mint a felhős éjszakákon, ezért nagyobb a földfelszín éjszakai lehűlése. Napközben az elnyelt összsugárzás borítja, ennek hatására a felszíni hőmérséklet emelkedik. Ezzel párhuzamosan a hatékony sugárzás is növekszik. A földfelszín a középső szélességi körökben 70...140 W/m2-t veszít az effektív sugárzás hatására, ami megközelítőleg a fele annak a hőmennyiségnek, amit a napsugárzás elnyeléséből kap.

3. A sugárzás spektrális összetétele.

A napnak, mint sugárzási forrásnak számos kibocsátott hulláma van. A hullámhossz szerinti sugárzási energiaáramokat hagyományosan a következőkre osztjuk rövidhullámú (x < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 µm) sugárzás. A napsugárzás spektruma a Föld légkörének határán gyakorlatilag 0,17 és 4 mikron, a földi és légköri sugárzásé pedig 4 és 120 mikron között van. Ebből következően a napsugárzás fluxusai (S, D, RK) a rövidhullámú sugárzáshoz, a Föld (£3) és a légkör (Ea) sugárzása pedig a hosszúhullámú sugárzáshoz tartoznak.

A napsugárzás spektruma három minőségileg különböző részre osztható: ultraibolya (Y< 0,40 мкм), ви­димую (0,40 мкм < Y < 0,75 µm) és infravörös (0,76 µm). < Y < 4 µm). A napsugárzási spektrum ultraibolya része előtt a röntgensugárzás, az infravörös részen túl pedig a Nap rádiósugárzása található. A légkör felső határán a spektrum ultraibolya része a napsugárzás energiájának körülbelül 7%-át, a látható sugárzás 46%-át, az infravörös sugárzás 47%-át teszi ki.

A Föld és a légkör által kibocsátott sugárzást ún távoli infravörös sugárzás.

A különböző típusú sugárzások biológiai hatása a növényekre eltérő. Ultraibolya sugárzás lelassítja a növekedési folyamatokat, de felgyorsítja a szaporítószervek kialakulásának szakaszait a növényekben.

Az infravörös sugárzás jelentése, amelyet a növények leveleiből és száraiból aktívan felszív a víz, a termikus hatása, amely jelentősen befolyásolja a növények növekedését és fejlődését.

Távoli infravörös sugárzás csak termikus hatást fejt ki a növényekre. A növények növekedésére és fejlődésére gyakorolt ​​hatása elhanyagolható.

A napspektrum látható része, először is megvilágítást hoz létre. Másodszor, az úgynevezett élettani sugárzás (A, = 0,35...0,75 μm), amelyet a levél pigmentjei elnyelnek, szinte egybeesik a látható sugárzás tartományával (részben rögzíti az ultraibolya sugárzás tartományát). Energiájának fontos szabályozó és energetikai jelentősége van a növények életében. A spektrum ezen részén belül megkülönböztetik a fotoszintetikusan aktív sugárzás tartományát.

4. A sugárzás elnyelése és szétszóródása a légkörben.

Ahogy a napsugárzás áthalad a föld légkörén, a légköri gázok és aeroszolok abszorpciója és szórása miatt gyengül. Ugyanakkor a spektrális összetétele is megváltozik. A nap különböző magasságai és a megfigyelési pont földfelszín feletti különböző magasságai esetén a napsugár által megtett út hossza a légkörben nem azonos. A magasság csökkenésével a sugárzás ultraibolya része különösen erősen, a látható rész valamivel kevésbé, az infravörös rész pedig csak kis mértékben.

A sugárzás szétszóródása a légkörben főként a légsűrűség folyamatos ingadozása (fluktuációja) eredményeként következik be a légkör egyes pontjain, amelyet a légköri gázmolekulák bizonyos „csomóinak” (csomóinak) kialakulása és megsemmisülése okoz. A napsugárzást aeroszol részecskék is szórják. A szórási intenzitást a szórási együttható jellemzi.

K= képlet hozzáadása.

A szórás intenzitása függ az egységnyi térfogatra jutó szóródó részecskék számától, méretüktől és jellegüktől, valamint magának a szórt sugárzásnak a hullámhosszától.

Minél rövidebb a hullámhossz, annál erősebben szóródnak a sugarak. Például az ibolya sugarak 14-szer erősebben szóródnak, mint a vörösek, ami megmagyarázza az ég kék színét. Ahogy fentebb megjegyeztük (lásd a 2.2. szakaszt), a közvetlen napsugárzás, amely áthalad a légkörön, részben szórt. Tiszta és száraz levegőben a molekuláris szórási együttható intenzitása megfelel a Rayleigh-törvénynek:

k= c/Y4 ,

ahol C az egységnyi térfogatra jutó gázmolekulák számától függő együttható; X a szórt hullám hossza.

Mivel a vörös fény távoli hullámhossza majdnem kétszerese az ibolya fény hullámhosszának, az előbbit 14-szer kevésbé szórják szét a levegőmolekulák, mint az utóbbiakat. Mivel az ibolya sugarak kezdeti (szórás előtti) energiája kisebb, mint a kékeké és a ciánké, ezért a szórt fényben (szórt napsugárzás) a maximális energia a kék-kék sugárzás felé tolódik el, ami meghatározza az ég kék színét. Így a szórt sugárzás gazdagabb fotoszintetikusan aktív sugarakban, mint a közvetlen sugárzás.

A szennyeződéseket (apró vízcseppeket, jégkristályokat, porszemcséket stb.) tartalmazó levegőben a szóródás a látható sugárzás minden területén azonos. Ezért az égbolt fehéres árnyalatot vesz fel (köd jelenik meg). A felhőelemek (nagy cseppek és kristályok) egyáltalán nem szórják szét a napsugarakat, hanem szórt módon verik vissza azokat. Ennek eredményeként a Nap által megvilágított felhők fehérnek tűnnek.

5. PAR (fotoszintetikusan aktív sugárzás)

Fotoszintetikusan aktív sugárzás. A fotoszintézis során nem a napsugárzás teljes spektrumát használják fel, hanem csak azt

a 0,38...0,71 µm hullámhossz-tartományba eső rész - fotoszintetikusan aktív sugárzás (PAR).

Ismeretes, hogy az emberi szem által fehérnek érzékelt látható sugárzás színes sugarakból áll: vörös, narancssárga, sárga, zöld, kék, indigó és ibolya.

A napsugárzás energiájának a növényi levelek általi elnyelése szelektív. A levelek legintenzívebben szívják el a kék-ibolya (X = 0,48...0,40 µm) és a narancsvörös (X = 0,68 µm) sugarakat, kevésbé - a sárga-zöld (A. = 0,58...0,50 µm) és a távoli vörös ( A. > 0,69 µm) sugarak.

A Föld felszínén a közvetlen napsugárzás spektrumában a maximális energia, amikor a Nap magasan van, a sárga-zöld sugarak tartományába esik (a napkorong sárga). Ha a Nap a horizont közelében van, a távoli vörös sugarak energiája maximális (a napkorong vörös). Ezért a közvetlen napfény energiája kevéssé járul hozzá a fotoszintézis folyamatához.

Mivel a PAR az egyik legfontosabb tényező a mezőgazdasági növények termelékenységében, a beérkező PAR mennyiségére vonatkozó információk, figyelembe véve annak területi és időbeni megoszlását, nagy gyakorlati jelentőséggel bírnak.

A fázissor intenzitása mérhető, de ehhez speciális szűrőkre van szükség, amelyek csak a 0,38...0,71 mikron tartományba eső hullámokat továbbítják. Léteznek ilyen eszközök, de az aktinometriai állomások hálózatában nem használják, hanem a napsugárzás integrál spektrumának intenzitását mérik. A PAR-érték kiszámítható a közvetlen, diffúz vagy teljes sugárzás érkezési adataiból a X. G. Tooming által javasolt együtthatók és:

Qfar = 0,43 S" +0,57 D);

térképek készültek a havi és éves Fara összegek Oroszország területén való megoszlásáról.

A PAR haszonnövények általi felhasználási fokának jellemzésére a PAR hasznos felhasználási együtthatót használjuk:

KPIfar= (összegK/ fényszórók/mennyiségK/ fényszóró) 100%,

Ahol összegK/ fényszórók- a növények vegetációs időszakában a fotoszintézisre fordított PAR mennyisége; összegK/ fényszórók- az ebben az időszakban a növényekre kapott PAR összege;

A növényeket átlagos KPIAr értékük szerint csoportokra osztják (a szerint): általában megfigyelt - 0,5...1,5%; jó - 1,5...3,0; rekord - 3,5...5,0; elméletileg lehetséges - 6,0...8,0%.

6. A FÖLDFELÜLET SUGÁRZÁSEGYENSÚLYA

A bejövő és kimenő sugárzási energiaáramok különbségét a földfelszín sugárzási egyensúlyának (B) nevezzük.

A földfelszín sugárzási mérlegének napközben beérkező részét a közvetlen nap- és szórt sugárzás, valamint a légköri sugárzás alkotja. A mérleg kiadási része a földfelszín sugárzása és a visszavert napsugárzás:

B= S / + D+ Ea-E3-Rk

Az egyenlet más formában is felírható: B = K- RK - Ef.

Éjszaka a sugárzási egyensúly egyenlete a következő:

B = Ea - E3, vagy B = -Eeff.

Ha a sugárzás beáramlása nagyobb, mint a kiáramlás, akkor a sugárzási mérleg pozitív, és az aktív felület* felmelegszik. Ha az egyenleg negatív, lehűl. Nyáron a sugárzási mérleg nappal pozitív, éjszaka negatív. A nullapont átkelés reggel körülbelül 1 órával napkelte után, este pedig 1...2 órával napnyugta előtt történik.

Az éves sugárzási mérleg azokon a területeken, ahol stabil hótakaró alakul ki, a hideg évszakban negatív, a meleg évszakban pedig pozitív értékeket mutat.

A földfelszín sugárzási egyensúlya jelentősen befolyásolja a hőmérséklet eloszlását a talajban és a légkör felszíni rétegében, valamint a párolgási és hóolvadási folyamatokat, a köd- és fagyképződést, a légtömegek tulajdonságainak változását (ezek átalakítás).

A mezőgazdasági területek sugárzási rendszerének ismerete lehetővé teszi a növények és a talaj által elnyelt sugárzás mennyiségének kiszámítását a Nap magasságától, a termés szerkezetétől és a növény fejlődési szakaszától függően. A rezsimre vonatkozó adatok szükségesek a hőmérséklet, a talajnedvesség, a párolgás szabályozásának különféle módszereinek értékeléséhez is, amelyektől függ a növények növekedése és fejlődése, a termésképződés, annak mennyisége és minősége.

Hatékony agrotechnikai technikák az aktív felület sugárzásának és ebből következően termikus rezsimjének befolyásolására a talajtakarás (a talaj vékony réteg tőzegforgáccsal, korhadt trágyával, fűrészporral stb.), a talaj műanyag fóliával való lefedése és az öntözés. . Mindez megváltoztatja az aktív felület reflexiós és abszorpciós képességét.

* Aktív felület - a talaj, a víz vagy a növényzet felszíne, amely közvetlenül elnyeli a nap- és légköri sugárzást, és sugárzást bocsát ki a légkörbe, ezáltal szabályozza a szomszédos levegőrétegek és az alatta lévő talaj-, víz-, növényzetrétegek hőkezelését.

A fényes csillag forró sugarakkal éget bennünket, és elgondolkodtat a sugárzás életünk jelentéséről, előnyeiről és ártalmairól. Mi a napsugárzás? Egy iskolai fizikaóra azt sugallja, hogy először ismerkedjünk meg általában az elektromágneses sugárzás fogalmával. Ez a kifejezés az anyag egy másik formáját jelöli, amely különbözik az anyagtól. Ez magában foglalja mind a látható fényt, mind a szem által nem észlelt spektrumot. Vagyis röntgen, gamma-sugárzás, ultraibolya és infravörös.

Elektromágneses hullámok

Sugárforrás-kibocsátó jelenlétében elektromágneses hullámai minden irányban fénysebességgel terjednek. Ezek a hullámok, mint minden más, bizonyos jellemzőkkel rendelkeznek. Ide tartozik a rezgésfrekvencia és a hullámhossz. Bármely test, amelynek hőmérséklete eltér az abszolút nullától, sugárzást bocsát ki.

A Nap a fő és legerősebb sugárzásforrás bolygónk közelében. Viszont maga a Föld (atmoszférája és felszíne) bocsát ki sugárzást, de más tartományban. A bolygó hőmérsékleti viszonyainak hosszú időn át történő megfigyelése alapján felmerült a Naptól kapott és a világűrbe kibocsátott hőmennyiség egyensúlyának hipotézise.

Napsugárzás: spektrális összetétel

A spektrum napenergiájának abszolút többsége (körülbelül 99%) a 0,1 és 4 mikron közötti hullámhossz-tartományban található. A fennmaradó 1% hosszabb és rövidebb sugarak, beleértve a rádióhullámokat és a röntgensugarakat. A nap sugárzó energiájának körülbelül a fele a szemünkkel érzékelhető spektrumban található, körülbelül 44%-a infravörös sugárzásban, 9%-a pedig ultraibolya sugárzásban van. Honnan tudjuk, hogyan oszlik meg a napsugárzás? Eloszlásának kiszámítása az űrműholdakból származó tanulmányoknak köszönhetően lehetséges.

Vannak olyan anyagok, amelyek speciális állapotba kerülhetnek, és eltérő hullámhossz-tartományú további sugárzást bocsátanak ki. Például a ragyogás alacsony hőmérsékleten lép fel, ami nem jellemző egy adott anyag fénykibocsátására. Ez a fajta sugárzás, amelyet lumineszcensnek neveznek, nem reagál a hősugárzás szokásos elveire.

A lumineszcencia jelensége azután következik be, hogy egy anyag bizonyos mennyiségű energiát elnyel és egy másik állapotba (ún. gerjesztett állapotba) megy át, amely energiája magasabb, mint az anyag saját hőmérsékletén. A lumineszcencia a fordított átmenet során jelenik meg - gerjesztett állapotból ismerős állapotba. A természetben megfigyelhetjük éjszakai égboltvilág és aurora borealis formájában.

A mi világítótestünk

A napsugarak energiája szinte az egyetlen hőforrás bolygónk számára. A mélyéből a felszínre érkező saját sugárzás intenzitása megközelítőleg 5 ezerszer kisebb. Ugyanakkor a látható fény – a bolygó életének egyik legfontosabb tényezője – csak egy része a napsugárzásnak.

A napsugarak energiája hővé alakul, kisebb része - a légkörben, nagyobb része - a Föld felszínén. Ott a víz és a talaj (felső rétegek) fűtésére fordítják, amelyek aztán hőt adnak le a levegőnek. Fűtés hatására a légkör és a földfelszín pedig infravörös sugarakat bocsát ki az űrbe, miközben lehűl.

Napsugárzás: definíció

A bolygónk felszínére közvetlenül a napkorongról érkező sugárzást általában közvetlen napsugárzásnak nevezik. A nap minden irányba terjeszti. Figyelembe véve a Föld és a Nap közötti óriási távolságot, a közvetlen napsugárzás a földfelszín bármely pontján párhuzamos sugarak nyalábjaként ábrázolható, amelynek forrása szinte a végtelen. Így a napsugarakra merőlegesen elhelyezkedő terület kapja a legnagyobb mennyiséget.

A sugárzási fluxussűrűség (vagy besugárzási teljesítmény) egy adott felületre eső sugárzás mennyiségének mértéke. Ez az egységnyi idő alatt, egységnyi területre eső sugárzási energia mennyisége. Ezt a mennyiséget - besugárzás - W/m2-ben mérik. Földünk, mint mindenki tudja, ellipszoid pályán kering a Nap körül. A nap ennek az ellipszisnek az egyik gócában található. Ezért minden évben egy bizonyos időpontban (január elején) a Föld a Naphoz legközelebbi pozíciót foglal el, egy másik helyen (július elején) pedig - a tőle legtávolabbi helyen. Ebben az esetben az energiamegvilágítás mértéke a lámpatest távolságának négyzetével fordított arányban változik.

Hová jut a Földet érő napsugárzás? Típusait sok tényező határozza meg. A földrajzi szélességtől, páratartalomtól, felhőzettől függően egy része szétszóródik a légkörben, egy része felszívódik, de a többség mégis eléri a bolygó felszínét. Ebben az esetben egy kis mennyiség visszaverődik, és a fő mennyiséget elnyeli a földfelszín, amelynek hatására felmelegszik. A szórt napsugárzás részben a földfelszínre is esik, részben elnyeli, részben visszaverődik. A többi része a világűrbe kerül.

Hogyan történik az elosztás?

Egyenletes a napsugárzás? Típusai minden légköri „veszteség” után spektrális összetételükben eltérőek lehetnek. Végül is a különböző hosszúságú sugarak különböző módon szóródnak és nyelődnek el. A légkör átlagosan az eredeti mennyiség 23%-át nyeli el. A teljes fluxus hozzávetőleg 26%-a szórt sugárzássá alakul, amelynek 2/3-a éri a Földet. Lényegében ez egy más típusú sugárzás, eltér az eredetitől. A szórt sugárzást nem a Nap korongja, hanem az égboltozat küldi a Földre. Más spektrális összetételű.

Főleg az ózonból – a látható spektrumból – és az ultraibolya sugarakból származó sugárzást nyeli el. Az infravörös sugárzást a szén-dioxid (szén-dioxid) nyeli el, ami egyébként nagyon kevés a légkörben.

A sugárzást gyengítő sugárzás a spektrum bármely hullámhosszán előfordul. Ennek során elektromágneses hatás alá kerülő részecskéi minden irányban újra elosztják a beeső hullám energiáját. Vagyis a részecskék pontszerű energiaforrásként szolgálnak.

Napfény

A szóródás miatt a napból érkező fény színét változtatja, amikor áthalad a légkör rétegein. A szóródás gyakorlati jelentősége a nappali fény megteremtése. Ha a Földet megfosztanák légkörétől, a világítás csak olyan helyeken létezne, ahol a nap közvetlen vagy visszavert sugarai érik a felszínt. Vagyis napközben a légkör a megvilágítás forrása. Ennek köszönhetően könnyű a közvetlen sugarak által nem elérhető helyeken és akkor is, ha a nap a felhők mögött rejtőzik. A szóródás adja a levegő színét – kéknek látjuk az eget.

Mitől függ még a napsugárzás? A zavarossági tényezőt nem szabad figyelmen kívül hagyni. Végül is a sugárzást kétféleképpen gyengíti - maga a légkör és a vízgőz, valamint a különféle szennyeződések. Nyáron megnövekszik a porszint (a légkör vízgőztartalma is).

Teljes sugárzás

A földfelszínre eső sugárzás teljes mennyiségére vonatkozik, mind közvetlen, mind diffúz módon. Felhős időben csökken a teljes napsugárzás.

Emiatt nyáron a teljes sugárzás átlagosan magasabb dél előtt, mint utána. És az év első felében - több, mint a másodikban.

Mi történik a teljes sugárzással a Föld felszínén? Amikor odakerül, többnyire a talaj vagy víz felső rétege nyeli el és hővé alakul, míg egy része visszaverődik. A visszaverődés mértéke a földfelszín természetétől függ. Felületi albedónak nevezzük azt a mutatót, amely a visszavert napsugárzás százalékos arányát fejezi ki a felszínre eső teljes mennyiséghez viszonyítva.

A földfelszín önsugárzásának fogalma a növényzet, a hótakaró, a felső vízrétegek és a talaj által kibocsátott hosszúhullámú sugárzásra vonatkozik. Egy felület sugárzási mérlege az elnyelt és a kibocsátott mennyiség különbsége.

Hatékony sugárzás

Bebizonyosodott, hogy az ellensugárzás szinte mindig kisebb, mint a földi sugárzás. Emiatt a Föld felszíne hőveszteséget szenved. A felszín saját sugárzása és a légköri sugárzás értéke közötti különbséget effektív sugárzásnak nevezzük. Ez valójában nettó energiaveszteség, és ennek eredményeként éjszakai hő.

Napközben is létezik. De napközben részben kompenzálja, vagy akár le is fedi az elnyelt sugárzás. Ezért a Föld felszíne nappal melegebb, mint éjszaka.

A sugárzás földrajzi eloszlásáról

A Földön a napsugárzás egyenetlenül oszlik el az év során. Eloszlása ​​zonális jellegű, a sugárzási fluxus izolinjai (egyenlő értékű kapcsolódási pontjai) egyáltalán nem azonosak a szélességi körökkel. Ezt az eltérést a felhőzet és a légköri átlátszóság eltérő szintje okozza a Föld különböző régióiban.

A teljes napsugárzás egész évben a részben felhős légkörű szubtrópusi sivatagokban a legnagyobb. Az egyenlítői öv erdőterületein sokkal kevésbé. Ennek oka a fokozott felhőzet. Mindkét pólus felé ez a mutató csökken. De a pólusok vidékén ismét növekszik - az északi féltekén kevésbé, a havas és részben felhős Antarktisz vidékén - jobban. Az óceánok felszínén a napsugárzás átlagosan kisebb, mint a kontinenseken.

A Földön szinte mindenütt pozitív sugárzási mérleggel rendelkezik a felszín, vagyis ugyanakkor a beáramló sugárzás nagyobb, mint az effektív sugárzás. Ez alól kivételt képeznek az Antarktisz és Grönland vidékei a jégfennsíkkal.

Globális felmelegedéssel nézünk szembe?

De a fentiek nem jelentik a földfelszín éves felmelegedését. A többletelnyelt sugárzást a felszínről a légkörbe történő hőszivárgás kompenzálja, amely a víz fázisának megváltozásakor (párolgás, felhők formájában kondenzáció) következik be.

Így a sugárzási egyensúly mint olyan nem létezik a Föld felszínén. De van termikus egyensúly - a hőellátás és a hőveszteség különböző módon egyensúlyban van, beleértve a sugárzást is.

Kártyaegyenleg elosztása

A földgömb ugyanazon szélességi fokain a sugárzási egyensúly nagyobb az óceán felszínén, mint a szárazföld felett. Ez azzal magyarázható, hogy az óceánokban vastagabb a sugárzást elnyelő réteg, ugyanakkor ott a tengerfelszín hidegsége miatt kisebb a hatékony sugárzás a szárazföldhöz képest.

Eloszlásának amplitúdójában jelentős ingadozások figyelhetők meg a sivatagokban. Az ottani egyensúly alacsonyabb a száraz levegőben történő magas effektív sugárzás és az alacsony felhőzet miatt. A monszun éghajlatú területeken kisebb mértékben csökken. A meleg évszakban ott megnövekszik a felhőzet, és az elnyelt napsugárzás kisebb, mint az azonos szélességi kör többi részén.

Természetesen a fő tényező, amelytől az átlagos éves napsugárzás függ, az egy adott terület szélessége. Rögzítse az ultraibolya sugárzás „részeit” az egyenlítő közelében található országokba. Ez Északkelet-Afrika, keleti partja, az Arab-félsziget, Ausztrália északi és nyugati része, Indonézia szigeteinek egy része és Dél-Amerika nyugati partja.

Európában mind a fény-, mind a sugárzás legnagyobb dózisát Törökország, Dél-Spanyolország, Szicília, Szardínia, Görögország szigetei, Franciaország tengerpartja (déli része), valamint Olaszország, Ciprus és Kréta egyes részei kapják.

Mi lesz velünk?

A teljes napsugárzás Oroszországban első pillantásra váratlanul oszlik meg. Hazánk területén furcsa módon nem a fekete-tengeri üdülőhelyek tartják a pálmát. A legnagyobb dózisú napsugárzás a Kínával és Szevernaja Zemljával határos területeken fordul elő. Általánosságban elmondható, hogy Oroszországban a napsugárzás nem különösebben intenzív, amit teljes mértékben magyaráz északi földrajzi helyzetünk. A minimális mennyiségű napfény az északnyugati régióba - Szentpétervárra megy, a környező területekkel együtt.

A napsugárzás Oroszországban gyengébb, mint Ukrajnában. Ott a legtöbb ultraibolya sugárzás a Krím-félszigetet és a Dunán túli területeket éri, a második helyen a Kárpátok és Ukrajna déli régiói állnak.

A vízszintes felületre eső teljes (beleértve a direkt és diffúz) napsugárzást is a különböző területekre kidolgozott táblázatokban adják meg hónaponként és MJ/m2-ben mérik. Például Moszkvában a napsugárzás a téli hónapokban 31-58 foktól a nyári 568-615 fokig terjed.

A napsugárzásról

A besugárzás, vagyis a napsütötte felületre eső jótékony sugárzás mennyisége a különböző földrajzi helyeken jelentősen eltér. Az éves sugárzást négyzetméterenként megawattban számítják ki. Például Moszkvában ez az érték 1,01, Arhangelszkben - 0,85, Astrakhanban - 1,38 MW.

Meghatározásánál figyelembe kell venni olyan tényezőket, mint az évszak (télen alacsonyabb a megvilágítás és a nappalok hossza), a terep jellege (a hegyek eltakarhatják a napot), a területre jellemző időjárási viszonyok - köd, gyakori esőzés és felhősödés. A fényt fogadó sík lehet függőlegesen, vízszintesen vagy ferdén is. A besugárzás mértékét, valamint a napsugárzás oroszországi megoszlását táblázatban, városonként és régiónként csoportosítva mutatjuk be, jelezve a földrajzi szélességeket.

itthon » Megelőzés » Teljes napsugárzás. Napsugárzás: típusai. Közvetlen, diffúz és teljes sugárzás A közvetlen napsugárzás meghatározása