ЛЕКЦИЯ 3
РАДИАЦИОНЕН БАЛАНС И НЕГОВИТЕ КОМПОНЕНТИ
Слънчевата радиация, която достига до земната повърхност, частично се отразява от нея и частично се поглъща от Земята. Земята обаче не само поглъща радиация, но и сама излъчва дълговълнова радиация в заобикалящата атмосфера. Атмосферата, поглъщайки част от слънчевата радиация и по-голямата част от радиацията на земната повърхност, сама по себе си също излъчва дълговълнова радиация. Повечето оттова излъчване на атмосферата е насочено към земната повърхност. Нарича сепротиворадиация на атмосферата .
Разликата между потоците от лъчиста енергия, идваща към активния слой на Земята, и потоците от лъчиста енергия, напускаща я, се наричарадиационен баланс активен слой.
Радиационният баланс се състои от от късовълнова и дълговълнова радиация. Той включва следните елементи, наречени компоненти на радиационния баланс:директна радиация, разсеяна радиация, отразена радиация (късовълнова), радиация от земната повърхност, противодействие на лъчението от атмосферата .
Помислете за компонентите на радиационния баланс.
Направо слънчева радиация
Енергийната осветеност на пряката радиация зависи от височината на Слънцето и прозрачността на атмосферата и се увеличава с увеличаване на надморската височина. Облаците с ниско ниво обикновено напълно или почти не предават директна радиация.
Дължините на вълната на слънчевата радиация, достигаща до земната повърхност, са в диапазона 0,29-4,0 микрона. Около половината от нейната енергия идва от фтосинтетично активно лъчение... В района на PARотслабването на радиацията с намаляване на слънчевата височина става по-бързо, отколкото при инфрачервеното лъчение. Пристигането на пряка слънчева радиация, както вече беше посочено, зависи от височината на Слънцето над хоризонта, която се променя както през деня, така и през годината. Това определя дневната и годишната вариация на директното излъчване.
Промяната в директната радиация по време на безоблачен ден (дневна вариация) се изразява чрез унимодална крива с максимум при истинско слънчево обяд. През лятото над сушата максимумът може да дойде преди обяд, тъй като запрашеността на атмосферата се увеличава до обяд.
Когато се движите от полюсите към екватора, пристигането на директна радиация по всяко време на годината се увеличава, тъй като това увеличава обедната височина на Слънцето.
Годишният ход на пряката радиация е най-силно изразен при полюсите, тъй като през зимата тук изобщо няма слънчева радиация, а през лятото нейното пристигане достига 900 W / m2. В средните ширини максимумът на директното излъчване понякога се наблюдава не през лятото, а през пролетта, тъй като през летните месеци, поради увеличаване на съдържанието на водни пари и прах, прозрачността на атмосферата намалява / Минимумът пада в период близо до деня на зимното слънцестоене (декември). На екватора има два пика, равни на около 920 W / m² в дните на пролетното и есенното равноденствие, и два минимума (около 550 W / m²) в дните на лятното и зимното слънцестоене.
Разсеяна радиация
Максимумът на разсеяната радиация обикновено е много по-малък от максимума на права линия. Колкото по-голяма е височината на Слънцето и колкото по-голямо е замърсяването на атмосферата, толкова по-голям е потокът от разсеяна радиация. Облаците, които не покриват Слънцето, увеличават пристигането на разсеяна радиация в сравнение с ясното небе. Зависимостта на пристигането на разсеяната радиация от облачността е сложна. Определя се от вида и количеството на облаците, тяхната вертикална мощност и оптични свойства. Разсеяната радиация от облачно небе може да се колебае повече от 10 пъти.
Снежната покривка, която отразява до 70-90% от пряката радиация, увеличава разсеяната радиация, която след това се разсейва в атмосферата. С увеличаване на надморската височина на място над морското равнище, разсеяната радиация намалява с ясно небе.
Дневни и годишни вариации разсеяната радиация при ясно небе като цяло съответства на хода на директното излъчване. Сутрин обаче разсеяната радиация се появява още преди изгряване на слънцето, а вечерта все още пристига по време на здрач, тоест след залез. В годишния ход максимумът на разсеяната радиация се наблюдава през лятото.
Обща радиация
Нарича се сумата от разсеяната и пряката радиация, падаща върху хоризонтална повърхностобща радиация .
Това е основният компонент на радиационния баланс. Неговият спектрален състав, в сравнение с пряката и разсеяната радиация, е по-стабилен и почти не зависи от височината на Слънцето, когато е повече от 15 °.
Съотношението между пряката и разсеяната радиация в общата радиация зависи от височината на слънцето, облачността и замърсяването на атмосферата. С увеличаване на височината на Слънцето, частта на разсеяната радиация в безоблачното небе намалява. Колкото по-прозрачна е атмосферата, толкова по-малка е частта от разсеяната радиация. С непрекъснати гъсти облаци обща радиациясе състои изцяло от разсеяна радиация. През зимата, поради отразяването на радиация от снежната покривка и нейното вторично разсейване в атмосферата, делът на разсеяната радиация в общия състав забележимо се увеличава.
Пристигането на обща радиация при наличие на облачна покривка варира в широки граници. Най-голямото му пристигане се наблюдава при ясно небе или при лека облачност, която не покрива Слънцето.
При дневните и годишните вариации промените в общата радиация са почти право пропорционални на промените във височината на Слънцето. При дневния ход максималната обща радиация в безоблачно небе обикновено пада по обяд. В годишния ход максималната обща радиация се наблюдава в северното полукълбо, обикновено през юни, в южното - през декември.
Отразена радиация. Албедо
Част от общата радиация, постъпваща в активния слой на Земята, се отразява от него. Нарича се съотношението на отразената част от лъчението към общата входяща обща радиацияотразяваща способност , илиалбедо (А) на долната повърхност.
Албедото на повърхността зависи от нейния цвят, грапавост, съдържание на влага и други свойства.
Албедо на различни естествени повърхности (според V.L. Gaevsky и M.I.Budyko)
повърхност | албедо,% | повърхност | албедо,% |
Свеж сух сняг | 80-95 | Поля от ръж и пшеница | 10-25 |
Замърсен сняг | 40-50 | Картофени полета | 15-25 |
Морски лед | 30-40 | Памучни ниви | 20-25 |
Тъмни почви | 5-15 | ливади | 15-25 |
Сухи глинести почви | 20-35 | Суха степ | 20-30 |
Албедото на водните повърхности при височина на Слънцето над 60 ° е по-малко от албедото на сушата, тъй като слънчевите лъчи, проникващи във водата, до голяма степен се абсорбират и разпръскват в нея. При стръмно падане на лъчите, A = 2-5%, с височина на Слънцето по-малко от 10 ° A = 50-70%. Голямото албедо от лед и сняг е отговорно за по-бавния ход на пролетта в полярните райони и за запазването на вечния лед там.
Извършват се наблюдения на албедото на сушата, морето и облачността изкуствени спътнициЗемята. Албедото на морето дава възможност да се изчисли височината на вълните, албедото на облаците характеризира тяхната дебелина, а албедото на различните земни площи дава възможност да се прецени степента на снежната покривка на полетата и състоянието на растителната покривка .
Албедото на всички повърхности, особено на водата, зависи от височината на Слънцето: най-ниското албедо се появява в обедните часове, а най-високото сутрин и вечер. Това се дължи на факта, че при малка надморска височина на Слънцето в състава на общата радиация се увеличава фракцията на разсеяната радиация, която в в по-голяма степенотколкото директното излъчване се отразява от грубата подлежаща повърхност.
Дълговълнова радиация на Земята и атмосферата
Земна радиациямалко по-малко излъчване на черно тяло при същата температура.
Излъчването от земната повърхност се случва непрекъснато. Колкото по-висока е температурата на излъчващата повърхност, толкова по-интензивно е нейното излъчване. Също така, атмосферата непрекъснато излъчва, която, поглъщайки част от слънчевата радиация и радиация от земната повърхност, сама излъчва дълговълнова радиация.
В умерените ширини с безоблачно небе атмосферната радиация е 280-350 W / m², а в случай на облачно небе е с 20-30% по-висока. Около 62-64% от тази радиация е насочена към земната повърхност. Пристигането му на земната повърхност е противодействието на атмосферното излъчване. Разликата между тези два потока характеризира загубата на лъчиста енергия от активния слой. Тази разлика се наричаефективно излъчване Eef .
Ефективното излъчване на активния слой зависи от неговата температура, от температурата и влажността на въздуха, както и от облачността. С повишаване на температурата на земната повърхност Eef се увеличава, а с повишаване на температурата и влажността намалява. Облаците влияят особено на ефективната радиация, тъй като облачните капчици излъчват почти по същия начин като активния слой на Земята. Средно Eef през нощта и през деня с ясно небе в различни точки на земната повърхност варира в рамките на 70-140 W / m².
Дневна ставка ефективната радиация се характеризира с максимум на 12-14 часа и минимум преди изгрев слънце.Годишен ход ефективната радиация в райони с континентален климат се характеризира с максимум през летните месеци и минимум през зимата. В райони с морски климат годишният ход на ефективната радиация е по-слабо изразен, отколкото в районите, разположени във вътрешността на континента.
Радиацията от земната повърхност се абсорбира от водните пари и въглероден двуокиссъдържащи се във въздуха. Но късовълновото излъчване на Слънцето до голяма степен се пропуска през атмосферата. Това свойство на атмосферата се нарича"Парников ефект" , тъй като атмосферата в същото време действа като стъкло в оранжерии: стъклото пропуска добре слънчевите лъчи, загрявайки почвата и растенията в оранжерията, но слабо пропуска топлинното излъчване на нагрятата почва във външното пространство. Изчисленията показват, че при липса на атмосфера средната температура на активния слой на Земята ще бъде с 38 ° C по-ниска от действителната температура и Земята ще бъде покрита с вечен лед.
Ако пристигането на радиация е по-голямо от потреблението, тогава радиационният баланс е положителен и активният слой на Земята се нагрява. При отрицателен радиационен баланс този слой се охлажда. Радиационният баланс обикновено е положителен през деня и отрицателен през нощта. Приблизително 1-2 часа преди залез слънце става отрицателно, а на сутринта, средно 1 час след изгрев слънце, отново става положително. Ходът на радиационния баланс през деня при ясно небе е близък до хода на пряката радиация.
Изследването на радиационния баланс на земеделските земи дава възможност да се изчисли количеството радиация, погълната от културите и почвата, в зависимост от височината на слънцето, структурата на културите и фазата на развитие на растенията. За оценка на различни методи за регулиране на температурата и влажността на почвата, изпарението и други количества се определя радиационният баланс на земеделските полета за различни видове растителна покривка.
Методи за измерване на слънчевата радиация и компоненти на радиационния баланс
За измерване на потоците на слънчева радиация,абсолютен ироднина методи и съответно разработени абсолютни и относителни актинометрични инструменти. Абсолютните инструменти обикновено се използват само за калибриране и проверка на относителни инструменти.
Относителните инструменти се използват за редовни наблюдения в мрежа от метеорологични станции, както и в експедиции и при теренни наблюдения. Най-широко използваните от тях са термоелектрически уреди: актинометър, пиранометър и албедометър. Термоколите, съставени от два метала (обикновено манганин и константан), служат като приемник на слънчевата радиация в тези устройства. В зависимост от интензитета на излъчване се създава температурна разлика между термоелементните връзки и възниква електрически ток с различна сила, който се измерва с галванометър. За преобразуване на деленията на скалата на галванометъра в абсолютни единици се използват коефициенти на преобразуване, които се определят за тази двойка: актинометрично устройство - галванометър.
Термоелектричен актинометър (М-3) Савинов – Янишевски се използва за измерване на директна радиация, идваща на повърхността перпендикулярно на слънчевите лъчи.
Пиранометър (M-80M) Yanishevsky се използва за измерване на общата и разсеяна радиация, пристигаща върху хоризонтална повърхност.
По време на наблюдения приемната част на пиранометъра се монтира хоризонтално. За да се определи разсеяната радиация, пиранометърът се засенчва от пряка радиация чрез екран за сянка под формата на кръгъл диск, фиксиран върху пръчка на разстояние 60 cm от приемната повърхност. При измерване на общата радиация, сенчестият екран се прибира настрани
Албедометър е монтиран и пиранометър. За измерване на отразена радиация. За това се използва устройство, което позволява приемащата част на уреда да бъде обърната нагоре (за измерване на права линия) и надолу (за измерване на отразена радиация). След като се определи общата и отразена радиация от албедометъра, се изчислява албедото на подлежащата повърхност. За полеви измервания се използва пътуващ албедометър М-69.
Термоелектричен балансомер М-10М. Това устройство се използва за измерване на радиационния баланс на подлежащата повърхност.
В допълнение към разглежданите уреди се използват и луксметри - фотометрични уреди за измерване на осветеността, спектрофотометри, различни уреди за измерване на PAR и др. Много актинометрични устройства са пригодени за непрекъснато регистриране на компонентите на радиационния баланс.
Важна характеристика на режима на слънчева радиация е продължителността на слънчевото греене. За да се определи ехелиограф .
В полеви условия най-често се използват пиранометри, албедометри за пътуване, балансомери и луксомери. За наблюдения сред растенията най-удобните ходещи албедометри и луксметри, както и специални микропиранометри.
Слънчева радиация
Слънчева радиация
електромагнитно излъчване, излъчвано от слънцето и навлизащо в земната атмосфера. Дължините на вълните на слънчевата радиация са концентрирани в диапазона от 0,17 до 4 микрона с макс. при дължина на вълната 0,475 микрона. ДОБРЕ. 48% от енергията на слънчевата радиация е във видимата част на спектъра (дължини на вълната от 0,4 до 0,76 микрона), 45% - в инфрачервената (повече от 0,76, микрона) и 7% - в ултравиолетовата (по-малко от 0,4 микрона). μm). Слънчева радиация - основна. източник на енергия за процеси в атмосферата, океана, биосферата и пр. Измерва се в единици енергия на единица площ за единица време, например. W / m². Слънчева радиация на горната граница на атмосферата в ср. разстоянието на Земята от Слънцето се нарича слънчева константаи е прибл. 1382 W / m². Преминавайки през земната атмосфера, слънчевата радиация променя интензитета и спектралния състав поради поглъщане и разсейване от въздушни частици, газови примеси и аерозоли. В близост до земната повърхност спектърът на слънчевата радиация е ограничен до 0,29–2,0 микрона, а интензитетът е значително намален в зависимост от съдържанието на примеси, надморската височина и облачността. Директната радиация достига до земната повърхност, отслабена при преминаване през атмосферата, както и разсеяната радиация, образувана при разсейване на права линия в атмосферата. Част от пряката слънчева радиация се отразява от земната повърхност и облаците и отива в космоса; разсеяната радиация също частично излиза в космоса. Останалата част от слънчевата радиация в основната. се превръща в топлина, нагрявайки земната повърхност и отчасти въздуха. Слънчевата радиация, т. обр., е една от основните. компоненти на радиационния баланс.
География. Съвременна илюстрирана енциклопедия. - М.: Росман. Редактирано от проф. А. П. Горкина. 2006 .
Вижте какво е "слънчева радиация" в други речници:
Електромагнитно и корпускулно излъчване на Слънцето. Електромагнитното излъчване обхваща диапазона на дължината на вълната от гама лъчение до радиовълни, неговият енергиен максимум пада върху видимата част на спектъра. Корпускулярният компонент на слънчевата ... ... Голям енциклопедичен речник
слънчева радиация- Общият поток от електромагнитно лъчение, излъчвано от Слънцето и удрящо Земята ... Географски речник
Този термин има други значения, вижте Радиация (значение). В тази статия липсват връзки към източници на информация. Информацията трябва да бъде проверяема, в противен случай може да бъде поставена под въпрос... Wikipedia
Всички процеси на повърхността на земното кълбо, каквито и да са те, имат за източник слънчевата енергия. Изучават ли се чисто механични процеси, химични процеси във въздуха, водата, почвата, физиологични процеси или каквото и да било ... ... Енциклопедичен речник на F.A. Брокхаус и И.А. Ефрон
Електромагнитно и корпускулно излъчване на Слънцето. Електромагнитното излъчване обхваща диапазона на дължината на вълната от гама лъчение до радиовълни, неговият енергиен максимум пада върху видимата част на спектъра. Корпускулярният компонент на слънчевата ... ... енциклопедичен речник
слънчева радиация- Saulės spinduliuotė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. слънчева радиация вок. Sonnenstrahlung, f rus. слънчева радиация, n; слънчева радиация, f; слънчева радиация, n pranc. rayonnement solaire, m ... Fizikos terminų žodynas
слънчева радиация- Saulės spinduliuotė statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės atmosferos elektromagnetinė (infraraudonoji 0,76 nm sudaro 45%, matomoji 0,38–0,76 nm nm - 48%, math nm - 48%, mair kvant - 48% Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
Излъчване на Слънцето от електромагнитна и корпускулярна природа. S. p. основният източник на енергия за повечето процеси, протичащи на Земята. Корпускулярна S. p. се състои главно от протони със скорости 300 1500 ... ... Голяма съветска енциклопедия
електронна поща магн. и корпускулярно лъчение на Слънцето. електронна поща магн. радиацията обхваща диапазона от дължини на вълните от гама лъчение до радиовълни, неговата енергийна. максимумът пада върху видимата част от спектъра. Корпускуларен компонент С. на р. се състои от гл. обр. от … … Естествени науки. енциклопедичен речник
директна слънчева радиация- Слънчевата радиация, идваща директно от слънчевия диск... Географски речник
Книги
- Слънчевата радиация и климатът на Земята, Федоров Валерий Михайлович. В книгата са представени резултатите от изследванията на вариациите в земната изолация, свързани с небесно-механичните процеси. Анализирани са нискочестотни и високочестотни промени в слънчевия климат ...
Енергийното осветление, създадено от радиация, идваща към Земята директно от слънчевия диск под формата на лъч от успоредни слънчеви лъчи, се нарича директна слънчева радиация.
Директната слънчева радиация, достигаща до горната граница на атмосферата, варира във времето в малък диапазон, поради което се нарича слънчева константа (S0). При средно разстояние от Земята до Слънцето от 149,5 106 km, това е около 1400 W / m2.
Когато потокът от пряка слънчева радиация преминава през атмосферата, настъпва неговото отслабване, причинено от поглъщането (около 15%) и разсейването (около 25%) на енергията от газове, аерозоли, облаци.
Според закона за отслабване на Бугердиректна слънчева радиация, достигаща до земната повърхност с вертикално (перпендикулярно) падане на лъчите,
Формула
където? - коефициент на прозрачност на атмосферата; m е броят на оптичните маси на атмосферата.
Отслабването на слънчевия поток в атмосферата зависи от височината на Слънцето над земния хоризонт и прозрачността на атмосферата. Колкото по-ниска е височината му над хоризонта, толкова Повече ▼оптичните маси на атмосферата преминават слънчевия лъч. За един оптичната маса на атмосфератавземете масата, която преминават лъчите при положението на Слънцето в зенита (фиг. 3.1).
Фигура 3.1. Диаграма на пътя на слънчевия лъч в атмосферата на различни височини на Слънцето(достъпно чрез изтегляне на пълната версия на урока)
маса(достъпно чрез изтегляне на пълната версия на урока)
Колкото по-далеч преминават слънчевите лъчи през атмосферата, толкова по-силно е тяхното поглъщане и разсейване и толкова повече се променя интензитетът им.
Коефициент на прозрачностзависи от съдържанието на водна пара и аерозоли в атмосферата: колкото повече има, толкова по-нисък е коефициентът на прозрачност за същия брой проходими оптични маси. Средно за целия радиационен поток в идеално чиста атмосфера? на морското равнище е около 0,9, при реални атмосферни условия - 0,70-0,85, през зимата е малко по-високо, отколкото през лятото.
Пристигането на директна радиация върху земната повърхност зависи от ъгъла на падане на слънчевите лъчи... Потокът от пряка слънчева радиация, падащ върху хоризонтална повърхност, се нарича изолация:
Формула(достъпно чрез изтегляне на пълната версия на урока)
където h0 е височината на слънцето
Енергийната осветеност на пряката радиация зависи от височината на Слънцето и прозрачността на атмосферата и се увеличава с увеличаване на надморската височина. В основните селскостопански райони на Русия през лятото обедните стойности на излъчване на пряка радиация са в диапазона от 700-900 W / m2. На височина от 1 км увеличението е 70-140 W / m2. На височина 4-5 км осветеността на пряката радиация надвишава 1180 W / m2. Облаците с ниско ниво обикновено не позволяват на директната радиация да премине почти напълно.
Пристигането на пряка слънчева радиация зависи от височината на слънцето над хоризонта, която се променя както през деня, така и през цялата година. Това определя денонощното и годишното изменение на пряката радиация.
Промяната в директната радиация по време на безоблачен ден (дневна вариация) се изразява чрез унимодална крива с максимум при истинско слънчево обяд. През лятото над сушата максимумът може да дойде преди обяд, тъй като запрашеността на атмосферата се увеличава до обяд.
Годишна вариация на директното излъчванетя е най-силно изразена при полюсите, тъй като през зимата изобщо няма слънчева радиация, а през лятото нейното пристигане достига 900 W / m2. В средните ширини максимумът на директното излъчване понякога се наблюдава не през лятото, а през пролетта, тъй като през летните месеци, поради увеличаване на съдържанието на водна пара и прах, прозрачността на атмосферата намалява. Минимумът се пада на период близо до деня зимното слънцестоене(декември). На екватора има два пика, равни на около 920 W / m2. в дните на пролетното и есенното равноденствие и два минимума (около 55 W / m2) в дните на лятното и зимното слънцестоене.
Изтегли пълна версияучебник (със снимки, формули, карти, диаграми и таблици) в един файл във формат MS Office Word
Ярко светило ни нагрява с горещи лъчи и ни кара да се замислим за значението на радиацията в живота ни, нейните ползи и вреди. Какво е слънчева радиация? Урок училищна физикани кани да започнем с концепцията за електромагнитното излъчване като цяло. Този термин обозначава друга форма на материя – различна от материята. Това включва както видимата светлина, така и спектъра, който окото не може да види. Тоест рентгенови лъчи, гама лъчи, ултравиолетови и инфрачервени.
Електромагнитни вълни
В присъствието на източник-излъчвател на излъчване, неговите електромагнитни вълни се разпространяват във всички посоки със скоростта на светлината. Тези вълни, както всички други, имат определени характеристики. Те включват честота на вибрациите и дължина на вълната. Всяко тяло, чиято температура се различава от абсолютната нула, има свойството да излъчва радиация.
Слънцето е основният и най-мощен източник на радиация в близост до нашата планета. От своя страна самата Земята (нейната атмосфера и повърхност) излъчва радиация, но в различен диапазон. Наблюдаване температурни условияна планетата за дълги периоди от време поражда хипотеза за баланса на количеството топлина, получено от Слънцето и отдадено на космическото пространство.
Слънчева радиация: спектрален състав
По-голямата част (около 99%) от слънчевата енергия в спектъра се намира в диапазона на дължината на вълната от 0,1 до 4 микрона. Останалият 1% са по-дълги и по-къси лъчи, включително радиовълни и рентгенови лъчи. Около половината от слънчевата лъчиста енергия пада върху спектъра, който възприемаме с очите си, около 44% - върху инфрачервено лъчение, 9% - за ултравиолетови. Как да разберем как се разделя слънчевата радиация? Изчисляването на разпространението му е възможно благодарение на изследвания от космически спътници.
Има вещества, които могат да влязат в специално състояние и да излъчват допълнително излъчване в различен диапазон на дължината на вълната. Например, има сияние, когато ниски температуринетипично за излъчването на светлина от даденото вещество. Този вид лъчение, наречено луминисцентно лъчение, не се поддава на обичайните принципи на топлинното излъчване.
Явлението луминесценция възниква, след като веществото е погълнало определено количество енергия и преминава в друго състояние (т.нар. възбудено състояние), което е енергийно по-високо, отколкото при собствената температура на веществото. Луминесценцията се появява по време на обратния преход – от възбудено състояние към познато състояние. В природата можем да го наблюдаваме под формата на сияние на нощното небе и полярно сияние.
Нашето светило
Енергията на слънчевите лъчи е почти единственият източник на топлина за нашата планета. Вътрешната радиация, идваща от нейните дълбочини към повърхността, има интензитет, който е около 5 хиляди пъти по-малък. В този случай видимата светлина е една от критични факториживотът на планетата е само част от слънчевата радиация.
Енергията на слънчевите лъчи се превръща в топлина в по-малка част – в атмосферата, а по-голямата част – на повърхността на Земята. Там се изразходва за нагряване на вода и почва (горните слоеве), които след това отдават топлина на въздуха. При нагряване атмосферата и земната повърхност от своя страна излъчват инфрачервени лъчи в космоса, докато се охлаждат.
Слънчева радиация: определение
Радиацията, която отива към повърхността на нашата планета директно от слънчевия диск, обикновено се нарича пряка слънчева радиация. Слънцето го разпръсква във всички посоки. Като се има предвид огромното разстояние от Земята до Слънцето, пряката слънчева радиация във всяка точка на земната повърхност може да бъде представена като сноп от успоредни лъчи, чийто източник е практически в безкрайност. Площ, перпендикулярна на гредите слънчева светлина, по този начин получава най-голямото си количество.
Плътността на радиационния поток (или облъчването) е мярка за количеството радиация, падаща върху определена повърхност. Това е количеството лъчиста енергия, падащо за единица време на единица площ. Тази стойност се измерва - излъчване - в W / m 2. Нашата Земя, както всички знаят, се върти около Слънцето по елипсоидна орбита. Слънцето е в един от фокусите на тази елипса. Следователно всяка година в определено време(в началото на януари) Земята заема най-близка до Слънцето позиция, а в друга (в началото на юли) - най-отдалечена от него. В този случай големината на излъчването се променя обратно пропорционално по отношение на квадрата на разстоянието до осветителното тяло.
Къде е слънчевата радиация, достигнала до Земята? Неговите видове се определят от много фактори. В зависимост от географската ширина, влажност, облачност, част от нея се разпръсква в атмосферата, част се абсорбира, но повечето все пак достигат повърхността на планетата. В този случай се отразява малко количество, а основното се абсорбира от земната повърхност, под въздействието на която се нагрява. Разсеяната слънчева радиация също частично пада върху земната повърхност, частично се поглъща от нея и частично се отразява. Останалата част отива в космоса.
Как е разпределението
Равномерна ли е слънчевата радиация? Неговите видове след всички "загуби" в атмосферата могат да се различават по спектралния си състав. В крайна сметка лъчите с различни дължини се разпръскват и абсорбират по различни начини. Средно атмосферата поглъща около 23% от първоначалното си количество. Приблизително 26% от общия поток се превръща в разсеяна радиация, 2/3 от която след това пада върху Земята. По същество това е различен вид излъчване, различно от първоначалното. Разсеяната радиация се изпраща към Земята не от диска на Слънцето, а от небосвода. Има различен спектрален състав.
Поглъща радиацията главно озон - видимия спектър, и ултравиолетовите лъчи. Инфрачервеното лъчение се абсорбира от въглероден диоксид (въглероден диоксид), който, между другото, е много малък в атмосферата.
Разсейването на лъчението, което го отслабва, се случва за всички дължини на вълната на спектъра. В процеса, нейните частици, попадайки под електромагнитно въздействие, преразпределят енергията на падащата вълна във всички посоки. Тоест, частиците служат като точкови източници на енергия.
дневна светлина
В резултат на разсейването светлината, идваща от слънцето, променя цвета си, докато преминава през слоеве от атмосфера. Практическата стойност на разсейването е в създаването на дневна светлина. Ако Земята беше лишена от атмосферата, осветление би съществувало само на места, където попадат преки или повърхностно отразени слънчеви лъчи. Тоест атмосферата е източник на осветление през деня. Благодарение на нея е светло както на места, недостъпни за преки лъчи, така и когато слънцето се крие зад облаците. Именно разсейването придава цвят на въздуха – виждаме небето в синьо.
И от какво друго зависи слънчевата радиация? Не бива да се пренебрегва и факторът мътност. В крайна сметка отслабването на радиацията се случва по два начина - от самата атмосфера и от водни пари, както и от различни примеси. Съдържанието на прах се увеличава през лятото (както и съдържанието на водна пара в атмосферата).
Обща радиация
Той се отнася до общото количество радиация, падаща върху земната повърхност, както пряка, така и разсеяна. Общата слънчева радиация намалява с облачно време.
Поради тази причина през лятото общата радиация е средно по-висока преди обяд, отколкото след него. И през първата половина на годината – повече, отколкото през втората.
Какво се случва с общата радиация на земната повърхност? Достигайки там, той се абсорбира предимно от горния слой на почвата или водата и се превръща в топлина, част от нея се отразява. Степента на отражение зависи от естеството на земната повърхност. Изразяване на индикатора процентотразената слънчева радиация до общото й количество, падаща върху повърхността, се нарича повърхностно албедо.
Концепцията за самоизлъчване на земната повърхност се разбира като дълговълнова радиация, излъчвана от растителността, снежната покривка, горните слоеве на водата и почвата. Радиационният баланс на повърхността е разликата между нейното погълнато и излъчвано количество.
Ефективна радиация
Доказано е, че противорадиацията почти винаги е по-малка от земната. Поради това земната повърхност носи топлинни загуби. Разликата между стойностите на вътрешното излъчване на повърхността и атмосферното се нарича ефективно излъчване. Това всъщност е нетна загуба на енергия и в резултат на топлина през нощта.
Съществува и през деня. Но през деня той частично се компенсира или дори блокира от погълнатата радиация. Следователно повърхността на земята е по-топла през деня, отколкото през нощта.
За географското разпространение на радиацията
Слънчевата радиация на Земята е неравномерно разпределена през цялата година. Разпределението му е зонално, а изолиниите (свързващи точките същите стойности) на радиационния поток изобщо не са идентични с кръговете на ширината. Това несъответствие е причинено от различни нива на облачност и прозрачност на атмосферата в различните региони. Глобус.
Общата слънчева радиация през годината е от най-голямо значение в субтропичните пустини с ниска облачна атмосфера. В горските райони е много по-малко. екваториален пояс... Причината за това е повишената облачност. Този индикатор намалява към двата полюса. Но в района на полюсите отново расте - в северното полукълбо е по-малко, в района на снежната и нискооблачна Антарктида - повече. Над повърхността на океаните средно слънчевата радиация е по-малка, отколкото над континентите.
Почти навсякъде на Земята повърхността има положителен радиационен баланс, тоест в същото време притокът на радиация е по-голям от ефективното излъчване. Изключение правят районите на Антарктида и Гренландия с техните ледени плата.
Изправени ли сме пред глобалното затопляне?
Но горното не означава ежегодно затопляне на земната повърхност. Излишъкът от погълната радиация се компенсира от изтичането на топлина от повърхността в атмосферата, което се получава при промяна на фазата на водата (изпарение, кондензация под формата на облаци).
По този начин няма радиационно равновесие като такова на земната повърхност. Но те са топлинно равновесие- подаването и загубата на топлина се балансира по различни начини, включително радиация.
Разпределение на баланса по картата
На същите географски ширини на Земята радиационният баланс е по-голям на повърхността на океана, отколкото на сушата. Това може да се обясни с факта, че слоят, който поглъща радиацията в океаните, е по-дебел, докато ефективната радиация там е по-малка поради студената морска повърхност в сравнение със сушата.
В пустините се наблюдават значителни колебания в амплитудата на разпространението му. Там балансът е по-нисък поради високото ефективно излъчване при сух въздух и ниска облачност. В по-малка степен той е понижен в районите на мусонния климат. През топлия сезон облачността там се увеличава, а погълнатата слънчева радиация е по-малка, отколкото в други региони на същата географска ширина.
Разбира се, основният фактор, от който зависи средната годишна слънчева радиация, е географската ширина на даден регион. Рекордни "порции" ултравиолетова радиация отиват в страни, разположени близо до екватора. Това е Североизточна Африка, нейното източно крайбрежие, Арабския полуостров, северно и западно от Австралия, част от островите на Индонезия, Западна часткрайбрежие на Южна Америка.
В Европа Турция, Южна Испания, Сицилия, Сардиния, островите на Гърция, бреговете на Франция (южната част), както и част от регионите на Италия, Кипър и Крит поемат най-голямата доза както светлина, така и радиация.
И как сме ние?
Общата слънчева радиация в Русия се разпределя на пръв поглед неочаквано. На територията на нашата страна, колкото и да е странно, не черноморските курорти държат дланта. Най-големите дози слънчева радиация се срещат на териториите, граничещи с Китай и Северната земя. Като цяло слънчевата радиация в Русия не е особено интензивна, което напълно се обяснява с нашата северна географско местоположение. Минимално количествослънцето отива в северозападния район - Санкт Петербург, заедно с прилежащите райони.
Слънчевата радиация в Русия е по-ниска от тази на Украйна. Там по-голямата част от ултравиолетовата радиация отива в Крим и териториите отвъд Дунава, на второ място са Карпатите с южните райони на Украйна.
Общата (включва както пряка, така и разсеяна) слънчева радиация, падаща върху хоризонтална повърхност, се дава ежемесечно в специално разработени таблици за различни територии и се измерва в MJ / m2. Например, слънчевата радиация в Москва варира от 31-58 през зимните месеци до 568-615 през лятото.
Относно слънчевата изолация
Инсолацията или количеството полезна радиация, падаща върху осветена от слънцето повърхност, варира значително от една географска точка до друга. Годишната инсолация се изчислява за един квадратен метърв мегавати. Например в Москва тази стойност е 1,01, в Архангелск - 0,85, в Астрахан - 1,38 MW.
При определянето му е необходимо да се вземат предвид такива фактори като времето на годината (през зимата осветеността и продължителността на деня са по-ниски), естеството на терена (планините могат да закриват слънцето), метеорологичните условия характерни за района - мъгла, чести валежи и облаци. Светлоприемащата равнина може да бъде ориентирана вертикално, хоризонтално или наклонено. Количеството изолация, както и разпределението на слънчевата радиация в Русия, са данни, групирани в таблица по градове и региони, посочващи географската ширина.
Необходими устройства и аксесоари: термоелектричен актинометър М-3, универсален пиранометър М-80М, пътуващ албедометър, термоелектричен балансомер М-10М, универсален хелиограф модел ГУ-1, луксметър Ю-16.
Основният източник на енергия, идваща на Земята, е лъчиста енергия, идваща от Слънцето. Потокът от електромагнитни вълни, излъчвани от Слънцето, обикновено се нарича слънчева радиация. Това излъчване е практически единственият източник на енергия за всички процеси, протичащи в атмосферата и на земната повърхност, включително за всички процеси, протичащи в живите организми.
Слънчевата радиация снабдява растенията с енергия, която те използват в процеса на фотосинтеза за създаване на органична материя, влияе върху процесите на растеж и развитие, подредбата и структурата на листата, продължителността на вегетационния период и др. Количествено слънчевата радиация може да бъде характеризиращ се с радиационен поток .
Радиационен поток -това е количеството лъчиста енергия, което се доставя за единица време на единица повърхност.
В системата от единици SI радиационният поток се измерва във ватове на 1m 2 (W / m 2) или киловати на 1m 2 (kW / m 2). Преди това се измерваше в калории на cm 2 в минута (cal / (cm 2 min)).
1 cal / (cm 2 min) = 698 W / m 2 или 0,698 kW / m 2
Плътността на потока на слънчевата радиация на горната граница на атмосферата със средно разстояние от Земята до Слънцето се нарича слънчева константа S 0... Съгласно международното споразумение от 1981 г. S 0 = 1,37 kW / m 2 (1,96 1 cal / (cm 2 min)).
Ако Слънцето не е в зенита си, тогава количеството слънчева енергия, падащо върху хоризонтална повърхност, ще бъде по-малко, отколкото върху повърхност, разположена перпендикулярно на слънчевите лъчи. Това количество зависи от ъгъла на падане на лъчите върху хоризонталната повърхност. За да се определи количеството топлина, получено от хоризонтална повърхност за минута, се използва следната формула:
S ′ = S sin з ©
където S ′ е количеството топлина, получено за минута от хоризонталната повърхност; S е количеството топлина, получено от повърхността, перпендикулярна на гредата; з© - ъгълът, образуван от слънчевия лъч с хоризонтална повърхност (ъгълът h се нарича височина на слънцето).
Преминавайки през земната атмосфера, слънчевата радиация се отслабва поради поглъщане и разсейване от атмосферни газове и аерозоли. Затихването на потока на слънчевата радиация зависи от дължината на пътя, изминат от лъча в атмосферата, и от прозрачността на атмосферата по този път. Дължината на пътя на лъча в атмосферата зависи от височината на слънцето. Когато слънцето е в зенита си, слънчевите лъчи преминават най-много кратък път... В този случай масата на атмосферата, премината от слънчевите лъчи, т.е. масата на вертикален въздушен стълб с основа 1 cm 2 се приема като една условна единица (m = 1). С слизането на слънцето към хоризонта пътят на лъчите в атмосферата се увеличава и следователно броят на проходимите маси също се увеличава (m> 1). Когато слънцето е близо до хоризонта, лъчите изминават най-дългия път в атмосферата. Изчисленията показват, че m е 34,4 пъти по-голямо, отколкото при положението на Слънцето в неговия зенит. Затихването на директния поток слънчева радиация в атмосферата се описва с формулата на Бугер. Коефициент на прозрачност стрпоказва каква част от слънчевата радиация, пристигаща до горната граница на атмосферата, достига земната повърхност при m = 1.
S m = S 0 п м ,
където S m е директният поток на слънчева радиация, достигащ Земята; S 0 - слънчева константа; п -коефициент на прозрачност; м- масата на атмосферата.
Коефициентът на прозрачност зависи от съдържанието на водна пара и аерозоли в атмосферата: колкото повече има, толкова по-нисък е коефициентът на прозрачност за същия брой проходими маси. Коефициентът на прозрачност варира от 0,60 до 0,85.
Видове слънчева радиация
Директна слънчева радиация(S ′) - радиация, пристигаща на земната повърхност директно от Слънцето под формата на лъч от успоредни лъчи.
Директната слънчева радиация зависи от височината на слънцето над хоризонта, прозрачността на въздуха, облачността, надморската височина на мястото над морското равнище и разстоянието между Земята и Слънцето.
Разсеяна слънчева радиация(Д) – част от радиацията, разпръсната от земната атмосфера и облаците и пристигаща на земната повърхност от небосвода. Интензитетът на разсеяната радиация зависи от височината на слънцето над хоризонта, облачността, прозрачността на въздуха, надморската височина над морското равнище и снежната покривка. Облачността и снежната покривка оказват много голямо влияние върху разсеяната радиация, която поради разсейването и отразяването на падащата върху тях пряка и разсеяна радиация и повторното им разсейване в атмосферата може да увеличи потока на разсеяната радиация няколко пъти.
Разсеяната радиация значително допълва пряката слънчева радиация и значително увеличава притока на слънчева енергия към земната повърхност.
Обща радиация(Q) - сумата от потоците на пряка и разсеяна радиация, влизаща в хоризонталната повърхност:
Преди изгрев, през деня и след залез слънце, при непрекъсната облачност, общата радиация достига изцяло земята, а при ниски слънчеви височини се състои основно от разсеяна радиация. В безоблачно или леко облачно небе, с увеличаване на височината на Слънцето, делът на пряката радиация в общия състав бързо се увеличава и през деня потокът е многократно по-голям от потока на разсеяната радиация.
По-голямата част от общия радиационен поток, влизащ в земната повърхност, се абсорбира от горния слой на почвата, водата и растителността. В този случай лъчистата енергия се превръща в топлина, нагрявайки абсорбиращите слоеве. Останалата част от общия радиационен поток се отразява от земната повърхност, образувайки се отразено лъчение(R). Почти целият поток от отразена радиация преминава през атмосферата и отива в световното пространство, но част от нея се разпръсква в атмосферата и частично се връща на земната повърхност, увеличавайки разсеяната радиация, а следователно и общата радиация.
Рефлективност различни повърхностиНаречен албедо... Това е съотношението на потока на отразената радиация към общия поток на общата радиация, падаща върху тази повърхност:
Албедото се изразява във фракции от единица или като процент. Така земната повърхност отразява част от общия радиационен поток, равна на QA, и се поглъща и преобразува в топлина - Q (1-A). Последното количество се нарича погълната радиация.
Албедото на различни земни повърхности зависи главно от цвета и грапавостта на тези повърхности. Тъмните и груби повърхности имат по-ниско албедо от светлите и гладки повърхности. Албедото на почвите намалява с увеличаване на съдържанието на влага, тъй като цветът им става по-тъмен. Стойностите на албедо за някои естествени повърхности са дадени в таблица 1.
Таблица 1 - Албедо на различни естествени повърхности
Отражателната способност на горната повърхност на облаците е много висока, особено при тяхната висока мощност. Средно албедото на облаците е около 50-60%, в отделни случаи- повече от 80-85%.
Фотосинтетично активно лъчение(PAR) - част от общия радиационен поток, който може да се използва от зелените растения при фотосинтезата. Потокът PAR може да се изчисли по формулата:
PAR = 0,43S '+ 0,57D,
където S ′ - директна слънчева радиация, навлизаща в хоризонталната повърхност; D - дифузна слънчева радиация.
Потокът PAR, падащ върху листа, се абсорбира предимно от него, много по-малки части от този поток се отразяват от повърхността и преминават през листа. Листата на повечето дървесни видове поглъщат около 80%, отразяват и предават до 10-12% от общия поток PAR. От частта от потока PAR, погълната от листата, само няколко процента от лъчистата енергия се използва от растенията директно за фотосинтеза и се преобразува в химическа енергия на органичните вещества, синтезирани от листата. Останалата част, повече от 95% от лъчистата енергия, се превръща в топлина и се изразходва основно за транспирация, затопляне на самите листа и топлообменът им с околния въздух.
Дълговълнова радиация на Земята и атмосферата.
Радиационен баланс на земната повърхност
Повечето от слънчевата енергия, постъпваща в Земята, се абсорбира от нейната повърхност и атмосфера, част от нея се излъчва. Излъчването от земната повърхност се случва денонощно.
Част от лъчите, излъчвани от земната повърхност, се поглъщат от атмосферата и по този начин допринасят за нагряването на атмосферата. Атмосферата от своя страна изпраща лъчи обратно към повърхността на земята, както и в космическото пространство. Това свойство на атмосферата да задържа топлината, излъчвана от земната повърхност, се нарича парников ефект... Разликата между пристигането на топлина под формата на противодействие на атмосферата и нейното потребление под формата на излъчване от активния слой се нарича ефективно излъчванеактивен слой. Ефективното излъчване е особено голямо през нощта, когато топлинните загуби от земната повърхност значително надвишават топлинния поток, излъчван от атмосферата. През деня, когато общата слънчева радиация се добави към излъчването на атмосферата, се получава излишък от топлина, която отива за нагряване на почвата и въздуха, изпаряване на вода и др.
Разликата между погълнатата обща радиация и ефективната радиация на активния слой се нарича радиационен балансактивен слой.
Входящата част от радиационния баланс се състои от пряка и разсеяна слънчева радиация, както и от противодействието на атмосферата. Разходната част се състои от отразена слънчева радиация и дълговълнова радиация на земната повърхност.
Радиационният баланс е реалното пристигане на лъчиста енергия на повърхността на Земята, от което зависи дали ще се нагрява или охлажда.
Ако пристигането на лъчиста енергия е по-голямо от нейното потребление, тогава радиационният баланс е положителен и повърхността се нагрява. Ако приходът е по-малък от дебита, тогава балансът е отрицателен и повърхността се охлажда. Радиационният баланс на земната повърхност е един от основните климатообразуващи фактори. Зависи от височината на Слънцето, продължителността на слънчевото греене, естеството и състоянието на земната повърхност, мътността на атмосферата, съдържанието на водни пари в нея, наличието на облаци и др.
Инструменти за измерване на слънчевата радиация
Термоелектричен актинометър М-3(фиг. 3) е предназначена за измерване на интензитета на пряката слънчева радиация върху повърхност, перпендикулярна на слънчевите лъчи.
Приемникът на актинометъра представлява термоколекция от редуващи се манганинови и константанови пластини, направени под формата на звездичка. Вътрешните съединения на термоелемента са залепени към диска, изработен от сребърно фолио, чрез изолиращо уплътнение, страната на диска, обърната към слънцето, е почернена. Външните фуги са залепени към масивен меден пръстен чрез изолиращо уплътнение. Той е защитен от нагряване чрез радиация с хромирана капачка. Термоколът е разположен в долната част на метална тръба, която е насочена към слънцето по време на измерванията. Вътрешната повърхност на тръбата е почерняла и в тръбата са разположени 7 диафрагми (пръстеновидни стеснения), за да се предотврати навлизането на разсеяна радиация в приемника на актинометъра.
За наблюдения, стрелката на основата на устройството 11 (фиг. 2) е ориентирана на север, а за улесняване на проследяването на слънцето е монтиран актинометър според географската ширина на мястото за наблюдение (по протежение на сектора 9 и риска в горната част на стойката на уреда 10 ). Насочването към слънцето става с винт 3 и дръжки 6 разположен в горната част на уреда. Винтът позволява на тръбата да се върти във вертикална равнина; когато дръжката се завърти, тръбата се насочва зад слънцето. Във външната диафрагма е направен малък отвор за прецизно насочване към Слънцето. Срещу тази дупка в долната част на уреда има Бял екран 5 ... В правилна инсталацияна устройството, слънчевият лъч, проникващ през този отвор, трябва да даде светло петно (петно) в центъра на екрана.
Ориз. 3 Термоелектричен актинометър М-3: 1 - капак; 2, 3 - винтове; 4 - ос; 5 - екран; 6 - дръжка; 7 - тръба; 8 - ос; 9 - сектор за ширина; 10 - багажник; 11 - основа.
Универсален пиранометър М-80М(фиг. 4) е предназначена за измерване на общата (Q) и разсеяната (D) радиация. Познавайки ги, е възможно да се изчисли интензитетът на пряката слънчева радиация върху хоризонталната повърхност S ′. Пиранометърът М-80М има устройство за преобръщане на стойката на инструмента с приемника надолу, което ви позволява да измерите интензитета на отразената радиация и да определите албедото на подлежащата повърхност.
Приемник на пиранометър 1 е термоелектрическа батерия, подредена във формата на квадрат. Приемната му повърхност е боядисана в черно и бели цветовепод формата на шахматна дъска. Половината от термоелементните връзки са под белите клетки, другата половина под черните клетки. Горната част на приемника е покрита с полусферично стъкло, за да се предпази от вятър и валежи. За измерване на интензитета на разсеяното лъчение приемникът се засенчва от специален екран 3 ... По време на измерванията приемникът на устройството е монтиран строго хоризонтално; за това пиранометърът е оборудван с кръгло ниво 7 и винтове за настройка 4. В долната част на приемника има сушилня за стъкло, пълна с водопоглъщащо вещество, което предотвратява кондензацията на влага върху приемника и стъклото. Когато не работи, приемникът на пиранометъра се затваря с метална капачка.
Ориз. 4 Универсален пиранометър М-80М: 1 - пиранометърна глава; 2 - заключваща пружина; 3 - панта за сянка; 4 - фиксиращ винт; 5 - основа; 6 - панта на сгъваемия статив; 7 - ниво; 8 - винт; 9 - стелаж с изсушител вътре; 10 - приемна повърхност на термоелемента.
Пътуващ албедометър(фиг. 5) е предназначена за измерване на интензитетите на общата, разсеяна и отразяваща радиация в полето. Приемникът е пиранометърната глава 1 монтиран на самобалансиращ се кардан 3 ... Това окачване ви позволява да инсталирате устройството в две позиции - с приемника нагоре и надолу, като хоризонталното положение на приемниците се осигурява автоматично. С положението на приемната повърхност на уреда нагоре се определя общата радиация Q. След това за измерване на отразената радиация R дръжката на албедометъра се завърта на 180 0. Познавайки тези стойности, можете да определите албедото.
Термоелектрически балансомер М-10М(фиг. 6) е предназначена за измерване на общия радиационен баланс на подлежащата повърхност. Приемникът на балансира е термоелемент квадратна формасъстояща се от много медни пръти 5 увити в константанова лента 10 ... Половината от всеки винт на лентата е с галванично покритие със сребро, началото и края на сребърния слой 9 са топлинни връзки. Половината от кръстовища са залепени към горната, другата половина към долните приемни повърхности, които се използват като медни плочи 2 боядисани в черно. Приемникът на балансомера е поставен в кръгла метална рамка 1 ... При измерване се разполага строго хоризонтално с помощта на специално ниво за наслагване. За това приемникът на балансомера е монтиран на сферична шарнира. 15 ... За да се увеличи точността на измерването, приемникът на балансомера може да бъде защитен от пряка слънчева радиация с кръгъл щит 12 ... Интензитетът на пряката слънчева радиация се измерва в този случай с актинометър или пиранометър.
Ориз. 5 Пътуващ албедометър: 1 - пиранометърна глава; 2 - тръба; 3 - кардан; 4 - дръжка
Ориз. 6 Термоелектричен балансомер М-10М: а) - схематично напречно сечение: б) - отделен термокол; в) - външен вид; 1 - рамка на приемника; 2 - приемна плоча; 3, 4 - стави; 5 - медна пръчка; 6, 7 - изолация; 8 - термоелемент; 9 - сребърен слой; 10 - константанова лента; 11 - дръжка; 12 - екран за сянка; 13, 15 - панти; 14 - бар; 16 - винт; 17 - капак
Инструменти за измерване на продължителността на слънчевата светлина
блясък и осветление
Продължителността на слънчевото греене е времето, през което пряката слънчева радиация е равна или по-голяма от 0,1 kW / m 2. Изразено в часове на ден.
Методът за определяне на продължителността на слънчевото греене се основава на записване на времето, през което интензитетът на пряката слънчева радиация е достатъчен, за да се получи прогаряне на специална лента, фиксирана в оптичния фокус на стъклена леща, и е не по-малка над 0,1 kW / m 2.
Продължителността на слънчевото греене се измерва с хелиографски уред (фиг. 7).
Универсален хелиограф модел GU-1(фиг. 7). Основата на устройството е плоска метална пластина с два стълба 1 ... Между стълбовете по хоризонталната ос 2 подсилена подвижната част на устройството, състояща се от колона 3 с крайник 4 и долен ограничител 7 , скоби 6 с чаша 5 и горната спирка 15 и стъклена топка 8 която е сферична леща. В единия край на хоризонталната ос е фиксиран сектор 9 със скала на географските ширини. При преместване на хоризонталната ос 2 инструмента от запад на изток и завъртане на горната част на инструмента около него, оста на колоната 3 е инсталиран успоредно на оста на въртене на Земята (ос на света). За фиксиране на зададения ъгъл на наклон на оста на колоната се използва винт 11 .
Горна частинструментът може да се върти около оста на колоната 3 и фиксирани в четири специфични позиции. За това се използва специален щифт. 12 , който се вкарва през отвора на циферблата 4 в един от четирите отвора на диска 13 фиксиран на оста 2 ... Подравняването на дупките в крайника 4 и диск 13 определя се от съвпадението на марките A, B, C и D на циферблата 4 с индекс 14 на диска.
Ориз. 7 Хелиограф универсален модел GU – 1.
1 - багажник; 2 - хоризонтална ос; 3 - колона; 4 - крайник; 5 - чаша; 6 - скоба; 7 - ударение; 8 - стъклена топка; 9 - сектор; 10 - индикатор за географска ширина; 11 - винт за фиксиране на ъгъла на наклон на оста; 12 - щифт; 13 - диск; 14 - индекс на диска; 15 - горен стоп.
На метеорологичния обект хелиографът се монтира върху бетонен или дървен стълб с височина 2 m, в горната част на който има платформа, изработена от дъски с дебелина най-малко 50 mm, така че при всяко положение на Слънцето относително отстрани на хоризонта отделни сгради, дървета и произволни обекти не го закриват. Инсталирана е строго хоризонтално и ориентирана по географския меридиан и географската ширина на метеорологичната станция; оста на хелиографа трябва да бъде строго успоредна на оста на света.
Топката на хелиографа трябва да се поддържа чиста, тъй като наличието на прах, следи от валежи, роса, скреж, скреж и лед върху топката отслабва и изкривява прогарянето на хелиографската лента.
В зависимост от възможната продължителност на слънчевото греене, записът за един ден трябва да се направи на една, две или три ленти. В зависимост от сезона трябва да се използват прави или извити ленти, които се поставят в горните, средните или долните слотове на чашата. Лентите за отметки трябва да бъдат съчетани в един и същи цвят през целия месец.
За удобство при работа с хелиографа, на юг от опората (стълба) с устройството е монтирана стълба с платформа. Стълбата не трябва да докосва стълба и трябва да е достатъчно удобна.
Светломер U-16(Фиг. 8) се използва за измерване на осветеността, създадена от светлина или изкуствени източници на светлина.
Ориз. 8 Луксметър U – 16. 1 - фотоклетка; 2 - тел; 3 - метър; 4 - абсорбатор; 5 - клеми; 6 - превключвател на границите на измерване; 7 - коректор.
Устройството се състои от селенова фотоклетка 1 свързани с проводник 2 с метър 3 , и абсорбатор 4 ... Фотоклетката е затворена в пластмасов корпус с метална рамка, за да се увеличи обхватът на измерване 100 пъти, върху корпуса се поставя абсорбатор от млечно стъкло. Светломерът е магнитоелектричен циферблат, монтиран в пластмасов корпус с прозорче за скала. В долната част на тялото има коректор 7 за настройка на стрелката на нула, в горната част - клеми 5 за свързване на проводниците от фотоклетката и копчето за превключване на границите на измерване 6 .
Скалата на измервателния уред е разделена на 50 деления и има 3 реда числа, съответстващи на трите граници на измерване - до 25, 100 и 500 lux (lx). При използване на абсорбер границите се увеличават до 2500, 10000 и 50 000 лукса.
Когато работите със светомер, е необходимо внимателно да следите чистотата на фотоклетката и абсорбера, ако се замърсят, избършете ги с памучен тампон, потопен в алкохол.
Фотоклетката се поставя хоризонтално по време на измерванията. Коректорът настройва стрелката на метъра на нулево деление. Свържете фотоклетката към измервателния уред и направете измервания след 4-5 s. За да се намалят претоварванията, те започват с по-голяма граница на измерване, след което преминават към по-малки граници, докато стрелката се окаже в работната част на скалата. Отчитането се взема в мащабни деления. В случай на малки отклонения на стрелката, за да се подобри точността на измерването, се препоръчва превключване на измервателния уред на долна граница. За да предотвратите умората на селеновата фотоклетка, засенчвайте фотоклетката за 3-5 минути на всеки 5-10 минути работа на устройството.
Осветеността се определя чрез умножаване на показанието по стойността на делението на скалата и по корекционния коефициент (за естествена светлина е 0,8, за лампи с нажежаема жичка -1). Делението на скалата е равно на границата на измерване, разделена на 50. При използване на един или два абсорбера, получената стойност се умножава съответно по 100 или 10000.
1 Запознайте се с устройството на термоелектрическите устройства (актинометър, пиранометър, албедометър, балансомер).
2 Запознайте се с устройството на универсалния хелиограф, с методите за неговото инсталиране през различни периоди на годината.
3 Запознайте се с устройството на светломера, измерете естествената и изкуствената осветеност в публиката.
Поставете записите в тетрадка.
