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 представлява слънчевата радиация? Урокът по училищна физика ни кани за начало да се запознаем с понятието за електромагнитно 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 радиация, 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. Наблюдението на температурните условия на планетата за дълги периоди от време поражда хипотеза за равновесието на количеството топлина, получено от Слънцето и изпратено в космоса.
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 инфрачервеното лъчение, 9% върху ултравиолетовото лъчение. 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 дължина на вълната. Например, има сияние при ниски температури, нетипично за излъчването на светлина от това вещество. Този вид радиация, наречена луминесцентна радиация, 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 същото време видимата светлина - един от най-важните фактори на живота 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. Когато се нагряват, 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. Така площта, перпендикулярна на слънчевите лъчи, получава най-голямо 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-близката до Слънцето позиция, а в друга (в началото на юли) - най-отдалечената 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 своя спектрален 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 основно 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 облаци. 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 става 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 най-вече 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. Индикаторът, изразяващ процента на отразената слънчева радиация към нейното общо количество, падащо върху повърхността, се нарича повърхностно албедо.
Под понятието за самоизлъчване на земната повърхност се разбира дълговълнова радиация, излъчвана от растителността, снежната покривка, горните слоеве на водата и почвата. Радиационният баланс на повърхността е разликата между нейното погълнато и излъчено 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 точки с еднакви 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 на земното кълбо.
Общата слънчева радиация през годината е от най-голямо значение в субтропичните пустини с ниска облачна атмосфера. Много по-малко е в горските райони на екваториалния 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. От друга страна има 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 са Североизточна Африка, източното й крайбрежие, Арабския полуостров, северната и западната част от Австралия, част от островите на Индонезия и западната част на крайбрежието 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-голяма 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 нашето северно географско местоположение. Минималното количество слънчево греене отива в северозападния район - Санкт Петербург, заедно с околните райони.
Слънчевата радиация в Русия е по-ниска от тази в 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 пряка 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 изолация се изчислява на квадратен метър в 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. Размерът на инсолацията, както и разпределението на слънчевата радиация в Русия, са данни, групирани в таблица по градове и региони, посочващи географската ширина.
Всички видове слънчева светлина достигат до земната повърхност по три начина – под формата на пряка, отразена и разсеяна слънчева радиация.
Директна слънчева радиация- това са лъчи, идващи директно от слънцето. Неговата интензивност (ефективност) зависи от височината на слънцето над хоризонта: максимумът се наблюдава на обяд, а минимумът се наблюдава сутрин и вечер; от сезона: максимум - през лятото, минимум - през зимата; от височината на терена над морското равнище (по-високо в планината, отколкото в равнината); върху състоянието на атмосферата (замърсяването на въздуха го намалява). Спектърът на слънчевата радиация зависи и от височината на слънцето над хоризонта (колкото по-ниско е слънцето над хоризонта, толкова по-малко е ултравиолетовите лъчи).
Отразена слънчева радиация- това са слънчевите лъчи, отразени от земната или водната повърхност. Изразява се като процент от отразените лъчи към общия им поток и се нарича албедо. Стойността на албедото зависи от естеството на отразяващите повърхности. При организиране и провеждане на слънчеви бани е необходимо да се знае и вземе предвид албедото на повърхностите, върху които се извършва слънчевите бани. Някои от тях се характеризират със селективна отразяваща способност. Снегът напълно отразява инфрачервените лъчи, а ултравиолетовите в по-малка степен.
Разсеяна слънчева радиацияобразуван от разсейването на слънчевата светлина в атмосферата. Молекулите на въздуха и суспендираните в него частици (най-малките капчици вода, ледени кристали и др.), наречени аерозоли, отразяват част от лъчите. В резултат на множество отражения някои от тях все още достигат до земната повърхност; това са разпръснатите слънчеви лъчи. Разпръскват се предимно ултравиолетови, виолетови и сини лъчи, което определя синия цвят на небето при ясно време. Специфичното тегло на разпръснатите лъчи е високо във високите географски ширини (в северните райони). Там слънцето стои ниско над хоризонта и затова пътят на лъчите до земната повърхност е по-дълъг. По дълъг път лъчите срещат повече препятствия и са по-разпръснати.
(http://new-med-blog.livejournal.com/204
Обща слънчева радиация- цялата пряка и разсеяна слънчева радиация, навлизаща в земната повърхност. Общата слънчева радиация се характеризира с интензитет. При безоблачно небе общата слънчева радиация има максимална стойност около обяд, а през годината - през лятото.
Радиационен баланс
Радиационният баланс на земната повърхност е разликата между общата слънчева радиация, погълната от земната повърхност и нейната ефективна радиация. За земната повърхност
- входящата част е погълнатата директна и разсеяна слънчева радиация, както и погълнатата обратна радиация на атмосферата;
- консумативната част се състои от топлинни загуби поради собственото излъчване на земната повърхност.
Радиационният баланс може да бъде положителен(дневно, лятно време) и отрицателен(през нощта, през зимата); измерено в kW / m2 / min.
Радиационният баланс на земната повърхност е най-важният компонент на топлинния баланс на земната повърхност; един от основните климатообразуващи фактори.
Топлинен баланс на земната повърхност- алгебричната сума от всички видове топлинна енергия и разход на повърхността на сушата и океана. Характерът на топлинния баланс и неговото енергийно ниво определят характеристиките и интензивността на повечето екзогенни процеси. Основните компоненти на топлинния баланс на океана са:
- радиационен баланс;
- разход на топлина за изпаряване;
- турбулентен топлообмен между повърхността на океана и атмосферата;
- вертикален турбулентен топлообмен на повърхността на океана с подлежащите слоеве; и
- хоризонтална океанска адвекция.
(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi? RQgkog.outt: p! hgrgtx! nlstup! vuilw) смокинг йо)
Измерване на слънчевата радиация.
Актинометри и пирелиометри се използват за измерване на слънчевата радиация. Интензитетът на слънчевата радиация обикновено се измерва чрез нейния топлинен ефект и се изразява в калории на единица повърхност за единица време.
(http://www.ecosystema.ru/07referats/slo vgeo / 967.htm)
Измерването на интензитета на слънчевата радиация се извършва с пиранометър Янишевски в комплект с галванометър или потенциометър.
При измерване на общата слънчева радиация, пиранометърът се монтира без екран за сянка, докато измерва разсеяната радиация със сенчест екран. Директната слънчева радиация се изчислява като разлика между общата и разсеяната радиация.
При определяне на интензитета на падащата слънчева радиация върху оградата, пиранометърът се монтира върху нея, така че възприеманата повърхност на устройството да е строго успоредна на повърхността на оградата. При липса на автоматично записване на радиацията, измерванията трябва да се правят 30 минути по-късно между изгрев и залез слънце.
Радиацията, падаща върху повърхността на оградата, не се абсорбира напълно. В зависимост от текстурата и цвета на оградата част от лъчите се отразяват. Съотношението на отразената радиация към падащата радиация, изразено като процент, се нарича повърхностно албедои се измерва от П.К. Калитина в комплект с галванометър или потенциометър.
За по-голяма точност наблюдението трябва да се извършва при ясно небе и при интензивно слънчево облъчване на оградата.
(http://www.constructioncheck.ru/default.a spx? textpage = 5)
Количеството директна слънчева радиация (S), пристигаща на земната повърхност в безоблачно небе, зависи от височината на слънцето и прозрачността. Таблицата за три географски зони показва разпределението на месечните суми на пряка радиация в безоблачно небе (възможни суми) под формата на осреднени стойности за централните месеци на сезоните и годината.
Повишеното пристигане на директна радиация в азиатската част се дължи на по-високата прозрачност на атмосферата в този регион. Високите стойности на пряката радиация през лятото в северните райони на Русия се обясняват с комбинацията от висока прозрачност на атмосферата и дълга дължина на деня
Намалява пристигането на директна радиация и може значително да промени дневния и годишен ход. Въпреки това, при средни облачни условия, астрономическият фактор е преобладаващ и следователно максималната директна радиация се наблюдава на най-високата слънчева височина.
В повечето континентални райони на Русия през пролетните и летните месеци директната радиация в предобедните часове е по-голяма, отколкото в следобедните часове. Това се дължи на развитието на конвективна облачност в следобедните часове и с намаляване на прозрачността на атмосферата по това време на деня в сравнение със сутрешните часове. През зимата съотношението на предобедните и следобедните радиационни стойности е обратното - предобедните стойности на директната радиация са по-ниски поради сутрешната максимална облачност и нейното намаляване през втората половина на деня. Разликата между пред- и следобедните стойности на пряката радиация може да достигне 25-35%.
В годишния ход максимумът на пряката радиация пада през юни-юли, с изключение на районите на Далечния изток, където се измества към май, а в южната част на Приморие през септември се отбелязва вторичен максимум.
Максималното месечно количество директна радиация на територията на Русия е 45–65% от възможното при безоблачно небе, а дори в южната част на европейската част достига само 70%. Минималните стойности се наблюдават през декември и януари.
Приносът на директната радиация към общото пристигане при реални условия на облачност достига своя максимум през летните месеци и е средно 50–60%. Изключение е Приморският край, където най-големият принос на пряка радиация пада през есенните и зимните месеци.
Разпределението на пряката радиация при условия на средна (действителна) облачност върху територията на Русия до голяма степен зависи от. Това води до забележимо нарушение на зоналното разпределение на радиацията в определени месеци. Това е особено очевидно през пролетта. Така през април се отбелязват два максимума - единият в южните райони и Амурската област, вторият - в североизточната част на Якутия и нататък, което също е резултат от комбинация от висока атмосферна прозрачност, висока честота на ясно небе и продължителността на деня.
Данните, показани на картите, се основават на валидни облачни условия.
Ако атмосферата пропусне всички слънчеви лъчи да преминат към повърхността на земята, тогава климатът на която и да е точка на Земята ще зависи само от географската ширина. Така се е вярвало в древността. Когато обаче слънчевите лъчи преминават през земната атмосфера, както вече видяхме, настъпва тяхното отслабване поради едновременните процеси на поглъщане и разсейване. Водните капчици и ледените кристали, които изграждат облаците, поглъщат и разпръскват много.
Тази част от слънчевата радиация, която навлиза в земната повърхност, след като я разпръсне от атмосферата и облаците, се нарича разсеяна радиация.Тази част от слънчевата радиация, която преминава през атмосферата, без да се разсейва, се наричадиректно излъчване.
Радиацията се разпръсква не само от облаци, но и в ясно небе – от молекули, газове и прахови частици. Съотношението между пряка и разсеяна радиация варира в широки граници. Ако при ясно небе и вертикално падане на слънчевата светлина частта на разсеяната радиация е 0,1% пряка, тогава
в облачно небе разсеяната радиация може да е по-пряка.
В онези части на земята, където преобладава ясното време, например в Централна Азия, пряката слънчева радиация е основният източник на нагряване на земната повърхност. Там, където преобладава облачното време, като например в северната и северозападната част на европейската територия на СССР, дифузната слънчева радиация става от съществено значение. Заливът Тихая, разположен на север, получава разсеяна радиация почти един и половина пъти повече от правата (Таблица 5). В Ташкент, напротив, разсеяната радиация е по-малко от 1/3 от пряката радиация. Директната слънчева радиация в Якутск е по-голяма, отколкото в Ленинград. Това се обяснява с факта, че в Ленинград има повече облачни дни и по-малко прозрачност на въздуха.
Албедо на земната повърхност. Земната повърхност има способността да отразява падащите върху нея лъчи. Количеството погълната и отразена радиация зависи от свойствата на земната повърхност. Съотношението на количеството лъчиста енергия, отразено от повърхността на тялото, към количеството падаща лъчиста енергия се нарича албедо.Албедо характеризира отразяващата способност на повърхността на тялото. Когато например казват, че албедото на току-що падналия сняг е 80-85%, това означава, че 80-85% от цялата радиация, падаща върху снежната повърхност, се отразява от него.
Албедото на снега и леда зависи от тяхната чистота. В индустриалните градове, поради отлагането на различни примеси върху снега, главно сажди, албедото е по-ниско. Напротив, в арктическите райони снежното албедо понякога достига 94%. Тъй като албедото на снега е най-високо в сравнение с албедото на други видове земна повърхност, тогава при снежна покривка нагряването на земната повърхност става слабо. Албедото на тревата и пясъка е много по-малко. Албедото на тревната растителност е 26%, а това на пясъка е 30%. Това означава, че тревата поглъща 74% от слънчевата енергия, а пясъкът 70%. Погълнатата радиация се използва за изпаряване, растеж на растенията и отопление.
Най-важният източник, от който земната повърхност и атмосферата получават топлинна енергия, е Слънцето. Той изпраща в космоса колосално количество лъчиста енергия: топлина, светлина, ултравиолетова. Електромагнитните вълни, излъчвани от Слънцето, се разпространяват със скорост от 300 000 km / s.
Нагряването на земната повърхност зависи от големината на ъгъла на падане на слънчевите лъчи. Всички слънчеви лъчи идват на повърхността на Земята успоредно един на друг, но тъй като Земята има сферична форма, слънчевите лъчи падат върху различни части от повърхността й под различни ъгли. Когато Слънцето е в зенита си, лъчите му падат вертикално и Земята се нагрява повече.
Нарича се целият набор от лъчиста енергия, изпратена от Слънцето слънчева радиация,обикновено се изразява в калории на повърхност на година.
Слънчевата радиация определя температурния режим на въздушната тропосфера на Земята.
Трябва да се отбележи, че общото количество слънчева радиация е повече от два милиарда пъти количеството енергия, получена от Земята.
Радиацията, достигаща до земната повърхност, се състои от пряка и дифузна.
Радиацията, която идва на Земята директно от Слънцето под формата на пряка слънчева светлина в безоблачно небе се нарича прав.Той носи най-голямо количество топлина и светлина. Ако нашата планета нямаше атмосфера, земната повърхност щеше да получава само пряка радиация.
Въпреки това, преминавайки през атмосферата, около една четвърт от слънчевата радиация се разсейва от газови молекули и примеси, отклонява се от прекия път. Някои от тях достигат повърхността на Земята, образувайки се разсеяна слънчева радиация.Поради разсеяното лъчение светлината прониква и на места, където пряката слънчева светлина (пряка радиация) не прониква. Това излъчване създава дневна светлина и придава цвят на небето.
Обща слънчева радиация
Всички слънчеви лъчи, влизащи в Земята, са обща слънчева радиация,тоест съвкупността от пряка и разсеяна радиация (фиг. 1).
Ориз. 1. Обща слънчева радиация за годината
Разпределение на слънчевата радиация върху земната повърхност
Слънчевата радиация е неравномерно разпределена по земята. Зависи:
1.от плътността и влажността на въздуха - колкото по-високи са те, толкова по-малко радиация получава земната повърхност;
2. от географската ширина на областта - количеството радиация нараства от полюсите към екватора. Количеството директна слънчева радиация зависи от дължината на пътя, който слънчевите лъчи преминават през атмосферата. Когато Слънцето е в зенита си (ъгълът на падане на лъчите е 90 °), неговите лъчи удрят Земята по най-краткия път и интензивно отстъпват енергията си в малка площ. На Земята това се случва в ивица между 23 ° N. NS и 23° ю.ш. ш., тоест между тропиците. С отдалечаването от тази зона на юг или север дължината на пътя на слънчевите лъчи се увеличава, тоест ъгълът на падането им върху земната повърхност намалява. Лъчите започват да падат върху Земята под по-малък ъгъл, сякаш се плъзгат, приближавайки се в областта на полюсите към допирателната линия. В резултат на това същият енергиен поток се разпространява върху голяма площ, поради което количеството отразена енергия се увеличава. По този начин, в екваториалната област, където слънчевите лъчи падат върху земната повърхност под ъгъл от 90 °, количеството пряка слънчева радиация, получена от земната повърхност, е по-високо и докато се придвижва към полюсите, това количество рязко намалява. Освен това продължителността на деня в различни периоди на годината зависи и от географската ширина на областта, която също определя количеството слънчева радиация, навлизаща в земната повърхност;
3. от годишното и дневното движение на Земята – в средните и високите ширини приема на слънчева радиация силно варира в зависимост от сезоните, което е свързано със смяна на обедната височина на Слънцето и продължителността на деня;
4. върху естеството на земната повърхност – колкото по-лека е повърхността, толкова повече слънчева светлина отразява. Способността на повърхността да отразява радиацията се нарича албедо(от лат. белота). Снегът (90%) отразява радиацията особено силно, пясъкът е по-слаб (35%), черноземът е още по-слаб (4%).
Земната повърхност поглъща слънчевата радиация (погълната радиация),загрява и излъчва топлина в самата атмосфера (отразена радиация).Долните слоеве на атмосферата до голяма степен инхибират земната радиация. Погълнатата от земната повърхност радиация се изразходва за нагряване на почвата, въздуха и водата.
Тази част от общата радиация, която остава след отражение и топлинно излъчване на земната повърхност, се нарича радиационен баланс.Радиационният баланс на земната повърхност се променя през деня и според сезоните на годината, но средно за годината има положителна стойност навсякъде, с изключение на ледените пустини на Гренландия и Антарктида. Радиационният баланс достига максималните си стойности на ниски ширини (между 20 ° N и 20 ° S) - над 42 * 10 2 J / m2, на ширина около 60 ° на двете полукълба намалява до 8 * 10 2 - 13 * 10 2 J / m 2.
Слънчевите лъчи отдават до 20% от енергията си на атмосферата, която се разпределя в цялата дебелина на въздуха, поради което нагряването на въздуха, причинено от тях, е относително малко. Слънцето загрява повърхността на Земята, която предава топлина на атмосферния въздух поради конвекция(от лат. конвекция- доставка), тоест вертикалното движение на въздуха, нагрят на земната повърхност, на мястото на което се спуска по-студен въздух. Така атмосферата получава по-голямата част от топлината – средно три пъти повече, отколкото директно от Слънцето.
Наличието на въглероден диоксид и водна пара не позволява на топлината, отразена от земната повърхност, свободно да излиза в космоса. Те създават Парников ефект,поради което спадът на температурата на Земята през деня не надвишава 15 ° C. При липса на въглероден диоксид в атмосферата земната повърхност ще се охлади с 40-50 ° C за една нощ.
В резултат на увеличаване на мащаба на човешката икономическа дейност - изгаряне на въглища и нефт в ТЕЦ, емисии от промишлени предприятия, увеличаване на автомобилните емисии - съдържанието на въглероден диоксид в атмосферата се увеличава, което води до увеличаване на парниковия ефект и заплашва глобалното изменение на климата.
Слънчевите лъчи, преминавайки през атмосферата, падат върху повърхността на Земята и я нагряват, а това от своя страна отдава топлина на атмосферата. Това обяснява характерната особеност на тропосферата: намаляване на температурата на въздуха с височина. Но има моменти, когато горните слоеве на атмосферата са по-топли от долните. Това явление се нарича температурна инверсия(от лат. inversio - преобръщане).
