La cantidad de energía directa que llega a la superficie terrestre. radiación solar(S) en condiciones de cielo despejado depende de la altura del sol y la transparencia. La tabla para tres zonas de latitud muestra la distribución de cantidades mensuales de radiación directa bajo cielos sin nubes (cantidades posibles) en forma de valores promediados para los meses centrales de las estaciones y el año.
La mayor llegada de radiación directa a la parte asiática se debe a la mayor transparencia de la atmósfera en esta región. Los altos valores de radiación directa en verano en las regiones del norte de Rusia se explican por una combinación de alta transparencia atmosférica y días largos.
Reduce la llegada de radiación directa y puede cambiar significativamente su ciclo diario y anual. Sin embargo, en condiciones de nubosidad media, el factor astronómico es predominante y, por tanto, la máxima radiación directa se observa en la mayor altitud solar.
En la mayoría de las regiones continentales de Rusia, durante los meses de primavera y verano, la radiación directa durante el día es mayor que durante el día. Esto se debe al desarrollo de nubes convectivas durante el día y a una disminución de la transparencia atmosférica a esta hora del día en comparación con las horas de la mañana. En invierno, la proporción de los valores de radiación antes y por la tarde es lo contrario: los valores de radiación directa antes del mediodía son más bajos debido al máximo de nubosidad de la mañana y su disminución en la segunda mitad del día. La diferencia entre los valores de radiación directa de antes y de la tarde puede alcanzar el 25-35%.
En el curso anual, la radiación directa máxima se produce en junio-julio, a excepción de las zonas Lejano Oriente, donde se traslada a mayo, y en el sur de Primorye se observa un máximo secundario en septiembre.
La cantidad máxima mensual de radiación directa en el territorio de Rusia es del 45 al 65% de la que es posible bajo un cielo sin nubes, e incluso en el sur de la parte europea alcanza sólo el 70%. Valores mínimos Se celebra en diciembre y enero.
La contribución de la radiación directa a la llegada total en condiciones reales de nubosidad alcanza su máximo en los meses de verano y promedia entre el 50% y el 60%. La excepción es Primorsky Krai, donde la mayor contribución de radiación directa se produce en los meses de otoño e invierno.
La distribución de la radiación directa en condiciones de nubes promedio (reales) sobre el territorio de Rusia depende en gran medida. Esto provoca una alteración notable de la distribución zonal de la radiación en cada mes. Esto es especialmente evidente en la primavera. Así, en abril se esperan dos máximos: uno en las regiones del sur.
La radiación solar es una radiación característica de la estrella de nuestro sistema planetario. El Sol es la estrella principal alrededor de la cual giran la Tierra y sus planetas vecinos. De hecho, es una enorme bola de gas caliente que emite constantemente corrientes de energía al espacio que la rodea. Esto es lo que se llama radiación. Mortal, al mismo tiempo esta energía es uno de los principales factores que hacen vida posible en nuestro planeta. Como todo en este mundo, los beneficios y perjuicios de la radiación solar para la vida orgánica están estrechamente relacionados.
Visión general
Para entender qué es la radiación solar, primero hay que entender qué es el Sol. La principal fuente de calor que proporciona las condiciones para la existencia orgánica en nuestro planeta en las expansiones universales es sólo una pequeña estrella en las afueras galácticas de la Vía Láctea. Pero para los terrícolas, el Sol es el centro del miniuniverso. Después de todo, es alrededor de esta acumulación de gas donde gira nuestro planeta. El sol nos aporta calor y luz, es decir, nos suministra formas de energía sin las cuales nuestra existencia sería imposible.
En la antigüedad, la fuente de radiación solar, el Sol, era una deidad, un objeto digno de adoración. La trayectoria solar a través del cielo parecía a la gente una prueba obvia de la voluntad de Dios. Los intentos de comprender la esencia del fenómeno, de explicar qué es esta estrella, se han realizado durante mucho tiempo, y Copérnico les hizo una contribución particularmente significativa, formando la idea de heliocentrismo, que era sorprendentemente diferente de la generalmente aceptada. geocentrismo de esa época. Sin embargo, se sabe con certeza que incluso en la antigüedad, los científicos más de una vez pensaron en qué es el Sol, por qué es tan importante para cualquier forma de vida en nuestro planeta, por qué el movimiento de esta luminaria es exactamente como vemos. él.
El progreso de la tecnología ha permitido comprender mejor qué es el Sol, qué procesos ocurren dentro de la estrella, en su superficie. Los científicos han aprendido qué es la radiación solar y cómo un objeto gaseoso afecta a los planetas en su zona de influencia, en particular al clima terrestre. Ahora la humanidad tiene una base de conocimientos lo suficientemente voluminosa como para decir con confianza: fue posible descubrir cuál es la radiación emitida por el Sol en esencia, cómo medir este flujo de energía y cómo formular las características de su impacto en Diferentes formas vida orgánica en la tierra.
Acerca de los términos
El paso más importante para dominar la esencia del concepto se dio en el siglo pasado. Fue entonces cuando el eminente astrónomo A. Eddington formuló una suposición: la fusión termonuclear se produce en las profundidades del sol, lo que permite la liberación de un numero enorme energía irradiada al espacio alrededor de la estrella. Al intentar estimar la magnitud de la radiación solar, se hicieron esfuerzos para determinar los parámetros reales del entorno de la luminaria. Así, la temperatura central, según los científicos, alcanza los 15 millones de grados. Esto es suficiente para hacer frente a la influencia repulsiva mutua de los protones. La colisión de unidades conduce a la formación de núcleos de helio.
La nueva información atrajo la atención de muchos científicos destacados, incluido A. Einstein. Al intentar estimar la cantidad de radiación solar, los científicos descubrieron que los núcleos de helio en masa son inferiores al valor total de 4 protones necesarios para la formación de una nueva estructura. Así se identificó una característica de las reacciones, denominada “defecto de masa”. ¡Pero en la naturaleza nada puede desaparecer sin dejar rastro! En un intento por encontrar los valores “escapados”, los científicos compararon la curación energética y la especificidad de los cambios de masa. Fue entonces cuando se pudo revelar que la diferencia era emitida por rayos gamma.
Los objetos emitidos se abren camino desde el núcleo de nuestra estrella hasta su superficie a través de numerosas capas atmosféricas gaseosas, lo que provoca la fragmentación de los elementos y la formación de radiación electromagnética a partir de ellos. Entre otros tipos de radiación solar se encuentra la luz percibida por el ojo humano. Estimaciones aproximadas sugieren que el proceso de paso de los rayos gamma dura unos 10 millones de años. Otros ocho minutos y la energía emitida llega a la superficie de nuestro planeta.
¿Cómo y qué?
La radiación solar es el complejo total de la radiación electromagnética, que tiene un alcance bastante amplio. Esto incluye el llamado viento solar, es decir flujo de energía, formado por electrones, partículas ligeras. En la capa límite de la atmósfera de nuestro planeta se observa constantemente la misma intensidad de radiación solar. La energía de una estrella es discreta, su transferencia se realiza a través de cuantos y el matiz corpuscular es tan insignificante que los rayos pueden considerarse ondas electromagnéticas. Y su distribución, como han descubierto los físicos, se produce de manera uniforme y en línea recta. Por tanto, para describir la radiación solar es necesario determinar su longitud de onda característica. En base a este parámetro, se acostumbra distinguir varios tipos de radiación:
- cálido;
- onda de radio;
- luz blanca;
- ultravioleta;
- gama;
- Radiografía.
La proporción entre infrarrojo, visible y ultravioleta se estima mejor de la siguiente manera: 52%, 43%, 5%.
Para una evaluación cuantitativa de la radiación, es necesario calcular la densidad de flujo de energía, es decir, la cantidad de energía que alcanza área limitada superficies.
Las investigaciones han demostrado que la radiación solar es absorbida predominantemente por la atmósfera planetaria. Gracias a esto, el calentamiento se produce a una temperatura agradable para la vida orgánica característica de la Tierra. La capa de ozono existente deja pasar sólo una centésima parte de la radiación ultravioleta. En este caso, las ondas de corta duración que son peligrosas para los seres vivos quedan completamente bloqueadas. Las capas atmosféricas son capaces de dispersar casi un tercio de los rayos del Sol y otro 20% son absorbidos. En consecuencia, no más de la mitad de la energía total llega a la superficie del planeta. Es este "residuo" lo que la ciencia llama radiación solar directa.
¿Qué tal más detalles?
Hay varios aspectos que determinan qué tan intensa será la radiación directa. Los más significativos son el ángulo de incidencia dependiendo de la latitud ( características geográficas terreno en el mundo), la época del año que determina la distancia a un punto específico de la fuente de radiación. Mucho depende de las características de la atmósfera: qué tan contaminada está, cuántas nubes hay en un momento dado. Finalmente, influye la naturaleza de la superficie sobre la que incide el haz, es decir, su capacidad para reflejar las ondas entrantes.
La radiación solar total es una cantidad que combina volúmenes dispersos y radiación directa. El parámetro utilizado para evaluar la intensidad se estima en calorías por unidad de superficie. Al mismo tiempo, recuerde que en diferentes momentos del día difieren los valores característicos de la radiación. Además, la energía no se puede distribuir uniformemente por la superficie del planeta. Cuanto más cerca del polo, mayor es la intensidad, mientras que la capa de nieve es muy reflectante, lo que significa que el aire no tiene la oportunidad de calentarse. En consecuencia, cuanto más lejos del ecuador, menor será la radiación total de las ondas solares.
Como han descubierto los científicos, la energía de la radiación solar tiene un grave impacto en el clima planetario y subyuga la actividad vital de diversos organismos que existen en la Tierra. En nuestro país, así como en el territorio de nuestros vecinos más cercanos, así como en otros países ubicados en el hemisferio norte, en invierno la proporción predominante pertenece a la radiación dispersa, pero en verano domina la radiación directa.
ondas infrarrojas
De la cantidad total de radiación solar, un porcentaje impresionante pertenece al espectro infrarrojo, que no es percibido por el ojo humano. Debido a tales ondas, la superficie del planeta se calienta, transmitiéndose gradualmente energía térmica masas de aire. Esto ayuda a mantener un clima confortable y mantener las condiciones para la existencia de vida orgánica. Si no se producen alteraciones graves, el clima permanece relativamente sin cambios, lo que significa que todos los seres vivos pueden vivir en sus condiciones habituales.
Nuestra luminaria no es la única fuente de ondas del espectro infrarrojo. Una radiación similar es característica de cualquier objeto calentado, incluida una batería común en un hogar humano. Está en el principio de percepción. radiación infrarroja En funcionamiento numerosos dispositivos que permiten ver cuerpos calientes en la oscuridad o en otras condiciones incómodas para la vista. Por cierto, según un principio similar, los que se han vuelto tan populares en Últimamente Dispositivos compactos para evaluar por qué zonas del edificio se produce la mayor pérdida de calor. Estos mecanismos están especialmente extendidos entre los constructores, así como entre los propietarios de viviendas particulares, ya que ayudan a identificar por qué zonas se pierde el calor, organizar su protección y evitar un consumo energético innecesario.
No subestimes la influencia de la radiación solar en el espectro infrarrojo en el cuerpo humano simplemente porque nuestros ojos no pueden percibir tales ondas. En particular, la radiación se utiliza activamente en medicina, ya que permite aumentar la concentración de leucocitos en sistema circulatorio y también normaliza el flujo sanguíneo aumentando la luz de los vasos sanguíneos. Los dispositivos basados en el espectro IR se utilizan como profilácticos contra patologías de la piel, terapéuticos para procesos inflamatorios en formas agudas y crónicas. Mayoría drogas modernas Ayuda a hacer frente a cicatrices coloides y heridas tróficas.
Esto es interesante
A partir del estudio de los factores de radiación solar, fue posible crear dispositivos verdaderamente únicos llamados termógrafos. Permiten detectar oportunamente diversas enfermedades que no pueden detectarse por otros medios. Así es como se puede encontrar cáncer o un coágulo de sangre. El IR protege hasta cierto punto de la radiación ultravioleta, peligrosa para la vida orgánica, lo que ha permitido utilizar ondas de este espectro para restaurar la salud de los astronautas que llevan mucho tiempo en el espacio.
La naturaleza que nos rodea sigue siendo un misterio hasta el día de hoy, lo mismo se aplica a la radiación de diferentes longitudes de onda. En particular, la luz infrarroja todavía no está completamente explorada. Los científicos saben que su uso inadecuado puede perjudicar la salud. Por tanto, es inaceptable utilizar equipos que generen dicha luz para el tratamiento de zonas inflamadas purulentas, hemorragias y neoplasias malignas. El espectro infrarrojo está contraindicado para personas que padecen disfunción del corazón y de los vasos sanguíneos, incluidos los situados en el cerebro.
Luz visible
Uno de los elementos de la radiación solar total es la luz visible para el ojo humano. Los haces de ondas viajan en línea recta, por lo que no se superponen entre sí. Hubo un tiempo en que esto se convirtió en el tema de un número considerable de trabajos científicos: los científicos se propusieron comprender por qué hay tantos matices a nuestro alrededor. Resultó que los parámetros clave de la luz influyen:
- refracción;
- reflexión;
- absorción.
Como han descubierto los científicos, los objetos no pueden ser por sí mismos fuentes de luz visible, pero pueden absorber la radiación y reflejarla. Los ángulos de reflexión y las frecuencias de las ondas varían. A lo largo de muchos siglos, la capacidad de ver de una persona ha ido mejorando gradualmente, pero ciertas limitaciones se deben a la estructura biológica del ojo: la retina es tal que sólo puede percibir ciertos rayos de ondas de luz reflejadas. Esta radiación es una pequeña brecha entre las ondas ultravioleta e infrarroja.
Numerosas características curiosas y misteriosas de la luz no sólo se convirtieron en el tema de muchas obras, sino que también sirvieron de base para el surgimiento de una nueva disciplina física. Al mismo tiempo, aparecieron prácticas y teorías no científicas, cuyos partidarios creen que el color puede influir estado fisico humano, psique. Partiendo de tales suposiciones, las personas se rodean de los objetos que más agradan a sus ojos, lo que hace que la vida cotidiana sea más cómoda.
Ultravioleta
Un aspecto igualmente importante de la radiación solar total es la radiación ultravioleta, formada por ondas de longitud grande, media y corta. Se diferencian entre sí tanto en los parámetros físicos como en las características de su influencia en las formas de vida orgánica. Las ondas ultravioleta largas, por ejemplo, se encuentran dispersas en su mayor parte en las capas atmosféricas y sólo un pequeño porcentaje llega a la superficie terrestre. Cuanto más corta es la longitud de onda, más profundamente puede penetrar dicha radiación en la piel humana (y no sólo).
Por un lado, la radiación ultravioleta es peligrosa, pero sin ella la existencia de vida orgánica diversa es imposible. Esta radiación es responsable de la formación de calciferol en el cuerpo, y este elemento es necesario para la construcción del tejido óseo. El espectro UV es una poderosa prevención del raquitismo y la osteocondrosis, lo cual es especialmente importante en infancia. Además, dicha radiación:
- normaliza el metabolismo;
- activa la producción de enzimas esenciales;
- mejora los procesos regenerativos;
- estimula el flujo sanguíneo;
- dilata los vasos sanguíneos;
- estimula el sistema inmunológico;
- conduce a la formación de endorfinas, lo que significa que disminuye la sobreexcitación nerviosa.
pero en la otra mano
Ya se dijo anteriormente que la radiación solar total es la cantidad de radiación que llega a la superficie del planeta y se dispersa en la atmósfera. En consecuencia, el elemento de este volumen es ultravioleta de todas las longitudes. Hay que recordar que este factor tiene efectos tanto positivos como lados negativos Influencia en la vida orgánica. Tomar el sol, aunque suele ser beneficioso, puede ser una fuente de riesgos para la salud. Exposición excesiva a la luz solar directa, especialmente en aumento de actividad brillante, dañino y peligroso. Los efectos a largo plazo en el cuerpo, así como una actividad de radiación demasiado alta, causan:
- quemaduras, enrojecimiento;
- hinchazón;
- hiperemia;
- calor;
- náuseas;
- vómitos.
La irradiación ultravioleta prolongada provoca alteraciones del apetito, del funcionamiento del sistema nervioso central, sistema inmunitario. Además, me empieza a doler la cabeza. Los signos descritos son manifestaciones clásicas. insolación. La persona misma no siempre puede darse cuenta de lo que está sucediendo: la condición empeora gradualmente. Si se nota que alguien cercano se siente mal, se deben proporcionar primeros auxilios. El esquema es el siguiente:
- ayudar a pasar de la luz directa a un lugar fresco y sombreado;
- coloque al paciente boca arriba de modo que sus piernas queden más altas que su cabeza (esto ayudará a normalizar el flujo sanguíneo);
- enfríe su cuello y cara con agua y coloque una compresa fría en su frente;
- desabrocharse la corbata, el cinturón, quitarse la ropa ajustada;
- Media hora después del ataque, dé de beber agua fría (una pequeña cantidad).
Si la víctima pierde el conocimiento, es importante buscar inmediatamente la ayuda de un médico. El equipo de la ambulancia trasladará a la persona a un lugar seguro y le administrará una inyección de glucosa o vitamina C. El medicamento se administra por vía intravenosa.
¿Cómo tomar el sol correctamente?
Para no aprender por experiencia propia lo desagradable que puede ser una cantidad excesiva de radiación solar recibida durante el bronceado, es importante seguir las reglas para pasar tiempo de forma segura al sol. La luz ultravioleta inicia la producción de melanina, una hormona que ayuda a la piel a protegerse de los efectos negativos de las ondas. Bajo la influencia de esta sustancia, la piel se oscurece y el tono se vuelve bronce. A día de hoy, continúa el debate sobre lo beneficioso y perjudicial que resulta para el ser humano.
Por un lado, el bronceado es un intento del cuerpo de protegerse de una exposición excesiva a la radiación. Esto aumenta la probabilidad de formación de neoplasias malignas. Por otro lado, el bronceado se considera moderno y bonito. Para minimizar los riesgos para usted, es aconsejable, antes de iniciar los procedimientos en la playa, comprender por qué la cantidad de radiación solar recibida al tomar el sol es peligrosa y cómo minimizar los riesgos para usted. Para que la experiencia sea lo más placentera posible, los bañistas deben:
- beber mucha agua;
- utilizar productos protectores de la piel;
- tomar el sol por la tarde o por la mañana;
- no pase más de una hora bajo la luz solar directa;
- no tomes alcohol;
- Incluya en el menú alimentos ricos en selenio, tocoferol y tirosina. No te olvides del betacaroteno.
Valor de radiación solar para cuerpo humano es excepcionalmente grande, no se debe perder de vista tanto lo positivo como lo aspectos negativos. Debe darse cuenta de que Gente diferente reacciones bioquímicas ocurren con características individuales, por lo que para algunos, incluso media hora de baño de sol puede resultar peligroso. Es aconsejable consultar a un médico antes de la temporada de playa para evaluar el tipo y condición. piel. Esto ayudará a prevenir daños a la salud.
Si es posible, se debe evitar el bronceado en la vejez, durante el período de gestación. El cáncer, los trastornos mentales y los baños de sol no se combinan con tomar el sol. patologías de la piel y fallo del corazón.
Radiación total: ¿dónde está la escasez?
Es bastante interesante considerar el proceso de distribución de la radiación solar. Como se mencionó anteriormente, sólo aproximadamente la mitad de todas las ondas pueden alcanzar la superficie del planeta. ¿A dónde va el resto? En ello influyen las diferentes capas de la atmósfera y las partículas microscópicas a partir de las cuales se forman. Una parte impresionante, como ya hemos dicho, es absorbida por la capa de ozono; todas ellas son ondas cuya longitud es inferior a 0,36 micrones. Además, el ozono es capaz de absorber algunos tipos de ondas del espectro visible para el ojo humano, es decir, el rango de 0,44-1,18 micras.
La luz ultravioleta es absorbida en cierta medida por la capa de oxígeno. Esto es típico de la radiación con una longitud de onda de 0,13 a 0,24 micrones. Dióxido de carbono, el vapor de agua puede absorber un pequeño porcentaje del espectro infrarrojo. El aerosol atmosférico absorbe una parte (espectro IR) de la cantidad total de radiación solar.
Las ondas de categoría corta se dispersan en la atmósfera debido a la presencia de partículas microscópicas no homogéneas, aerosoles y nubes. Los elementos no homogéneos, partículas cuyas dimensiones son menores que la longitud de onda, provocan dispersión molecular, y las más grandes se caracterizan por el fenómeno descrito por la indicatriz, es decir, el aerosol.
La cantidad restante de radiación solar llega a la superficie terrestre. Combina radiación directa y radiación dispersa.
Radiación total: aspectos importantes
El valor total es la cantidad de radiación solar que recibe el territorio, así como la absorbida en la atmósfera. Si no hay nubes en el cielo, la cantidad total de radiación depende de la latitud de la zona, la altitud cuerpo celestial, el tipo de superficie terrestre de esta zona, así como el nivel de transparencia del aire. Cuantas más partículas de aerosol se esparcen en la atmósfera, menor es la radiación directa, pero aumenta la proporción de radiación dispersa. Normalmente, en ausencia de nubes, la radiación dispersada supone una cuarta parte de la radiación total.
Nuestro país pertenece a los del norte, por lo tanto mayoría año en regiones del sur La radiación es significativamente mayor que en las regiones del norte. Esto se debe a la posición de la estrella en el cielo. Pero el breve período de mayo a julio es un período único en el que incluso en el norte radiación total bastante impresionante, ya que el sol está alto en el cielo y la duración de las horas de luz es más larga que en otros meses del año. Además, en promedio, en la mitad asiática del país, en ausencia de nubes, la radiación total es más significativa que en el oeste. Fuerza maxima La radiación de las ondas ocurre al mediodía y el máximo anual ocurre en junio, cuando el sol está más alto en el cielo.
La radiación solar total es la cantidad de energía solar que llega a nuestro planeta. Hay que recordar que diversos factores atmosféricos hacen que la cantidad anual de radiación total sea menor de lo que podría ser. La mayor diferencia entre lo que realmente se observa y lo máximo posible es típica de las regiones del Lejano Oriente durante el verano. Los monzones provocan nubes extremadamente densas, por lo que la radiación total se reduce aproximadamente a la mitad.
curioso por saber
De hecho, el mayor porcentaje de la máxima exposición posible a la energía solar se observa (cada 12 meses) en el sur del país. El indicador alcanza el 80%.
La nubosidad no siempre da como resultado la misma cantidad de dispersión de radiación solar. La forma de las nubes y las características del disco solar en un momento determinado influyen. Si está abierto, la nubosidad provoca una disminución de la radiación directa, mientras que la radiación dispersa aumenta considerablemente.
También puede haber días en que la radiación directa tenga aproximadamente la misma intensidad que la radiación dispersa. El valor total diario puede ser incluso mayor que la radiación característica de un día completamente despejado.
Al calcular para 12 meses, se debe prestar especial atención a los fenómenos astronómicos, ya que determinan indicadores numéricos generales. Al mismo tiempo, la nubosidad hace que el máximo de radiación en realidad no se observe en junio, sino un mes antes o después.
Radiación en el espacio
Desde los límites de la magnetosfera de nuestro planeta y más allá en el espacio exterior, la radiación solar se convierte en un factor asociado con el peligro mortal para los humanos. En 1964 se publicó un importante trabajo de divulgación científica sobre métodos de protección. Sus autores fueron los científicos soviéticos Kamanin y Bubnov. Se sabe que para una persona la dosis de radiación por semana no debe ser superior a 0,3 roentgens, mientras que para un año, dentro de 15 R. Para una exposición a corto plazo, el límite para una persona es 600 R. Los vuelos al espacio, especialmente En condiciones de actividad solar impredecible, puede ir acompañado de una exposición significativa de los astronautas, lo que requiere tomar medidas adicionales Protección contra olas de diferentes longitudes.
Ha pasado más de una década desde las misiones Apolo, durante las cuales se probaron métodos de protección y se estudiaron los factores que afectan la salud humana, pero hasta el día de hoy los científicos no pueden encontrar métodos efectivos y confiables para predecir tormentas geomagnéticas. Se puede hacer una previsión por horas, a veces por varios días, pero incluso para una suposición semanal, las posibilidades de implementación no superan el 5%. El viento solar es un fenómeno aún más impredecible. Con una probabilidad de uno entre tres, los astronautas que vayan a nueva misión, puede quedar atrapado en potentes corrientes de radiación. Esto lo hace aún más pregunta importante tanto la investigación y predicción de las características de la radiación, como el desarrollo de métodos de protección contra la misma.
La radiación que llega al límite superior de la atmósfera y luego a la superficie terrestre directamente desde el Sol (desde el disco solar) en forma de un haz de rayos paralelos se llama radiación solar directa. La radiación solar directa que llega al límite superior de la atmósfera varía con el tiempo dentro de límites pequeños, por eso se llama constante solar (Sq). Con una distancia media de la Tierra al Sol de 149,5 * 106 km, Sq es de unos 1400 W/m2.
Cuando el flujo de radiación solar directa atraviesa la atmósfera, se debilita debido a la absorción (alrededor del 15%) y la disipación (alrededor del 25%) de energía por gases, aerosoles y nubes.
Según la ley de atenuación de Bouguer, la radiación solar directa que llega a la superficie de la Tierra con una incidencia vertical (perpendicular) de los rayos,
donde p es el coeficiente de transparencia atmosférica; t es el número de masas ópticas de la atmósfera.
El debilitamiento del flujo solar en la atmósfera depende de la altura del Sol sobre el horizonte de la Tierra y de la transparencia de la atmósfera. Cuanto menor sea su altura sobre el horizonte, más numero mayor Masas ópticas de la atmósfera por las que pasa un rayo solar. Se considera que una masa óptica de la atmósfera es la masa por la que pasan los rayos cuando el Sol está en su cenit (figura 2.1). Cuando el Sol está en el horizonte, el rayo recorre un camino a través de la atmósfera que es casi 35 veces mayor que cuando los rayos caen en un ángulo de 90° con respecto a la superficie de la Tierra. A continuación se indica el número de masas ópticas de la atmósfera (m) a distintas altitudes solares (Af).
t 1,0 1,0 1,1 1,2 1,3 1,6 2,0 2,9 5,6 10,4 26,0 34,4 L0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 0
Cuanto más viajan los rayos del sol a través de la atmósfera, más fuerte es su absorción y dispersión y más cambia su intensidad.
El coeficiente de transparencia depende del contenido de vapor de agua y aerosoles en la atmósfera: cuantos más, menor será el coeficiente de transparencia en el mismo numero masas ópticas transitables. En promedio, para todo el flujo de radiación en una atmósfera idealmente limpia, p al nivel del mar es aproximadamente 0,9, en condiciones atmosféricas reales - 0,70...0,85, en invierno es ligeramente mayor que en verano. La llegada de la radiación directa a la superficie terrestre depende del ángulo de incidencia de los rayos del sol. El flujo de radiación solar directa que incide sobre una superficie horizontal se llama insolación."
S" = Ssin A. Si la superficie de la Tierra no es horizontal, como ocurre principalmente en la naturaleza, entonces la llegada de radiación a ella depende no sólo de la altura del Sol, sino también de la inclinación de la superficie, y de su orientación en relación a los puntos cardinales (de la exposición).
En las estaciones meteorológicas, los termómetros se instalan en una cabina especial, llamada cabina psicrométrica, cuyas paredes tienen persianas. Los rayos del sol no penetran en dicha cabina, pero al mismo tiempo el aire ha Acceso libre en ella.
Los termómetros se instalan sobre un trípode de modo que los depósitos estén ubicados a una altura de 2 m de la superficie activa.
La temperatura del aire urgente se mide con un termómetro psicrométrico de mercurio TM-4, que se instala verticalmente. A temperaturas inferiores a -35 °C utilizar un termómetro de alcohol de baja graduación TM-9.
Las temperaturas extremas se miden utilizando termómetros de máxima TM-1 y mínima TM-2, que se colocan horizontalmente.
Para el registro continuo de la temperatura del aire, se utiliza un termógrafo M-16A, que se coloca en una cabina de persianas para registradores. Las fluctuaciones de temperatura se perciben mediante una tira bimetálica curva. Dependiendo de la velocidad de rotación del tambor, los termógrafos están disponibles para uso diario o semanal.
En cultivos y plantaciones, la temperatura del aire se mide sin alterar la cubierta vegetal. Para ello se utilizan termorresistencias eléctricas remotas con una pieza receptora de pequeño tamaño.
Vista interna de la cabina psicrométrica:
1 - higrómetro; 2 - termómetros secos y húmedos; 3 - termómetros de máxima y mínima
Termógrafo M-16A:
1 - tambor con cinta; 2-- flecha con un bolígrafo; 3 - tira bimetálica
El sol es una fuente de energía corpuscular y radiación electromagnética. La radiación corpuscular no penetra en la atmósfera por debajo de los 90 km, mientras que la radiación electromagnética llega a la superficie terrestre. En meteorología se llama radiación solar o simplemente radiación. Constituye una dos milmillonésima parte de la energía total del Sol y viaja del Sol a la Tierra en 8,3 minutos. La radiación solar es la fuente de energía para casi todos los procesos que ocurren en la atmósfera y en la superficie terrestre. Es principalmente de onda corta y se compone de radiación ultravioleta invisible (9%), luz visible (47%) e infrarroja invisible (44%). Dado que casi la mitad de la radiación solar es luz visible, el Sol sirve no sólo como fuente de calor, sino también de luz. condición necesaria para la vida en la Tierra.
La radiación que llega a la Tierra directamente desde el disco solar se llama Radiación solar directa. Debido a que la distancia del Sol a la Tierra es grande y la Tierra es pequeña, la radiación incide sobre cualquiera de sus superficies en forma de un haz de rayos paralelos.
La radiación solar tiene una cierta densidad de flujo por unidad de área por unidad de tiempo. La unidad de medida de la intensidad de la radiación es la cantidad de energía (en julios o calorías 1) que recibe 1 cm 2 de superficie por minuto con una incidencia perpendicular de la luz solar. En el límite superior de la atmósfera, a la distancia promedio de la Tierra al Sol, es de 8,3 J/cm2 por minuto, o 1,98 cal/cm2 por minuto. Este valor es aceptado como estándar internacional y se denomina constante solar(S 0). Sus fluctuaciones periódicas a lo largo del año son insignificantes (+ 3,3%) y están provocadas por cambios en la distancia de la Tierra a
1 1 cal = 4,19 J, 1 kcal = 41,9 MJ.
2 La altitud del Sol al mediodía depende de la latitud geográfica y la declinación del Sol.
Sol. Las oscilaciones no periódicas son causadas por diferentes emisividades del Sol. El clima en la parte superior de la atmósfera se llama radiación o solar. Se calcula teóricamente en base al ángulo de inclinación de los rayos del sol sobre una superficie horizontal.
EN en términos generales El clima solar se refleja en la superficie terrestre. Al mismo tiempo, la radiación y la temperatura reales en la Tierra difieren significativamente del clima solar debido a diversos factores terrestres. El principal es el debilitamiento de la radiación en la atmósfera debido a reflexiones, absorciones Y dispersión, y también como resultado reflejo de la radiación de la superficie terrestre.
En el límite superior de la atmósfera toda la radiación llega en forma de radiación directa. Según S.P. Khromov y M.A. Petrosyants, el 21% del mismo se refleja en las nubes y el aire y regresa al espacio exterior. El resto de la radiación ingresa a la atmósfera, donde la radiación directa es parcialmente absorbida y dispersada. Restante radiación directa(24%) llega a la superficie terrestre, pero está debilitado. Los patrones de su debilitamiento en la atmósfera se expresan mediante la ley de Bouguer: S=S 0 · pm(J, o cal/cm2, por min), donde S es la cantidad de radiación solar directa que llega a la superficie terrestre por unidad de área (cm2) ubicada perpendicular a los rayos del sol, S0 es la constante solar, R- coeficiente de transparencia en fracciones de unidad, que muestra cuánta radiación alcanzó la superficie terrestre, t- longitud del recorrido del haz en la atmósfera.
En realidad, los rayos del sol inciden sobre la superficie terrestre y sobre cualquier otro nivel de la atmósfera en un ángulo inferior a 90°. El flujo de radiación solar directa sobre una superficie horizontal se llama insolación(5,). Se calcula mediante la fórmula S 1 =S·sin h ☼ (J, o cal/cm 2, por minuto), donde h ☼ es la altura del Sol 2. Naturalmente, hay una cantidad menor por unidad de superficie horizontal.
energía que por unidad de área ubicada perpendicular a los rayos del sol (Fig. 22).
En la atmósfera absorbido alrededor del 23% y se disipa Alrededor del 32% de la radiación solar directa ingresa a la atmósfera, el 26% de la radiación dispersa llega a la superficie de la Tierra y el 6% va al espacio.
La radiación solar en la atmósfera sufre cambios no sólo cuantitativos sino también cualitativos, ya que los gases del aire y los aerosoles absorben y dispersan selectivamente los rayos solares. Los principales absorbentes de radiación son el vapor de agua, las nubes y los aerosoles, así como el ozono, que absorbe fuertemente la radiación ultravioleta. En la dispersión de la radiación participan moléculas de diversos gases y aerosoles. Dispersión- desviación de los rayos de luz en todas direcciones desde la dirección original, de modo que radiación dispersa Llega a la superficie de la Tierra no desde el disco solar, sino desde toda la bóveda celeste. La dispersión depende de la longitud de onda: según la ley de Rayleigh, cuanto más corta es la longitud de onda, más intensa es la dispersión. Por lo tanto, los rayos ultravioleta son los que más se dispersan, y entre los visibles, el violeta y el azul. De ahí el color azul del aire y, en consecuencia, del cielo cuando hace buen tiempo. La radiación directa resulta ser mayoritariamente amarilla, por lo que el disco solar parece amarillento. Al amanecer y al atardecer, cuando el recorrido del rayo en la atmósfera es más largo y la dispersión es mayor, sólo los rayos rojos llegan a la superficie, haciendo que el Sol parezca rojo. La radiación dispersa produce luz durante el día en tiempo nublado y a la sombra en tiempo despejado; a ella se asocia el fenómeno del crepúsculo y las noches blancas. En la Luna, donde no hay atmósfera y, en consecuencia, radiación dispersa, los objetos que caen en la sombra se vuelven completamente invisibles.
Con la altura, a medida que disminuye la densidad del aire y, en consecuencia, el número de partículas que se dispersan, el color del cielo se vuelve más oscuro, volviéndose primero en un azul intenso, luego en un azul violeta, que es claramente visible en las montañas y se refleja en el Paisajes del Himalaya de N. Roerich. En la estratosfera, el color del aire es negro y violeta. Los astronautas testifican que a una altitud de 300 km el color del cielo es negro.
En presencia de grandes aerosoles, gotitas y cristales en la atmósfera, ya no se observa dispersión, sino reflexión difusa, y dado que la radiación reflejada de forma difusa es luz blanca, el color del cielo se vuelve blanquecino.
La radiación solar directa y difusa tiene un ciclo diario y anual determinado, que depende principalmente de la altura del Sol.
Arroz. 22. La afluencia de radiación solar sobre la superficie AB, perpendicular a los rayos, y sobre la superficie horizontal AC (según S.P. Khromov)
sobre el horizonte, por la transparencia del aire y la nubosidad.
Flujo de radiación directa en durante el día desde el amanecer hasta el mediodía aumenta y luego disminuye hasta el atardecer debido a los cambios en la altura del Sol y la trayectoria del rayo en la atmósfera. Sin embargo, dado que alrededor del mediodía la transparencia de la atmósfera disminuye debido al aumento del vapor de agua en el aire y del polvo y aumenta la nubosidad convectiva, los valores máximos de radiación se desplazan a las horas anteriores al mediodía. Este patrón es característico de las latitudes ecuatoriales-tropicales durante todo el año y de las latitudes templadas en verano. En invierno, en latitudes templadas, la radiación máxima se produce al mediodía.
curso anual Los valores medios mensuales de radiación directa dependen de la latitud. En el ecuador, el curso anual de la radiación directa toma la forma de una doble onda: máximos durante la primavera y equinoccio de otoño, mínimos durante los solsticios de verano e invierno. En latitudes templadas, los valores máximos de radiación directa se dan en primavera (abril en el hemisferio norte) y no en los meses de verano, ya que el aire en esta época es más claro debido a la menor cantidad de vapor de agua y polvo, además de menores abundancia de nubes. La radiación mínima se observa en diciembre, cuando el Sol está en su punto más bajo, las horas de luz son cortas y es el mes más nublado del año.
Variación diaria y anual de la radiación dispersa. determinado por los cambios en la altura del Sol sobre el horizonte y la duración del día, así como por la transparencia de la atmósfera. El máximo de radiación dispersa durante el día se observa durante el día con un aumento de la radiación en su conjunto, aunque su participación en las horas de la mañana y la tarde es mayor que la radiación directa, y durante el día, por el contrario, predomina la radiación directa. radiación dispersa. El curso anual de la radiación dispersada en el ecuador sigue generalmente el curso de una línea recta. En otras latitudes más en verano que en invierno, debido a un aumento de la afluencia total de radiación solar en verano.
La relación entre radiación directa y difusa varía según la altura del Sol, la transparencia de la atmósfera y la nubosidad.
Proporciones entre radiación directa y difusa en diferentes latitudes no son lo mismo. En las regiones polares y subpolares, la radiación dispersa representa el 70% del flujo de radiación total. Su valor, además de la posición baja del Sol y la nubosidad, también se ve afectado por la reflexión múltiple de la radiación solar en la superficie de la nieve. A partir de latitudes templadas y casi hasta el ecuador, la radiación directa predomina sobre la radiación dispersa. Su importancia absoluta y relativa es especialmente grande en los desiertos tropicales del interior (Sáhara, Arabia), caracterizados por una nubosidad mínima y un aire claro y seco. A lo largo del ecuador, la radiación difusa vuelve a dominar sobre la radiación directa debido a la alta humedad del aire y la presencia de cúmulos que dispersan bien la radiación solar.
A medida que aumenta la altura del lugar sobre el nivel del mar, la figura absoluta. 23. Cantidad anual de radiación solar total [MJ/(m 2 xaño)]
naya y magnitud relativa La radiación directa y la radiación dispersa disminuyen a medida que la capa de la atmósfera se vuelve más delgada. A una altitud de 50 a 60 km, el flujo de radiación directa se acerca a la constante solar.
Toda la radiación solar, directa y difusa, que llega a la superficie terrestre se llama radiación total: (Q=S· sinh¤+D donde Q es la radiación total, S es directa, D es difusa, h ¤ es la altura del Sol sobre el horizonte. La radiación total es aproximadamente el 50% de la radiación solar que llega al límite superior de la atmósfera.
Bajo cielos despejados, la radiación total es significativa y tiene una variación diurna con un máximo alrededor del mediodía y una variación anual con un máximo en verano. La nubosidad reduce la radiación, por lo que en verano su llegada por la tarde es de media mayor que por la tarde. Por lo mismo, en el primer semestre del año es mayor que en el segundo.
Se observan varios patrones en la distribución de la radiación total en la superficie terrestre.
Patrón principal es que la radiación total se distribuye zonalmente, disminuyendo desde ecuatorial-tropical
latitudes físicas a los polos de acuerdo con la disminución en el ángulo de incidencia de los rayos del sol (Fig. 23). Las desviaciones de la distribución zonal se explican por la diferente nubosidad y transparencia atmosférica. Los valores anuales más altos de radiación total, 7200 - 7500 MJ/m2 por año (unas 200 kcal/cm2 por año), se dan en latitudes tropicales, donde hay poca nubosidad y baja humedad del aire. En los desiertos tropicales del interior (Sáhara, Arabia), donde abunda la radiación directa y casi no hay nubes, la radiación solar total alcanza incluso más de 8.000 MJ/m2 por año (hasta 220 kcal/cm2 por año). Cerca del ecuador, los valores de radiación total disminuyen a 5600 - 6500 MJ/m por año (140-160 kcal/cm 2 por año) debido a la nubosidad significativa, la alta humedad y la menor transparencia del aire. En latitudes templadas, la radiación total es de 5000 - 3500 MJ / m 2 por año (≈ 120 - 80 kcal / cm 2 por año), en las regiones polares - 2500 MJ / m por año (≈60 kcal / cm 2 por año ). Además, en la Antártida es entre 1,5 y 2 veces mayor que en el Ártico, debido principalmente a la mayor altura absoluta del continente (más de 3 km) y, por tanto, a la baja densidad del aire, su sequedad y transparencia, así como al tiempo nublado. La zonalidad de la radiación total se expresa mejor en los océanos que en los continentes.
El segundo patrón importante la radiación total es esa los continentes reciben más que los océanos, gracias a la menor cobertura de nubes (15-30%) arriba
continentes. Las únicas excepciones son las latitudes ecuatoriales, ya que durante el día la nubosidad convectiva sobre el océano es menor que sobre la tierra.
Tercera característica es eso en el hemisferio norte, más continental, la radiación total es generalmente mayor que en el hemisferio oceánico sur.
En junio, el hemisferio norte, especialmente las regiones tropicales y subtropicales del interior, recibe las mayores cantidades mensuales de radiación solar. En latitudes templadas y polares, la cantidad de radiación varía ligeramente según la latitud, ya que la disminución del ángulo de incidencia de los rayos se compensa con la duración de la insolación, hasta el día polar más allá del Círculo Polar Ártico. En el hemisferio sur, a medida que aumenta la latitud, la radiación disminuye rápidamente y por encima del Círculo Antártico es cero.
En diciembre, el hemisferio sur recibe más radiación que el norte. En esta época, las mayores cantidades mensuales de calor solar se producen en los desiertos de Australia y el Kalahari; Además, en latitudes templadas, la radiación disminuye gradualmente, pero en la Antártida vuelve a aumentar y alcanza los mismos valores que en los trópicos. En el hemisferio norte, a medida que aumenta la latitud, disminuye rápidamente y desaparece más allá del Círculo Polar Ártico.
En general, la mayor amplitud anual de radiación total se observa en los círculos polares, especialmente en la Antártida, y la más pequeña en la zona ecuatorial.
Todos los tipos de rayos solares llegan a la superficie terrestre de tres formas: en forma de radiación solar directa, reflejada y difusa.
Radiación solar directa- Son rayos que provienen directamente del sol. Su intensidad (efectividad) depende de la altura del sol sobre el horizonte: el máximo se observa al mediodía y el mínimo por la mañana y por la tarde; según la época del año: máximo - en verano, mínimo - en invierno; de la altitud de la zona sobre el nivel del mar (más alta en las montañas que en las llanuras); sobre el estado de la atmósfera (la contaminación del aire la reduce). El espectro de la radiación solar también depende de la altura del sol sobre el horizonte (cuanto más bajo está el sol sobre el horizonte, menos rayos ultravioleta).
Radiación solar reflejada- Son los rayos del sol reflejados por la superficie de la tierra o del agua. ella se expresa porcentaje de los rayos reflejados a su flujo total se llama albedo. La magnitud del albedo depende de la naturaleza de las superficies reflectantes. A la hora de organizar y realizar baños de sol, es necesario conocer y tener en cuenta el albedo de las superficies sobre las que se realizan los baños de sol. Algunos de ellos se caracterizan por una reflectividad selectiva. La nieve refleja completamente los rayos infrarrojos y los rayos ultravioleta. en un grado menor.
Radiación solar dispersa Se forma como resultado de la dispersión de la luz solar en la atmósfera. Las moléculas de aire y las partículas suspendidas en él (pequeñas gotas de agua, cristales de hielo, etc.), llamadas aerosoles, reflejan parte de los rayos. Como resultado de múltiples reflexiones, algunas de ellas aún llegan a la superficie terrestre; Estos son rayos de sol dispersos. Se dispersan principalmente rayos ultravioleta, violeta y azul, lo que determina el color azul del cielo cuando hace buen tiempo. La proporción de rayos dispersos es alta en latitudes altas (en las regiones del norte). Allí el sol está bajo sobre el horizonte y, por lo tanto, el camino de los rayos hacia la superficie terrestre es más largo. En un camino largo, los rayos encuentran más obstáculos y se dispersan en mayor medida.
(http://new-med-blog.livejournal.com/204
Radiación solar total- toda la radiación solar directa y difusa que llega a la superficie terrestre. La radiación solar total se caracteriza por su intensidad. Con un cielo sin nubes, la radiación solar total alcanza su valor máximo alrededor del mediodía y durante todo el año, en verano.
equilibrio de radiación
El balance de radiación de la superficie terrestre es la diferencia entre la radiación solar total absorbida por la superficie terrestre y su radiación efectiva. Para la superficie terrestre
- la parte entrante es absorbida por radiación solar directa y difusa, así como por contraradiación absorbida de la atmósfera;
- la parte consumible consiste en la pérdida de calor debida a la propia radiación terrestre.
El balance de radiación puede ser positivo(diurno, verano) y negativo(de noche, en invierno); medido en kW/m2/min.
El balance de radiación de la superficie terrestre es el componente más importante del equilibrio térmico de la superficie terrestre; uno de los principales factores formadores del clima.
Balance de calor de la superficie terrestre.- la suma algebraica de todos los tipos de entrada y salida de calor en la superficie de la tierra y el océano. La naturaleza del balance térmico y su nivel de energía determinan las características y la intensidad de la mayoría de los procesos exógenos. Los principales componentes del equilibrio térmico del océano son:
- equilibrio de radiación;
- consumo de calor para la evaporación;
- intercambio de calor turbulento entre la superficie del océano y la atmósfera;
- intercambio de calor turbulento vertical de la superficie del océano con las capas subyacentes; Y
- advección oceánica horizontal.
(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi?RQgkog.outt:p!hgrgtx!nlstup!vuilw)tux yo)
Medición de la radiación solar.
Para medir la radiación solar se utilizan actinómetros y pirheliómetros. La intensidad de la radiación solar generalmente se mide por su efecto térmico y se expresa en calorías por unidad de superficie por unidad de tiempo.
(http://www.ecosystema.ru/07referats/slo vgeo/967.htm)
La intensidad de la radiación solar se mide mediante un piranómetro de Janiszewski equipado con un galvanómetro o potenciómetro.
Al medir la radiación solar total, el piranómetro se instala sin pantalla de sombra, mientras que al medir la radiación dispersa, se instala con pantalla de sombra. La radiación solar directa se calcula como la diferencia entre la radiación total y la difusa.
Al determinar la intensidad de la radiación solar que incide sobre una cerca, se instala un piranómetro de manera que la superficie percibida del dispositivo sea estrictamente paralela a la superficie de la cerca. Si no existe un registro automático de la radiación, las mediciones deben realizarse cada 30 minutos entre el amanecer y el atardecer.
La radiación que incide sobre la superficie de la valla no se absorbe por completo. Dependiendo de la textura y el color de la valla, algunos de los rayos se reflejan. La relación entre la radiación reflejada y la radiación incidente, expresada como porcentaje, se llama albedo superficial y se mide con un albedómetro P.K. Kalitina completa con galvanómetro o potenciómetro.
Para mayor precisión, las observaciones deben realizarse bajo cielos despejados y con luz solar intensa irradiando la valla.
(http://www.constructioncheck.ru/default.a spx?textpage=5)
