PRELEZA 3
BILANTUL DE RADIAȚII ȘI COMPONENTELE SALE
Radiația solară care ajunge la suprafața pământului este parțial reflectată de acesta și parțial absorbită de Pământ. Cu toate acestea, Pământul nu numai că absoarbe radiații, dar emite el însuși radiații cu unde lungi în atmosfera înconjurătoare. Atmosfera, absorbind o parte din radiația solară și cea mai mare parte a radiației de pe suprafața pământului, ea însăși emite radiații cu unde lungi. Majoritatea această radiație a atmosferei este îndreptată spre suprafața pământului. Se numestecontraradiația atmosferei .
Diferența dintre fluxurile de energie radiantă care vin în stratul activ al Pământului și fluxurile de energie radiantă care părăsesc acesta se numeștebalanța radiațiilor strat activ.
Bilanțul radiațiilor constă în de la radiațiile de unde scurte și lungi. Include următoarele elemente, numite componente ale balanței radiațiilor:radiații directe, radiații împrăștiate, radiații reflectate (undă scurtă), radiații de la suprafața pământului, radiații contrare din atmosferă .
Luați în considerare componentele balanței radiațiilor.
Drept radiatie solara
Iluminarea energetică a radiațiilor directe depinde de înălțimea Soarelui și de transparența atmosferei și crește odată cu creșterea altitudinii deasupra nivelului mării. Norii de cotă joasă transmit, de obicei, complet sau cu greu radiația directă.
Lungimile de undă ale radiației solare care ajung la suprafața pământului sunt în intervalul 0,29-4,0 microni. Aproximativ jumătate din energia ei provine din radiații active ftosintetic... În zona PAR slăbirea radiației cu scăderea altitudinii solare are loc mai repede decât în radiația infraroșie. Sosirea radiației solare directe, așa cum sa indicat deja, depinde de înălțimea Soarelui deasupra orizontului, care se modifică atât în timpul zilei, cât și în timpul anului. Aceasta determină variația zilnică și anuală a radiației directe.
Modificarea radiației directe în timpul unei zile fără nori (variația diurnă) este exprimată printr-o curbă unimodală cu un maxim la prânzul solar adevărat. Vara, pe uscat maximul poate veni înainte de amiază, deoarece praful atmosferei crește până la prânz.
Când treceți de la poli la ecuator, sosirea radiațiilor directe în orice moment al anului crește, deoarece aceasta crește înălțimea la amiază a Soarelui.
Cursul anual al radiației directe este cel mai pronunțat la poli, deoarece iarna nu există deloc radiație solară aici, iar vara sosirea acesteia ajunge la 900 W / m2. La latitudini medii, maximul de radiație directă se observă uneori nu vara, ci primăvara, deoarece în lunile de vară, din cauza creșterii conținutului de vapori de apă și praf, transparența atmosferei scade / Minimul scade. într-o perioadă apropiată de ziua solstițiului de iarnă (decembrie). La ecuator, există două vârfuri egale cu aproximativ 920 W/m² în zilele echinocțiului de primăvară și toamnă și două minime (aproximativ 550 W/m²) în zilele solstițiilor de vară și de iarnă.
Radiații împrăștiate
Maximul de radiație împrăștiată este de obicei mult mai mic decât maximul unei linii drepte. Cu cât înălțimea Soarelui este mai mare și cu cât poluarea atmosferei este mai mare, cu atât fluxul de radiații împrăștiate este mai mare. Norii care nu acoperă Soarele cresc sosirea radiațiilor împrăștiate în comparație cu un cer senin. Dependența apariției radiațiilor împrăștiate de tulburare este complexă. Este determinat de tipul și cantitatea de nori, puterea lor verticală și proprietățile optice. Radiația împrăștiată de pe un cer înnorat poate fluctua de peste 10 ori.
Stratul de zăpadă, care reflectă până la 70-90% din radiația directă, crește radiația împrăștiată, care este apoi împrăștiată în atmosferă. Odată cu creșterea altitudinii unui loc deasupra nivelului mării, radiația împrăștiată scade cu un cer senin.
Variație diurnă și anuală radiația împrăștiată cu un cer senin corespunde în general cursului radiației directe. Cu toate acestea, dimineața, radiațiile împrăștiate apar chiar înainte de răsăritul soarelui, iar seara ajung încă în amurg, adică după apus. În cursul anual, maximul de radiații împrăștiate se observă vara.
Radiația totală
Se numește suma radiațiilor împrăștiate și directe care cad pe o suprafață orizontalăradiatia totala .
Este componenta principală a balanței radiațiilor. Compoziția sa spectrală, în comparație cu radiația directă și împrăștiată, este mai stabilă și aproape nu depinde de înălțimea Soarelui, când aceasta este mai mare de 15 °.
Raportul dintre radiația directă și cea împrăștiată în radiația totală depinde de înălțimea Soarelui, de înnorare și de poluarea atmosferică. Odată cu creșterea înălțimii Soarelui, fracția de radiație împrăștiată pe un cer fără nori scade. Cu cât atmosfera este mai transparentă, cu atât fracțiunea de radiație împrăștiată este mai mică. Cu nori continui densi radiatia totala constă în întregime din radiații împrăștiate. Iarna, datorită reflectării radiațiilor din stratul de zăpadă și împrăștierii sale secundare în atmosferă, proporția radiațiilor împrăștiate în compoziția totală crește semnificativ.
Sosirea radiației totale în prezența acoperirii norilor variază în limite largi. Cea mai mare sosire a sa se observă cu un cer senin sau cu o ușoară înnorărire care nu acoperă Soarele.
În variațiile diurne și anuale, modificările radiației totale sunt aproape direct proporționale cu modificările înălțimii Soarelui. În cursul diurn, radiația totală maximă într-un cer fără nori scade de obicei la prânz. În cursul anual, radiația totală maximă se observă în emisfera nordică, de obicei în iunie, în sud - în decembrie.
Radiația reflectată. Albedo
O parte din radiația totală care vine în stratul activ al Pământului este reflectată de acesta. Se numește raportul dintre partea reflectată a radiației și radiația totală totală primităreflectivitate , saualbedo (A) a suprafeței subiacente.
Albedo-ul unei suprafețe depinde de culoarea, rugozitatea, conținutul de umiditate și alte proprietăți.
Albedo de diferite suprafețe naturale (conform lui V.L. Gaevsky și M.I.Budyko)
Suprafaţă | albedo,% | Suprafaţă | albedo,% |
Zăpadă proaspătă uscată | 80-95 | Câmpuri de secară și grâu | 10-25 |
Zăpadă contaminată | 40-50 | Câmpuri de cartofi | 15-25 |
Gheata de mare | 30-40 | Câmpuri de bumbac | 20-25 |
Solurile întunecate | 5-15 | Pajiști | 15-25 |
Solurile argiloase uscate | 20-35 | Stepă uscată | 20-30 |
Albedo-ul suprafețelor apei la o înălțime a Soarelui peste 60 ° este mai mic decât albedo-ul pământului, deoarece razele soarelui, care pătrund în apă, sunt în mare măsură absorbite și împrăștiate în ea. Cu o incidență abruptă a razelor, A = 2-5%, cu înălțimea Soarelui mai mică de 10 ° A = 50-70%. Albedo mare de gheață și zăpadă este responsabil pentru cursul mai lent al primăverii în regiunile polare și pentru păstrarea gheții eterne acolo.
Observațiile albedo-ului pământului, mării și acoperirii norilor sunt efectuate din sateliți artificiali Pământ. Albedo-ul mării face posibilă calcularea înălțimii valurilor, albedo-ul norilor caracterizează grosimea acestora, iar albedo-ul diferitelor zone de uscat face posibilă aprecierea gradului de acoperire cu zăpadă a câmpurilor și a stării acoperirii vegetației. .
Albedo-ul tuturor suprafețelor, în special al apei, depinde de înălțimea Soarelui: cel mai scăzut albedo are loc la ora prânzului, iar cel mai mare dimineața și seara. Acest lucru se datorează faptului că la o altitudine scăzută a Soarelui în compoziția radiației totale crește fracția de radiație împrăștiată, ceea ce în într-o măsură mai mare decât radiația directă este reflectată de suprafața aspră subiacentă.
Radiația cu undă lungă a Pământului și a atmosferei
Radiația terestrăradiații de corp negru puțin mai puțin la aceeași temperatură.
Radiația de la suprafața pământului are loc continuu. Cu cât temperatura suprafeței emițătoare este mai mare, cu atât radiația acesteia este mai intensă. De asemenea, atmosfera radiază în mod constant, care, absorbind o parte din radiația solară și radiația de la suprafața pământului, emite ea însăși radiații cu undă lungă.
În latitudinile temperate, cu un cer fără nori, radiația atmosferică este de 280-350 W/m², iar în cazul unui cer înnorat, este cu 20-30% mai mare. Aproximativ 62-64% din această radiație este direcționată către suprafața pământului. Sosirea sa pe suprafața pământului este contraradiația atmosferei. Diferența dintre aceste două fluxuri caracterizează pierderea de energie radiantă de către stratul activ. Această diferență se numeșteradiație eficientă Eef .
Radiația eficientă a stratului activ depinde de temperatură a acestuia, de temperatura și umiditatea aerului, precum și de tulburare. Odată cu creșterea temperaturii suprafeței pământului, Eef crește, iar odată cu creșterea temperaturii și a umidității, scade. Norii afectează în special radiația eficientă, deoarece picăturile de nori radiază aproape în același mod ca stratul activ al Pământului. În medie, Eef noaptea și în timpul zilei cu un cer senin în diferite puncte de pe suprafața pământului variază între 70-140 W/m².
Rata de zi cu zi radiatia eficienta se caracterizeaza printr-un maxim la 12-14 ore si un minim inainte de rasarit.Mișcare anuală radiația eficientă în zonele cu climă continentală se caracterizează printr-un maxim în lunile de vară și un minim în timpul iernii. În zonele cu climă maritimă, cursul anual al radiațiilor efective este mai puțin pronunțat decât în zonele situate în interiorul continentului.
Radiația de la suprafața pământului este absorbită de vaporii de apă și dioxid de carbon cuprinse în aer. Dar radiația de unde scurte a Soarelui este în mare parte trecută de atmosferă. Această proprietate a atmosferei se numește"Efect de sera" , deoarece atmosfera în același timp acționează ca sticla în sere: sticla trece bine razele soarelui, încălzind solul și plantele din seră, dar trece prost radiația termică a solului încălzit în spațiul exterior. Calculele arată că, în absența unei atmosfere, temperatura medie a stratului activ al Pământului ar fi cu 38 ° C mai mică decât temperatura reală, iar Pământul ar fi acoperit cu gheață veșnică.
Dacă sosirea radiațiilor este mai mare decât consumul, atunci balanța radiațiilor este pozitivă și stratul activ al Pământului se încălzește. Cu un echilibru negativ al radiațiilor, acest strat se răcește. Balanța radiațiilor este de obicei pozitivă ziua și negativă noaptea. Cu aproximativ 1-2 ore înainte de apus, devine negativ, iar dimineața, în medie la 1 oră după răsărit, redevine pozitiv. Cursul balanței radiațiilor în timpul zilei cu cer senin este apropiat de cursul radiației directe.
Studiul bilanțului de radiații al terenurilor agricole face posibilă calcularea cantității de radiații absorbite de culturi și sol, în funcție de înălțimea Soarelui, structura culturii și faza de dezvoltare a plantelor. Pentru a evalua diferitele metode de reglare a temperaturii și umidității solului, evaporării și a altor cantități, se determină bilanțul de radiații al câmpurilor agricole pentru diferite tipuri de acoperire cu vegetație.
Metode de masurare a radiatiei solare si componente ale bilantului radiatiilor
Pentru a măsura fluxurile de radiație solară,absolut șirelativ metode și, în consecință, au dezvoltat instrumente actinometrice absolute și relative. Instrumentele absolute sunt utilizate de obicei numai pentru calibrarea și verificarea instrumentelor relative.
Instrumentele relative sunt folosite pentru observații regulate la o rețea de stații meteorologice, precum și în expediții și în observații pe teren. Cele mai utilizate dintre ele sunt dispozitivele termoelectrice: actinometrul, piranometrul și albedometrul. Termopilele compuse din două metale (de obicei manganin și constantan) servesc drept receptor pentru radiația solară în aceste dispozitive. În funcție de intensitatea radiației, se creează o diferență de temperatură între joncțiunile termopilului și apare un curent electric de putere variabilă, care este măsurat cu un galvanometru. Pentru a converti diviziunile scalei galvanometrului în unități absolute, se folosesc factori de conversie, care sunt determinați pentru această pereche: dispozitiv actinometric - galvanometru.
Actinometru termoelectric (M-3) Savinov - Yanishevsky este folosit pentru a măsura radiația directă care vine la suprafață perpendicular pe razele soarelui.
Piranometru (M-80M) Yanishevsky este folosit pentru a măsura radiația totală și împrăștiată care sosește pe o suprafață orizontală.
În timpul observațiilor, partea de primire a piranometrului este instalată orizontal. Pentru a determina radiația împrăștiată, piranometrul este umbrit față de radiația directă printr-un ecran de umbră sub forma unui disc rotund fixat pe o tijă la o distanță de 60 cm de suprafața receptoare. Când se măsoară radiația totală, ecranul de umbră este retras în lateral
Albedometru este montat și un piranometru. Pentru măsurarea radiației reflectate. Pentru aceasta, se folosește un dispozitiv care permite ca partea receptoare a dispozitivului să fie rotită în sus (pentru măsurarea unei linii drepte) și în jos (pentru măsurarea radiației reflectate). După ce a determinat radiația totală și reflectată de către albedometru, se calculează albedo-ul suprafeței subiacente. Pentru măsurătorile pe teren se folosește un albedometru mobil M-69.
Contor de echilibru termoelectric M-10M. Acest dispozitiv este utilizat pentru a măsura balanța radiațiilor a suprafeței subiacente.
Pe lângă dispozitivele luate în considerare, se mai folosesc luxmetre - aparate fotometrice pentru măsurarea iluminării, spectrofotometre, diverse dispozitive pentru măsurarea PAR etc. Multe aparate actinometrice sunt adaptate pentru înregistrarea continuă a componentelor bilanţului radiaţiilor.
O caracteristică importantă a regimului de radiație solară este durata de lumină solară. Pentru a determina esteheliograf .
Pe teren se folosesc cel mai des piranometrele, albedometrele de călătorie, contoarele de echilibru și luxmetrele. Pentru observații între plante, cele mai convenabile albedometre și luxmetre, precum și micropiranometre speciale.
Radiatie solara
Radiatie solara
radiații electromagnetice emanate de la soare și care intră în atmosfera terestră. Lungimile de undă ale radiației solare sunt concentrate în intervalul de la 0,17 la 4 microni cu un max. la o lungime de undă de 0,475 microni. BINE. 48% din energia radiației solare se află în partea vizibilă a spectrului (lungimi de undă de la 0,4 la 0,76 microni), 45% - în infraroșu (mai mult de 0,76, microni) și 7% - în ultraviolete (mai puțin de 0,4). μm). Radiația solară - principală. o sursă de energie pentru procesele din atmosferă, ocean, biosferă etc. Se măsoară în unități de energie pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp, de exemplu. W/m². Radiația solară la limita superioară a atmosferei miercuri. se numește distanța Pământului față de Soare constantă solară si este de aprox. 1382 W/m². Trecând prin atmosfera terestră, radiația solară se modifică în intensitate și compoziție spectrală datorită absorbției și împrăștierii de către particulele de aer, impuritățile de gaz și aerosoli. Aproape de suprafața Pământului, spectrul radiației solare este limitat la 0,29–2,0 microni, iar intensitatea este redusă semnificativ în funcție de conținutul de impurități, altitudine și înnorare. Radiația directă ajunge la suprafața pământului, slăbită la trecerea prin atmosferă, precum și radiația împrăștiată formată atunci când o linie dreaptă este împrăștiată în atmosferă. O parte din radiația solară directă este reflectată de suprafața pământului și nori și merge în spațiu; radiația împrăștiată scapă și ea parțial în spațiu. Restul radiației solare în principal. se transformă în căldură, încălzind suprafața pământului și parțial aerul. Radiația solară, t. Arr., Este una dintre principalele. componente ale balanței radiațiilor.
Geografie. Enciclopedie ilustrată modernă. - M .: Rosman. Editat de prof. A.P. Gorkina. 2006 .
Vedeți ce înseamnă „radiația solară” în alte dicționare:
Radiația electromagnetică și corpusculară a Soarelui. Radiația electromagnetică acoperă intervalul de lungimi de undă de la radiația gamma până la unde radio, energia maximă a acesteia cade pe partea vizibilă a spectrului. Componenta corpusculară a solarului ...... Mare Dicţionar enciclopedic
radiatie solara- Fluxul total de radiații electromagnetice emise de Soare și care lovesc Pământul... Dicţionar de geografie
Acest termen are alte semnificații, vezi Radiație (dezambiguizare). În acest articol lipsesc link-uri către surse de informații. Informațiile trebuie să fie verificabile, altfel pot fi puse sub semnul întrebării... Wikipedia
Toate procesele de pe suprafața globului, oricare ar fi ele, au ca sursă energia solară. Sunt studiate procese pur mecanice, procese chimice în aer, apă, sol, procese fiziologice sau orice altceva... ... Dicţionar enciclopedic al lui F.A. Brockhaus și I.A. Efron
Radiația electromagnetică și corpusculară a Soarelui. Radiația electromagnetică acoperă intervalul de lungimi de undă de la radiația gamma până la unde radio, energia maximă a acesteia cade pe partea vizibilă a spectrului. Componenta corpusculară a solarului ...... Dicţionar enciclopedic
radiatie solara- Saulės spinduliuotė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. radiatia solara vok. Sonnenstrahlung, f rus. radiația solară, n; radiația solară, f; radiatia solara, n pranc. rayonnement solaire, m ... Fizikos terminų žodynas
radiatie solara- Saulės spinduliuotė statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės atmosferos elektromagnetinė (infraraudonoji 0,76 nm sudaro 45%, matomoji 0,38–0,76 nm - 48%, ultravioletin 0,76 nm - 0,76 nm sudaro - 48%, ultravioletin ... Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
Radiația Soarelui de natură electromagnetică și corpusculară. S. p. principala sursă de energie pentru majoritatea proceselor care au loc pe Pământ. Corpuscular S. p. constă în principal din protoni cu viteze de 300 1500 ... ... Marea Enciclopedie Sovietică
E-mail magn. și radiația corpusculară a Soarelui. E-mail magn. radiația acoperă intervalul de lungimi de undă de la radiația gamma până la undele radio, fiind energetică. maximul se încadrează pe partea vizibilă a spectrului. Componenta corpusculară S. a râului. este format din Ch. arr. din…… Științele naturii. Dicţionar enciclopedic
radiatia solara directa- Radiația solară care vine direct de pe discul solar... Dicţionar de geografie
Cărți
- Radiația solară și clima Pământului, Fedorov Valeri Mihailovici. Cartea prezintă rezultatele studiilor asupra variațiilor în insolația Pământului asociate cu procesele ceresc-mecanice. Modificările de joasă și înaltă frecvență ale climatului solar sunt analizate...
Iluminarea energetică creată de radiația care vine pe Pământ direct de pe discul solar sub forma unui fascicul de raze solare paralele se numește radiatia solara directa.
Radiația solară directă care ajunge la limita superioară a atmosferei variază în timp într-un interval mic, de aceea se numește constantă solară (S0). Cu o distanță medie de la Pământ la Soare de 149,5 106 km, este de aproximativ 1400 W/m2.
Când fluxul de radiație solară directă trece prin atmosferă, are loc slăbirea acesteia, cauzată de absorbția (circa 15%) și împrăștierea (circa 25%) de energie de către gaze, aerosoli, nori.
Conform legea de slăbire a lui Bouguer radiația solară directă care ajunge la suprafața Pământului cu o incidență verticală (perpendiculară) a razelor,
Formulă
Unde? - coeficientul de transparență al atmosferei; m este numărul de mase optice ale atmosferei.
Slăbirea fluxului solar în atmosferă depinde de înălțimea Soarelui deasupra orizontului Pământului și de transparența atmosferei. Cu cât înălțimea este mai mică deasupra orizontului, cu atât Mai mult masele optice ale atmosferei trece de raza de soare. Pentru un masa optică a atmosferei se ia masa pe care o trec razele la pozitia Soarelui la zenit (Fig. 3.1).
Figura 3.1. Diagrama traseului razelor solare în atmosferă la diferite înălțimi ale Soarelui(disponibil prin descărcarea versiunii complete a tutorialului)
masa(disponibil prin descărcarea versiunii complete a tutorialului)
Cu cât razele soarelui călătoresc mai mult prin atmosferă, cu atât absorbția și împrăștierea lor sunt mai puternice și cu atât intensitatea lor se schimbă mai mult.
Coeficient de transparență depinde de conținutul de vapori de apă și aerosoli din atmosferă: cu cât sunt mai mulți, cu atât coeficientul de transparență este mai mic pentru același număr de mase optice acceptabile. În medie pentru întregul flux de radiații într-o atmosferă perfect curată? la nivelul mării este de aproximativ 0,9, în condiții atmosferice reale - 0,70-0,85, iarna este puțin mai mare decât vara.
Sosirea radiațiilor directe pe suprafața pământului depinde de unghiul de incidență al razelor solare... Fluxul radiației solare directe care cade pe o suprafață orizontală se numește expunere la soare:
Formulă(disponibil prin descărcarea versiunii complete a tutorialului)
unde h0 este înălțimea soarelui
Iluminarea energetică a radiațiilor directe depinde de înălțimea Soarelui și de transparența atmosferei și crește odată cu creșterea altitudinii deasupra nivelului mării. În principalele regiuni agricole ale Rusiei vara, valorile de la amiază ale iradierii radiației directe sunt în intervalul 700-900 W / m2. La o altitudine de 1 km, creșterea este de 70-140 W/m2. La o altitudine de 4-5 km, iluminarea radiației directe depășește 1180 W / m2. De obicei, norii de nivel scăzut nu permit radiației directe să treacă aproape complet.
Sosirea radiației solare directe depinde de înălțimea soarelui deasupra orizontului, care se modifică atât în timpul zilei, cât și pe tot parcursul anului. Aceasta determină variația diurnă și anuală a radiațiilor directe.
Modificarea radiației directe în timpul unei zile fără nori (variația diurnă) este exprimată printr-o curbă unimodală cu un maxim la prânzul solar adevărat. Vara, pe uscat maximul poate veni înainte de amiază, deoarece praful atmosferei crește până la prânz.
Variația anuală a radiației directe este cel mai pronunțat la poli, deoarece iarna nu există deloc radiație solară, iar vara sosirea sa ajunge la 900 W / m2. La latitudinile mijlocii, maximul de radiație directă se observă uneori nu vara, ci primăvara, deoarece în lunile de vară, din cauza creșterii conținutului de vapori de apă și praf, transparența atmosferei scade. Minimul se incadreaza intr-o perioada apropiata zilei solstitiul de iarna(Decembrie). La ecuator, există două vârfuri egale cu aproximativ 920 W / m2. în zilele echinocțiului de primăvară și toamnă și două minime (aproximativ 55 W/m2) în zilele solstițiilor de vară și de iarnă.
Descarca versiunea completa manual (cu imagini, formule, hărți, diagrame și tabele) într-un singur fișier în format MS Office Word
O lumină strălucitoare ne încălzește cu raze fierbinți și ne face să ne gândim la semnificația radiațiilor în viața noastră, la beneficiile și daunele acesteia. Ce este radiația solară? Lecţie fizica scolara ne invită să începem cu conceptul de radiație electromagnetică în general. Acest termen denotă o altă formă de materie - diferită de materie. Aceasta include atât lumina vizibilă, cât și spectrul pe care ochiul nu îl poate vedea. Adică raze X, raze gamma, ultraviolete și infraroșii.
Undele electromagnetice
În prezența unei surse-emițător de radiație, undele sale electromagnetice se propagă în toate direcțiile cu viteza luminii. Aceste valuri, ca oricare altele, au anumite caracteristici. Acestea includ frecvența vibrațiilor și lungimea de undă. Orice corp a cărui temperatură diferă de zero absolut are proprietatea de a emite radiații.
Soarele este principala și cea mai puternică sursă de radiații din apropierea planetei noastre. La rândul său, Pământul (atmosfera și suprafața sa) însuși emite radiații, dar într-un interval diferit. observând conditii de temperatura pe planetă pentru perioade lungi de timp a dat naștere unei ipoteze despre echilibrul cantității de căldură primită de la Soare și dată spațiului cosmic.
Radiația solară: compoziția spectrală
Marea majoritate (aproximativ 99%) a energiei solare din spectru se află în intervalul de lungimi de undă de la 0,1 la 4 microni. Restul de 1% sunt raze mai lungi și mai scurte, inclusiv unde radio și raze X. Aproximativ jumătate din energia radiantă a soarelui se încadrează în spectrul pe care îl percepem cu ochii, aproximativ 44% - pe Radiatii infrarosii, 9% - pentru ultraviolete. Cum știm cum este împărțită radiația solară? Calculul distribuției sale este posibil datorită cercetărilor din sateliții spațiali.
Există substanțe care pot intra într-o stare specială și pot emite radiații suplimentare într-un interval diferit de lungimi de undă. De exemplu, există o strălucire când temperaturi scăzute nu tipic pentru emisia de lumină de către substanța dată. Acest tip de radiație, numită radiație luminiscentă, nu se pretează la principiile obișnuite ale radiației termice.
Fenomenul de luminescență are loc după ce o substanță a absorbit o anumită cantitate de energie și trecerea la o altă stare (așa-numita stare excitată), care este energetic mai mare decât la temperatura proprie a substanței. Luminescența apare în timpul tranziției inverse - de la o stare excitată la o stare familiară. În natură, îl putem observa sub formă de strălucire a cerului nocturn și aurora boreală.
Luminarea noastră
Energia razelor solare este aproape singura sursă de căldură pentru planeta noastră. Radiația intrinsecă care vine din adâncurile sale spre suprafață are o intensitate de aproximativ 5 mii de ori mai mică. În acest caz, lumina vizibilă este una dintre factori critici viața de pe planetă este doar o fracțiune din radiația solară.
Energia razelor solare este transformată în căldură într-o parte mai mică - în atmosferă și cea mai mare parte - pe suprafața Pământului. Acolo se cheltuiește pentru încălzirea apei și a solului (straturile superioare), care apoi degajă căldură aerului. Când sunt încălzite, atmosfera și suprafața pământului, la rândul lor, emit raze infraroșii în spațiu, în timp ce se răcesc.
Radiația solară: definiție
Radiația care ajunge la suprafața planetei noastre direct de pe discul solar este de obicei numită radiație solară directă. Soarele o răspândește în toate direcțiile. Având în vedere distanța enormă de la Pământ la Soare, radiația solară directă în orice punct de pe suprafața pământului poate fi reprezentată ca un mănunchi de raze paralele, a căror sursă se află practic la infinit. Zona perpendiculară pe grinzi lumina soarelui, astfel, primește cea mai mare sumă.
Densitatea fluxului de radiație (sau iradierea) este o măsură a cantității de radiație care cade pe o anumită suprafață. Aceasta este cantitatea de energie radiantă care cade pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață. Această valoare este măsurată - iradierea - în W / m 2. Pământul nostru, după cum știe toată lumea, se învârte în jurul Soarelui pe o orbită elipsoidală. Soarele se află într-unul dintre punctele centrale ale acestei elipse. Prin urmare, în fiecare an în anumit timp(la inceputul lunii ianuarie) Pamantul ocupa o pozitie cea mai apropiata de Soare si in alta (la inceputul lunii iulie) - cea mai indepartata de acesta. În acest caz, mărimea iradierii se modifică invers proporțional cu pătratul distanței până la lumina.
Unde este radiația solară care a ajuns pe Pământ? Tipurile sale sunt determinate de mulți factori. În funcție de latitudine, umiditate, înnorărire, o parte din ea este împrăștiată în atmosferă, o parte este absorbită, dar majoritatea ajung în continuare la suprafața planetei. În acest caz, o cantitate mică este reflectată, iar cea principală este absorbită de suprafața pământului, sub influența căreia este încălzită. Radiația solară împrăștiată cade și ea parțial pe suprafața pământului, parțial absorbită de aceasta și parțial reflectată. Restul merge în spațiul cosmic.
Cum este distribuția
Radiația solară este uniformă? Tipurile sale după toate „pierderile” din atmosferă pot diferi în compoziția lor spectrală. La urma urmei, razele cu lungimi diferite sunt atât împrăștiate, cât și absorbite în moduri diferite. În medie, atmosfera absoarbe aproximativ 23% din cantitatea inițială. Aproximativ 26% din fluxul total se transformă în radiații împrăștiate, din care 2/3 cad apoi pe Pământ. În esență, acesta este un alt tip de radiație, diferită de cea originală. Radiația împrăștiată este trimisă către Pământ nu de discul Soarelui, ci de firmament. Are o compoziție spectrală diferită.
Absoarbe radiațiile în principal ozonul - spectrul vizibil și razele ultraviolete. Radiația infraroșie este absorbită de dioxidul de carbon (dioxid de carbon), care, apropo, este foarte mic în atmosferă.
Difuzarea radiației, care o atenuează, are loc pentru toate lungimile de undă ale spectrului. În acest proces, particulele sale, aflate sub influența electromagnetică, redistribuie energia undei incidente în toate direcțiile. Adică, particulele servesc ca surse punctuale de energie.
Lumina zilei
Ca urmare a împrăștierii, lumina care vine de la soare își schimbă culoarea pe măsură ce trece prin straturi de atmosfere. Valoarea practică a împrăștierii este în crearea luminii zilei. Dacă Pământul ar fi lipsit de atmosferă, iluminarea ar exista doar în locurile în care razele solare directe sau reflectate la suprafață lovesc. Adică, atmosfera este o sursă de iluminare în timpul zilei. Datorită ei, este lumină atât în locuri inaccesibile razelor directe, cât și atunci când soarele se ascunde în spatele norilor. Este împrăștierea care dă culoare aerului - vedem cerul în albastru.
Și de ce mai depinde radiația solară? Nici factorul de turbiditate nu trebuie trecut cu vederea. La urma urmei, slăbirea radiațiilor are loc în două moduri - prin atmosfera însăși și prin vapori de apă, precum și prin diferite impurități. Conținutul de praf crește vara (la fel și conținutul de vapori de apă din atmosferă).
Radiația totală
Se referă la cantitatea totală de radiații care intră pe suprafața pământului, atât directe, cât și împrăștiate. Radiația solară totală scade odată cu vremea înnorată.
Din acest motiv, vara, radiația totală este în medie mai mare înainte de prânz decât după aceasta. Și în prima jumătate a anului - mai mult decât în a doua.
Ce se întâmplă cu radiația totală de pe suprafața pământului? Ajuns acolo, este absorbit în mare parte de stratul superior de sol sau de apă și se transformă în căldură, o parte din ea fiind reflectată. Gradul de reflexie depinde de natura suprafeței pământului. Exprimarea indicatorului procent radiația solară reflectată la cantitatea sa totală care cade pe suprafață se numește albedo de suprafață.
Conceptul de autoradiere a suprafeței pământului este înțeles ca radiație cu undă lungă emisă de vegetație, stratul de zăpadă, straturile superioare de apă și sol. Bilanțul de radiații al unei suprafețe este diferența dintre cantitatea ei absorbită și cea radiată.
Radiație eficientă
S-a dovedit că contraradiația este aproape întotdeauna mai mică decât cea terestră. Din această cauză, suprafața pământului suportă pierderi de căldură. Diferența dintre valorile radiației intrinseci a suprafeței și cea atmosferică se numește radiație efectivă. Aceasta este de fapt o pierdere netă de energie și, ca urmare, de căldură pe timp de noapte.
Există și în timpul zilei. Dar în timpul zilei, este parțial compensat sau chiar blocat de radiația absorbită. Prin urmare, suprafața pământului este mai caldă ziua decât noaptea.
Despre distribuția geografică a radiațiilor
Radiația solară de pe Pământ este distribuită neuniform pe tot parcursul anului. Distribuția sa este zonală, iar izoliniile (care leagă punctele aceleasi valori) ale fluxului de radiații nu sunt deloc identice cu cercurile latitudinale. Această discrepanță este cauzată de diferite niveluri de tulburare și transparență ale atmosferei în diferite regiuni. Glob.
Radiația solară totală în timpul anului este de cea mai mare importanță în deșerturile subtropicale cu o atmosferă de nori joase. Este mult mai puțin în zonele forestiere. centura ecuatorială... Motivul pentru aceasta este tulburarea crescută. Acest indicator scade spre ambii poli. Dar în regiunea polilor crește din nou - în emisfera nordică este mai puțin, în regiunea Antarcticii înzăpezite și cu nori joase - mai mult. Deasupra suprafeței oceanelor, în medie, radiația solară este mai mică decât peste continente.
Aproape peste tot pe Pământ, suprafața are un bilanț pozitiv al radiațiilor, adică, în același timp, fluxul de radiații este mai mare decât radiația efectivă. Excepție fac regiunile Antarctica și Groenlanda cu platourile lor de gheață.
Ne confruntăm cu încălzirea globală?
Dar cele de mai sus nu înseamnă încălzirea anuală a suprafeței pământului. Excesul de radiație absorbită este compensat de scurgerea căldurii de la suprafață în atmosferă, care are loc la schimbarea fazei apei (evaporare, condensare sub formă de nori).
Astfel, nu există un echilibru de radiații ca atare pe suprafața Pământului. Dar acolo este echilibru termic- furnizarea și pierderea de căldură este echilibrată prin diferite moduri, inclusiv prin radiații.
Repartizarea soldului pe card
La aceleași latitudini ale Pământului, balanța radiațiilor este mai mare pe suprafața oceanului decât pe uscat. Acest lucru se poate explica prin faptul că stratul care absoarbe radiațiile din oceane este mai gros, în timp ce radiația efectivă de acolo este mai mică din cauza suprafeței reci a mării în comparație cu uscatul.
În deșerturi se observă fluctuații semnificative în amplitudinea distribuției sale. Echilibrul este mai scăzut acolo datorită radiației eficiente ridicate în aer uscat și condiții de nori joase. Într-o măsură mai mică, este scăzută în regiunile cu climă musonica. În sezonul cald, înnorabilitatea acolo este crescută, iar radiația solară absorbită este mai mică decât în alte regiuni de aceeași latitudine.
Desigur, principalul factor de care depinde radiația solară medie anuală este latitudinea unei anumite regiuni. Înregistrează „porțiuni” de radiație ultravioletă către țările situate în apropierea ecuatorului. Aceasta este Africa de Nord-Est, coasta sa de est, Peninsula Arabă, la nord și vest de Australia, parte a insulelor Indoneziei, partea de vest coasta Americii de Sud.
În Europa, Turcia, sudul Spaniei, Sicilia, Sardinia, insulele Greciei, coasta Franței (partea de sud), precum și o parte din regiunile Italiei, Cipru și Creta preiau cea mai mare doză atât de lumină, cât și de radiații.
Și cum suntem?
Radiația solară totală din Rusia este distribuită, la prima vedere, în mod neașteptat. Pe teritoriul țării noastre, în mod ciudat, nu stațiunile de la Marea Neagră țin palma. Cele mai mari doze de radiație solară apar pe teritoriile care se învecinează cu China și Ținutul de Nord. În general, radiația solară din Rusia nu este deosebit de intensă, ceea ce este pe deplin explicat de nordul nostru locatie geografica. Suma minima soarele merge în regiunea de nord-vest - Sankt Petersburg, împreună cu zonele adiacente.
Radiația solară din Rusia este inferioară celei din Ucraina. Acolo cea mai mare parte a radiațiilor ultraviolete se îndreaptă spre Crimeea și teritoriile de dincolo de Dunăre, pe locul doi se află Carpații cu regiunile sudice ale Ucrainei.
Radiația solară totală (include atât directă, cât și împrăștiată) care cade pe o suprafață orizontală este dată lunar în tabele special elaborate pentru diferite teritorii și se măsoară în MJ/m2. De exemplu, radiația solară la Moscova variază de la 31-58 în lunile de iarnă la 568-615 în timpul verii.
Despre izolarea solară
Insolația sau cantitatea de radiații utile incidente pe o suprafață luminată de soare variază considerabil de la un punct geografic la altul. Insolația anuală este calculată pentru unul metru patratîn megawați. De exemplu, la Moscova această valoare este 1,01, în Arhangelsk - 0,85, în Astrakhan - 1,38 MW.
La determinarea acestuia, este necesar să se țină seama de factori precum perioada anului (iarna, iluminarea și durata zilei sunt mai mici), natura terenului (muntii pot ascunde soarele), condițiile meteorologice caracteristic zonei - ceata, ploi frecvente si nori. Planul de recepție a luminii poate fi orientat vertical, orizontal sau oblic. Cantitatea de insolație, precum și distribuția radiației solare în Rusia, sunt date grupate într-un tabel pe oraș și regiune, indicând latitudinea geografică.
Dispozitive și accesorii necesare: actinometru termoelectric M-3, piranometru universal M-80M, albedometru de călătorie, contor de echilibru termoelectric M-10M, heliograf universal model GU-1, luxmetru Yu-16.
Principala sursă de energie care vine pe Pământ este energia radiantă care vine de la Soare. Fluxul undelor electromagnetice emise de Soare se numește în mod obișnuit radiație solară. Această radiație este practic singura sursă de energie pentru toate procesele care au loc în atmosferă și pe suprafața pământului, inclusiv pentru toate procesele care au loc în organismele vii.
Radiația solară oferă plantelor energie, pe care o folosesc în procesul de fotosinteză pentru a crea materie organică, afectează procesele de creștere și dezvoltare, aranjarea și structura frunzelor, durata sezonului de vegetație etc. Cantitativ, radiația solară poate fi caracterizată printr-un flux de radiații .
Fluxul de radiații - este cantitatea de energie radiantă care este livrată pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață.
În sistemul SI de unități, fluxul de radiație este măsurat în wați pe 1m 2 (W / m 2) sau kilowați pe 1m 2 (kW / m 2). Anterior, se măsoară în calorii pe cm 2 pe minut (cal / (cm 2 min)).
1 cal / (cm 2 min) = 698 W / m 2 sau 0,698 kW / m 2
Densitatea de flux a radiației solare la limita superioară a atmosferei cu o distanță medie de la Pământ la Soare se numește constanta solara S 0... Conform acordului internațional din 1981 S 0 = 1,37 kW / m 2 (1,96 1 cal / (cm 2 min)).
Dacă Soarele nu se află la zenit, atunci cantitatea de energie solară care cade pe o suprafață orizontală va fi mai mică decât pe o suprafață situată perpendicular pe razele Soarelui. Această cantitate depinde de unghiul de incidență al razelor pe suprafața orizontală. Pentru a determina cantitatea de căldură primită de o suprafață orizontală pe minut, se utilizează următoarea formulă:
S ′ = S sin h ©
unde S ′ este cantitatea de căldură primită pe minut de suprafața orizontală; S este cantitatea de căldură primită de suprafață perpendiculară pe fascicul; h© - unghiul format de raza solară cu o suprafață orizontală (unghiul h se numește înălțimea soarelui).
Trecând prin atmosfera terestră, radiația solară este atenuată datorită absorbției și împrăștierii de către gazele și aerosolii atmosferici. Atenuarea fluxului de radiație solară depinde de lungimea traseului parcurs de fascicul în atmosferă și de transparența atmosferei pe această cale. Lungimea traseului fasciculului în atmosferă depinde de înălțimea soarelui. Când soarele este la zenit, razele soarelui trec cel mai mult drum scurt... În acest caz, masa atmosferei traversată de razele soarelui, adică. masa unei coloane verticale de aer cu baza de 1 cm 2 este luată ca o unitate convențională (m = 1). Pe măsură ce soarele coboară spre orizont, drumul razelor în atmosferă crește și, în consecință, crește și numărul de mase acceptabile (m> 1). Când soarele este aproape de orizont, razele parcurg calea cea mai lungă din atmosferă. Calculele arată că m este de 34,4 ori mai mare decât la poziția Soarelui la zenit. Atenuarea fluxului de radiație solară directă în atmosferă este descrisă de formula Bouguer. Coeficient de transparență p arată ce fracție din radiația solară care ajunge la limita superioară a atmosferei ajunge la suprafața pământului la m = 1.
S m = S 0 p m ,
unde S m este fluxul direct de radiație solară care ajunge la Pământ; S 0 - constantă solară; p - coeficient de transparență; m- masa atmosferei.
Coeficientul de transparență depinde de conținutul de vapori de apă și aerosoli din atmosferă: cu cât sunt mai mulți, cu atât coeficientul de transparență este mai mic pentru același număr de mase acceptabile. Coeficientul de transparență variază de la 0,60 până la 0,85.
Tipuri de radiații solare
Radiația solară directă(S ′) - radiație care ajunge la suprafața pământului direct de la Soare sub forma unui fascicul de raze paralele.
Radiația solară directă depinde de înălțimea soarelui deasupra orizontului, de transparența aerului, de acoperirea norilor, de altitudinea locului deasupra nivelului mării și de distanța dintre Pământ și Soare.
Radiația solară împrăștiată(D) – parte din radiația împrăștiată de atmosfera pământului și de nori și care ajunge la suprafața pământului de pe firmament. Intensitatea radiației împrăștiate depinde de înălțimea soarelui deasupra orizontului, de înnorărire, de transparența aerului, de altitudinea deasupra nivelului mării și de stratul de zăpadă. Înnorarea și stratul de zăpadă au un efect foarte mare asupra radiațiilor împrăștiate, care, datorită împrăștierii și reflectării radiațiilor directe și împrăștiate care cad asupra lor și reîmprăștierii lor în atmosferă, pot crește de mai multe ori fluxul de radiații împrăștiate.
Radiația împrăștiată completează substanțial radiația solară directă și crește semnificativ fluxul de energie solară către suprafața pământului.
Radiația totală(Q) - suma fluxurilor de radiații directe și împrăștiate care intră pe suprafața orizontală:
Înainte de răsărit, în timpul zilei și după apus, în cazul norilor continui, radiația totală ajunge complet la pământ, iar la înălțimi solare scăzute este formată în principal din radiații împrăștiate. Pe un cer fără nori sau ușor înnorat, cu creșterea înălțimii Soarelui, proporția radiațiilor directe în compoziția totală crește rapid, iar în timpul zilei fluxul este de multe ori mai mare decât fluxul radiațiilor împrăștiate.
Majoritatea fluxului total de radiații care intră pe suprafața pământului este absorbit de stratul superior de sol, apă și vegetație. În acest caz, energia radiantă este transformată în căldură, încălzind straturile absorbante. Restul fluxului total de radiații este reflectat de suprafața pământului, formându-se radiatii reflectate(R). Aproape întregul flux de radiații reflectate trece prin atmosferă și merge în spațiul mondial, dar o parte din acesta este împrăștiată în atmosferă și revine parțial la suprafața pământului, crescând radiația împrăștiată și, în consecință, radiația totală.
Reflectivitatea suprafete diferite numit albedo... Este raportul dintre fluxul radiației reflectate și fluxul total al radiației totale incidente această suprafață:
Albedo este exprimat în fracții de unitate sau ca procent. Astfel, suprafața pământului reflectă o parte din fluxul total de radiații, egală cu QA, și este absorbită și transformată în căldură - Q (1-A). Se numește ultima cantitate radiatii absorbite.
Albedo-ul diferitelor suprafețe de teren depinde în principal de culoarea și rugozitatea acelor suprafețe. Suprafețele întunecate și aspre au albedouri mai mici decât suprafețele ușoare și netede. Albedoul solurilor scade odată cu creșterea conținutului de umiditate, deoarece culoarea lor devine mai închisă. Valorile albedo pentru unele suprafețe naturale sunt date în tabelul 1.
Tabelul 1 - Albedo de diferite suprafețe naturale
Reflexivitatea suprafeței superioare a norilor este foarte mare, mai ales la puterea lor mare. În medie, albedo-ul norilor este de aproximativ 50-60%, în cazuri individuale- peste 80-85%.
Radiație fotosintetică activă(PAR) - o parte din fluxul total de radiații care poate fi utilizat de plantele verzi în fotosinteză. Debitul PAR poate fi calculat folosind formula:
PAR = 0,43S '+ 0,57D,
unde S ′ - radiația solară directă care intră pe suprafața orizontală; D - radiatia solara difuza.
Fluxul PAR care cade pe foaie este în mare parte absorbit de acesta, porțiuni mult mai mici ale acestui flux sunt reflectate de suprafață și trecute prin foaie. Frunzele majorității speciilor de arbori absorb aproximativ 80%, reflectă și transmit până la 10-12% din debitul total PAR. Din partea fluxului PAR absorbită de frunze, doar câteva procente din energia radiantă este utilizată de plante direct pentru fotosinteză și este transformată în energie chimică a substanțelor organice sintetizate de frunze. Restul, mai mult de 95% din energia radiantă, este transformată în căldură și este cheltuită în principal pentru transpirație, încălzirea frunzelor în sine și schimbul lor de căldură cu aerul din jur.
Radiația cu undă lungă a Pământului și a atmosferei.
Bilanțul radiațiilor de pe suprafața pământului
Cea mai mare parte a energiei solare care intră pe Pământ este absorbită de suprafața și atmosfera acestuia, o parte din ea este emisă. Radiațiile de la suprafața pământului au loc non-stop.
O parte din razele emise de suprafața pământului sunt absorbite de atmosferă și astfel contribuie la încălzirea atmosferei. Atmosfera, la rândul ei, trimite raze înapoi la suprafața pământului, precum și în spațiul cosmic. Această proprietate a atmosferei de a reține căldura emisă de suprafața pământului se numește efect de sera... Diferența dintre sosirea căldurii sub formă de contraradiație a atmosferei și consumul acesteia sub formă de radiație din stratul activ se numește radiații eficiente strat activ. Radiația efectivă este deosebit de mare pe timp de noapte, când pierderea de căldură de către suprafața pământului depășește semnificativ fluxul de căldură emis de atmosferă. În timpul zilei, când radiația solară totală se adaugă la radiația atmosferei, se obține un exces de căldură, care merge la încălzirea solului și a aerului, la evaporarea apei etc.
Se numește diferența dintre radiația totală absorbită și radiația efectivă a stratului activ balanța radiațiilor strat activ.
Partea de intrare a balanței radiațiilor este formată din radiația solară directă și împrăștiată, precum și din contraradiația atmosferei. Partea consumabilă este formată din radiația solară reflectată și radiația cu undă lungă de pe suprafața pământului.
Bilanțul radiațiilor este sosirea efectivă a energiei radiante pe suprafața Pământului, de care depinde dacă va fi încălzită sau răcită.
Dacă sosirea energiei radiante este mai mare decât consumul acesteia, atunci balanța radiațiilor este pozitivă și suprafața se încălzește. Dacă venitul este mai mic decât debitul, atunci soldul este negativ și suprafața este răcită. Bilanțul de radiații al suprafeței pământului este unul dintre principalii factori de formare a climei. Depinde de înălțimea Soarelui, de durata strălucirii soarelui, de natura și starea suprafeței pământului, de turbiditatea atmosferei, de conținutul de vapori de apă din aceasta, de prezența norilor etc.
Instrumente pentru măsurarea radiației solare
Actinometru termoelectric М-3(Fig. 3) este conceput pentru a măsura intensitatea radiației solare directe pe o suprafață perpendiculară pe razele solare.
Receptorul actinometrului este un termopil de plăci alternante de manganină și constantan, realizate sub formă de asterisc. Joncțiunile interne ale termopilului sunt lipite de discul din folie argintie printr-o garnitură izolatoare, partea discului orientată spre soare este înnegrită. Îmbinările exterioare sunt lipite de un inel masiv de cupru printr-o garnitură izolatoare. Este protejat de incalzire prin radiatii cu capac cromat. Termopilul este situat pe fundul unui tub metalic, care este îndreptat către soare în timpul măsurătorilor. Suprafața interioară a tubului este înnegrită și 7 diafragme (constricții în formă de inel) sunt dispuse în tub pentru a preveni intrarea radiațiilor împrăștiate în receptorul actinometrului.
Pentru observații, săgeata de pe baza dispozitivului 11 (Fig. 2) este orientat spre nord, iar pentru a facilita urmărirea soarelui se instalează un actinometru în funcție de latitudinea locului de observare (de-a lungul sectorului). 9 și riscul din partea de sus a raftului aparatului 10 ). Țintirea soarelui se face cu un șurub 3 și mânere 6 situat în partea de sus a aparatului. Șurubul permite rotirea tubului într-un plan vertical; atunci când mânerul este rotit, tubul este ghidat în spatele soarelui. O mică gaură este făcută în diafragma exterioară pentru a viza cu precizie Soarele. Vizavi de această gaură din partea de jos a aparatului există Ecran alb 5 ... La instalare corectă a dispozitivului, razele solare care pătrund prin acest orificiu ar trebui să dea un punct luminos (pată) în centrul ecranului.
Orez. 3 Actinometru termoelectric M-3: 1 - capac; 2, 3 - șuruburi; 4 - axa; 5 - ecran; 6 - mâner; 7 - tub; 8 - axa; 9 - sector de latitudine; 10 - rack; 11 - baza.
Piranometru universal M-80M(Fig. 4) este conceput pentru a măsura radiația totală (Q) și împrăștiată (D). Cunoscându-le, se poate calcula intensitatea radiației solare directe pe suprafața orizontală S′. Piranometrul M-80M are un dispozitiv de răsturnare a suportului instrumentului cu receptorul în jos, care vă permite să măsurați intensitatea radiației reflectate și să determinați albedo-ul suprafeței subiacente.
Receptor piranometru 1 este o baterie termoelectrică, dispusă în formă de pătrat. Suprafața sa de recepție este vopsită în negru și culorile albe sub forma unei table de șah. Jumătate dintre joncțiunile termopilelor sunt sub celulele albe, cealaltă jumătate sub celulele negre. Partea superioară a receptorului este acoperită cu o sticlă semisferică pentru a-l proteja de vânt și precipitații. Pentru a măsura intensitatea radiației împrăștiate, receptorul este umbrit de un ecran special 3 ... În timpul măsurătorilor, receptorul dispozitivului este instalat strict orizontal; pentru aceasta, piranometrul este echipat cu un nivel circular 7 și șuruburi de fixare 4. În partea de jos a receptorului se află un uscător de sticlă umplut cu o substanță care absoarbe apă, care previne condensul de umezeală pe receptor și pe sticlă. Când nu funcționează, receptorul piranometrului este închis cu un capac metalic.
Orez. 4 Piranometru universal M-80M: 1 - cap piranometru; 2 - arc de blocare; 3 - balama umbra; 4 - șurub de fixare; 5 - baza; 6 - balama trepiedului pliabil; 7 - nivel; 8 - șurub; 9 - rack cu dezumidificator in interior; 10 - suprafata de primire a termopilului.
Albedometru de călătorie(Fig. 5) este conceput pentru a măsura intensitățile radiației totale, împrăștiate și reflectorizante în câmp. Receptorul este capul piranometrului 1 montat pe un cardan cu auto-echilibrare 3 ... Această suspensie vă permite să instalați dispozitivul în două poziții - cu receptorul în sus și în jos, iar poziția orizontală a receptoarelor este asigurată automat. Cu poziția suprafeței de recepție a dispozitivului în sus, se determină radiația totală Q. Apoi, pentru a măsura radiația reflectată R, mânerul albedometrului este rotit cu 180 0. Cunoscând aceste valori, puteți determina albedo.
Contor de echilibru termoelectric M-10M(Fig. 6) este conceput pentru a măsura balanța totală de radiații a suprafeței subiacente. Receptorul balansierului este un termopil formă pătrată format din multe bare de cupru 5 învelit în bandă constantan 10 ... Jumătate din fiecare șurub al benzii este placat cu argint galvanizat, începutul și sfârșitul stratului de argint 9 sunt joncțiuni termice. Jumătate dintre joncțiuni sunt lipite de partea superioară, cealaltă jumătate de suprafețele de primire inferioare, care sunt folosite ca plăci de cupru 2 vopsit în negru. Receptorul contorului de echilibru este găzduit într-un cadru metalic rotund 1 ... La măsurare, acesta este amplasat strict orizontal folosind un nivel special de suprapunere. Pentru aceasta, receptorul contorului de echilibru este montat pe o articulație sferică. 15 ... Pentru a crește precizia măsurării, receptorul contorului de echilibru poate fi protejat de radiația solară directă printr-un scut rotund 12 ... Intensitatea radiației solare directe se măsoară în acest caz cu un actinometru sau piranometru.
Orez. 5 Albedometru mobil: 1 - cap piranometru; 2 - tub; 3 - gimbal; 4 - mâner
Orez. 6 Bilanț termoelectric M-10M: a) - secțiune transversală schematică: b) - termopilă separată; c) - aspectul; 1 - cadru receptor; 2 - placa de primire; 3, 4 - îmbinări; 5 - bară de cupru; 6, 7 - izolație; 8 - termopil; 9 - strat de argint; 10 - bandă constantan; 11 - mâner; 12 - ecran umbră; 13, 15 - balamale; 14 - bar; 16 - șurub; 17 - acoperire
Instrumente pentru măsurarea duratei solare
strălucire și iluminare
Durata radiației solare este timpul în care radiația solară directă este egală sau mai mare de 0,1 kW/m2. Exprimat în ore pe zi.
Metoda de determinare a duratei de insolație se bazează pe înregistrarea timpului în care intensitatea radiației solare directe este suficientă pentru a obține o ardere pe o bandă specială, fixată în focarul optic al unei lentile de sticlă sferică, și nu este mai mică. mai mult de 0,1 kW/m2.
Durata insolatiei este masurata cu un instrument heliograf (Fig. 7).
Heliograf universal model GU-1(fig. 7). Baza dispozitivului este o placă metalică plată cu doi stâlpi 1 ... Între stâlpi de pe axa orizontală 2 a întărit partea mobilă a dispozitivului, constând dintr-o coloană 3 cu membrul 4 și opritor de jos 7 , capse 6 cu o cană 5 iar opritorul superior 15 și o minge de sticlă 8 care este o lentilă sferică. Un sector este fixat la un capăt al axei orizontale 9 cu o scară de latitudini. La deplasarea axei orizontale 2 instrumentul de la vest la est și rotind partea superioară a instrumentului în jurul lui, axa coloanei 3 este instalat paralel cu axa de rotație a Pământului (axa lumii). Un șurub este utilizat pentru a asigura unghiul setat de înclinare a axei coloanei 11 .
Top parte instrumentul poate fi rotit în jurul axei coloanei 3 și fixat în patru poziții specifice. Pentru aceasta, se folosește un știft special. 12 , care este introdus prin orificiul cadranului 4 într-una dintre cele patru orificii ale discului 13 fixat pe ax 2 ... Alinierea orificiilor din membru 4 și disc 13 determinată de coincidența semnelor A, B, C și D de pe cadran 4 cu index 14 pe disc.
Orez. 7 Heliograf model universal GU – 1.
1 - rack; 2 - axa orizontală; 3 - coloana; 4 - membru; 5 - cană; 6 - suport; 7 - accent; 8 - bila de sticla; 9 - sector; 10 - indicator de latitudine; 11 - șurub pentru fixarea unghiului de înclinare a axei; 12 - știft; 13 - disc; 14 - index pe disc; 15 - oprire de sus.
La locul meteorologic, heliograful este instalat pe un stâlp de beton sau lemn de 2 m înălțime, pe a cărui parte superioară se află o platformă din scânduri cu o grosime de cel puțin 50 mm, astfel încât în orice poziție a Soarelui relativ pe părțile laterale ale orizontului, clădiri separate, copaci și obiecte aleatorii nu îl întunecă. Este instalat strict orizontal si orientat de-a lungul meridianului geografic si latitudinii statiei meteorologice; axa heliografului trebuie să fie strict paralelă cu axa lumii.
Bila de heliograf trebuie menținută curată, deoarece prezența prafului, urmelor de precipitații, rouă, îngheț, îngheț și gheață pe minge slăbește și distorsionează arderea pe banda heliograf.
În funcție de durata posibilă a soarelui, înregistrarea pentru o zi ar trebui făcută pe una, două sau trei casete. În funcție de anotimp, trebuie folosite benzi drepte sau curbate și plasate în fantele de sus, mijloc sau inferioare ale cupei. Panglicile cu marcaje ar trebui să fie asortate în aceeași culoare pe tot parcursul lunii.
Pentru confortul lucrului cu heliograf, o scară cu o platformă este instalată la sud de suport (stâlp) cu dispozitivul. Scara nu trebuie să atingă stâlpul și ar trebui să fie suficient de confortabilă.
Contor de lumină U-16(Fig. 8) este folosit pentru a măsura iluminarea creată de lumină sau surse de lumină artificială.
Orez. 8 Luxmetru U – 16. 1 - fotocelula; 2 - fir; 3 - metru; 4 - absorbant; 5 - terminale; 6 - comutarea limitelor de măsurare; 7 - corector.
Dispozitivul este format dintr-o fotocelula cu seleniu 1 conectat printr-un fir 2 cu metru 3 , și absorbant 4 ... Fotocelula este închisă într-o carcasă din plastic cu un cadru metalic; pentru a mări domeniul de măsurare de 100 de ori, pe carcasă este pus un absorbant din sticlă de lapte. Contorul de lumină este un cadran magnetoelectric montat într-o carcasă de plastic cu o fereastră de scară. În partea inferioară a corpului există un corector 7 pentru setarea săgeții la zero, în partea de sus - terminale 5 pentru conectarea firelor de la fotocelula si a butonului de comutare a limitelor de masura 6 .
Scara contorului este împărțită în 50 de diviziuni și are 3 rânduri de numere corespunzătoare celor trei limite de măsurare - până la 25, 100 și 500 lux (lx). La utilizarea unui absorbant, limitele sunt crescute la 2500, 10000 și 50.000 lux.
Când lucrați cu un luminometru, este necesar să monitorizați cu atenție curățenia fotocelulei și a absorbantului; dacă se murdăresc, ștergeți-le cu un tampon de bumbac înmuiat în alcool.
Fotocelula este amplasată orizontal în timpul măsurătorilor. Corectorul a stabilit săgeata contorului la diviziunea zero. Conectați fotocelula la contor și efectuați măsurători după 4-5 s. Pentru a reduce suprasarcinile, acestea încep cu o limită de măsurare mai mare, apoi se deplasează la limite mai mici până când săgeata se află în partea de lucru a scalei. Citirea este luată în diviziuni de scară. În cazul unor mici abateri ale săgeții, pentru a îmbunătăți acuratețea măsurării, se recomandă trecerea contorului la o limită inferioară. Pentru a preveni oboseala fotocelulei cu seleniu, umbriți fotocelula timp de 3-5 minute la fiecare 5-10 minute de funcționare a dispozitivului.
Iluminarea se determină prin înmulțirea citirii cu valoarea diviziunii scalei și cu factorul de corecție (pentru lumina naturală este 0,8, pentru lămpile cu incandescență -1). Diviziunea scalei este egală cu limita de măsurare împărțită la 50. Când se utilizează unul sau două absorbante, valoarea rezultată este înmulțită cu 100 sau, respectiv, 10000.
1 Familiarizați-vă cu dispozitivul dispozitivelor termoelectrice (actinometru, piranometru, albedometru, contor de echilibru).
2 Să se familiarizeze cu dispozitivul heliografului universal, cu metodele de instalare a acestuia în diferite perioade ale anului.
3 Familiarizați-vă cu dispozitivul luminometrului, măsurați iluminarea naturală și artificială a publicului.
Puneți înregistrările într-un caiet.
