Lumina strălucitoare ne arde cu raze fierbinți și ne face să ne gândim la semnificația radiațiilor în viața noastră, la beneficiile și daunele acesteia. Ce este radiația solară? Lecția de fizică școlară ne invită să ne familiarizăm cu conceptul de radiație electromagnetică în general. Acest termen se referă la o altă formă de materie - diferită de substanță. Aceasta include atât lumina vizibilă, cât și spectrul care nu este perceput de ochi. 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 de oscilație 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. Observarea condițiilor de temperatură de pe planetă pe perioade lungi de timp a dat naștere unei ipoteze cu privire la echilibrul cantității de căldură primită de la Soare și eliberată în spațiul 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 cade pe spectrul pe care îl percepem cu ochii noștri, aproximativ 44% - în radiații infraroșii, 9% - în 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 dintr-un interval diferit de undă. De exemplu, există o strălucire la temperaturi scăzute care nu sunt caracteristice emisiei de lumină de către o anumită substanță. Acest tip de radiație, numită luminiscentă, nu se pretează principiilor obișnuite ale radiației termice.
Fenomenul de luminescență apare după absorbția unei anumite cantități de energie de către substanță și trecerea la o altă stare (așa-numita stare excitată), care este mai mare ca energie decât la temperatura proprie a substanței. Luminescența apare în timpul tranziției inverse - de la o stare excitată la una familiară. În natură, îl putem observa sub formă de străluciri ale cerului nocturn și aurore.
Luminarea noastră
Energia razelor solare este aproape singura sursă de căldură pentru planeta noastră. Radiația proprie, venită din adâncime la suprafață, are o intensitate de aproximativ 5 mii de ori mai mică. În același timp, lumina vizibilă - unul dintre cei mai importanți factori ai vieții de pe planetă - este doar o parte a radiației solare.
Energia razelor solare este transformată în căldură de o parte mai mică - în atmosferă, una mai mare - de pe suprafața Pământului. Acolo se cheltuiește pentru încălzirea apei și a solului (straturile superioare), care apoi degajă căldură aerului. Fiind încălzite, atmosfera și suprafața pământului, la rândul lor, emit raze infraroșii în spațiu, în timp ce se răcesc.
Radiația solară: definiție
Radiația care vine la suprafața planetei noastre direct de pe discul solar este denumită în mod obișnuit radiație solară directă. Soarele o răspândește în toate direcțiile. Ținând cont de distanța uriașă de la Pământ la Soare, radiația solară directă în orice punct de pe suprafața pământului poate fi reprezentată ca un fascicul de raze paralele, a cărui sursă este practic la infinit. Zona situată perpendicular pe razele soarelui primește astfel cea mai mare cantitate din aceasta.
Densitatea fluxului de radiație (sau iradierea) este o măsură a cantității de radiații incidente pe o anumită suprafață. Aceasta este cantitatea de energie radiantă care cade pe unitatea de timp pe unitatea de suprafață. Această valoare este măsurată - energie de iluminare - în W / m 2. Pământul nostru, după cum știe toată lumea, se învârte în jurul Soarelui pe o orbită elipsoidală. Soarele se află la unul dintre focarele acestei elipse. Prin urmare, în fiecare an la un anumit moment (la începutul lunii ianuarie) Pământul ocupă o poziție cea mai apropiată de Soare și la alta (la începutul lunii iulie) - cea mai îndepărtată de acesta. În acest caz, mărimea iluminării energiei variază în proporție inversă față de pătratul distanței până la luminator.
Unde se duce radiația solară care ajunge pe Pământ? Tipurile sale sunt determinate de mulți factori. În funcție de latitudinea geografică, umiditate, nebulozitate, o parte din ea este disipată în atmosferă, o parte este absorbită, dar majoritatea ajunge totuși 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, este parțial absorbită de aceasta și parțial reflectată. Restul merge în spațiul cosmic.
Cum este distribuția
Este radiația solară omogenă? Tipurile sale după toate „pierderile” din atmosferă pot diferi în compoziția lor spectrală. La urma urmei, razele cu lungimi diferite sunt împrăștiate și absorbite diferit. În medie, aproximativ 23% din cantitatea sa inițială este absorbită de atmosferă. Aproximativ 26% din fluxul total este transformat în radiație difuză, din care 2/3 cad apoi pe Pământ. În esență, acesta este un alt tip de radiație, diferit de originalul. Radiația împrăștiată este trimisă pe Pământ nu de discul Soarelui, ci de bolta cerului. 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, slăbirea acesteia, are loc pentru orice lungime de undă a 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
Din cauza împrăștierii, lumina care vine de la soare își schimbă culoarea atunci când trece prin straturile atmosferei. 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 directe sau reflectate ale soarelui lovesc suprafața. Adică, atmosfera este sursa de iluminare în timpul zilei. Datorită acesteia, este lumină atât în locuri inaccesibile razelor directe, cât și atunci când soarele este ascuns în spatele norilor. Este împrăștierea care dă culoare aerului - vedem cerul albastru.
Ce altceva influențează radiația solară? Nici factorul de turbiditate nu trebuie redus. La urma urmei, slăbirea radiațiilor are loc în două moduri - atmosfera în sine și vaporii de apă, precum și diverse impurități. Nivelul 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 difuze. Radiația solară totală scade pe vreme 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. Indicatorul care exprimă procentul de radiație solară reflectată față de 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 emisă.
Radiație eficientă
Este dovedit că contraradiația este aproape întotdeauna mai mică decât cea terestră. Din această cauză, suprafața pământului suportă pierderi de căldură. Diferența dintre radiația intrinsecă a suprafeței și radiația 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 radiațiile absorbite. 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 are un caracter zonal, iar izoliniile (punctele de legătură de valori egale) 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 ale globului.
Radiația solară totală din timpul anului are cea mai mare valoare în deșerturile subtropicale cu o atmosferă cu nori joase. Este mult mai puțin în regiunile forestiere din 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 ușor înnorat - 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, afluxul 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 de căldură 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 există un echilibru termic - afluxul și pierderea de căldură sunt echilibrate în diferite moduri, inclusiv prin radiații.
Distribuirea soldului cardului
La aceleași latitudini ale globului, 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 are o grosime mare, în timp ce, în același timp, radiația efectivă de acolo este mai mică datorită frigului suprafeței mării în comparație cu uscatul.
În deșerturi se observă fluctuații semnificative în amplitudinea distribuției sale. Echilibrul este mai scăzut acolo datorită radiației eficiente ridicate din aerul uscat și a norii scăzut. Într-o măsură mai mică, este scăzut în zonele 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 zone. Înregistrează „porțiuni” de ultraviolete ajung în țările situate în apropierea ecuatorului. Aceasta este Africa de Nord-Est, coasta sa de est, Peninsula Arabă, nordul și vestul Australiei, o parte a insulelor Indoneziei, coasta de vest a 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 primesc cea mai mare doză de lumină și radiatii.
Ce zici de noi?
Radiația solară totală în 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 cad pe teritoriile care se învecinează cu China și Severnaya Zemlya. În general, radiația solară în Rusia nu este deosebit de intensă, ceea ce se explică pe deplin prin poziția noastră geografică nordică. Cantitatea minimă de lumină solară merge în regiunea de nord-vest - Sankt Petersburg, împreună cu zonele înconjurătoare.
Radiația solară din Rusia este inferioară Ucrainei. Acolo, cele mai multe radiații 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 pe luni în tabele special concepute pentru diferite teritorii și se măsoară în MJ/m 2. 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 radiație utilă care cade pe o suprafață iluminată de soare, variază foarte mult în diferite locații geografice. Insolația anuală este calculată pe metru pătrat în 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 cont de factori precum perioada anului (iluminarea și durata zilei sunt mai mici în timpul iernii), natura terenului (muntii pot bloca soarele), condițiile meteorologice caracteristice zonei - ceață , ploi frecvente și înnorări. 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.
Toate tipurile de raze solare ajung la suprafața pământului în trei moduri - sub formă de radiație solară directă, reflectată și difuză.
radiatia solara directa sunt razele care vin direct de la soare. Intensitatea (eficiența) sa depinde de înălțimea soarelui deasupra orizontului: maximul se observă la prânz, iar cel minim - dimineața și seara; din perioada anului: maxim - vara, minim - iarna; de la înălțimea terenului deasupra nivelului mării (mai sus la munte decât la câmpie); asupra stării atmosferei (poluarea aerului o reduce). Spectrul radiației solare depinde și de înălțimea soarelui deasupra orizontului (cu cât soarele este mai jos deasupra orizontului, cu atât mai puține raze ultraviolete).
radiatia solara reflectata- Acestea sunt razele soarelui reflectate de suprafața pământului sau a apei. Este exprimată ca procent de raze reflectate față de fluxul lor total și se numește albedo. Valoarea albedo depinde de natura suprafețelor reflectorizante. Atunci când organizați și desfășurați plaja, este necesar să cunoașteți și să țineți cont de albedo-ul suprafețelor pe care se efectuează plaja. Unele dintre ele sunt caracterizate de reflectivitate selectivă. Zăpada reflectă complet razele infraroșii, iar razele ultraviolete într-o măsură mai mică.
radiația solară împrăștiată formată ca urmare a împrăștierii luminii solare în atmosferă. Moleculele de aer și particulele suspendate în el (cele mai mici picături de apă, cristale de gheață etc.), numite aerosoli, reflectă o parte din raze. Ca urmare a reflexiilor multiple, unele dintre ele ajung încă la suprafața pământului; Acestea sunt raze împrăștiate ale soarelui. În mare parte sunt împrăștiate razele ultraviolete, violete și albastre, ceea ce determină culoarea albastră a cerului pe vreme senină. Proporția razelor împrăștiate este mare la latitudini mari (în regiunile nordice). Acolo, soarele este jos deasupra orizontului și, prin urmare, calea razelor către suprafața pământului este mai lungă. Pe un drum lung, razele întâlnesc mai multe obstacole și se împrăștie într-o măsură mai mare.
(http://new-med-blog.livejournal.com/204
Radiația solară totală- toate radiațiile solare directe și difuze care intră pe suprafața pământului. Radiația solară totală se caracterizează prin intensitate. Cu un cer fără nori, radiația solară totală are o valoare maximă în jurul prânzului, iar în timpul anului - vara.
Bilanțul radiațiilor
Bilanțul de radiații al suprafeței pământului este diferența dintre radiația solară totală absorbită de suprafața pământului și radiația efectivă a acesteia. Pentru suprafața pământului
- partea care intră este radiația solară absorbită directă și împrăștiată, precum și contraradiația absorbită a atmosferei;
- partea de cheltuiala consta in pierderi de caldura datorate radiatiei proprii a suprafetei terestre.
Bilanțul radiațiilor poate fi pozitiv(ziua, vara) și negativ(noaptea, iarna); măsurată în kW/mp/min.
Bilanțul de radiații al suprafeței pământului este cea mai importantă componentă a bilanţului termic al suprafeţei pământului; unul dintre principalii factori de formare a climei.
Bilanțul termic al suprafeței pământului- suma algebrică a tuturor tipurilor de aport și ieșire de căldură pe suprafața pământului și oceanului. Natura bilanţului termic şi nivelul său de energie determină caracteristicile şi intensitatea majorităţii proceselor exogene. Principalele componente ale echilibrului termic al oceanului sunt:
- bilanțul radiațiilor;
- consum de caldura pentru evaporare;
- schimbul turbulent de căldură între suprafața oceanului și atmosferă;
- schimbul vertical de căldură turbulent al suprafeței oceanului cu straturile subiacente; Și
- advecția orizontală oceanică.
(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi?RQgkog.outt:p!hgrgtx!nlstup!vuilw)tux yo)
Măsurarea radiației solare.
Actinometrele și pirhelimetrele sunt folosite pentru măsurarea radiației solare. Intensitatea radiației solare este de obicei măsurată prin efectul său termic și este exprimată în calorii pe unitatea de suprafață pe unitatea de timp.
(http://www.ecosystema.ru/07referats/slo vgeo/967.htm)
Măsurarea intensității radiației solare este efectuată de un piranometru Yanishevsky complet cu un galvanometru sau un potențiometru.
La măsurarea radiației solare totale, piranometrul este instalat fără ecran de umbră, în timp ce la măsurarea radiației împrăștiate, cu ecran de umbră. Radiația solară directă este calculată ca diferență dintre radiația totală și cea împrăștiată.
La determinarea intensității radiației solare incidente pe gard, piranometrul este montat pe acesta, astfel încât suprafața percepută a dispozitivului să fie strict paralelă cu suprafața gardului. În absența înregistrării automate a radiațiilor, măsurătorile ar trebui făcute după 30 de minute între răsărit și apus.
Radiațiile care cad pe suprafața gardului nu sunt complet absorbite. În funcție de textura și culoarea gardului, unele dintre raze sunt reflectate. Raportul dintre radiația reflectată și radiația incidentă, exprimat ca procent, se numește albedo de suprafațăși măsurată de P.K. Kalitina completă cu galvanometru sau potențiometru.
Pentru o mai mare acuratețe, observațiile trebuie efectuate pe un cer senin și cu iradiere solară intensă a gardului.
(http://www.constructioncheck.ru/default.a spx?textpage=5)
Cantitatea de radiație solară directă (S) care ajunge la suprafața pământului într-un cer fără nori depinde de înălțimea soarelui și de transparență. Tabelul pentru trei zone latitudinale arată distribuția totalurilor lunare ale radiațiilor directe cu un cer fără nori (sume posibile) ca valori medii pentru lunile centrale ale anotimpurilor și ale anului.
Sosirea crescută a radiațiilor directe în partea asiatică se datorează transparenței mai mari a atmosferei din această regiune. Valorile ridicate ale radiațiilor directe în timpul verii în regiunile de nord ale Rusiei sunt explicate de o combinație de transparență ridicată a atmosferei și o zi lungă.
Reduce sosirea radiațiilor directe și poate modifica semnificativ cursul zilnic și anual. Totuși, în condiții medii de noros, factorul astronomic este predominant și, în consecință, radiația directă maximă se observă la cea mai mare altitudine a soarelui.
În majoritatea regiunilor continentale ale Rusiei în lunile de primăvară-vară, radiația directă în orele de dinainte de amiază este mai mare decât după-amiaza. Acest lucru se datorează dezvoltării nebulozității convective în orele după-amiezii și scăderii transparenței atmosferei la acest moment al zilei față de orele dimineții. În timpul iernii, raportul dintre valorile radiației înainte și după-amiezii este inversat - valorile înainte de amiază ale radiației directe sunt mai mici din cauza înnorării maxime a dimineții și scăderii acesteia în a doua jumătate a zilei. Diferența dintre valorile de dinainte și după-amiază ale radiației directe poate ajunge la 25-35%.
În cursul anual, maximul de radiație directă are loc în lunile iunie-iulie, cu excepția regiunilor din Orientul Îndepărtat, unde se deplasează în mai, iar în sudul Primorye se remarcă un maxim secundar în septembrie.
Cantitatea maximă lunară de radiație directă pe teritoriul Rusiei este de 45–65% din ceea ce este posibil sub un cer fără nori, și chiar și în sudul părții europene atinge doar 70%. Valorile minime se observă în decembrie și ianuarie.
Contribuția radiațiilor directe la sosirea totală în condiții de înnorare reală atinge un maxim în lunile de vară și este în medie de 50–60%. Excepție este Primorsky Krai, unde cea mai mare contribuție a radiațiilor directe cade în lunile de toamnă și iarnă.
Distribuția radiației directe sub înnorabilitatea medie (reală) pe teritoriul Rusiei depinde în mare măsură de . Acest lucru duce la o încălcare vizibilă a distribuției zonale a radiațiilor în anumite luni. Acest lucru este evident mai ales primăvara. Deci, în aprilie, se notează două maxime - una în regiunile sudice și regiunea Amur, a doua - în nord-estul Yakutiei și mai departe, care este, de asemenea, rezultatul unei combinații de transparență atmosferică ridicată, frecvență ridicată a cerului senin și lungimea zilei.
Datele afișate pe diagrame se referă la condițiile reale ale norului.
Dacă atmosfera ar transmite toate razele soarelui la suprafața pământului, atunci clima oricărui punct de pe pământ ar depinde doar de latitudinea geografică. Deci se credea în vremuri străvechi. Cu toate acestea, atunci când razele soarelui trec prin atmosfera pământului, așa cum am văzut deja, ele sunt slăbite din cauza proceselor simultane de absorbție și împrăștiere. Picăturile de apă și cristalele de gheață, care alcătuiesc norii, absorb și împrăștie foarte mult.
Se numește acea parte a radiației solare care ajunge la suprafața pământului după ce a fost împrăștiată de atmosfera și nori radiații împrăștiate. Se numește porțiunea de radiație solară care trece prin atmosferă fără a fi împrăștiatăradiatii directe.
Radiația este împrăștiată nu numai de nori, ci și pe un cer senin de molecule, gaze și particule de praf. Raportul dintre radiațiile directe și cele împrăștiate variază într-o gamă largă. Dacă, cu cer senin și incidență verticală a luminii solare, fracția de radiație împrăștiată este de 0,1% din radiația directă, atunci
pe cer înnorat, radiația difuză poate fi mai mare decât radiația directă.
În acele părți ale pământului unde predomină vremea senină, de exemplu, în Asia Centrală, principala sursă de încălzire a suprafeței pământului este radiația solară directă. Acolo unde predomină vremea înnorată, ca, de exemplu, în nordul și nord-vestul teritoriului european al URSS, radiația solară împrăștiată devine esențială. Golful Tikhaya, situat în nord, primește radiații împrăștiate de aproape o ori și jumătate mai mult decât radiațiile directe (Tabelul 5). În Tașkent, dimpotrivă, radiația difuză este mai mică de 1/3 din radiația directă. Radiația solară directă în Yakutsk este mai mare decât în Leningrad. Acest lucru se explică prin faptul că în Leningrad sunt mai multe zile înnorate și mai puțină transparență a aerului.
Albedo al suprafeței pământului. Suprafața pământului are capacitatea de a reflecta razele care cad pe ea. Cantitatea de radiație absorbită și reflectată depinde de proprietățile suprafeței pământului. Se numește raportul dintre cantitatea de energie radiantă reflectată de suprafața corpului și cantitatea de energie radiantă incidentă albedo. Albedo caracterizează reflectivitatea suprafeței corpului. Când, de exemplu, se spune că albedo-ul zăpezii proaspăt căzute este de 80-85%, aceasta înseamnă că 80-85% din toate radiațiile care cad pe suprafața zăpezii sunt reflectate de ea.
Albedo-ul zăpezii și gheții depinde de puritatea lor. În orașele industriale, datorită depunerii pe zăpadă a diferitelor impurități, în principal funingine, albedo-ul este mai scăzut. Dimpotrivă, în regiunile arctice, albedo-ul de zăpadă ajunge uneori la 94%. Deoarece albedo-ul zăpezii este cel mai mare în comparație cu albedo-ul altor tipuri de suprafață terestră, încălzirea suprafeței pământului are loc slab sub stratul de zăpadă. Albedo-ul vegetației erbacee și al nisipului este mult mai mic. Albedoul vegetației erbacee este de 26%, iar cel al nisipului este de 30%. Aceasta înseamnă că iarba absoarbe 74% din energia soarelui, în timp ce nisipul absoarbe 70%. Radiația absorbită este utilizată pentru evaporare, creșterea plantelor și încălzire.
Cea mai importantă sursă de la care suprafața Pământului și atmosfera primesc energie termică este Soarele. Ea trimite o cantitate colosală de energie radiantă în spațiul lumii: termică, luminoasă, ultravioletă. Undele electromagnetice emise de Soare se propagă cu o viteză de 300.000 km/s.
Încălzirea suprafeței pământului depinde de unghiul de incidență al razelor solare. Toate razele soarelui lovesc suprafața Pământului paralel între ele, dar întrucât Pământul are o formă sferică, razele soarelui cad pe diferite părți ale suprafeței sale în unghiuri diferite. Când Soarele este la zenit, razele sale cad vertical și Pământul se încălzește mai mult.
Se numește totalitatea energiei radiante trimise de Soare radiatie solara, este de obicei exprimat în calorii pe suprafață pe an.
Radiația solară determină regimul de temperatură al troposferei de aer a Pământului.
Trebuie remarcat faptul că cantitatea totală de radiație solară este de peste două miliarde de ori cantitatea de energie primită de Pământ.
Radiațiile care ajung la suprafața pământului sunt directe și difuze.
Radiația care vine pe Pământ direct de la Soare sub formă de lumina directă a soarelui pe un cer fără nori se numește Drept. Transportă cea mai mare cantitate de căldură și lumină. Dacă planeta noastră nu ar avea atmosferă, suprafața pământului ar primi doar radiație directă.
Cu toate acestea, trecând prin atmosferă, aproximativ un sfert din radiația solară este împrăștiată de molecule de gaz și impurități, se abate de la calea directă. Unele dintre ele ajung la suprafața Pământului, formându-se radiația solară împrăștiată. Datorită radiațiilor împrăștiate, lumina pătrunde și în locurile în care lumina directă a soarelui (radiația directă) nu pătrunde. Această radiație creează lumină naturală și dă culoare cerului.
Radiația solară totală
Toate razele soarelui care lovesc pământul sunt radiatia solara totala adică totalitatea radiațiilor directe și difuze (Fig. 1).
Orez. 1. Radiația solară totală pe an
Distribuția radiației solare pe suprafața pământului
Radiația solară este distribuită neuniform pe pământ. Depinde:
1. asupra densității și umidității aerului - cu cât sunt mai mari, cu atât primește mai puține radiații suprafața pământului;
2. de la latitudinea geografică a zonei – cantitatea de radiații crește de la poli la ecuator. Cantitatea de radiație solară directă depinde de lungimea drumului pe care razele soarelui o parcurg prin atmosferă. Când Soarele se află la zenit (unghiul de incidență al razelor este de 90 °), razele lui lovesc Pământul în cel mai scurt mod și își eliberează intens energia într-o zonă mică. Pe Pământ, acest lucru se întâmplă în banda cuprinsă între 23° N. SH. și 23°S sh., adică între tropice. Pe măsură ce vă îndepărtați de această zonă spre sud sau nord, lungimea traseului razelor solare crește, adică unghiul de incidență a acestora pe suprafața pământului scade. Razele încep să cadă pe Pământ la un unghi mai mic, parcă alunecă, apropiindu-se de linia tangentă din regiunea polilor. Ca urmare, același flux de energie este distribuit pe o suprafață mai mare, astfel încât cantitatea de energie reflectată crește. Astfel, în regiunea ecuatorului, unde razele soarelui cad pe suprafața pământului la un unghi de 90 °, cantitatea de radiație solară directă primită de suprafața pământului este mai mare și, pe măsură ce vă deplasați spre poli, această cantitate este mai mare. redus brusc. În plus, lungimea zilei în diferite momente ale anului depinde și de latitudinea zonei, care determină și cantitatea de radiație solară care intră pe suprafața pământului;
3. de la mișcarea anuală și zilnică a Pământului - la latitudinile mijlocii și înalte, afluxul de radiație solară variază foarte mult în funcție de anotimpuri, ceea ce este asociat cu o modificare a altitudinii Soarelui la amiază și a duratei zilei ;
4. asupra naturii suprafeței pământului - cu cât suprafața este mai strălucitoare, cu atât reflectă mai multă lumina solară. Capacitatea unei suprafețe de a reflecta radiația se numește albedo(din lat. alb). Zăpada reflectă radiațiile deosebit de puternic (90%), nisipul este mai slab (35%), cernoziomul este și mai slab (4%).
Suprafața Pământului, absorbind radiația solară (radiații absorbite), se încălzește și radiază căldură în atmosferă (radiația reflectată). Straturile inferioare ale atmosferei întârzie în mare măsură radiația terestră. Radiația absorbită de suprafața pământului este cheltuită pentru încălzirea solului, aerului și apei.
Se numește acea parte din radiația totală care rămâne după reflexie și radiația termică a suprafeței pământului balanța radiațiilor. Bilanțul de radiații al suprafeței pământului variază în timpul zilei și a anotimpurilor anului, dar în medie pe an are o valoare pozitivă peste tot, cu excepția deșerților înghețați din Groenlanda și Antarctica. Bilanțul radiațiilor atinge valorile maxime la latitudini joase (între 20°N și 20°S) - peste 42*10 2 J/m 2 , la o latitudine de aproximativ 60° în ambele emisfere scade la 8*10 2 - 13 * 10 2 J / m 2.
Razele soarelui dau până la 20% din energia lor atmosferei, care este distribuită pe toată grosimea aerului și, prin urmare, încălzirea aerului cauzată de acestea este relativ mică. Soarele încălzește suprafața pământului, care transferă căldură aerului atmosferic datorită convecție(din lat. convecție- livrare), adică mișcarea verticală a aerului încălzit la suprafața pământului, în locul căreia coboară aer mai rece. Acesta este modul în care atmosfera primește cea mai mare parte a căldurii sale - în medie, de trei ori mai mult decât direct de la Soare.
Prezența dioxidului de carbon și a vaporilor de apă nu permite căldurii reflectate de pe suprafața pământului să scape liber în spațiul cosmic. Ei creează Efectul de seră, datorită căruia scăderea temperaturii pe Pământ în timpul zilei nu depășește 15 ° C. În absența dioxidului de carbon în atmosferă, suprafața pământului s-ar răci cu 40-50 °C peste noapte.
Ca urmare a creșterii amplorii activității economice umane - arderea cărbunelui și petrolului la centralele termice, a emisiilor de la întreprinderile industriale, a creșterii emisiilor de mașini - crește conținutul de dioxid de carbon din atmosferă, ceea ce duce la un creșterea efectului de seră și amenință schimbările climatice globale.
Razele soarelui, trecând prin atmosferă, cad pe suprafața Pământului și o încălzesc, iar asta, la rândul său, degajă căldură atmosferei. Așa se explică trăsătura caracteristică a troposferei: o scădere a temperaturii aerului odată cu înălțimea. Dar există momente când straturile superioare ale atmosferei sunt mai calde decât cele inferioare. Un astfel de fenomen se numește inversarea temperaturii(din lat. inversio - răsturnarea).
