Предлага се в различни дължини. И така, някои са представени под формата на светлина, други - под формата на внасяне на топлина, докато трети са цяла група лъчи, невидими за човешкото око (радиовълни, ултравиолетови, рентгенови лъчи).
Радиовълните с малък обсег и видимата светлина пътуват най-добре през земната атмосфера. и рентгеновите лъчи се абсорбират от въздушната обвивка. На границата интензитетът на слънчевата радиация е постоянен и възлиза на 1,35 kW/m2.
Слънцето е единственото и топлината на планетата. Разсеяната и пряката радиация са основните видове слънчева радиация. Лъчите, преминаващи през съществуващите слоеве на атмосферата, ги загряват в незначителна степен. Слънчевата радиация, достигаща до земната повърхност, която не се разсейва или абсорбира във въздушната обвивка, се нарича пряка. Интензитетът на тази радиация на територията зависи от терена: към полюсите от земния екватор потокът намалява, интензитетът намалява, особено с увеличаване на облачността и намаляване на прозрачността в атмосферата.
Поради факта, че въздухът съдържа малки прашни частици, водни капчици, солни частици, кристали, отделни лъчи, идващи от осветителното тяло, сблъсквайки се с тези препятствия, се разсейват. Такава слънчева радиация се нарича дифузна. Около 25% от общия поток на погълнатите лъчи се превръща в него. В безоблачен ден разсеяната радиация е 0,07 kW / m2, при облачно, облачно време - 0,5 kW / m2. С намаляване на височината на слънцестоенето, увеличаване на облачността, намаляване на прозрачността на атмосферата, делът на тази радиация се увеличава. Проучванията показват, че на ниски ширини, фракцията на разсеяната радиация е значително по-ниска, отколкото в умерените и високите ширини. Околната естествена светлина в облачен ден се осигурява изцяло от тези лъчи.
Общата слънчева радиация се състои от цялата разсеяна и директна радиация, която достига до Земята. Количеството му зависи от различни фактори, включително продължителността на деня, прозрачността на ъгъла на падане на лъчите и облачността в атмосферата. И така, в тропически ширинигодишните показатели за обща радиация са около 200 kcal / cm2, в полярната зона - около 50 kcal / cm2.
В незначително количество слънчевата радиация се абсорбира от примеси и молекули на газове в атмосферата. В този случай радиацията, която удря Земята, се абсорбира частично от повърхността на планетата, частично се отразява, оставяйки атмосферата обратно.
Има величина, която характеризира съотношението на отразената радиация към падащата на земната повърхност - албедо. Този показател се изразява като процент. Трябва да се отбележи, че стойността на албедото обхваща доста широк диапазон и зависи от територията. И така, за степта и гората тази цифра е около 13%, а при прясна снежна покривка се увеличава до 90%. Отбелязва се значителна зависимост на албедото на водната повърхност от ъгъла на падане на лъчите. С пряка слънчева радиация и голяма надморска височинаСтойността на Слънцето, стойността на този индикатор е около 3-4%, с ниско стоене - почти 100%. За разсеяната радиация албедото е около 8-10%. В същото време на практика няма зависимост от височината на слънцестоенето.
Както знаете, светлината на Слънцето е източникът на живот на Земята, оказвайки пряко въздействие върху човешкото тяло, топлинното състояние, метаболитните процеси, функционалната активност на системите и органите и др.
Интензитетът на ултравиолетовата радиация, достигаща повърхността, също зависи от височината на слънцестоенето. Когато височината на Слънцето е по-малка от 25%, UV радиацията, най-биологично активната, не достига до Земята.
ЛЕКЦИЯ 2.
СЛЪНЧЕВА РАДИАЦИЯ.
План:
1. Стойността на слънчевата радиация за живота на Земята.
2. Видове слънчева радиация.
3. Спектрален състав на слънчевата радиация.
4. Поглъщане и разпръскване на радиация.
5.PAR (фотосинтетично активно излъчване).
6. Радиационен баланс.
1. Основният източник на енергия на Земята за всички живи същества (растения, животни и хора) е енергията на слънцето.
Слънцето е газова топка с радиус 695300 km. Радиусът на Слънцето е 109 пъти по-голям от радиуса на Земята (екваториален 6378,2 km, полярни 6356,8 km). Слънцето се състои предимно от водород (64%) и хелий (32%). Останалите съставляват само 4% от масата му.
Слънчевата енергия е основното условие за съществуването на биосферата и един от основните климатообразуващи фактори. Благодарение на енергията на Слънцето въздушните маси в атмосферата се движат постоянно, което осигурява постоянството на газовия състав на атмосферата. Под въздействието на слънчевата радиация огромно количество вода се изпарява от повърхността на резервоарите, почвата и растенията. Водната пара, пренасяна от вятъра от океаните и моретата към континентите, е основният източник на валежи за сушата.
Слънчевата енергия е задължително условие за съществуването на зелени растения, които превръщат слънчевата енергия във високоенергийни органични вещества по време на фотосинтезата.
Растежът и развитието на растенията е процес на усвояване и преработка на слънчевата енергия, поради което селскостопанското производство е възможно само ако слънчевата енергия се доставя на земната повърхност. Руският учен пише: „Дайте на най-добрия готвач колкото се може повече чист въздух, слънце, цяла река чиста вода, помолете го да ви направи захар, нишесте, мазнини и зърна от всичко това и той ще реши, че му се присмивате. Но това, което изглежда абсолютно фантастично за човек, е безпрепятствено в зелените листа на растенията под въздействието на енергията на Слънцето." Смята се, че 1 кв. метър листа на час произвежда грам захар. Поради факта, че Земята е заобиколена от непрекъсната обвивка на атмосферата, слънчевите лъчи, преди да достигнат повърхността на земята, преминават през цялата дебелина на атмосферата, която частично ги отразява, частично ги разсейва, т.е. количеството и качеството на слънчевата светлина, навлизаща в земната повърхност. Живите организми са чувствителни към промените в интензивността на осветеността, създадена от слънчевата радиация. Поради различни реакции към интензивността на осветеността, всички форми на растителност се разделят на светлолюбиви и сенкоустойчиви. Недостатъчното осветление в посевите причинява например слаба диференциация на тъканите на сламата на зърнените култури. В резултат на това силата и еластичността на тъканите намаляват, което често води до полягане на културите. При сгъстени посеви от царевица, поради слабата осветеност на слънчевата радиация, образуването на кочани по растенията е отслабено.
Слънчева радиациязасяга химичен съставземеделски продукти. Например, съдържанието на захар в цвеклото и плодовете, съдържанието на протеин в зърното на пшеницата директно зависи от броя на слънчевите дни. Количеството олио в слънчогледовото и лененото семе също се увеличава с увеличаване на пристигането на слънчева радиация.
Осветяването на надземната част на растенията значително влияе върху усвояването на хранителните вещества от корените. При слаба светлина пренасянето на асимилатите към корените се забавя и в резултат на това се инхибират биосинтетичните процеси в растителните клетки.
Осветеността оказва влияние и върху появата, разпространението и развитието на болестите по растенията. Периодът на инфекция се състои от две фази, които се различават една от друга в отговор на светлинния фактор. Първият от тях - действителното покълване на спорите и проникването на инфекциозния принцип в тъканите на засегнатата култура - в повечето случаи не зависи от наличието и интензитета на светлината. Вторият, след поникване на спори, е най-активен при повишена осветеност.
Положителният ефект на светлината влияе и върху скоростта на развитие на патогена в растението гостоприемник. Това е особено очевидно при гъбичките от ръжда. Колкото повече светлина, толкова по-кратък е инкубационният период за линейна ръжда на пшеница, жълта ръжда на ечемик, ръжда на лен и фасул и др. А това увеличава броя на поколенията на гъбичките и увеличава интензивността на поражението. При условия на интензивно осветление този патоген повишава плодовитостта си.
Някои болести се развиват най-активно при недостатъчно осветление, което води до отслабване на растенията и намаляване на тяхната устойчивост към болести (причинители на различни видове гниене, особено зеленчукови култури).
Продължителност на осветлението и растенията. Ритъмът на слънчевата радиация (редуване на светли и тъмни части на денонощието) е най-стабилният и повтарящ се фактор на околната среда от година на година. В резултат на дългогодишни изследвания на физиолози е установена зависимостта на преминаването на растенията към генеративно развитие от определено съотношение на продължителността на деня и нощта. В тази връзка културите чрез фотопериодична реакция могат да бъдат класифицирани в групи: имам кратък ден,развитието на които се забавя, когато продължителността на деня е повече от 10 часа. Краткият ден насърчава залагането на цветя, докато дългият ден го предотвратява. Такива култури включват соя, ориз, просо, сорго, царевица и др.;
дълъг ден до 12-13 часа.,изискващи непрекъснато осветление за тяхното развитие. Развитието им се ускорява, когато продължителността на деня е около 20 ч. Тези култури включват ръж, овес, пшеница, лен, грах, спанак, детелина и др.;
неутрална по дължина, чието развитие не зависи от продължителността на деня, например домат, елда, бобови растения, ревен.
Установено е, че за началото на цъфтежа на растенията е необходимо преобладаване на определен спектрален състав в лъчистия поток. Краткодневните растения се развиват по-бързо, когато синьо-виолетовите лъчи са в своя максимум, а растенията с дълъг ден са червени. Продължителността на дневните часове (астрономическата дължина на деня) зависи от времето на годината и географска ширина... На екватора продължителността на деня през цялата година е 12 часа ± 30 минути. Придвижвайки се от екватора към полюсите след пролетното равноденствие (21.03), продължителността на деня се увеличава на север и намалява на юг. След есенното равноденствие (23.09) разпределението на продължителността на деня е обратно. В Северното полукълбо 22.06 е най-дългият ден, чиято продължителност е 24 часа северно от Полярния кръг Най-краткият ден в Северното полукълбо е 22.12, а отвъд Полярния кръг през зимните месеци Слънцето не изгрява над хоризонт изобщо. В средните ширини, например в Москва, продължителността на деня варира от 7 до 17,5 часа през цялата година.
2. Видове слънчева радиация.
Слънчевата радиация се състои от три компонента: пряка слънчева радиация, разсеяна и обща.
ПРЯКА СЛЪНЧА РАДИАЦИЯС -радиация, идваща от Слънцето в атмосферата и след това върху земната повърхност под формата на лъч от успоредни лъчи. Неговата интензивност се измерва в калории на cm2 в минута. Зависи от височината на слънцето и състоянието на атмосферата (облачност, прах, водни пари). Годишното количество директна слънчева радиация върху хоризонталната повърхност на Ставрополския край е 65-76 kcal / cm2 / min. На морското равнище при висока позицияСлънце (лято, обед) и добра прозрачност, пряката слънчева радиация е 1,5 kcal / cm2 / min. Това е късовълновата част от спектъра. Когато потокът от пряка слънчева радиация преминава през атмосферата, настъпва неговото отслабване, причинено от поглъщането (около 15%) и разсейването (около 25%) на енергията от газове, аерозоли, облаци.
Потокът от пряка слънчева радиация, падащ върху хоризонтална повърхност, се нарича инсолация С= С грях хо- вертикалната съставка на пряката слънчева радиация.
С – количеството топлина, получено от повърхността, перпендикулярна на лъча ,
хо – височината на слънцето, т.е. ъгълът, образуван от слънчевия лъч с хоризонтална повърхност .
На границата на атмосферата интензитетът на слънчевата радиация еТака= 1,98 kcal / cm2 / min. - съгласно международния договор от 1958г. И се нарича слънчева константа. Така би било на повърхността, ако атмосферата беше абсолютно прозрачна.
Ориз. 2.1. Пътят на слънчевия лъч в атмосферата на различни височини на Слънцето
РАЗСЕЯНА РАДИАЦИЯд – Част от слънчевата радиация в резултат на разсейване от атмосферата се връща обратно в космоса, но значителна част от нея навлиза в Земята под формата на разсеяна радиация. Максимум на разсеяната радиация + 1 kcal / cm2 / min. Отбелязва се с ясно небе, ако по него има високи облаци. При облачно небе спектърът на разсеяната радиация е подобен на този на слънцето. Това е късовълновата част от спектъра. Дължина на вълната 0,17-4μm.
ТОТАЛНА РАДИАЦИЯВ- се състои от разсеяно и директно излъчване върху хоризонтална повърхност. В= С+ д.
Съотношението между пряката и разсеяната радиация в общата радиация зависи от височината на слънцето, облачността и замърсяването на атмосферата, както и от височината на повърхността над морското равнище. С увеличаване на височината на Слънцето, частта на разсеяната радиация в безоблачното небе намалява. Колкото по-прозрачна е атмосферата и колкото по-високо е Слънцето, толкова по-малка е частта от разсеяната радиация. При непрекъснати плътни облаци общата радиация се състои изцяло от разсеяна радиация. През зимата, поради отразяването на радиация от снежната покривка и нейното вторично разсейване в атмосферата, делът на разсеяната радиация в общия състав забележимо се увеличава.
Светлината и топлината, получени от растенията от Слънцето, са резултат от действието на общата слънчева радиация. Следователно данните за количеството радиация, получена от повърхността за ден, месец, вегетационен период и година, са от голямо значение за селското стопанство.
Отразена слънчева радиация. Албедо... Общата радиация достига земна повърхност, частично отразявайки се от него, създава отразена слънчева радиация (RK), насочена от земната повърхност в атмосферата. Стойността на отразената радиация зависи до голяма степен от свойствата и състоянието на отразяващата повърхност: цвят, грапавост, влажност и др. Отражателната способност на всяка повърхност може да се характеризира със стойността на нейното албедо (Ak), което се разбира като съотношение от отразената слънчева радиация към общата сума. Албедото обикновено се изразява като процент:
Наблюденията показват, че албедото на различни повърхности варира в относително тесни граници (10 ... 30%), с изключение на снега и водата.
Албедо зависи от влажността на почвата, с увеличаване на която тя намалява, което е важно в процеса на промяна на топлинния режим на поливните полета. Поради намаляването на албедото, погълнатата радиация се увеличава при навлажняване на почвата. Албедото на различни повърхности има добре изразена дневна и годишна вариация поради зависимостта на албедото от височината на Слънцето. Най-ниска стойност на албедо се наблюдава около обяд, а през годината - през лятото.
Собствената радиация на Земята и настъпващата радиация на атмосферата. Ефективна радиация.Земната повърхност като физическо тяло с по-висока температура абсолютна нула(-273 ° C), е източник на радиация, която се нарича собствена радиация на Земята (E3). Той е насочен към атмосферата и почти напълно се абсорбира от водни пари, водни капчици и въглероден диоксид във въздуха. Радиацията на Земята зависи от температурата на нейната повърхност.
Атмосферата, поглъщайки малко количество слънчева радиация и практически цялата енергия, излъчвана от земната повърхност, се нагрява и от своя страна също излъчва енергия. Около 30% от атмосферната радиация отива в космоса, а около 70% идва на повърхността на Земята и се нарича насрещна радиация на атмосферата (Ea).
Количеството енергия, излъчвано от атмосферата, е право пропорционално на нейната температура, въглероден диоксид, озон и облачност.
Повърхността на Земята поглъща тази насрещна радиация почти изцяло (с 90 ... 99%). По този начин той е важен източник на топлина за земната повърхност в допълнение към абсорбираната слънчева радиация. Това влияние на атмосферата върху топлинния режим на Земята се нарича парников или парников ефект поради външната аналогия с действието на стъклата в оранжерии и оранжерии. Стъклото пропуска добре слънчевите лъчи, загрявайки почвата и растенията, но задържа топлинното излъчване на нагрятата почва и растения.
Разликата между присъщата радиация на земната повърхност и настъпващата радиация на атмосферата се нарича ефективна радиация: Eef.
Eef = E3-Ea
При ясни и леко облачни нощи ефективната радиация е много по-голяма, отколкото при облачни, следователно нощното охлаждане на земната повърхност е по-голямо. През деня той е блокиран от погълнатата обща радиация, в резултат на което температурата на повърхността се повишава. В същото време се увеличава и ефективната радиация. Земната повърхност в средните ширини губи 70 ... 140 W / m2 поради ефективна радиация, което е приблизително половината от количеството топлина, което получава от поглъщането на слънчевата радиация.
3. Спектрален състав на лъчението.
Слънцето, като източник на радиация, има различни излъчвани вълни. Лъчистите енергийни потоци по дължината на вълната условно се разделят на къси вълни (х < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 μm) радиация.Спектърът на слънчевата радиация на границата на земната атмосфера е практически между дължините на вълната от 0,17 и 4 микрона, а спектърът на земната и атмосферната радиация - от 4 до 120 микрона. Оттук и потоците слънчева радиация(S, D, RK) се отнасят за късовълнова радиация, а радиацията от Земята (£ 3) и атмосферата (Ea) - до дълговълнова.
Спектърът на слънчевата радиация може да бъде разделен на три качествено различни части: ултравиолетова (Y< 0,40 мкм), видимую (0,40 мкм < Y < 0,75 μm) и инфрачервена (0,76 μm < Й < 4 μm). Преди ултравиолетовата част от спектъра на слънчевата радиация лежи рентгеново лъчение, а отвъд инфрачервената - радио излъчване от Слънцето. В горната граница на атмосферата ултравиолетовата част от спектъра представлява около 7% от енергията на слънчевата радиация, 46 - видима и 47% - инфрачервена.
Радиацията, излъчвана от Земята и атмосферата се нарича далечно инфрачервено лъчение.
Биологично действие различни видоверадиацията на растенията е различна. Ултравиолетова радиациязабавя процесите на растеж, но ускорява преминаването на етапите на образуване на репродуктивни органи в растенията.
Значението на инфрачервеното лъчение, който се абсорбира активно от водата на листата и стъблата на растенията, се състои в нейния топлинен ефект, който значително влияе върху растежа и развитието на растенията.
Далеко инфрачервено лъчениепроизвежда само топлинен ефект върху растенията. Неговото влияние върху растежа и развитието на растенията е незначително.
Видимата част от слънчевия спектър, първо, създава осветление. На второ място, така нареченото физиологично лъчение (A, = 0,35 ... 0,75 микрона), което се абсорбира от пигментите на листата, почти съвпада с зоната на видимото излъчване (покриваща частично областта на ултравиолетовото лъчение ). Неговата енергия има важна регулаторна и енергийна стойност в живота на растенията. В тази част от спектъра се разграничава област на фотосинтетично активно излъчване.
4. Поглъщане и разпръскване на радиация в атмосферата.
Преживява земна атмосфера, слънчевата радиация се отслабва чрез поглъщане и разсейване от атмосферни газове и аерозоли. В същото време се променя и спектралният му състав. При различни височини на слънцето и различни височини на точката за наблюдение над земната повърхност, дължината на пътя, изминат от слънчевия лъч в атмосферата, не е еднаква. С намаляване на надморската височина ултравиолетовата част на радиацията намалява особено силно, видимата част е малко по-малко и само леко - инфрачервената част.
Разсейването на радиацията в атмосферата се получава главно в резултат на непрекъснати флуктуации (флуктуации) в плътността на въздуха във всяка точка на атмосферата, причинени от образуването и разрушаването на определени „клъстери“ (групи) от атмосферни газови молекули. Слънчевата радиация също се разсейва от аерозолни частици. Интензитетът на разсейване се характеризира с коефициента на разсейване.
K = добавяне на формула.
Интензитетът на разсейване зависи от броя на разсейващите частици в единица обем, от техния размер и природа, както и от дължините на вълната на самото разсеяно лъчение.
Колкото по-къса е дължината на вълната, толкова по-разпръснати са лъчите. Например, виолетовите лъчи се разпръскват 14 пъти по-силно от червените, което обяснява синия цвят на небето. Както беше отбелязано по-горе (вж. Раздел 2.2), директната слънчева радиация, преминаваща през атмосферата, се разсейва частично. При чист и сух въздух интензитетът на коефициента на молекулярно разсейване се подчинява на закона на Рейли:
k = s /Й4 ,
където C е коефициент, зависещ от броя на газовите молекули на единица обем; X е дължината на разсеяната вълна.
Тъй като далечната дължина на вълната на червената светлина е почти два пъти по-голяма от дължината на вълната на виолетовата светлина, първата се разсейва от въздушните молекули 14 пъти по-малко от втората. Тъй като първоначалната енергия (преди разсейване) на виолетовите лъчи е по-малка от сините и сините, максималната енергия в разсеяната светлина (разсеяната слънчева радиация) се измества към синьо-сините лъчи, което определя синия цвят на небето. Така разсеяната радиация е по-богата на фотосинтетично активни лъчи, отколкото пряката радиация.
Във въздуха, съдържащ примеси (малки водни капчици, ледени кристали, прахови частици и др.), разсейването е еднакво за всички области на видимо излъчване. Следователно небето става белезникаво (появява се мъгла). Облачните елементи (големи капчици и кристали) изобщо не разпръскват слънчевите лъчи, а ги отразяват дифузно. В резултат на това облаците, осветени от Слънцето, са бели.
5. PAR (фотосинтетично активно лъчение)
Фотосинтетично активно лъчение. В процеса на фотосинтезата се използва не целият спектър на слънчевата радиация, а само нейната
частта, разположена в интервала на дължината на вълната 0,38 ... 0,71 μm, - фотосинтетично активно лъчение (PAR).
Известно е, че видимата радиация, възприемана от човешкото око като бяла, се състои от цветни лъчи: червени, оранжеви, жълти, зелени, сини, сини и виолетови.
Усвояването на енергията на слънчевата радиация от листата на растенията е селективно (селективно). Листата най-интензивно абсорбират синьо-виолетови (X = 0,48 ... 0,40 μm) и оранжево-червени (X = 0,68 μm) лъчи, по-малко - жълто-зелени (A. = 0,58 ... 0,50 μm) и далечни червени ( A.> 0,69 μm) лъчи.
На земната повърхност максималната енергия в спектъра на пряката слънчева радиация, когато Слънцето е високо, пада върху областта на жълто-зелените лъчи (слънчевият диск е жълт). Когато Слънцето е на хоризонта, далечните червени лъчи (слънчевият диск е червен) имат максимална енергия. Следователно енергията на пряката слънчева светлина е малко участваща в процеса на фотосинтеза.
Тъй като PAR е един от критични факториОт голямо практическо значение са производителността на земеделските растения, информацията за количеството на входящия PAR, отчитането на неговото разпределение на територията и във времето.
Интензитетът на PAR може да бъде измерен, но това изисква специални светлинни филтри, които предават само вълни от порядъка на 0,38 ... 0,71 микрона. Има такива устройства, но те не се използват в мрежата от актинометрични станции, но измерват интензитета на интегралния спектър на слънчевата радиация. Стойността на PAR може да бъде изчислена от данните за пристигане на пряка, разсеяна или обща радиация, като се използват коефициентите, предложени от H.G. Tooming и:
Qfar = 0,43 С"+0,57 D);
са съставени карти на разпространение на месечни и годишни количества Pharma на територията на Русия.
За да се характеризира степента на използване на PAR от културите, се използва коефициентът на ефективност на PAR:
KPIfar = (количествоВ/ фарове / количествоВ/ фарове) 100%,
където сумаВ/ фарове- количеството PAR, изразходвано за фотосинтеза през вегетационния период на растенията; сумаВ/ фарове- количеството PAR, получено за посевите през този период;
Културите според средните им стойности KPIFAR са разделени на групи (по): обикновено наблюдавани - 0,5 ... 1,5%; добро-1,5 ... 3,0; рекорд - 3,5 ... 5,0; теоретично възможно - 6,0 ... 8,0%.
6. РАДИАЦИОНЕН БАЛАНС НА ЗЕМНАТА ПОВЪРХНОСТ
Разликата между входящия и изходящия поток на лъчиста енергия се нарича радиационен баланс на земната повърхност (B).
Входящата част от радиационния баланс на земната повърхност през деня се състои от пряка слънчева и разсеяна радиация, както и атмосферна радиация. Консумативната част на везната е излъчването на земната повърхност и отразената слънчева радиация:
Б= С / + д+ Ea- E3-Rk
Уравнението може да се запише в друга форма: Б = В- RK - Еф.
За нощно време уравнението на радиационния баланс има следния вид:
B = Ea - E3, или B = -Eef.
Ако пристигането на радиация е по-голямо от консумацията, тогава радиационният баланс е положителен и активната повърхност * се нагрява. При отрицателен баланс се охлажда. През лятото радиационният баланс е положителен през деня и отрицателен през нощта. Пресичането на нулата става сутрин приблизително 1 час след изгрев слънце и вечер 1 ... 2 часа преди залез.
Годишният радиационен баланс в районите, където е установена стабилна снежна покривка, има отрицателни стойности през студения сезон и положителни през топлия сезон.
Радиационният баланс на земната повърхност оказва значително влияние върху разпределението на температурата в почвата и повърхностния слой на атмосферата, както и процесите на изпарение и топене на снега, образуването на мъгли и слани и промените в свойствата. въздушни маси(тяхната трансформация).
Познаването на радиационния режим на земеделската земя дава възможност да се изчисли количеството радиация, погълната от културите и почвата, в зависимост от височината на слънцето, структурата на културата и фазата на развитие на растенията. Данните за режима са необходими и за оценка на различни методи за регулиране на температурата и влажността на почвата, изпарението, от които зависи растежът и развитието на растенията, формирането на реколтата, нейното количество и качество.
Мулчирането (покриване на почвата с тънък слой торфен чипс, изгнил оборски тор, дървени стърготини и др.), покриване на почвата с пластмасова обвивка и напояване са ефективни агротехнически методи за въздействие върху радиацията и следователно на топлинния режим на активната повърхност. Всичко това променя отразяващия и абсорбционния капацитет на активната повърхност.
* Активна повърхност - повърхността на почвата, водата или растителността, която директно поглъща слънчевата и атмосферната радиация и излъчва радиация в атмосферата, като по този начин регулира топлинния режим на съседните слоеве въздух и подлежащите слоеве почва, вода, растителност.
СЛЪНЧЕВА РАДИАЦИЯ
СЛЪНЧЕВА РАДИАЦИЯ- електромагнитно и корпускулно излъчване на Слънцето. Електромагнитното излъчване се движи под формата на електромагнитни вълни със скоростта на светлината и прониква в земната атмосфера. Слънчевата радиация достига до земната повърхност под формата на пряка и разсеяна радиация.
Слънчевата радиация е основният източник на енергия за всички физико-географски процеси, протичащи на земната повърхност и в атмосферата (виж Инзолация). Слънчевата радиация обикновено се измерва чрез нейния топлинен ефект и се изразява в калории на единица повърхност за единица време. Като цяло Земята получава от Слънцето по-малко от една две милиардна от нейното излъчване.
Спектралният обхват на електромагнитното лъчение на Слънцето е много широк - от радиовълни до рентгенови лъчи - но максималният му интензитет пада върху видимата (жълто-зелена) част от спектъра.
Съществува и корпускулярна част от слънчевата радиация, състояща се главно от протони, движещи се от Слънцето със скорост 300-1500 km/s (слънчев вятър). По време на слънчевите изригвания се образуват и високоенергийни частици (главно протони и електрони), които образуват слънчевия компонент на космическите лъчи.
Енергийният принос на корпускулярния компонент на слънчевата радиация към общия й интензитет е малък в сравнение с електромагнитния. Поради това в редица приложения терминът „слънчева радиация“ се използва в тесен смисъл, което означава само нейната електромагнитна част.
Количеството слънчева радиация зависи от височината на слънцето, сезона, прозрачността на атмосферата. Актинометри и пирелиометри се използват за измерване на слънчевата радиация. Интензитетът на слънчевата радиация обикновено се измерва чрез нейния топлинен ефект и се изразява в калории на единица повърхност за единица време.
Слънчевата радиация влияе силно върху Земята само през деня, разбира се – когато Слънцето е над хоризонта. Също така слънчевата радиация е много силна в близост до полюсите, през полярните дни, когато Слънцето е над хоризонта дори в полунощ. Въпреки това през зимата на същите места Слънцето изобщо не се издига над хоризонта и следователно не засяга региона. Слънчевата радиация не е блокирана от облаци и следователно все пак отива към Земята (когато Слънцето е точно над хоризонта). Слънчевата радиация е комбинация от ярко жълтия цвят на Слънцето и топлината; топлината също преминава през облаците. Слънчевата радиация се предава на Земята чрез радиация, а не чрез топлопроводимост.
Количеството радиация, получено от небесното тяло, зависи от разстоянието между планетата и звездата - когато разстоянието се удвои, количеството радиация, идващо от звездата към планетата, е четирикратно (пропорционално на квадрата на разстоянието между планетата и звездата). Така дори малки промени в разстоянието между планетата и звездата (в зависимост от ексцентриситета на орбитата) водят до значителна промяна в количеството радиация, влизаща в планетата. Ексцентриситетът на земната орбита също не е постоянен - през хилядолетията той се променя, като периодично образува почти перфектен кръг, понякога ексцентриситетът достига 5% (в момента е 1,67%), тоест в перихелий Земята в момента получава при 1033 повече слънчева радиация, отколкото в афелия, а при най-голям ексцентристит - повече от 1,1 пъти. Въпреки това, много по-силно количеството на входящата слънчева радиация зависи от промените на сезоните - в момента общото количество слънчева радиация, влизаща в Земята, остава практически непроменена, но на ширини 65 N (ширина на северните градове на Русия, Канада ) през лятото количеството на входящата слънчева радиация с повече от 25% повече, отколкото през зимата. Това се дължи на факта, че Земята е наклонена под ъгъл от 23,3 градуса спрямо Слънцето. Зимните и летните промени взаимно се компенсират, но въпреки това, с увеличаване на географската ширина на мястото за наблюдение, разликата между зимата и лятото става все повече и повече, така че на екватора няма разлика между зимата и лятото. От друга страна, отвъд Арктическия кръг, слънчевата радиация е много висока през лятото и много малко през зимата. Това оформя климата на Земята. В допълнение, периодичните промени в ексцентриситета на земната орбита могат да доведат до появата на различни геоложки ери: напр.
Енергията, излъчвана от слънцето, се нарича слънчева радиация. При навлизане в Земята по-голямата част от слънчевата радиация се превръща в топлина.
Слънчевата радиация е практически единственият източник на енергия за Земята и атмосферата. В сравнение със слънчевата енергия, стойността на другите енергийни източници за Земята е незначителна. Например, температурата на Земята средно се увеличава с дълбочината (приблизително 1 ° C на всеки 35 m). Поради това повърхността на Земята получава известна топлина от вътрешността. Смята се, че средно 1 cm 2 от земната повърхност получава около 220 J годишно от вътрешността на земята. Това количество е 5000 пъти по-малко от топлината, получена от Слънцето. Земята получава известно количество топлина от звезди и планети, но също така е много пъти (приблизително 30 милиона) по-малко от топлината, идваща от Слънцето.
Количеството енергия, изпратено от Слънцето към Земята, е огромно. По този начин мощността на потока на слънчевата радиация, влизащ в площ от 10 km 2, е 7-9 kW през лятото, безоблачно (като се вземе предвид отслабването на атмосферата). Това е повече от капацитета на водноелектрическата централа в Красноярск. Количеството лъчиста енергия, идваща от Слънцето за 1 секунда на площ от 15 × 15 км (това е по-малко от площта на Ленинград) в обедните часове през лятото надвишава капацитета на всички електроцентрали на разпадналата се СССР (166 милиона kW).
Фигура 1 - Слънцето е източник на радиация
> Видове слънчева радиация
В атмосферата слънчевата радиация по пътя си към земната повърхност се абсорбира частично, а частично се разсейва и отразява от облаците и земната повърхност. В атмосферата се наблюдават три вида слънчева радиация: пряка, разсеяна и пълна.
Директна слънчева радиация- радиация, идваща на земната повърхност директно от слънчевия диск. Слънчевата радиация се разпространява от Слънцето във всички посоки. Но разстоянието от Земята до Слънцето е толкова голямо, че директното излъчване пада върху всяка повърхност на Земята под формата на лъч от успоредни лъчи, излъчващи се от безкрайността. Дори цялото Земятакато цяло той е толкова малък в сравнение с разстоянието до Слънцето, че цялата слънчева радиация, падаща върху него, без забележима грешка, може да се счита за сноп от успоредни лъчи.
Само пряката радиация достига горната граница на атмосферата. Около 30% от радиацията, падаща върху Земята, се отразява в космоса. Кислород, азот, озон, въглероден диоксид, водни пари (облаци) и аерозолни частици абсорбират 23% от пряката слънчева радиация в атмосферата. Озонът абсорбира ултравиолетовото и видимото лъчение. Въпреки факта, че съдържанието му във въздуха е много малко, той поглъща цялата ултравиолетова част от радиацията (това е около 3%). Така той изобщо не се наблюдава близо до земната повърхност, което е много важно за живота на Земята.
Директната слънчева радиация също се разпръсква по пътя си през атмосферата. Частица (капка, кристал или молекула) въздух, разположена по пътя на електромагнитната вълна, непрекъснато "извлича" енергия от падащата вълна и я преизлъчва във всички посоки, превръщайки се в енергиен емитер.
Около 25% от енергията на общия поток слънчева радиация, преминаваща през атмосферата, се разсейва от молекули на атмосферните газове и аерозол и се превръща в разпръсната слънчева радиация в атмосферата. Поради това дифузна слънчева радиация- слънчева радиация, разпръсната в атмосферата. Разсеяната радиация идва на земната повърхност не от слънчевия диск, а от цялата твърд. Разсеяното лъчение се различава от правата линия по спектрален състав, тъй като лъчите с различни дължини на вълната са разпръснати в различна степен.
Тъй като основният източник на разсеяна радиация е пряката слънчева радиация, потокът на разсеяната радиация зависи от същите фактори, които влияят на директния радиационен поток. По-специално, потокът от разсеяна радиация се увеличава с увеличаване на височината на Слънцето и обратно. Увеличава се и с увеличаване на броя на разсейващите се частици в атмосферата, т.е. с намаляване на прозрачността на атмосферата и намалява с надморска височина над морското равнище поради намаляване на количеството на разсейващите се частици в горните слоеве на атмосферата. Облачността и снежната покривка оказват много голямо влияние върху разсеяната радиация, която поради разсейването и отразяването на попадащата върху тях пряка и разсеяна радиация и многократното им разсейване в атмосферата може да увеличи разсеяната слънчева радиация няколко пъти.
Разсеяната радиация значително допълва пряката слънчева радиация и значително увеличава притока на слънчева енергия към земната повърхност. Ролята му е особено голяма през зимата на високи географски ширини и в други райони с повишена облачност, където частта на разсеяната радиация може да надвишава частта от права линия. Например, в годишното количество слънчева енергия, разсеяната радиация представлява 56% в Архангелск и 51% в Санкт Петербург.
Обща слънчева радиацияе сумата от потоците на пряка и разсеяна радиация, влизаща в хоризонталната повърхност. Преди изгрев и след залез слънце, както и през деня с непрекъсната облачност, общата радиация е пълна, а при ниски височини на Слънцето се състои главно от разсеяна радиация. В безоблачно или леко облачно небе, с увеличаване на височината на Слънцето, делът на пряката радиация в общия състав бързо нараства и през деня нейният поток е многократно по-голям от потока на разсеяната радиация. Облачността средно отслабва общата радиация (с 20-30%), но при частични облаци, които не покриват слънчевия диск, неговият поток може да бъде по-голям, отколкото при безоблачно небе. Снежната покривка значително увеличава общия радиационен поток чрез увеличаване на потока на разсеяната радиация.
Общата радиация, падаща върху земната повърхност, се абсорбира предимно от горния слой на почвата или от по-дебел слой вода (погълната радиация) и се превръща в топлина, а частично се отразява (отразена радиация).
Всички видове слънчева светлина достигат до земната повърхност по три начина – под формата на пряка, отразена и разсеяна слънчева радиация.
Директна слънчева радиация- това са лъчи, идващи директно от слънцето. Неговата интензивност (ефективност) зависи от височината на слънцето над хоризонта: максимумът се наблюдава на обяд, а минимумът се наблюдава сутрин и вечер; от сезона: максимум - през лятото, минимум - през зимата; от височината на терена над морското равнище (по-високо в планината, отколкото в равнината); върху състоянието на атмосферата (замърсяването на въздуха го намалява). Спектърът на слънчевата радиация зависи и от височината на слънцето над хоризонта (колкото по-ниско е слънцето над хоризонта, толкова по-малко е ултравиолетовите лъчи).
Отразена слънчева радиация- това са слънчевите лъчи, отразени от земната или водната повърхност. Изразява се като процент от отразените лъчи към общия им поток и се нарича албедо. Стойността на албедото зависи от естеството на отразяващите повърхности. При организиране и провеждане на слънчеви бани е необходимо да се знае и вземе предвид албедото на повърхностите, върху които се извършва слънчевите бани. Някои от тях се характеризират със селективна отразяваща способност. Снегът напълно отразява инфрачервените лъчи, а ултравиолетовите в по-малка степен.
Разсеяна слънчева радиацияобразуван от разсейването на слънчевата светлина в атмосферата. Молекулите на въздуха и суспендираните в него частици (най-малките капчици вода, ледени кристали и др.), наречени аерозоли, отразяват част от лъчите. В резултат на множество отражения някои от тях все още достигат до земната повърхност; това са разпръснатите слънчеви лъчи. Разпръскват се предимно ултравиолетови, виолетови и сини лъчи, което определя синия цвят на небето при ясно време. Специфичното тегло на разпръснатите лъчи е високо във високите географски ширини (в северните райони). Там слънцето стои ниско над хоризонта и затова пътят на лъчите до земната повърхност е по-дълъг. По дълъг път лъчите срещат повече препятствия и са по-разпръснати.
(http://new-med-blog.livejournal.com/204
Обща слънчева радиация- цялата пряка и разсеяна слънчева радиация, навлизаща в земната повърхност. Общата слънчева радиация се характеризира с интензитет. При безоблачно небе общата слънчева радиация има максимална стойност около обяд, а през годината - през лятото.
Радиационен баланс
Радиационният баланс на земната повърхност е разликата между общата слънчева радиация, погълната от земната повърхност и нейната ефективна радиация. За земната повърхност
- входящата част е погълнатата директна и разсеяна слънчева радиация, както и погълнатата обратна радиация на атмосферата;
- консумативната част се състои от топлинни загуби поради собственото излъчване на земната повърхност.
Радиационният баланс може да бъде положителен(дневно, лятно време) и отрицателен(през нощта, през зимата); измерено в kW / m2 / min.
Радиационният баланс на земната повърхност е най-важният компонент на топлинния баланс на земната повърхност; един от основните климатообразуващи фактори.
Топлинен баланс на земната повърхност- алгебричната сума от всички видове топлинна енергия и разход на повърхността на сушата и океана. Характерът на топлинния баланс и неговото енергийно ниво определят характеристиките и интензивността на повечето екзогенни процеси. Основните компоненти на топлинния баланс на океана са:
- радиационен баланс;
- разход на топлина за изпаряване;
- турбулентен топлообмен между повърхността на океана и атмосферата;
- вертикален турбулентен топлообмен на повърхността на океана с подлежащите слоеве; и
- хоризонтална океанска адвекция.
(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi? RQgkog.outt: p! hgrgtx! nlstup! vuilw) смокинг йо)
Измерване на слънчевата радиация.
Актинометри и пирелиометри се използват за измерване на слънчевата радиация. Интензитетът на слънчевата радиация обикновено се измерва чрез нейния топлинен ефект и се изразява в калории на единица повърхност за единица време.
(http://www.ecosystema.ru/07referats/slo vgeo / 967.htm)
Измерването на интензитета на слънчевата радиация се извършва с пиранометър Янишевски в комплект с галванометър или потенциометър.
При измерване на общата слънчева радиация, пиранометърът се монтира без екран за сянка, докато измерва разсеяната радиация със сенчест екран. Директната слънчева радиация се изчислява като разлика между общата и разсеяната радиация.
При определяне на интензитета на падащата слънчева радиация върху оградата, пиранометърът се монтира върху нея, така че възприеманата повърхност на устройството да е строго успоредна на повърхността на оградата. При липса на автоматично записване на радиацията, измерванията трябва да се правят 30 минути по-късно между изгрев и залез слънце.
Радиацията, падаща върху повърхността на оградата, не се абсорбира напълно. В зависимост от текстурата и цвета на оградата част от лъчите се отразяват. Съотношението на отразената радиация към падащата радиация, изразено като процент, се нарича повърхностно албедои се измерва от П.К. Калитина в комплект с галванометър или потенциометър.
За по-голяма точност наблюдението трябва да се извършва при ясно небе и при интензивно слънчево облъчване на оградата.
(http://www.constructioncheck.ru/default.a spx? textpage = 5)
