Ayant des longueurs différentes. Ainsi, certains se présentent sous forme de lumière, d'autres - sous forme d'apport de chaleur, d'autres - c'est tout un groupe de rayons invisibles à l'œil humain (ondes radio, ultraviolets, rayons X).
Les ondes radio à courte portée et la lumière visible traversent le mieux l'atmosphère terrestre. et les rayons X sont absorbés par la coquille d'air. A la frontière, l'intensité du rayonnement solaire est une valeur constante et s'élève à 1,35 kW/m2.
Le soleil est la seule et la chaleur sur la planète. Le rayonnement diffusé et direct sont les principaux types de rayonnement solaire. Les rayons traversant les couches existantes de l'atmosphère les réchauffent dans une faible mesure. Le rayonnement solaire atteignant la surface de la Terre, qui n'est ni diffusé ni absorbé dans la couche d'air, est dit direct. L'intensité de ce rayonnement sur le territoire dépend du terrain : aux pôles de l'équateur terrestre, le flux diminue, l'intensité diminue, notamment avec une augmentation de la nébulosité et une diminution de la transparence dans l'atmosphère.
Du fait que l'air contient de fines particules poussiéreuses, des gouttelettes d'eau, des particules de sels, des cristaux, des rayons individuels provenant de l'étoile, entrant en collision avec ces obstacles, sont dispersés. Un tel rayonnement solaire est dit diffusé. Environ 25% du flux total de rayons absorbés s'y transforme. Un jour sans nuages, le rayonnement diffusé est de 0,07 kW/m2, par temps nuageux et nuageux - 0,5 kW/m2. Avec une diminution de la hauteur du solstice, une augmentation de la nébulosité, une diminution de la transparence de l'atmosphère, la part de ce rayonnement augmente. Des études montrent qu'aux basses latitudes, la fraction de rayonnement diffusé est significativement plus faible qu'aux latitudes tempérées et élevées. La lumière naturelle ambiante par temps couvert est entièrement fournie par ces rayons.
Le rayonnement solaire total est constitué de tout le rayonnement diffusé et direct qui a atteint la Terre. Sa quantité dépend de divers facteurs, dont la durée du jour, la transparence de l'angle d'incidence des rayons et la nébulosité de l'atmosphère. Oui, dans latitudes tropicales les indicateurs annuels de rayonnement total sont d'environ 200 kcal/cm2, tandis que dans la zone polaire - environ 50 kcal/cm2.
En petite quantité, le rayonnement solaire est absorbé par les impuretés et les molécules des gaz atmosphériques. Dans ce cas, le rayonnement tombant sur la Terre est partiellement absorbé par la surface de la planète, partiellement réfléchi, laissant l'atmosphère en arrière.
Il existe une valeur qui caractérise le rapport entre le rayonnement réfléchi et cet incident à la surface de la Terre - l'albédo. Cet indicateur est exprimé en pourcentage. Il convient de noter que la valeur de l'albédo couvre une gamme assez large et dépend du territoire. Ainsi, pour la steppe et la forêt, ce chiffre est d'environ 13%, et sur la couverture de neige fraîche, il passe à 90%. Une dépendance significative de l'albédo de la surface de l'eau sur l'angle d'incidence des rayons est notée. Avec le rayonnement solaire direct et haute altitude debout du Soleil, la valeur de cet indicateur est d'environ 3-4%, à un bas niveau - presque 100%. Pour le rayonnement diffusé, l'albédo est d'environ 8 à 10 %. Dans ce cas, il n'y a pratiquement aucune dépendance à la hauteur du solstice.
Comme vous le savez, la lumière du Soleil est une source de vie sur Terre, ayant un impact direct sur le corps humain, l'état thermique, les processus métaboliques, l'activité fonctionnelle des systèmes et des organes, etc.
L'intensité du rayonnement ultraviolet atteignant la surface dépend également de la hauteur du solstice. Lorsque la hauteur du Soleil est inférieure à 25 %, le rayonnement UV, le plus biologiquement actif, n'atteint pas la Terre.
CONFÉRENCE 2.
RADIATION SOLAIRE.
Planifier:
1. La valeur du rayonnement solaire pour la vie sur Terre.
2. Types de rayonnement solaire.
3. Composition spectrale du rayonnement solaire.
4. Absorption et dispersion du rayonnement.
5.PAR (rayonnement photosynthétiquement actif).
6. Bilan radiatif.
1. La principale source d'énergie sur Terre pour tous les êtres vivants (plantes, animaux et humains) est l'énergie du soleil.
Le soleil est une boule de gaz d'un rayon de 695300 km. Le rayon du Soleil est 109 fois plus grand que le rayon de la Terre (6378,2 km équatorial, 6356,8 km polaire). Le soleil est composé principalement d'hydrogène (64%) et d'hélium (32%). Le reste ne représente que 4% de sa masse.
L'énergie solaire est la principale condition d'existence de la biosphère et l'un des principaux facteurs de formation du climat. En raison de l'énergie du Soleil, les masses d'air dans l'atmosphère se déplacent constamment, ce qui assure la constance de la composition gazeuse de l'atmosphère. Sous l'action du rayonnement solaire, une énorme quantité d'eau s'évapore de la surface des réservoirs, du sol, des plantes. La vapeur d'eau transportée par le vent des océans et des mers vers les continents est la principale source de précipitations terrestres.
L'énergie solaire est une condition indispensable à l'existence des plantes vertes, qui convertissent l'énergie solaire en substances organiques à haute énergie lors de la photosynthèse.
La croissance et le développement des plantes est un processus d'assimilation et de traitement de l'énergie solaire, par conséquent, la production agricole n'est possible que si l'énergie solaire atteint la surface de la Terre. Un scientifique russe a écrit: "Donnez au meilleur cuisinier autant d'air frais que vous le souhaitez, la lumière du soleil, toute une rivière eau pure, demandez-lui de faire cuire du sucre, de l'amidon, des graisses et des céréales à partir de tout cela, et il pensera que vous vous moquez de lui. Mais ce qui semble absolument fantastique à une personne s'accomplit sans entrave dans les feuilles vertes des plantes sous l'influence de l'énergie du Soleil. On estime que 1 m². un mètre de feuilles par heure produit un gramme de sucre. Du fait que la Terre est entourée d'une enveloppe continue de l'atmosphère, les rayons du soleil, avant d'atteindre la surface de la Terre, traversent toute l'épaisseur de l'atmosphère, qui les reflète partiellement, les diffuse partiellement, c'est-à-dire modifie la quantité et la qualité de la lumière solaire pénétrant à la surface de la terre. Les organismes vivants sont sensibles aux changements d'intensité de l'illumination créée par le rayonnement solaire. En raison de la réponse différente à l'intensité lumineuse, toutes les formes de végétation sont divisées en aimant la lumière et tolérante à l'ombre. Un éclairage insuffisant dans les cultures provoque, par exemple, une faible différenciation des tissus pailleux des cultures céréalières. En conséquence, la résistance et l'élasticité des tissus diminuent, ce qui conduit souvent à la verse des cultures. Dans les cultures de maïs épaissies, en raison d'un faible éclairage par le rayonnement solaire, la formation d'épis sur les plantes est affaiblie.
Radiation solaire affecte composition chimique production agricole. Par exemple, la teneur en sucre des betteraves et des fruits, la teneur en protéines du grain de blé dépendent directement du nombre de jours ensoleillés. La quantité d'huile dans les graines de tournesol, de lin augmente également avec l'augmentation de l'arrivée du rayonnement solaire.
L'éclairage des parties aériennes des plantes affecte de manière significative l'absorption des nutriments par les racines. Sous un faible éclairage, le transfert des assimilats vers les racines ralentit et, par conséquent, les processus de biosynthèse se produisant dans les cellules végétales sont inhibés.
L'éclairage affecte également l'émergence, la propagation et le développement des maladies des plantes. La période d'infection se compose de deux phases, différant l'une de l'autre en réponse au facteur lumineux. Le premier d'entre eux - la germination réelle des spores et la pénétration du principe infectieux dans les tissus de la culture affectée - ne dépend dans la plupart des cas pas de la présence et de l'intensité de la lumière. Le second - après la germination des spores - est le plus actif dans des conditions de forte luminosité.
L'effet positif de la lumière affecte également le taux de développement de l'agent pathogène dans la plante hôte. Ceci est particulièrement évident dans les champignons de la rouille. Plus il y a de lumière, plus la période d'incubation de la rouille de la lignée du blé, de la rouille jaune de l'orge, de la rouille du lin et du haricot, etc. est courte. Et cela augmente le nombre de générations du champignon et augmente l'intensité de l'infection. La fertilité augmente chez cet agent pathogène dans des conditions de lumière intense.
Certaines maladies se développent plus activement dans des conditions de faible luminosité, ce qui provoque un affaiblissement des plantes et une diminution de leur résistance aux maladies (agents responsables de divers types de pourriture, en particulier les cultures maraîchères).
Durée de l'éclairage et des plantes. Le rythme du rayonnement solaire (l'alternance des parties claires et sombres de la journée) est le facteur environnemental le plus stable et le plus récurrent d'année en année. À la suite de nombreuses années de recherche, les physiologistes ont établi la dépendance de la transition des plantes vers le développement génératif sur un certain rapport de la durée du jour et de la nuit. À cet égard, les cultures selon la réaction photopériodique peuvent être classées en groupes : journée courte dont le développement est retardé à une longueur de jour de plus de 10 heures. Une journée courte favorise la formation de fleurs, tandis qu'une longue journée l'empêche. Ces cultures comprennent le soja, le riz, le millet, le sorgho, le maïs, etc. ;
longue journée jusqu'à 12-13 heures, nécessitant un éclairage à long terme pour leur développement. Leur développement s'accélère lorsque la durée du jour est d'environ 20 heures.Ces cultures comprennent le seigle, l'avoine, le blé, le lin, les pois, les épinards, le trèfle, etc.;
neutre par rapport à la durée du jour, dont le développement ne dépend pas de la durée de la journée, par exemple, tomate, sarrasin, légumineuses, rhubarbe.
Il a été établi que la prédominance d'une certaine composition spectrale dans le flux rayonnant est nécessaire au début de la floraison des plantes. Les plantes de jours courts se développent plus rapidement lorsque le rayonnement maximal tombe sur les rayons bleu-violet, et les plantes de jours longs - sur les rouges. La durée de la partie claire de la journée (durée astronomique du jour) dépend de la période de l'année et latitude géographique. A l'équateur, la durée du jour tout au long de l'année est de 12 heures ± 30 minutes. En se déplaçant de l'équateur aux pôles après l'équinoxe de printemps (21.03), la durée du jour augmente vers le nord et diminue vers le sud. Après l'équinoxe d'automne (23.09), la distribution de la durée du jour est inversée. Dans l'hémisphère nord, le 22 juin est le jour le plus long, dont la durée est de 24 heures au nord du cercle polaire arctique. Le jour le plus court dans l'hémisphère nord est le 22 décembre, et au-delà du cercle polaire arctique pendant les mois d'hiver, le soleil ne s'élever au-dessus de l'horizon. Aux latitudes moyennes, par exemple à Moscou, la durée du jour au cours de l'année varie de 7 à 17,5 heures.
2. Types de rayonnement solaire.
Le rayonnement solaire est composé de trois composantes : le rayonnement solaire direct, diffusé et total.
RAYONNEMENT SOLAIRE DIRECTS- rayonnement provenant du soleil dans l'atmosphère puis à la surface de la terre sous la forme d'un faisceau de rayons parallèles. Son intensité se mesure en calories par cm2 par minute. Elle dépend de la hauteur du soleil et de l'état de l'atmosphère (nébulosité, poussière, vapeur d'eau). La quantité annuelle de rayonnement solaire direct sur la surface horizontale du territoire du territoire de Stavropol est de 65 à 76 kcal/cm2/min. Au niveau de la mer à haute position Soleil (été, midi) et bonne transparence, le rayonnement solaire direct est de 1,5 kcal/cm2/min. C'est la partie à courte longueur d'onde du spectre. Lorsque le flux de rayonnement solaire direct traverse l'atmosphère, il s'affaiblit en raison de l'absorption (environ 15 %) et de la diffusion (environ 25 %) de l'énergie par les gaz, les aérosols, les nuages.
Le flux de rayonnement solaire direct tombant sur une surface horizontale est appelé insolation. S= S péché hoest la composante verticale du rayonnement solaire direct.
S – quantité de chaleur reçue par une surface perpendiculaire au faisceau ,
ho – la hauteur du Soleil, c'est-à-dire l'angle formé par un rayon de soleil avec une surface horizontale .
Aux limites de l'atmosphère, l'intensité du rayonnement solaire estAlors= 1,98 kcal/cm2/min. - selon l'accord international de 1958. C'est ce qu'on appelle la constante solaire. Ce serait à la surface si l'atmosphère était absolument transparente.
Riz. 2.1. La trajectoire du rayon solaire dans l'atmosphère à différentes hauteurs du Soleil
RAYONNEMENT DIFFUSÉré – une partie du rayonnement solaire résultant de la diffusion par l'atmosphère retourne dans l'espace, mais une partie importante de celui-ci pénètre dans la Terre sous forme de rayonnement diffusé. Rayonnement diffusé maximum + 1 kcal/cm2/min. Il est noté dans un ciel clair, s'il y a de hauts nuages dessus. Sous un ciel nuageux, le spectre du rayonnement diffusé est similaire à celui du soleil. C'est la partie à courte longueur d'onde du spectre. Longueur d'onde 0,17-4 microns.
RAYONNEMENT TOTALQ- consiste en un rayonnement diffus et direct sur une surface horizontale. Q= S+ ré.
Le rapport entre rayonnement direct et rayonnement diffus dans la composition du rayonnement total dépend de la hauteur du Soleil, de la nébulosité et de la pollution de l'atmosphère, et de la hauteur de la surface au-dessus du niveau de la mer. Avec une augmentation de la hauteur du Soleil, la fraction de rayonnement diffusé dans un ciel sans nuages diminue. Plus l'atmosphère est transparente et plus le Soleil est haut, plus la proportion de rayonnement diffusé est faible. Avec des nuages denses continus, le rayonnement total est entièrement constitué de rayonnement diffusé. En hiver, du fait de la réflexion du rayonnement par la couverture neigeuse et de sa diffusion secondaire dans l'atmosphère, la proportion de rayonnement diffusé dans la composition du total augmente sensiblement.
La lumière et la chaleur reçues par les plantes du Soleil sont le résultat de l'action du rayonnement solaire total. Par conséquent, les données sur les quantités de rayonnement reçues par la surface par jour, mois, saison de croissance et année sont d'une grande importance pour l'agriculture.
rayonnement solaire réfléchi. Albédo. Le rayonnement total atteignant la surface de la terre, partiellement réfléchi par celui-ci, crée un rayonnement solaire réfléchi (RK), dirigé de la surface de la terre vers l'atmosphère. La valeur du rayonnement réfléchi dépend en grande partie des propriétés et de l'état de la surface réfléchissante : couleur, rugosité, humidité, etc. La réflectivité de toute surface peut être caractérisée par son albédo (Ak), qui est compris comme le rapport du rayonnement solaire réfléchi au total. L'albédo est généralement exprimé en pourcentage :
Les observations montrent que l'albédo des différentes surfaces varie dans des limites relativement étroites (10...30%), à l'exception de la neige et de l'eau.
L'albédo dépend de l'humidité du sol, avec l'augmentation de laquelle il diminue, ce qui est important dans le processus de modification du régime thermique des champs irrigués. En raison de la diminution de l'albédo, lorsque le sol est humidifié, le rayonnement absorbé augmente. L'albédo des différentes surfaces a une variation quotidienne et annuelle bien prononcée, en raison de la dépendance de l'albédo à la hauteur du Soleil. La valeur d'albédo la plus basse est observée vers midi et pendant l'année - en été.
Le propre rayonnement de la Terre et le contre-rayonnement de l'atmosphère. Rayonnement efficace. La surface de la terre en tant que corps physique avec une température supérieure zéro absolu(-273 ° C), est une source de rayonnement, appelée rayonnement propre de la Terre (E3). Il est dirigé dans l'atmosphère et est presque entièrement absorbé par la vapeur d'eau, les gouttelettes d'eau et le dioxyde de carbone contenus dans l'air. Le rayonnement de la Terre dépend de la température de sa surface.
L'atmosphère, absorbant une petite quantité de rayonnement solaire et presque toute l'énergie émise par la surface de la terre, se réchauffe et, à son tour, rayonne également de l'énergie. Environ 30% du rayonnement atmosphérique va dans l'espace extra-atmosphérique et environ 70% vient à la surface de la Terre et s'appelle le rayonnement contre-atmosphérique (Ea).
La quantité d'énergie émise par l'atmosphère est directement proportionnelle à sa température, sa teneur en dioxyde de carbone, son ozone et sa couverture nuageuse.
La surface de la Terre absorbe presque entièrement ce contre-rayonnement (de 90...99%). Ainsi, c'est une source importante de chaleur pour la surface de la terre en plus du rayonnement solaire absorbé. Cette influence de l'atmosphère sur le régime thermique de la Terre est appelée effet de serre ou effet de serre en raison de l'analogie externe avec l'action des verres dans les serres et les serres. Le verre transmet bien les rayons du soleil, qui chauffent le sol et les plantes, mais retarde le rayonnement thermique du sol et des plantes chauffés.
La différence entre le rayonnement propre de la surface de la Terre et le contre-rayonnement de l'atmosphère s'appelle le rayonnement effectif : Eef.
Eef= E3-Ea
Les nuits claires et légèrement nuageuses, le rayonnement effectif est beaucoup plus important que les nuits nuageuses; par conséquent, le refroidissement nocturne de la surface de la terre est également plus important. Pendant la journée, il est bloqué par le rayonnement total absorbé, ce qui entraîne une augmentation de la température de surface. Dans le même temps, le rayonnement effectif augmente également. La surface de la Terre aux latitudes moyennes perd 70...140 W/m2 en raison du rayonnement effectif, soit environ la moitié de la quantité de chaleur qu'elle reçoit de l'absorption du rayonnement solaire.
3. Composition spectrale du rayonnement.
Le soleil, en tant que source de rayonnement, a une variété d'ondes émises. Les flux d'énergie rayonnante le long de la longueur d'onde sont conditionnellement divisés en ondes courtes (X < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 µm) rayonnement. Le spectre du rayonnement solaire à la limite de l'atmosphère terrestre se situe pratiquement entre les longueurs d'onde de 0,17 et 4 microns, et le rayonnement terrestre et atmosphérique - de 4 à 120 microns. D'où les flux radiation solaire(S, D, RK) se réfèrent au rayonnement à ondes courtes, et le rayonnement de la Terre (£3) et de l'atmosphère (Ea) - aux ondes longues.
Le spectre du rayonnement solaire peut être divisé en trois parties qualitativement différentes : l'ultraviolet (Y< 0,40 мкм), видимую (0,40 мкм < Y < 0,75 µm) et infrarouge (0,76 µm < Oui < 4 µm). Avant la partie ultraviolette du spectre du rayonnement solaire se trouve le rayonnement X, et au-delà de l'infrarouge - l'émission radio du Soleil. A la limite supérieure de l'atmosphère, la partie ultraviolette du spectre représente environ 7 % de l'énergie du rayonnement solaire, 46 % pour le visible et 47 % pour l'infrarouge.
Le rayonnement émis par la terre et l'atmosphère est appelé rayonnement infrarouge lointain.
Action biologique différents types le rayonnement sur les plantes est différent. rayonnement ultraviolet ralentit les processus de croissance, mais accélère le passage des étapes de formation des organes reproducteurs chez les plantes.
La valeur du rayonnement infrarouge, qui est activement absorbé par l'eau dans les feuilles et les tiges des plantes, est son effet thermique, qui affecte de manière significative la croissance et le développement des plantes.
rayonnement infrarouge lointain ne produit qu'un effet thermique sur les plantes. Son influence sur la croissance et le développement des plantes est insignifiante.
Partie visible du spectre solaire, premièrement, crée l'illumination. Deuxièmement, le rayonnement dit physiologique (A, = 0,35 ... 0,75 μm), qui est absorbé par les pigments des feuilles, coïncide presque avec la région du rayonnement visible (capturant partiellement la région du rayonnement ultraviolet). Son énergie a une importance régulatrice et énergétique importante dans la vie des plantes. Dans cette région du spectre, une région de rayonnement photosynthétiquement actif est distinguée.
4. Absorption et diffusion du rayonnement dans l'atmosphère.
en passant par l'atmosphère terrestre, le rayonnement solaire est atténué en raison de l'absorption et de la diffusion par les gaz atmosphériques et les aérosols. Dans le même temps, sa composition spectrale change également. A différentes hauteurs du soleil et différentes hauteurs du point d'observation au-dessus de la surface de la terre, la longueur du trajet parcouru par le rayon solaire dans l'atmosphère n'est pas la même. Avec une diminution de l'altitude, la partie ultraviolette du rayonnement diminue particulièrement fortement, la partie visible diminue un peu moins et seulement légèrement la partie infrarouge.
La diffusion du rayonnement dans l'atmosphère se produit principalement à la suite de fluctuations continues (fluctuations) de la densité de l'air en tout point de l'atmosphère, causées par la formation et la destruction de certains "amas" (agrégats) de molécules de gaz atmosphériques. Les particules d'aérosol diffusent également le rayonnement solaire. L'intensité de diffusion est caractérisée par le coefficient de diffusion.
K = ajouter une formule.
L'intensité de la diffusion dépend du nombre de particules diffusantes par unité de volume, de leur taille et de leur nature, ainsi que des longueurs d'onde du rayonnement diffusé lui-même.
Plus la diffusion des rayons est forte, plus la longueur d'onde est courte. Par exemple, les rayons violets diffusent 14 fois plus que les rouges, ce qui explique la couleur bleue du ciel. Comme indiqué ci-dessus (voir section 2.2), le rayonnement solaire direct traversant l'atmosphère est partiellement dissipé. En air propre et sec, l'intensité du coefficient de diffusion moléculaire obéit à la loi de Rayleigh :
k= s/Oui4 ,
où C est un coefficient dépendant du nombre de molécules de gaz par unité de volume ; X est la longueur de l'onde diffusée.
Étant donné que les longueurs d'onde lointaines de la lumière rouge sont presque deux fois les longueurs d'onde de la lumière violette, les premières sont diffusées par les molécules d'air 14 fois moins que les secondes. Étant donné que l'énergie initiale (avant diffusion) des rayons violets est inférieure au bleu et au bleu, l'énergie maximale de la lumière diffusée (rayonnement solaire diffusé) est déplacée vers les rayons bleu-bleu, qui déterminent la couleur bleue du ciel. Ainsi, le rayonnement diffus est plus riche en rayons photosynthétiquement actifs que le rayonnement direct.
Dans l'air contenant des impuretés (petites gouttelettes d'eau, cristaux de glace, particules de poussière, etc.), la diffusion est la même pour toutes les zones de rayonnement visible. Par conséquent, le ciel acquiert une teinte blanchâtre (la brume apparaît). Les éléments nuageux (grosses gouttelettes et cristaux) ne diffusent pas du tout les rayons du soleil, mais les réfléchissent de manière diffuse. En conséquence, les nuages éclairés par le Soleil sont blancs.
5. PAR (rayonnement photosynthétiquement actif)
Rayonnement photosynthétiquement actif. Dans le processus de photosynthèse, ce n'est pas tout le spectre du rayonnement solaire qui est utilisé, mais seulement son
partie dans la gamme de longueurs d'onde de 0,38 ... 0,71 microns, - rayonnement photosynthétiquement actif (PAR).
On sait que le rayonnement visible, perçu par l'œil humain comme blanc, est constitué de rayons colorés : rouge, orange, jaune, vert, bleu, indigo et violet.
L'assimilation de l'énergie du rayonnement solaire par les feuilles des plantes est sélective (sélective). Les feuilles les plus intenses absorbent les rayons bleu-violet (X = 0,48 ... 0,40 microns) et rouge orangé (X = 0,68 microns), moins jaune-vert (A. = 0,58 ... 0,50 microns) et rouge lointain (A .\u003e 0,69 microns) rayons.
A la surface de la Terre, le maximum d'énergie dans le spectre du rayonnement solaire direct, lorsque le Soleil est haut, tombe sur la région des rayons jaune-vert (le disque du Soleil est jaune). Lorsque le Soleil est proche de l'horizon, les rayons rouges lointains ont le maximum d'énergie (le disque solaire est rouge). Par conséquent, l'énergie de la lumière directe du soleil est peu impliquée dans le processus de photosynthèse.
Étant donné que le PAR est l'un des facteurs critiques productivité des plantes agricoles, les informations sur la quantité de PAR entrant, la prise en compte de sa répartition sur le territoire et dans le temps sont d'une grande importance pratique.
L'intensité PAR peut être mesurée, mais cela nécessite des filtres de lumière spéciaux qui ne transmettent que des ondes dans la plage de 0,38 à 0,71 microns. Il existe de tels appareils, mais ils ne sont pas utilisés sur le réseau des stations actinométriques, mais ils mesurent l'intensité du spectre intégral du rayonnement solaire. La valeur PAR peut être calculée à partir des données sur l'arrivée du rayonnement direct, diffus ou total en utilisant les coefficients proposés par H. G. Tooming et :
Qfar = 0,43 S"+0,57 D );
des cartes de répartition des quantités mensuelles et annuelles de Far sur le territoire de la Russie ont été établies.
Pour caractériser le degré d'utilisation du PAR par les cultures, on utilise l'efficacité du PAR :
KPIfar = (sommeQ/ phares/sommeQ/ phares) 100%,
où sommeQ/ phares- la quantité de PAR dépensée pour la photosynthèse pendant la saison de croissance des plantes ; sommeQ/ phares- le montant du PAR reçu pour les cultures durant cette période ;
Les cultures en fonction de leurs valeurs moyennes de CPIF sont divisées en groupes (selon): généralement observé - 0,5 ... 1,5%; bon-1,5...3,0 ; enregistrement - 3,5...5,0 ; théoriquement possible - 6,0 ... 8,0%.
6. BILAN RAYONNEMENTAIRE DE LA SURFACE TERRESTRE
La différence entre les flux entrants et sortants d'énergie rayonnante est appelée bilan radiatif de la surface terrestre (B).
La partie entrante du bilan radiatif de la surface de la Terre pendant la journée se compose de rayonnement solaire direct et diffus, ainsi que de rayonnement atmosphérique. La partie dépense du bilan est le rayonnement de la surface terrestre et le rayonnement solaire réfléchi :
B= S / + ré+ Ea-E3-Rk
L'équation peut aussi s'écrire sous une autre forme : B = Q- RK -Eef.
Pour la nuit, l'équation du bilan radiatif a la forme suivante :
B \u003d Ea - E3, ou B \u003d -Eef.
Si l'entrée de rayonnement est supérieure à la sortie, alors le bilan radiatif est positif et la surface active* s'échauffe. Avec un solde négatif, il se refroidit. En été, le bilan radiatif est positif le jour et négatif la nuit. Le passage à zéro a lieu le matin environ 1 heure après le lever du soleil et le soir 1 à 2 heures avant le coucher du soleil.
Le bilan radiatif annuel dans les zones où une couverture neigeuse stable est établie présente des valeurs négatives pendant la saison froide et des valeurs positives pendant la saison chaude.
Le bilan radiatif de la surface de la Terre affecte de manière significative la répartition de la température dans le sol et la couche superficielle de l'atmosphère, ainsi que les processus d'évaporation et de fonte des neiges, la formation de brouillards et de gelées, les modifications des propriétés masses d'air(leur transformation).
La connaissance du régime de rayonnement des terres agricoles permet de calculer la quantité de rayonnement absorbée par les cultures et le sol en fonction de la hauteur du soleil, de la structure des cultures et de la phase de développement des plantes. Des données sur le régime sont également nécessaires pour évaluer diverses méthodes de régulation de la température et de l'humidité du sol, de l'évaporation, dont dépendent la croissance et le développement des plantes, la formation des cultures, leur quantité et leur qualité.
Les méthodes agronomiques efficaces pour influencer le rayonnement et, par conséquent, le régime thermique de la surface active sont le paillage (couvrir le sol d'une fine couche de copeaux de tourbe, de fumier pourri, de sciure de bois, etc.), recouvrir le sol d'une pellicule plastique et irriguer . Tout cela modifie la capacité de réflexion et d'absorption de la surface active.
* Surface active - la surface du sol, de l'eau ou de la végétation, qui absorbe directement le rayonnement solaire et atmosphérique et émet un rayonnement dans l'atmosphère, régulant ainsi le régime thermique des couches d'air adjacentes et des couches sous-jacentes de sol, d'eau, de végétation.
RADIATION SOLAIRE
RADIATION SOLAIRE- le rayonnement électromagnétique et corpusculaire du Soleil. Le rayonnement électromagnétique se propage sous forme d'ondes électromagnétiques à la vitesse de la lumière et pénètre dans l'atmosphère terrestre. Le rayonnement solaire atteint la surface terrestre sous forme de rayonnement direct et diffus.
Le rayonnement solaire est la principale source d'énergie pour tous les processus physiques et géographiques se produisant à la surface de la Terre et dans l'atmosphère (voir Insolation). Le rayonnement solaire est généralement mesuré par son effet thermique et est exprimé en calories par unité de surface par unité de temps. Au total, la Terre reçoit du Soleil moins d'un deux milliardième de son rayonnement.
La gamme spectrale du rayonnement électromagnétique du Soleil est très large - des ondes radio aux rayons X - cependant, son intensité maximale tombe sur la partie visible (jaune-vert) du spectre.
Il existe également une partie corpusculaire du rayonnement solaire, constituée principalement de protons se déplaçant du Soleil à des vitesses de 300 à 1500 km/s (vent solaire). Lors des éruptions solaires, des particules de haute énergie (principalement des protons et des électrons) se forment également, qui forment la composante solaire des rayons cosmiques.
La contribution énergétique de la composante corpusculaire du rayonnement solaire à son intensité totale est faible par rapport à celle électromagnétique. Ainsi, dans un certain nombre d'applications, le terme "rayonnement solaire" est utilisé dans un sens étroit, c'est-à-dire uniquement sa partie électromagnétique.
La quantité de rayonnement solaire dépend de la hauteur du soleil, de la période de l'année et de la transparence de l'atmosphère. Les actinomètres et les pyrhéliomètres sont utilisés pour mesurer le rayonnement solaire. L'intensité du rayonnement solaire est généralement mesurée par son effet thermique et s'exprime en calories par unité de surface par unité de temps.
Le rayonnement solaire n'affecte fortement la Terre que pendant la journée, bien sûr - lorsque le Soleil est au-dessus de l'horizon. De plus, le rayonnement solaire est très fort près des pôles, pendant les jours polaires, lorsque le Soleil est au-dessus de l'horizon même à minuit. Cependant, en hiver aux mêmes endroits, le Soleil ne se lève pas du tout au-dessus de l'horizon et n'affecte donc pas la région. Le rayonnement solaire n'est pas bloqué par les nuages et, par conséquent, il pénètre toujours dans la Terre (lorsque le Soleil est directement au-dessus de l'horizon). Le rayonnement solaire est une combinaison de la couleur jaune vif du Soleil et de la chaleur, la chaleur passe également à travers les nuages. Le rayonnement solaire est transmis à la Terre par rayonnement et non par conduction thermique.
La quantité de rayonnement reçue par un corps céleste dépend de la distance entre la planète et l'étoile - lorsque la distance double, la quantité de rayonnement provenant de l'étoile vers la planète diminue d'un facteur quatre (proportionnel au carré de la distance entre la planète et l'étoile). Ainsi, même de petits changements dans la distance entre la planète et l'étoile (en fonction de l'excentricité de l'orbite) conduisent à un changement significatif de la quantité de rayonnement entrant dans la planète. L'excentricité de l'orbite terrestre n'est pas non plus constante - au cours des millénaires, elle change, formant périodiquement un cercle presque parfait, parfois l'excentricité atteint 5% (actuellement elle est de 1,67%), c'est-à-dire au périhélie, la Terre actuellement reçoit 1,033 rayonnement solaire de plus que dans l'aphélie, et avec la plus grande excentricité - plus de 1,1 fois. Cependant, la quantité de rayonnement solaire entrant dépend beaucoup plus du changement de saisons - à l'heure actuelle, la quantité totale de rayonnement solaire entrant dans la Terre reste pratiquement inchangée, mais à des latitudes de 65 N.Sh (la latitude des villes du nord de Russie, Canada) en été la quantité de rayonnement solaire entrant de plus de 25% de plus qu'en hiver. Cela est dû au fait que la Terre est inclinée à un angle de 23,3 degrés par rapport au Soleil. Les changements d'hiver et d'été sont mutuellement compensés, mais néanmoins, à mesure que la latitude du site d'observation augmente, l'écart entre l'hiver et l'été devient de plus en plus grand, il n'y a donc pas de différence entre l'hiver et l'été à l'équateur. Au-delà du cercle polaire arctique, en été, l'afflux de rayonnement solaire est très élevé et en hiver, il est très faible. Cela forme le climat sur Terre. De plus, des changements périodiques dans l'excentricité de l'orbite terrestre peuvent conduire à l'émergence de différentes époques géologiques : par exemple,
L'énergie émise par le Soleil est appelée rayonnement solaire. Lorsqu'il atteint la Terre, la majeure partie du rayonnement solaire est convertie en chaleur.
Le rayonnement solaire est pratiquement la seule source d'énergie pour la Terre et l'atmosphère. Par rapport à l'énergie solaire, l'importance des autres sources d'énergie pour la Terre est négligeable. Par exemple, la température de la Terre augmente en moyenne avec la profondeur (environ 1 ° C tous les 35 m). Pour cette raison, la surface de la Terre reçoit de la chaleur des parties internes. On estime qu'en moyenne 1 cm 2 de la surface terrestre reçoit environ 220 J par an des parties internes de la Terre. Cette quantité est 5000 fois inférieure à la chaleur reçue du Soleil. La Terre reçoit une certaine quantité de chaleur des étoiles et des planètes, mais même c'est plusieurs fois (environ 30 millions) moins que la chaleur provenant du Soleil.
La quantité d'énergie envoyée par le Soleil à la Terre est énorme. Ainsi, la puissance du flux de rayonnement solaire pénétrant dans une zone de 10 km 2 est de 7 à 9 kW en été sans nuages (en tenant compte de l'affaiblissement de l'atmosphère). C'est plus que la capacité de la centrale hydroélectrique de Krasnoïarsk. La quantité d'énergie rayonnante provenant du Soleil en 1 seconde sur une zone de 15x15 km (c'est moins que la zone de Leningrad) vers midi en été dépasse la capacité de toutes les centrales électriques de l'URSS effondrée ( 166 millions de kW).
Figure 1 - Le soleil est une source de rayonnement
> Types de rayonnement solaire
Dans l'atmosphère, le rayonnement solaire qui se dirige vers la surface terrestre est partiellement absorbé, et partiellement diffusé et réfléchi par les nuages et la surface terrestre. Trois types de rayonnement solaire sont observés dans l'atmosphère : direct, diffus et total.
rayonnement solaire direct- rayonnement venant à la surface de la terre directement du disque solaire. Le rayonnement solaire se propage à partir du Soleil dans toutes les directions. Mais la distance de la Terre au Soleil est si grande que le rayonnement direct tombe sur n'importe quelle surface de la Terre sous la forme d'un faisceau de rayons parallèles émanant, pour ainsi dire, de l'infini. Même l'ensemble Terre en général, il est si petit par rapport à la distance au Soleil que tout rayonnement solaire tombant sur lui peut être considéré comme un faisceau de rayons parallèles sans erreur appréciable.
Seul le rayonnement direct atteint la limite supérieure de l'atmosphère. Environ 30% du rayonnement incident sur la Terre est réfléchi dans l'espace extra-atmosphérique. L'oxygène, l'azote, l'ozone, le dioxyde de carbone, la vapeur d'eau (nuages) et les particules d'aérosols absorbent 23 % du rayonnement solaire direct dans l'atmosphère. L'ozone absorbe les rayons ultraviolets et visibles. Malgré le fait que son contenu dans l'air soit très faible, il absorbe tout le rayonnement ultraviolet (environ 3%). Ainsi, il n'est pas du tout observé près de la surface terrestre, ce qui est très important pour la vie sur Terre.
Le rayonnement solaire direct traversant l'atmosphère est également diffusé. Une particule (goutte, cristal ou molécule) d'air, qui se trouve sur le trajet d'une onde électromagnétique, « extrait » continuellement de l'énergie de l'onde incidente et la rediffuse dans toutes les directions, devenant un émetteur d'énergie.
Environ 25% de l'énergie du flux de rayonnement solaire total traversant l'atmosphère est dissipée par les molécules de gaz atmosphériques et les aérosols et est convertie dans l'atmosphère en rayonnement solaire diffus. De cette façon rayonnement solaire diffusé- le rayonnement solaire ayant subi une diffusion dans l'atmosphère. Le rayonnement diffusé arrive à la surface de la terre non pas du disque solaire, mais de tout le firmament. Le rayonnement diffusé diffère du rayonnement direct dans sa composition spectrale, car les rayons de différentes longueurs d'onde sont diffusés à des degrés différents.
Étant donné que la principale source de rayonnement diffus est le rayonnement solaire direct, le flux de rayonnement diffus dépend des mêmes facteurs qui affectent le flux de rayonnement direct. En particulier, le flux de rayonnement diffusé augmente avec l'augmentation de la hauteur du Soleil et inversement. Il augmente également avec une augmentation du nombre de particules diffusantes dans l'atmosphère, c'est-à-dire avec une diminution de la transparence de l'atmosphère, et diminue avec la hauteur au-dessus du niveau de la mer en raison d'une diminution du nombre de particules de diffusion dans les couches sus-jacentes de l'atmosphère. La nébulosité et la couverture neigeuse ont une très grande influence sur le rayonnement diffus qui, en raison de la diffusion et de la réflexion du rayonnement direct et diffus incident sur eux et de leur re-diffusion dans l'atmosphère, peut multiplier par plusieurs le rayonnement solaire diffus.
Le rayonnement diffusé complète considérablement le rayonnement solaire direct et augmente considérablement le flux d'énergie solaire vers la surface de la terre. Son rôle est particulièrement important en hiver aux latitudes élevées et dans d'autres régions à forte nébulosité, où la fraction de rayonnement diffus peut dépasser la fraction de rayonnement direct. Par exemple, dans la quantité annuelle d'énergie solaire, le rayonnement diffusé représente 56 % à Arkhangelsk et 51 % à Saint-Pétersbourg.
Rayonnement solaire total est la somme des flux de rayonnement direct et diffus arrivant sur une surface horizontale. Avant le lever et après le coucher du soleil, ainsi que pendant la journée avec une nébulosité continue, le rayonnement total est complet et, à basse altitude du Soleil, il consiste principalement en un rayonnement diffusé. Dans un ciel sans nuages ou légèrement nuageux, avec une augmentation de la hauteur du Soleil, la proportion de rayonnement direct dans la composition du total augmente rapidement et pendant la journée, son flux est plusieurs fois supérieur au flux de rayonnement diffusé. La nébulosité affaiblit en moyenne le rayonnement total (de 20 à 30 %), cependant, avec une nébulosité partielle qui ne recouvre pas le disque solaire, son flux peut être plus important qu'avec un ciel sans nuage. La couverture neigeuse augmente significativement le flux de rayonnement total en augmentant le flux de rayonnement diffusé.
Le rayonnement total, tombant à la surface de la terre, est principalement absorbé par la couche supérieure du sol ou une couche d'eau plus épaisse (rayonnement absorbé) et se transforme en chaleur, et est partiellement réfléchi (rayonnement réfléchi).
Tous les types de rayons solaires atteignent la surface de la terre de trois manières - sous la forme de rayonnement solaire direct, réfléchi et diffus.
rayonnement solaire direct sont des rayons provenant directement du soleil. Son intensité (efficacité) dépend de la hauteur du soleil au-dessus de l'horizon: le maximum est observé à midi et le minimum - le matin et le soir; à partir de la période de l'année : maximum - en été, minimum - en hiver ; de la hauteur du terrain au-dessus du niveau de la mer (plus haut en montagne qu'en plaine) ; sur l'état de l'atmosphère (la pollution de l'air le réduit). Le spectre du rayonnement solaire dépend également de la hauteur du soleil au-dessus de l'horizon (plus le soleil est bas au-dessus de l'horizon, moins il y a de rayons ultraviolets).
rayonnement solaire réfléchi- Ce sont les rayons du soleil réfléchis par la surface de la terre ou de l'eau. Il est exprimé en pourcentage de rayons réfléchis par rapport à leur flux total et est appelé albédo. La valeur de l'albédo dépend de la nature des surfaces réfléchissantes. Lors de l'organisation et de la conduite des bains de soleil, il est nécessaire de connaître et de prendre en compte l'albédo des surfaces sur lesquelles les bains de soleil sont effectués. Certains d'entre eux sont caractérisés par une réflectivité sélective. La neige réfléchit complètement les rayons infrarouges et les rayons ultraviolets dans une moindre mesure.
rayonnement solaire diffusé formé à la suite de la diffusion de la lumière du soleil dans l'atmosphère. Les molécules d'air et les particules en suspension dans celui-ci (les plus petites gouttelettes d'eau, les cristaux de glace, etc.), appelées aérosols, réfléchissent une partie des rayons. Suite à de multiples réflexions, certaines d'entre elles atteignent encore la surface terrestre ; Ce sont des rayons dispersés du soleil. La plupart des rayons ultraviolets, violets et bleus sont diffusés, ce qui détermine la couleur bleue du ciel par temps clair. La proportion de rayons diffusés est importante aux hautes latitudes (dans les régions du nord). Là, le soleil est bas au-dessus de l'horizon, et donc le chemin des rayons vers la surface de la terre est plus long. Sur un long chemin, les rayons rencontrent plus d'obstacles et se dispersent davantage.
(http://new-med-blog.livejournal.com/204
Rayonnement solaire total- tout rayonnement solaire direct et diffus pénétrant à la surface de la terre. Le rayonnement solaire total est caractérisé par son intensité. Avec un ciel sans nuages, le rayonnement solaire total a une valeur maximale vers midi et pendant l'année - en été.
Bilan radiatif
Le bilan radiatif de la surface terrestre est la différence entre le rayonnement solaire total absorbé par la surface terrestre et son rayonnement effectif. Pour la surface de la terre
- la partie entrante est le rayonnement solaire direct et diffusé absorbé, ainsi que le contre-rayonnement absorbé de l'atmosphère ;
- la partie dépense consiste en la perte de chaleur due au rayonnement propre de la surface de la terre.
Le bilan radiatif peut être positif(journée, été) et négatif(la nuit, en hiver); mesuré en kW/m²/min.
Le bilan radiatif de la surface terrestre est le composant le plus important du bilan thermique de la surface terrestre; l'un des principaux facteurs de formation du climat.
Bilan thermique de la surface terrestre- la somme algébrique de tous les types d'entrée et de sortie de chaleur à la surface des terres et des océans. La nature du bilan thermique et son niveau d'énergie déterminent les caractéristiques et l'intensité de la plupart des processus exogènes. Les principales composantes du bilan thermique des océans sont :
- bilan radiatif ;
- consommation de chaleur pour l'évaporation ;
- échange de chaleur turbulent entre la surface de l'océan et l'atmosphère ;
- échange thermique turbulent vertical de la surface de l'océan avec les couches sous-jacentes ; et
- advection océanique horizontale.
(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi?RQgkog.outt:p!hgrgtx!nlstup!vuilw)tux yo)
Mesure du rayonnement solaire.
Les actinomètres et les pyrhéliomètres sont utilisés pour mesurer le rayonnement solaire. L'intensité du rayonnement solaire est généralement mesurée par son effet thermique et s'exprime en calories par unité de surface par unité de temps.
(http://www.ecosystema.ru/07referats/slo vgeo/967.htm)
La mesure de l'intensité du rayonnement solaire est effectuée par un pyranomètre Yanishevsky complété d'un galvanomètre ou d'un potentiomètre.
Lors de la mesure du rayonnement solaire total, le pyranomètre est installé sans écran d'ombre, tandis que lors de la mesure du rayonnement diffusé, avec un écran d'ombre. Le rayonnement solaire direct est calculé comme la différence entre le rayonnement total et le rayonnement diffusé.
Lors de la détermination de l'intensité du rayonnement solaire incident sur la clôture, le pyranomètre est monté dessus de sorte que la surface perçue de l'appareil soit strictement parallèle à la surface de la clôture. En l'absence d'enregistrement automatique du rayonnement, les mesures doivent être effectuées après 30 minutes entre le lever et le coucher du soleil.
Le rayonnement tombant sur la surface de la clôture n'est pas complètement absorbé. Selon la texture et la couleur de la clôture, certains rayons sont réfléchis. Le rapport du rayonnement réfléchi au rayonnement incident, exprimé en pourcentage, est appelé albédo de surface et mesuré par P.K. Kalitina complet avec galvanomètre ou potentiomètre.
Pour une plus grande précision, les observations doivent être effectuées dans un ciel clair et avec une irradiation solaire intense de la clôture.
(http://www.constructioncheck.ru/default.a spx?textpage=5)
