Memiliki panjang yang berbeda. Jadi, beberapa disajikan dalam bentuk cahaya, yang lain - dalam bentuk membawa panas, yang lain - ini adalah seluruh kelompok sinar yang tidak terlihat oleh mata manusia (gelombang radio, ultraviolet, sinar-x).
Gelombang radio jarak pendek dan cahaya tampak berjalan paling baik melalui atmosfer bumi. dan sinar-x diserap oleh selubung udara. Pada batas tersebut, intensitas radiasi matahari bernilai konstan dan sebesar 1,35 kW/m2.
Matahari adalah satu-satunya dan panas di planet ini. Radiasi hamburan dan langsung adalah jenis utama dari radiasi matahari. Sinar yang melewati lapisan atmosfer yang ada memanaskannya sampai batas tertentu. Radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi, yang tidak dihamburkan atau diserap dalam cangkang udara, disebut langsung. Intensitas radiasi ini di wilayah itu tergantung pada medan: ke kutub dari khatulistiwa bumi, fluks berkurang, intensitasnya berkurang, terutama dengan peningkatan kekeruhan dan penurunan transparansi di atmosfer.
Karena kenyataan bahwa udara mengandung partikel debu halus, tetesan air, partikel garam, kristal, sinar individu yang datang dari bintang, bertabrakan dengan rintangan ini, tersebar. Radiasi matahari seperti itu disebut tersebar. Sekitar 25% dari total fluks sinar yang diserap berubah menjadi itu. Pada hari tidak berawan, radiasi hamburan adalah 0,07 kW/m2, dalam cuaca berawan, berawan - 0,5 kW/m2. Dengan penurunan ketinggian titik balik matahari, peningkatan kekeruhan, penurunan transparansi atmosfer, bagian radiasi ini meningkat. Studi menunjukkan bahwa di lintang rendah fraksi radiasi yang tersebar secara signifikan lebih rendah daripada di lintang sedang dan tinggi. Cahaya alami sekitar pada hari mendung sepenuhnya disediakan oleh sinar ini.
Radiasi matahari total terdiri dari semua radiasi yang tersebar dan langsung yang telah mencapai Bumi. Jumlahnya tergantung pada berbagai faktor, termasuk panjang hari, transparansi sudut datangnya sinar dan kekeruhan di atmosfer. Ya, masuk garis lintang tropis indikator tahunan radiasi total sekitar 200 kkal/cm2, sedangkan di zona kutub - sekitar 50 kkal/cm2.
Dalam jumlah kecil, radiasi matahari diserap oleh pengotor dan molekul gas atmosfer. Dalam hal ini, radiasi yang jatuh di Bumi sebagian diserap oleh permukaan planet, sebagian dipantulkan, meninggalkan atmosfer kembali.
Ada nilai yang mencirikan rasio radiasi yang dipantulkan dengan kejadian di permukaan bumi - albedo. Indikator ini dinyatakan sebagai persentase. Perlu dicatat bahwa nilai albedo mencakup rentang yang cukup luas dan tergantung pada wilayahnya. Jadi, untuk padang rumput dan hutan, angka ini sekitar 13%, dan pada tutupan salju segar meningkat menjadi 90%. Ketergantungan yang signifikan dari albedo permukaan air pada sudut datang sinar dicatat. Dengan radiasi matahari langsung dan dataran tinggi berdiri Matahari, nilai indikator ini sekitar 3-4%, pada posisi rendah - hampir 100%. Untuk radiasi hamburan, albedonya sekitar 8-10%. Dalam hal ini, praktis tidak ada ketergantungan pada ketinggian titik balik matahari.
Seperti yang Anda ketahui, cahaya Matahari adalah sumber kehidupan di Bumi, yang memiliki dampak langsung pada tubuh manusia, keadaan termal, proses metabolisme, aktivitas fungsional sistem dan organ, dan sebagainya.
Intensitas radiasi ultraviolet yang mencapai permukaan juga tergantung pada ketinggian titik balik matahari. Ketika ketinggian Matahari kurang dari 25%, radiasi UV, yang paling aktif secara biologis, tidak mencapai Bumi.
KULIAH 2.
RADIASI SINAR MATAHARI.
Rencana:
1. Nilai radiasi matahari bagi kehidupan di Bumi.
2. Jenis radiasi matahari.
3. Komposisi spektral radiasi matahari.
4. Penyerapan dan dispersi radiasi.
5.PAR (radiasi aktif fotosintesis).
6. Keseimbangan radiasi.
1. Sumber energi utama di bumi bagi semua makhluk hidup (tumbuhan, hewan dan manusia) adalah energi matahari.
Matahari adalah bola gas dengan radius 695300 km. Jari-jari Matahari 109 kali lebih besar dari jari-jari Bumi (khatulistiwa 6378,2 km, kutub 6356,8 km). Matahari terutama terdiri dari hidrogen (64%) dan helium (32%). Sisanya hanya 4% dari massanya.
Energi matahari merupakan syarat utama bagi keberadaan biosfer dan salah satu faktor pembentuk iklim utama. Karena energi Matahari, massa udara di atmosfer terus bergerak, yang memastikan kekonstanan komposisi gas atmosfer. Di bawah aksi radiasi matahari, sejumlah besar air menguap dari permukaan reservoir, tanah, tanaman. Uap air yang dibawa oleh angin dari samudera dan lautan ke benua merupakan sumber utama presipitasi untuk daratan.
Energi matahari merupakan kondisi yang sangat diperlukan bagi keberadaan tanaman hijau, yang mengubah energi matahari menjadi zat organik berenergi tinggi selama fotosintesis.
Pertumbuhan dan perkembangan tumbuhan merupakan proses asimilasi dan pengolahan energi matahari, oleh karena itu, produksi pertanian hanya dimungkinkan jika energi matahari mencapai permukaan bumi. Seorang ilmuwan Rusia menulis: “Beri juru masak terbaik udara segar sebanyak yang Anda suka, sinar matahari, seluruh sungai air bersih, minta dia untuk memasak gula, pati, lemak, dan biji-bijian dari semua ini, dan dia akan berpikir bahwa Anda menertawakannya. Tetapi apa yang tampaknya benar-benar fantastis bagi seseorang dilakukan tanpa hambatan di daun hijau tanaman di bawah pengaruh energi Matahari. Diperkirakan bahwa 1 sq. satu meter daun per jam menghasilkan satu gram gula. Karena kenyataan bahwa Bumi dikelilingi oleh lapisan atmosfer yang terus menerus, sinar matahari, sebelum mencapai permukaan bumi, melewati seluruh ketebalan atmosfer, yang sebagian memantulkannya, sebagian menyebar, yaitu mengubah jumlah dan kualitas sinar matahari yang masuk ke permukaan bumi. Organisme hidup sensitif terhadap perubahan intensitas pencahayaan yang diciptakan oleh radiasi matahari. Karena respon yang berbeda terhadap intensitas iluminasi, semua bentuk vegetasi dibagi menjadi yang menyukai cahaya dan tahan naungan. Penerangan yang tidak memadai pada tanaman menyebabkan, misalnya, diferensiasi yang lemah dari jaringan jerami tanaman biji-bijian. Akibatnya, kekuatan dan elastisitas jaringan menurun, yang sering kali menyebabkan tanaman rebah. Pada tanaman jagung yang menebal, karena radiasi matahari yang rendah, pembentukan tongkol pada tanaman melemah.
Radiasi sinar matahari mempengaruhi komposisi kimia produk pertanian. Misalnya, kandungan gula bit dan buah-buahan, kandungan protein dalam biji-bijian gandum secara langsung tergantung pada jumlah hari yang cerah. Jumlah minyak dalam biji bunga matahari, rami juga meningkat dengan meningkatnya kedatangan radiasi matahari.
Penerangan bagian udara tanaman secara signifikan mempengaruhi penyerapan nutrisi oleh akar. Di bawah pencahayaan rendah, transfer asimilat ke akar melambat, dan sebagai akibatnya, proses biosintetik yang terjadi pada sel tumbuhan terhambat.
Penerangan juga mempengaruhi munculnya, penyebaran dan perkembangan penyakit tanaman. Masa infeksi terdiri dari dua fase, berbeda satu sama lain dalam menanggapi faktor cahaya. Yang pertama - perkecambahan spora yang sebenarnya dan penetrasi prinsip infeksi ke dalam jaringan kultur yang terkena - dalam banyak kasus tidak tergantung pada keberadaan dan intensitas cahaya. Yang kedua - setelah perkecambahan spora - paling aktif dalam kondisi cahaya tinggi.
Efek positif cahaya juga mempengaruhi laju perkembangan patogen pada tanaman inang. Ini terutama terlihat pada jamur karat. Semakin banyak cahaya, semakin pendek masa inkubasi untuk karat garis gandum, karat kuning jelai, rami dan karat kacang, dll. Dan ini meningkatkan jumlah generasi jamur dan meningkatkan intensitas infeksi. Kesuburan meningkat pada patogen ini di bawah kondisi cahaya yang intens.
Beberapa penyakit berkembang paling aktif dalam cahaya rendah, yang menyebabkan melemahnya tanaman dan penurunan ketahanannya terhadap penyakit (agen penyebab berbagai jenis busuk, terutama tanaman sayuran).
Durasi pencahayaan dan tanaman. Irama radiasi matahari (pergantian bagian terang dan gelap hari) adalah faktor lingkungan yang paling stabil dan berulang dari tahun ke tahun. Sebagai hasil dari penelitian bertahun-tahun, ahli fisiologi telah menetapkan ketergantungan transisi tanaman ke perkembangan generatif pada rasio tertentu dari panjang siang dan malam. Dalam hal ini, kultur menurut reaksi fotoperiodik dapat diklasifikasikan ke dalam kelompok: hari yang singkat yang perkembangannya tertunda pada panjang hari lebih dari 10 jam. Hari yang pendek mendorong pembentukan bunga, sedangkan hari yang panjang mencegahnya. Tanaman tersebut termasuk kedelai, beras, millet, sorgum, jagung, dll;
hari yang panjang sampai jam 12-13, membutuhkan penerangan jangka panjang untuk perkembangannya. Perkembangannya semakin cepat ketika panjang hari sekitar 20 jam.Tanaman ini termasuk gandum hitam, gandum, gandum, rami, kacang polong, bayam, semanggi, dll .;
netral sehubungan dengan panjang hari, yang perkembangannya tidak tergantung pada panjang hari, misalnya, tomat, soba, kacang polong, rhubarb.
Telah ditetapkan bahwa dominasi komposisi spektral tertentu dalam fluks radiasi diperlukan untuk awal pembungaan tanaman. Tumbuhan hari pendek berkembang lebih cepat ketika radiasi maksimum jatuh pada sinar biru-ungu, dan tumbuhan hari panjang - pada sinar merah. Durasi bagian terang hari (panjang astronomi hari) tergantung pada waktu tahun dan garis lintang geografis. Di garis khatulistiwa, durasi hari sepanjang tahun adalah 12 jam ± 30 menit. Ketika bergerak dari ekuator ke kutub setelah vernal equinox (21,03), panjang hari bertambah ke utara dan berkurang ke selatan. Setelah ekuinoks musim gugur (23.09) distribusi panjang hari terbalik. Di Belahan Bumi Utara, 22 Juni adalah hari terpanjang, durasinya 24 jam di utara Lingkaran Arktik. Hari terpendek di Belahan Bumi Utara adalah 22 Desember, dan di luar Lingkaran Arktik pada bulan-bulan musim dingin, Matahari tidak naik di atas cakrawala sama sekali. Di garis lintang tengah, misalnya, di Moskow, panjang hari sepanjang tahun bervariasi dari 7 hingga 17,5 jam.
2. Jenis radiasi matahari.
Radiasi matahari terdiri dari tiga komponen: radiasi matahari langsung, tersebar dan total.
RADIASI SURYA LANGSUNGS- radiasi yang datang dari matahari ke atmosfer kemudian ke permukaan bumi dalam bentuk berkas sinar sejajar. Intensitasnya diukur dalam kalori per cm2 per menit. Itu tergantung pada ketinggian matahari dan keadaan atmosfer (awan, debu, uap air). Jumlah tahunan radiasi matahari langsung pada permukaan horizontal wilayah Wilayah Stavropol adalah 65-76 kkal/cm2/menit. Di permukaan laut di posisi tinggi Matahari (musim panas, siang) dan transparansi yang baik, radiasi matahari langsung adalah 1,5 kkal/cm2/menit. Ini adalah bagian panjang gelombang pendek dari spektrum. Ketika aliran radiasi matahari langsung melewati atmosfer, itu melemah karena penyerapan (sekitar 15%) dan hamburan (sekitar 25%) energi oleh gas, aerosol, awan.
Aliran radiasi matahari langsung yang jatuh pada permukaan horizontal disebut insolasi. S= S dosa hoadalah komponen vertikal dari radiasi matahari langsung.
S – jumlah panas yang diterima oleh permukaan yang tegak lurus terhadap balok ,
ho – ketinggian Matahari, yaitu sudut yang dibentuk oleh sinar matahari dengan permukaan mendatar .
Pada batas atmosfer, intensitas radiasi matahari adalahJadi= 1,98 kkal/cm2/menit. - menurut perjanjian internasional tahun 1958. Ini disebut konstanta matahari. Ini akan berada di permukaan jika atmosfer benar-benar transparan.
Beras. 2.1. Lintasan sinar matahari di atmosfer pada ketinggian yang berbeda dari Matahari
RADIASI TERSEBUTD – sebagian radiasi matahari sebagai hasil hamburan oleh atmosfer kembali ke angkasa, tetapi sebagian besar masuk ke bumi dalam bentuk radiasi hamburan. Radiasi hamburan maksimum + 1 kkal/cm2/menit. Tercatat di langit cerah, jika ada awan tinggi di atasnya. Di bawah langit berawan, spektrum radiasi yang tersebar mirip dengan matahari. Ini adalah bagian panjang gelombang pendek dari spektrum. Panjang gelombang 0,17-4 mikron.
RADIASI JUMLAHQ- terdiri dari radiasi difus dan langsung ke permukaan horizontal. Q= S+ D.
Rasio antara radiasi langsung dan difus dalam komposisi radiasi total tergantung pada ketinggian Matahari, kekeruhan dan polusi atmosfer, dan ketinggian permukaan di atas permukaan laut. Dengan peningkatan ketinggian Matahari, fraksi radiasi yang tersebar di langit yang tidak berawan berkurang. Semakin transparan atmosfer dan semakin tinggi Matahari, semakin kecil proporsi radiasi yang tersebar. Dengan awan padat terus menerus, radiasi total seluruhnya terdiri dari radiasi yang tersebar. Di musim dingin, karena pantulan radiasi dari lapisan salju dan hamburan sekundernya di atmosfer, proporsi radiasi yang tersebar dalam komposisi total meningkat secara nyata.
Cahaya dan panas yang diterima tumbuhan dari matahari merupakan hasil dari aksi radiasi matahari total. Oleh karena itu, data jumlah radiasi yang diterima permukaan per hari, bulan, musim tanam, dan tahun sangat penting untuk pertanian.
radiasi matahari yang dipantulkan. Albedo. Total radiasi yang mencapai permukaan bumi, sebagian dipantulkan darinya, menciptakan radiasi matahari yang dipantulkan (RK), diarahkan dari permukaan bumi ke atmosfer. Nilai radiasi pantul sangat tergantung pada sifat dan kondisi permukaan pantul: warna, kekasaran, kelembaban, dll. Reflektifitas permukaan apa pun dapat dicirikan oleh albedonya (Ak), yang dipahami sebagai rasio radiasi matahari yang dipantulkan untuk total. Albedo biasanya dinyatakan sebagai persentase:
Pengamatan menunjukkan bahwa albedo dari berbagai permukaan bervariasi dalam batas yang relatif sempit (10...30%), dengan pengecualian salju dan air.
Albedo tergantung pada kelembaban tanah, dengan peningkatan yang menurun, yang penting dalam proses mengubah rezim termal bidang irigasi. Karena penurunan albedo, ketika tanah dibasahi, radiasi yang diserap meningkat. Albedo dari berbagai permukaan memiliki variasi harian dan tahunan yang jelas, karena ketergantungan albedo pada ketinggian Matahari. Nilai albedo terendah diamati sekitar tengah hari, dan sepanjang tahun - di musim panas.
Radiasi Bumi sendiri dan radiasi lawan dari atmosfer. Radiasi yang efisien. Permukaan bumi sebagai tubuh fisik dengan suhu di atas nol mutlak(-273 ° C), merupakan sumber radiasi, yang disebut radiasi Bumi sendiri (E3). Ini diarahkan ke atmosfer dan hampir sepenuhnya diserap oleh uap air, tetesan air dan karbon dioksida yang terkandung di udara. Radiasi bumi tergantung pada suhu permukaannya.
Atmosfer, menyerap sejumlah kecil radiasi matahari dan hampir semua energi yang dipancarkan oleh permukaan bumi, memanas dan, pada gilirannya, juga memancarkan energi. Sekitar 30% dari radiasi atmosfer masuk ke luar angkasa, dan sekitar 70% datang ke permukaan bumi dan disebut kontra radiasi atmosfer (Ea).
Jumlah energi yang dipancarkan oleh atmosfer berbanding lurus dengan suhu, kandungan karbon dioksida, ozon, dan tutupan awan.
Permukaan bumi menyerap radiasi tandingan ini hampir seluruhnya (sebesar 90...99%). Dengan demikian, ia merupakan sumber panas yang penting bagi permukaan bumi selain radiasi matahari yang diserap. Pengaruh atmosfer pada rezim termal Bumi ini disebut rumah kaca atau efek rumah kaca karena analogi eksternal dengan aksi kacamata di rumah kaca dan rumah kaca. Sumur kaca mentransmisikan sinar matahari, yang memanaskan tanah dan tanaman, tetapi menunda radiasi termal dari tanah dan tanaman yang dipanaskan.
Perbedaan antara radiasi permukaan bumi sendiri dan radiasi lawan di atmosfer disebut radiasi efektif: Eef.
Eef = E3-Ea
Pada malam yang cerah dan sedikit berawan, radiasi efektif jauh lebih besar daripada pada malam berawan, oleh karena itu, pendinginan permukaan bumi pada malam hari juga lebih besar. Pada siang hari, itu diblokir oleh radiasi total yang diserap, akibatnya suhu permukaan naik. Pada saat yang sama, radiasi efektif juga meningkat. Permukaan bumi di garis lintang tengah kehilangan 70...140 W/m2 karena radiasi efektif, yaitu sekitar setengah dari jumlah panas yang diterimanya dari penyerapan radiasi matahari.
3. Komposisi spektral radiasi.
Matahari sebagai sumber radiasi memiliki berbagai macam gelombang yang dipancarkan. Fluks energi radiasi sepanjang panjang gelombang secara kondisional dibagi menjadi: gelombang pendek (x < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 m) radiasi. Spektrum radiasi matahari pada batas atmosfer bumi praktis antara panjang gelombang 0,17 dan 4 mikron, dan radiasi terestrial dan atmosfer - dari 4 hingga 120 mikron. Oleh karena itu arus radiasi sinar matahari(S, D, RK) mengacu pada radiasi gelombang pendek, dan radiasi Bumi (£ 3) dan atmosfer (Ea) - untuk gelombang panjang.
Spektrum radiasi matahari dapat dibagi menjadi tiga bagian yang berbeda secara kualitatif: ultraviolet (Y< 0,40 мкм), видимую (0,40 мкм < Y < 0,75 m) dan inframerah (0,76 m < kamu < 4 mikron). Sebelum bagian ultraviolet dari spektrum radiasi matahari terletak radiasi sinar-X, dan di luar inframerah - emisi radio Matahari. Pada batas atas atmosfer, bagian spektrum ultraviolet menyumbang sekitar 7% energi radiasi matahari, 46% energi tampak dan 47% energi inframerah.
Radiasi yang dipancarkan oleh bumi dan atmosfer disebut radiasi infra merah jauh.
Tindakan biologis jenis yang berbeda radiasi pada tanaman berbeda. radiasi ultraviolet memperlambat proses pertumbuhan, tetapi mempercepat berlalunya tahapan pembentukan organ reproduksi pada tanaman.
Nilai radiasi inframerah, yang secara aktif diserap oleh air di daun dan batang tanaman, adalah efek termalnya, yang secara signifikan mempengaruhi pertumbuhan dan perkembangan tanaman.
radiasi infra merah jauh hanya menghasilkan efek termal pada tanaman. Pengaruhnya terhadap pertumbuhan dan perkembangan tanaman tidak signifikan.
Bagian yang terlihat dari spektrum matahari, pertama, menciptakan iluminasi. Kedua, apa yang disebut radiasi fisiologis (A, = 0,35 ... 0,75 m), yang diserap oleh pigmen daun, hampir bertepatan dengan wilayah radiasi yang terlihat (sebagian menangkap wilayah radiasi ultraviolet). Energinya memiliki peran penting dalam pengaturan dan energi dalam kehidupan tanaman. Dalam wilayah spektrum ini, wilayah radiasi aktif fotosintesis dibedakan.
4. Penyerapan dan hamburan radiasi di atmosfer.
melewati atmosfer bumi, radiasi matahari dilemahkan karena penyerapan dan hamburan oleh gas atmosfer dan aerosol. Pada saat yang sama, komposisi spektralnya juga berubah. Pada ketinggian matahari yang berbeda dan ketinggian titik pengamatan yang berbeda di atas permukaan bumi, panjang lintasan yang ditempuh sinar matahari di atmosfer tidak sama. Dengan penurunan ketinggian, bagian ultraviolet dari radiasi berkurang sangat kuat, bagian yang terlihat berkurang sedikit, dan hanya sedikit bagian inframerah.
Hamburan radiasi di atmosfer terjadi terutama sebagai akibat dari fluktuasi terus menerus (fluktuasi) kepadatan udara di setiap titik di atmosfer, yang disebabkan oleh pembentukan dan penghancuran beberapa "cluster" (gumpalan) molekul gas atmosfer. Partikel aerosol juga menyebarkan radiasi matahari. Intensitas hamburan dicirikan oleh koefisien hamburan.
K = tambahkan rumus.
Intensitas hamburan tergantung pada jumlah partikel hamburan per satuan volume, pada ukuran dan sifatnya, dan juga pada panjang gelombang radiasi hamburan itu sendiri.
Sinar menyebar semakin kuat, semakin pendek panjang gelombang. Misalnya, sinar ungu menyebar 14 kali lebih banyak daripada sinar merah, yang menjelaskan warna biru langit. Seperti disebutkan di atas (lihat Bagian 2.2), radiasi matahari langsung yang melewati atmosfer sebagian dihamburkan. Di udara bersih dan kering, intensitas koefisien hamburan molekul mematuhi hukum Rayleigh:
k= s/kamu4 ,
di mana C adalah koefisien yang bergantung pada jumlah molekul gas per satuan volume; X adalah panjang gelombang yang dihamburkan.
Karena panjang gelombang jauh cahaya merah hampir dua kali panjang gelombang cahaya ungu, yang pertama dihamburkan oleh molekul udara 14 kali lebih kecil dari yang terakhir. Karena energi awal (sebelum hamburan) sinar ungu kurang dari biru dan biru, energi maksimum dalam cahaya yang tersebar (radiasi matahari hamburan) bergeser ke sinar biru-biru, yang menentukan warna biru langit. Dengan demikian, radiasi difus lebih kaya akan sinar yang aktif secara fotosintesis daripada radiasi langsung.
Di udara yang mengandung kotoran (tetesan air kecil, kristal es, partikel debu, dll.), hamburan adalah sama untuk semua area radiasi yang terlihat. Oleh karena itu, langit memperoleh warna keputihan (kabut muncul). Elemen awan (tetesan besar dan kristal) tidak menyebarkan sinar matahari sama sekali, tetapi memantulkannya secara menyebar. Akibatnya, awan yang disinari matahari berwarna putih.
5. PAR (radiasi aktif fotosintesis)
Radiasi aktif fotosintesis. Dalam proses fotosintesis, tidak seluruh spektrum radiasi matahari yang digunakan, tetapi hanya
bagian dalam rentang panjang gelombang 0,38 ... 0,71 mikron, - radiasi aktif fotosintesis (PAR).
Diketahui bahwa radiasi tampak, yang dilihat oleh mata manusia sebagai putih, terdiri dari sinar berwarna: merah, oranye, kuning, hijau, biru, nila dan ungu.
Asimilasi energi radiasi matahari oleh daun tanaman bersifat selektif (selektif). Daun yang paling intens menyerap sinar biru-ungu (X = 0,48 ... 0,40 mikron) dan oranye-merah (X = 0,68 mikron), lebih sedikit kuning-hijau (A. = 0,58 ... 0,50 mikron) dan merah jauh (A .\u003e 0,69 mikron) sinar.
Di permukaan bumi, energi maksimum dalam spektrum radiasi matahari langsung, ketika Matahari tinggi, jatuh pada daerah sinar kuning-hijau (piringan Matahari berwarna kuning). Ketika Matahari berada di dekat cakrawala, sinar merah jauh memiliki energi maksimum (cakram matahari berwarna merah). Oleh karena itu, energi sinar matahari langsung sedikit terlibat dalam proses fotosintesis.
Karena PAR adalah salah satu dari faktor kritis produktivitas tanaman pertanian, informasi tentang jumlah PAR yang masuk, menghitung distribusinya di seluruh wilayah dan dalam waktu sangat penting secara praktis.
Intensitas PAR dapat diukur, tetapi ini memerlukan filter cahaya khusus yang hanya memancarkan gelombang dalam kisaran 0,38 ... 0,71 mikron. Ada perangkat seperti itu, tetapi tidak digunakan pada jaringan stasiun aktinometrik, tetapi mereka mengukur intensitas spektrum integral radiasi matahari. Nilai PAR dapat dihitung dari data kedatangan radiasi langsung, difus atau total menggunakan koefisien yang diusulkan oleh H. G. Tooming dan:
Qfar = 0,43 S"+0,57 H);
peta distribusi jumlah bulanan dan tahunan Far di wilayah Rusia disusun.
Untuk mengkarakterisasi tingkat penggunaan PAR oleh tanaman, efisiensi PAR digunakan:
KPIfar = (jumlahQ/ lampu depan/jumlahQ/ lampu depan) 100%,
di mana jumlahQ/ lampu depan- jumlah PAR yang dihabiskan untuk fotosintesis selama musim tanam tanaman; jumlahQ/ lampu depan- jumlah PAR yang diterima untuk tanaman selama periode ini;
Tanaman menurut nilai rata-rata CPIF dibagi menjadi beberapa kelompok (menurut): biasanya diamati - 0,5 ... 1,5%; baik-1.5...3.0; catatan - 3.5...5.0; secara teoritis mungkin - 6.0 ... 8.0%.
6. NERACA RADIASI PERMUKAAN BUMI
Selisih antara fluks energi radiasi yang masuk dan keluar disebut keseimbangan radiasi permukaan bumi (B).
Bagian masuk dari keseimbangan radiasi permukaan bumi pada siang hari terdiri dari radiasi matahari langsung dan difus, serta radiasi atmosfer. Bagian pengeluaran neraca adalah radiasi permukaan bumi dan radiasi matahari yang dipantulkan:
B= S / + D+ ea-E3-Rk
Persamaan juga dapat ditulis dalam bentuk lain: B = Q- RK - Ef.
Untuk waktu malam, persamaan keseimbangan radiasi memiliki bentuk sebagai berikut:
B \u003d Ea - E3, atau B \u003d -Eef.
Jika masukan radiasi lebih besar dari keluaran, maka keseimbangan radiasi positif dan permukaan aktif* memanas. Dengan keseimbangan negatif, itu mendingin. Di musim panas, keseimbangan radiasi positif di siang hari dan negatif di malam hari. Zero crossing terjadi pada pagi hari sekitar 1 jam setelah matahari terbit, dan pada sore hari 1-2 jam sebelum matahari terbenam.
Keseimbangan radiasi tahunan di daerah di mana lapisan salju yang stabil terbentuk memiliki nilai negatif di musim dingin, dan nilai positif di musim panas.
Keseimbangan radiasi permukaan bumi secara signifikan mempengaruhi distribusi suhu di tanah dan lapisan permukaan atmosfer, serta proses penguapan dan pencairan salju, pembentukan kabut dan salju, perubahan sifat massa udara(transformasi mereka).
Pengetahuan tentang rezim radiasi lahan pertanian memungkinkan untuk menghitung jumlah radiasi yang diserap oleh tanaman dan tanah tergantung pada ketinggian Matahari, struktur tanaman, dan fase perkembangan tanaman. Data tentang rezim juga diperlukan untuk mengevaluasi berbagai metode pengaturan suhu dan kelembaban tanah, penguapan, di mana pertumbuhan dan perkembangan tanaman, pembentukan tanaman, kuantitas dan kualitasnya bergantung.
Metode agronomi yang efektif untuk mempengaruhi radiasi dan, akibatnya, rezim termal permukaan aktif adalah mulsa (menutup tanah dengan lapisan tipis serpihan gambut, pupuk busuk, serbuk gergaji, dll.), menutupi tanah dengan bungkus plastik, dan irigasi . Semua ini mengubah kapasitas reflektif dan penyerapan permukaan aktif.
* Permukaan aktif - permukaan tanah, air atau vegetasi, yang secara langsung menyerap radiasi matahari dan atmosfer dan memancarkan radiasi ke atmosfer, sehingga mengatur rezim termal lapisan udara yang berdekatan dan lapisan tanah, air, vegetasi yang mendasarinya.
RADIASI SINAR MATAHARI
RADIASI SINAR MATAHARI- radiasi elektromagnetik dan sel-sel Matahari. Radiasi elektromagnetik merambat dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan kecepatan cahaya dan menembus atmosfer bumi. Radiasi matahari mencapai permukaan bumi dalam bentuk radiasi langsung dan difus.
Radiasi matahari adalah sumber energi utama untuk semua proses fisik dan geografis yang terjadi di permukaan bumi dan di atmosfer (lihat Insolasi). Radiasi matahari biasanya diukur dengan efek termal dan dinyatakan dalam kalori per satuan luas per satuan waktu. Secara total, Bumi menerima dari Matahari kurang dari satu dua miliar radiasinya.
Rentang spektral radiasi elektromagnetik Matahari sangat luas - dari gelombang radio hingga sinar-X - namun, intensitas maksimumnya jatuh pada bagian spektrum yang terlihat (kuning-hijau).
Ada juga bagian sel dari radiasi matahari, terutama terdiri dari proton yang bergerak dari Matahari dengan kecepatan 300-1500 km/s (angin matahari). Selama semburan matahari, partikel berenergi tinggi (terutama proton dan elektron) juga terbentuk, yang membentuk komponen matahari dari sinar kosmik.
Kontribusi energi komponen korpuskular radiasi matahari terhadap intensitas totalnya kecil dibandingkan dengan komponen elektromagnetik. Oleh karena itu, dalam beberapa aplikasi, istilah "radiasi matahari" digunakan dalam arti sempit, artinya hanya bagian elektromagnetiknya.
Jumlah radiasi matahari tergantung pada ketinggian matahari, waktu dalam setahun, dan transparansi atmosfer. Aktinometer dan pirheliometer digunakan untuk mengukur radiasi matahari. Intensitas radiasi matahari biasanya diukur dengan efek termal dan dinyatakan dalam kalori per satuan permukaan per satuan waktu.
Radiasi matahari sangat mempengaruhi Bumi hanya di siang hari, tentu saja - ketika Matahari berada di atas cakrawala. Juga, radiasi matahari sangat kuat di dekat kutub, selama hari-hari kutub, ketika Matahari berada di atas cakrawala bahkan di tengah malam. Namun, di musim dingin di tempat yang sama, Matahari tidak terbit di atas cakrawala sama sekali, dan karenanya tidak memengaruhi wilayah tersebut. Radiasi matahari tidak terhalang oleh awan, dan karena itu masih masuk ke Bumi (saat Matahari berada tepat di atas cakrawala). Radiasi matahari adalah kombinasi dari warna kuning cerah Matahari dan panas, panas juga melewati awan. Radiasi matahari ditransmisikan ke Bumi melalui radiasi, dan bukan melalui konduksi panas.
Jumlah radiasi yang diterima oleh benda langit tergantung pada jarak antara planet dan bintang - dengan bertambahnya jarak, jumlah radiasi yang datang dari bintang ke planet berkurang dengan faktor empat (sebanding dengan kuadrat jarak antara planet dan bintang). Dengan demikian, bahkan perubahan kecil dalam jarak antara planet dan bintang (tergantung pada eksentrisitas orbit) menyebabkan perubahan signifikan dalam jumlah radiasi yang memasuki planet. Eksentrisitas orbit Bumi juga tidak konstan - selama ribuan tahun, ia berubah, secara berkala membentuk lingkaran yang hampir sempurna, kadang-kadang eksentrisitas mencapai 5% (saat ini 1,67%), yaitu, pada perihelion, Bumi saat ini menerima 1,033 lebih banyak radiasi matahari daripada di aphelion, dan dengan eksentrisitas terbesar - lebih dari 1,1 kali. Namun, jumlah radiasi matahari yang masuk jauh lebih tergantung pada perubahan musim - saat ini, jumlah total radiasi matahari yang memasuki Bumi praktis tidak berubah, tetapi pada garis lintang 65 N.Sh (garis lintang kota-kota utara Rusia, Kanada) di musim panas jumlah radiasi matahari yang masuk lebih dari 25% lebih banyak daripada di musim dingin. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa Bumi miring pada sudut 23,3 derajat terhadap Matahari. Perubahan musim dingin dan musim panas saling mengimbangi, namun demikian, seiring dengan meningkatnya garis lintang lokasi pengamatan, jarak antara musim dingin dan musim panas menjadi semakin lebar, sehingga tidak ada perbedaan antara musim dingin dan musim panas di khatulistiwa. Di luar Lingkaran Arktik, di musim panas, masuknya radiasi matahari sangat tinggi, dan di musim dingin sangat kecil. Ini membentuk iklim di Bumi. Selain itu, perubahan periodik dalam eksentrisitas orbit Bumi dapat menyebabkan munculnya zaman geologis yang berbeda: misalnya,
Energi yang dipancarkan matahari disebut radiasi matahari. Saat mencapai Bumi, sebagian besar radiasi matahari diubah menjadi panas.
Radiasi matahari praktis merupakan satu-satunya sumber energi bagi Bumi dan atmosfer. Dibandingkan dengan energi matahari, pentingnya sumber energi lain bagi Bumi dapat diabaikan. Misalnya, suhu Bumi, rata-rata, meningkat dengan kedalaman (sekitar 1 ° C untuk setiap 35 m). Karena ini, permukaan bumi menerima panas dari bagian dalam. Diperkirakan rata-rata 1 cm 2 permukaan bumi menerima sekitar 220 J per tahun dari bagian dalam bumi. Jumlah ini 5000 kali lebih kecil dari panas yang diterima dari Matahari. Bumi menerima sejumlah panas dari bintang dan planet, tetapi bahkan berkali-kali (sekitar 30 juta) lebih sedikit daripada panas yang datang dari Matahari.
Jumlah energi yang dikirim oleh Matahari ke Bumi sangat besar. Dengan demikian, kekuatan fluks radiasi matahari yang memasuki area 10 km 2 adalah 7-9 kW di musim panas yang tidak berawan (dengan mempertimbangkan melemahnya atmosfer). Ini melebihi kapasitas HPP Krasnoyarsk. Jumlah energi radiasi yang datang dari Matahari dalam 1 detik ke area 15x15 km (ini lebih kecil dari luas Leningrad) pada sekitar tengah hari di musim panas melebihi kapasitas semua pembangkit listrik Uni Soviet yang runtuh ( 166 juta kW).
Gambar 1 - Matahari adalah sumber radiasi
> Jenis radiasi matahari
Di atmosfer, radiasi matahari dalam perjalanannya ke permukaan bumi sebagian diserap, dan sebagian tersebar dan dipantulkan dari awan dan permukaan bumi. Tiga jenis radiasi matahari diamati di atmosfer: langsung, difus, dan total.
radiasi matahari langsung- radiasi yang datang ke permukaan bumi langsung dari piringan matahari. Radiasi matahari merambat dari Matahari ke segala arah. Tetapi jarak dari Bumi ke Matahari begitu besar sehingga radiasi langsung jatuh pada permukaan mana pun di Bumi dalam bentuk seberkas sinar paralel yang seolah-olah memancar dari tak terhingga. Bahkan keseluruhan bumi secara umum, jaraknya sangat kecil dibandingkan dengan Matahari sehingga semua radiasi matahari yang jatuh padanya dapat dianggap sebagai berkas sinar sejajar tanpa kesalahan yang berarti.
Hanya radiasi langsung yang mencapai batas atas atmosfer. Sekitar 30% dari insiden radiasi di Bumi dipantulkan ke luar angkasa. Oksigen, nitrogen, ozon, karbon dioksida, uap air (awan) dan partikel aerosol menyerap 23% radiasi matahari langsung di atmosfer. Ozon menyerap sinar ultraviolet dan sinar tampak. Terlepas dari kenyataan bahwa kandungannya di udara sangat kecil, ia menyerap semua radiasi ultraviolet (sekitar 3%). Dengan demikian, tidak diamati sama sekali di dekat permukaan bumi, yang sangat penting bagi kehidupan di Bumi.
Radiasi matahari langsung dalam perjalanannya melalui atmosfer juga tersebar. Partikel (tetesan, kristal, atau molekul) udara, yang berada di jalur gelombang elektromagnetik, terus-menerus "mengambil" energi dari gelombang datang dan memancarkannya kembali ke segala arah, menjadi pemancar energi.
Sekitar 25% energi dari total fluks radiasi matahari yang melewati atmosfer dihamburkan oleh molekul gas atmosfer dan aerosol dan diubah di atmosfer menjadi radiasi matahari difus. Lewat sini radiasi matahari yang tersebar- radiasi matahari yang telah mengalami hamburan di atmosfer. Radiasi yang tersebar datang ke permukaan bumi bukan dari piringan matahari, tetapi dari seluruh cakrawala. Radiasi hamburan berbeda dari radiasi langsung dalam komposisi spektralnya, karena sinar dengan panjang gelombang yang berbeda dihamburkan ke derajat yang berbeda.
Karena sumber utama radiasi difus adalah radiasi matahari langsung, fluks radiasi difus bergantung pada faktor yang sama yang mempengaruhi fluks radiasi langsung. Secara khusus, fluks radiasi yang tersebar meningkat dengan meningkatnya ketinggian Matahari dan sebaliknya. Ini juga meningkat dengan peningkatan jumlah partikel hamburan di atmosfer, yaitu. dengan penurunan transparansi atmosfer, dan menurun dengan ketinggian di atas permukaan laut karena penurunan jumlah partikel hamburan di lapisan atmosfer di atasnya. Kekeruhan dan tutupan salju memiliki pengaruh yang sangat besar pada radiasi difus, yang, karena hamburan dan refleksi dari insiden radiasi langsung dan difus pada mereka dan hamburan kembali mereka di atmosfer, dapat meningkatkan radiasi matahari difus beberapa kali.
Radiasi hamburan secara signifikan melengkapi radiasi matahari langsung dan secara signifikan meningkatkan aliran energi matahari ke permukaan bumi. Perannya sangat besar di musim dingin di lintang tinggi dan di daerah lain dengan kekeruhan tinggi, di mana fraksi radiasi yang tersebar dapat melebihi fraksi radiasi langsung. Misalnya, dalam jumlah tahunan energi matahari, radiasi tersebar menyumbang 56% di Arkhangelsk dan 51% di St. Petersburg.
Radiasi matahari total adalah jumlah fluks radiasi langsung dan difus yang tiba di permukaan horizontal. Sebelum matahari terbit dan setelah matahari terbenam, serta di siang hari dengan kekeruhan yang terus-menerus, total radiasi sepenuhnya, dan pada ketinggian rendah Matahari sebagian besar terdiri dari radiasi yang tersebar. Di langit yang tidak berawan atau sedikit berawan, dengan peningkatan ketinggian Matahari, proporsi radiasi langsung dalam komposisi total meningkat dengan cepat dan pada siang hari fluksnya berkali-kali lebih besar daripada fluks radiasi yang tersebar. Kekeruhan rata-rata melemahkan radiasi total (sebesar 20-30%), namun, dengan kekeruhan parsial yang tidak menutupi piringan matahari, fluksnya mungkin lebih besar dibandingkan dengan langit yang tidak berawan. Penutup salju secara signifikan meningkatkan fluks radiasi total dengan meningkatkan fluks radiasi yang tersebar.
Radiasi total yang jatuh di permukaan bumi sebagian besar diserap oleh lapisan atas tanah atau lapisan air yang lebih tebal (radiasi yang diserap) dan berubah menjadi panas, dan sebagian dipantulkan (radiasi pantul).
Semua jenis sinar matahari mencapai permukaan bumi dalam tiga cara - dalam bentuk radiasi matahari langsung, terpantul dan menyebar.
radiasi matahari langsung adalah sinar yang datang langsung dari matahari. Intensitasnya (efisiensi) tergantung pada ketinggian matahari di atas cakrawala: maksimum diamati pada siang hari, dan minimum - di pagi dan sore hari; dari waktu tahun: maksimum - di musim panas, minimum - di musim dingin; dari ketinggian medan di atas permukaan laut (lebih tinggi di pegunungan daripada di dataran); pada keadaan atmosfer (polusi udara menguranginya). Spektrum radiasi matahari juga tergantung pada ketinggian matahari di atas cakrawala (semakin rendah matahari di atas cakrawala, semakin sedikit sinar ultraviolet).
radiasi matahari yang dipantulkan- Ini adalah sinar matahari yang dipantulkan oleh bumi atau permukaan air. Ini dinyatakan sebagai persentase sinar pantul terhadap fluks totalnya dan disebut albedo. Nilai albedo tergantung pada sifat permukaan pantul. Saat mengatur dan melakukan berjemur, perlu untuk mengetahui dan memperhitungkan albedo permukaan tempat berjemur dilakukan. Beberapa dari mereka dicirikan oleh reflektifitas selektif. Salju sepenuhnya memantulkan sinar inframerah, dan sinar ultraviolet pada tingkat yang lebih rendah.
radiasi matahari yang tersebar terbentuk sebagai akibat dari hamburan sinar matahari di atmosfer. Molekul dan partikel udara yang tersuspensi di dalamnya (tetesan air terkecil, kristal es, dll.), yang disebut aerosol, memantulkan sebagian sinar. Sebagai hasil dari beberapa refleksi, beberapa dari mereka masih mencapai permukaan bumi; Ini adalah sinar matahari yang tersebar. Sebagian besar sinar ultraviolet, violet dan biru tersebar, yang menentukan warna biru langit dalam cuaca cerah. Proporsi sinar yang tersebar besar di lintang tinggi (di wilayah utara). Di sana matahari berada rendah di atas cakrawala, dan karena itu jalur sinar ke permukaan bumi lebih panjang. Di jalan yang panjang, sinar bertemu lebih banyak rintangan dan menyebar ke tingkat yang lebih besar.
(http://new-med-blog.livejournal.com/204
Radiasi matahari total- semua radiasi matahari langsung dan menyebar yang memasuki permukaan bumi. Radiasi matahari total dicirikan oleh intensitas. Dengan langit tak berawan, total radiasi matahari memiliki nilai maksimum sekitar tengah hari, dan sepanjang tahun - di musim panas.
Keseimbangan radiasi
Neraca radiasi permukaan bumi adalah selisih antara total radiasi matahari yang diserap oleh permukaan bumi dengan radiasi efektifnya. Untuk permukaan bumi
- bagian masuk adalah radiasi matahari langsung dan hamburan yang diserap, serta radiasi tandingan atmosfer yang diserap;
- bagian pengeluaran terdiri dari kehilangan panas karena radiasi sendiri dari permukaan bumi.
Keseimbangan radiasi dapat positif(siang hari, musim panas) dan negatif(di malam hari, di musim dingin); diukur dalam kW/sq.m/min.
Neraca radiasi permukaan bumi merupakan komponen terpenting dari neraca panas permukaan bumi; salah satu faktor pembentuk iklim utama.
Keseimbangan termal permukaan bumi- jumlah aljabar dari semua jenis masukan dan keluaran panas di permukaan darat dan laut. Sifat keseimbangan panas dan tingkat energinya menentukan fitur dan intensitas sebagian besar proses eksogen. Komponen utama neraca panas laut adalah:
- keseimbangan radiasi;
- konsumsi panas untuk penguapan;
- pertukaran panas turbulen antara permukaan laut dan atmosfer;
- pertukaran panas turbulen vertikal dari permukaan laut dengan lapisan di bawahnya; Dan
- adveksi samudera horizontal.
(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi?RQgkog.outt:p!hgrgtx!nlstup!vuilw)tux yo)
Pengukuran radiasi matahari.
Aktinometer dan pirheliometer digunakan untuk mengukur radiasi matahari. Intensitas radiasi matahari biasanya diukur dengan efek termal dan dinyatakan dalam kalori per satuan permukaan per satuan waktu.
(http://www.ecosystema.ru/07referats/slo vgeo/967.htm)
Pengukuran intensitas radiasi matahari dilakukan dengan piranometer Yanishevsky lengkap dengan galvanometer atau potensiometer.
Saat mengukur radiasi matahari total, piranometer dipasang tanpa layar bayangan, sedangkan saat mengukur radiasi hambur, dengan layar bayangan. Radiasi matahari langsung dihitung sebagai selisih antara radiasi total dan radiasi hamburan.
Saat menentukan intensitas radiasi matahari yang terjadi di pagar, piranometer dipasang di atasnya sehingga permukaan perangkat yang dirasakan benar-benar sejajar dengan permukaan pagar. Dengan tidak adanya perekaman radiasi otomatis, pengukuran harus dilakukan setelah 30 menit antara matahari terbit dan terbenam.
Radiasi yang jatuh pada permukaan pagar tidak sepenuhnya terserap. Tergantung pada tekstur dan warna pagar, beberapa sinar dipantulkan. Rasio radiasi yang dipantulkan terhadap radiasi yang datang, dinyatakan sebagai persentase, disebut albedo permukaan dan diukur dengan P.K. Kalitina lengkap dengan galvanometer atau potensiometer.
Untuk akurasi yang lebih besar, pengamatan harus dilakukan di langit yang cerah dan dengan penyinaran matahari yang intens dari pagar.
(http://www.constructioncheck.ru/default.a spx?textpage=5)
