Tendo comprimentos diferentes. Assim, alguns se apresentam na forma de luz, outros - na forma de trazer calor, e ainda outros são todo um grupo de raios invisíveis ao olho humano (ondas de rádio, ultravioleta, raios X).
As ondas de rádio de curto alcance e a luz visível viajam melhor através da atmosfera da Terra. e os raios X são absorvidos pelo envelope de ar. Na fronteira, a intensidade da radiação solar é constante e equivale a 1,35 kW/m2.
O sol é o único calor do planeta. A radiação dispersa e direta são os principais tipos de radiação solar. Os raios que passam pelas camadas existentes da atmosfera os aquecem em pequena extensão. A radiação solar que atinge a superfície da Terra, que não é espalhada ou absorvida no envelope de ar, é chamada de direta. A intensidade desta radiação no território depende do terreno: em direção aos pólos do equador terrestre, o fluxo diminui, a intensidade diminui, principalmente com o aumento da nebulosidade e a diminuição da transparência da atmosfera.
Devido ao fato de o ar conter pequenas partículas de poeira, gotículas de água, partículas de sais, cristais, raios individuais vindos da estrela, encontrando esses obstáculos, são espalhados. Essa radiação solar é chamada de espalhada. Cerca de 25% do fluxo total de raios absorvidos se transforma nele. Em um dia sem nuvens, a radiação espalhada é de 0,07 kW/m2, em tempo nublado e nublado - 0,5 kW/m2. Com a diminuição da altitude do solstício, o aumento da nebulosidade e a diminuição da transparência atmosférica, a proporção dessa radiação aumenta. Estudos mostram que em baixas latitudes a proporção de radiação espalhada é significativamente menor do que em latitudes moderadas e altas. A luz ambiente natural em um dia nublado é fornecida inteiramente por esses raios.
A radiação solar total é composta por toda radiação difusa e direta que atinge a Terra. Sua quantidade depende de vários fatores, entre eles a duração do dia, a transparência do ângulo de incidência dos raios e a nebulosidade da atmosfera. Então, em latitudes tropicais os indicadores anuais de radiação total são de cerca de 200 kcal/cm2, na zona polar - cerca de 50 kcal/cm2.
Uma pequena quantidade de radiação solar é absorvida por impurezas e moléculas de gases atmosféricos. Nesse caso, a radiação que incide sobre a Terra é parcialmente absorvida pela superfície do planeta e parcialmente refletida, voltando para a atmosfera.
Existe uma quantidade que caracteriza a relação entre a radiação refletida e aquela incidente na superfície da Terra - o albedo. Este indicador é expresso em percentagem. Deve-se notar que o valor do albedo cobre uma faixa bastante ampla e depende do território. Assim, para a estepe e a floresta, esse número é de cerca de 13%, e na cobertura de neve fresca aumenta para 90%. Existe uma dependência significativa do albedo da superfície da água no ângulo de incidência dos raios. Com radiação solar direta e alta altitude Quando o sol está parado, o valor deste indicador é de cerca de 3-4%, em posição baixa - quase 100%. Para radiação espalhada, o albedo é de cerca de 8 a 10%. Nesse caso, praticamente não há dependência da altura do solstício.
Como vocês sabem, a luz do Sol é a fonte da vida na Terra, tendo impacto direto no corpo humano, no estado térmico, nos processos metabólicos, na atividade funcional de sistemas e órgãos, etc.
A intensidade da radiação ultravioleta que atinge a superfície também depende da altura do solstício. Quando a altitude do Sol é inferior a 25%, a radiação UV, a mais biologicamente ativa, não atinge a Terra.
AULA 2.
RADIAÇÃO SOLAR.
Plano:
1. A importância da radiação solar para a vida na Terra.
2. Tipos de radiação solar.
3. Composição espectral da radiação solar.
4. Absorção e dispersão de radiação.
5.PAR (radiação fotossinteticamente ativa).
6. Balanço de radiação.
1. A principal fonte de energia na Terra para todos os seres vivos (plantas, animais e humanos) é a energia do sol.
O Sol é uma bola de gás com raio de 695.300 km. O raio do Sol é 109 vezes maior que o raio da Terra (equatorial 6.378,2 km, polar 6.356,8 km). O sol é composto principalmente de hidrogênio (64%) e hélio (32%). O restante representa apenas 4% de sua massa.
A energia solar é a principal condição de existência da biosfera e um dos principais fatores formadores do clima. Devido à energia do Sol, as massas de ar na atmosfera se movem continuamente, o que garante a constância da composição gasosa da atmosfera. Sob a influência da radiação solar, uma grande quantidade de água evapora da superfície dos reservatórios, do solo e das plantas. O vapor d’água transportado pelo vento dos oceanos e mares para os continentes é a principal fonte de precipitação para a terra.
A energia solar é condição indispensável para a existência de plantas verdes, que convertem a energia solar em substâncias orgânicas de alta energia através do processo de fotossíntese.
O crescimento e desenvolvimento das plantas é um processo de assimilação e processamento da energia solar, portanto a produção agrícola só é possível se a energia solar atingir a superfície da Terra. Um cientista russo escreveu: “Dê ao melhor cozinheiro tanto ar fresco, luz solar e um rio inteiro quanto ele quiser”. água limpa, peça a ele que prepare açúcar, amido, gorduras e grãos com tudo isso, e ele vai pensar que você está rindo dele. Mas o que parece absolutamente fantástico para uma pessoa ocorre livremente nas folhas verdes das plantas sob a influência da energia do Sol.” Estima-se que 1 m². Um metro de folhas produz um grama de açúcar por hora. Devido ao fato de a Terra estar rodeada por uma concha contínua da atmosfera, os raios solares, antes de atingirem a superfície terrestre, passam por toda a espessura da atmosfera, que os reflete parcialmente e parcialmente os dispersa, ou seja, muda a quantidade e a qualidade da luz solar que chega à superfície da Terra. Os organismos vivos reagem com sensibilidade às mudanças na intensidade da iluminação criada pela radiação solar. Devido às diferentes reações à intensidade da luz, todas as formas de vegetação são divididas em amantes da luz e tolerantes à sombra. A iluminação insuficiente nas culturas provoca, por exemplo, uma fraca diferenciação dos tecidos da palha das culturas de cereais. Como resultado, a resistência e a elasticidade dos tecidos diminuem, o que muitas vezes leva ao acamamento das colheitas. Nas lavouras densas de milho, devido à baixa radiação solar, a formação de espigas nas plantas é fragilizada.
Radiação solar afeta composição química produtos agrícolas. Por exemplo, o teor de açúcar na beterraba e nas frutas, o teor de proteína nos grãos de trigo dependem diretamente do número de dias ensolarados. A quantidade de óleo nas sementes de girassol e linhaça também aumenta com o aumento da radiação solar.
A iluminação das partes aéreas das plantas afeta significativamente a absorção de nutrientes pelas raízes. Em condições de pouca luz, a transferência de assimilados para as raízes fica mais lenta e, como resultado, os processos biossintéticos que ocorrem nas células vegetais são inibidos.
A iluminação também afeta o aparecimento, propagação e desenvolvimento de doenças nas plantas. O período de infecção consiste em duas fases que diferem na reação ao fator luz. A primeira delas - a própria germinação dos esporos e a penetração do princípio infeccioso nos tecidos da cultura afetada - na maioria dos casos independe da presença e intensidade da luz. O segundo - após a germinação dos esporos - é mais ativo sob maior iluminação.
O efeito positivo da luz também afeta a taxa de desenvolvimento do patógeno na planta hospedeira. Isto é especialmente evidente em fungos de ferrugem. Quanto mais luz, menor o período de incubação da ferrugem linear do trigo, da ferrugem amarela da cevada, da ferrugem do linho e do feijão, etc. E isso aumenta o número de gerações do fungo e aumenta a intensidade dos danos. A fertilidade aumenta neste patógeno sob condições de iluminação intensa
Algumas doenças desenvolvem-se mais ativamente com iluminação insuficiente, o que causa enfraquecimento das plantas e diminuição da sua resistência às doenças (patógenos de vários tipos de podridão, especialmente hortaliças).
Duração da luz e plantas. O ritmo da radiação solar (alternância das partes claras e escuras do dia) é o fator ambiental mais estável que se repete ano a ano. Como resultado de muitos anos de pesquisa, os fisiologistas estabeleceram a dependência da transição das plantas para o desenvolvimento generativo de uma certa proporção entre a duração do dia e da noite. A este respeito, as culturas podem ser classificadas em grupos de acordo com a sua reação fotoperiódica: dia curto cujo desenvolvimento é retardado quando a duração do dia é superior a 10 horas. Um dia curto promove o início da floração, enquanto um dia longo evita isso. Tais culturas incluem soja, arroz, milho, sorgo, milho, etc.;
longo dia até 12-13 horas, necessitando de iluminação prolongada para seu desenvolvimento. Seu desenvolvimento acelera quando a duração do dia é de cerca de 20 horas.Essas culturas incluem centeio, aveia, trigo, linho, ervilha, espinafre, trevo, etc.;
duração do dia neutra, cujo desenvolvimento independe da duração do dia, por exemplo, tomate, trigo sarraceno, legumes, ruibarbo.
Foi estabelecido que para o início da floração das plantas é necessária a predominância de uma determinada composição espectral no fluxo radiante. As plantas de dias curtos desenvolvem-se mais rapidamente quando a radiação máxima incide sobre os raios azul-violeta e as plantas de dias longos - sobre os vermelhos. A duração das horas do dia (duração astronômica do dia) depende da época do ano e latitude geográfica. No equador, a duração do dia ao longo do ano é de 12 horas ± 30 minutos. À medida que você se move do equador para os pólos após o equinócio da primavera (21/03), a duração do dia aumenta para o norte e diminui para o sul. Após o equinócio de outono (23 de setembro), a distribuição da duração do dia é invertida. No Hemisfério Norte, 22 de junho é o dia mais longo, cuja duração é de 24 horas ao norte do Círculo Polar Ártico. O dia mais curto no Hemisfério Norte é 22 de dezembro, e além do Círculo Polar Ártico nos meses de inverno o Sol não nasce acima do horizonte. Nas latitudes médias, por exemplo em Moscou, a duração do dia varia ao longo do ano de 7 a 17,5 horas.
2. Tipos de radiação solar.
A radiação solar consiste em três componentes: radiação solar direta, difusa e total.
RADIAÇÃO SOLAR DIRETAS- radiação vinda do Sol para a atmosfera e depois para a superfície da Terra na forma de um feixe de raios paralelos. Sua intensidade é medida em calorias por cm2 por minuto. Depende da altura do sol e do estado da atmosfera (turbidez, poeira, vapor d'água). A quantidade anual de radiação solar direta na superfície horizontal do Território de Stavropol é de 65-76 kcal/cm2/min. Ao nível do mar em posição alta Sol (verão, meio-dia) e boa transparência, a radiação solar direta é de 1,5 kcal/cm2/min. Esta é a parte do espectro de comprimento de onda curto. Quando o fluxo de radiação solar direta passa pela atmosfera, ele enfraquece devido à absorção (cerca de 15%) e dissipação (cerca de 25%) de energia por gases, aerossóis e nuvens.
O fluxo de radiação solar direta que incide sobre uma superfície horizontal é chamado de insolação S= S pecado ei– componente vertical da radiação solar direta.
S – a quantidade de calor recebida por uma superfície perpendicular à viga ,
ei – a altura do Sol, ou seja, o ângulo formado por um raio solar com uma superfície horizontal .
No limite da atmosfera, a intensidade da radiação solar éEntão= 1,98 kcal/cm2/min. – de acordo com o acordo internacional de 1958 E é chamada de constante solar. É assim que pareceria a superfície se a atmosfera fosse absolutamente transparente.
Arroz. 2.1. Trajeto de um raio solar na atmosfera em diferentes alturas do Sol
RADIAÇÃO DISPERSAD – Como resultado do espalhamento pela atmosfera, parte da radiação solar volta para o espaço, mas uma parte significativa dela chega à Terra na forma de radiação espalhada. Radiação espalhada máxima + 1 kcal/cm2/min. Marcado quando céu limpo, se houver nuvens altas. Sob céu nublado, o espectro da radiação espalhada é semelhante ao do sol. Esta é a parte do espectro de comprimento de onda curto. Comprimento de onda 0,17-4 mícrons.
RADIAÇÃO TOTALP- consiste em radiação difusa e direta sobre uma superfície horizontal. P= S+ D.
A relação entre a radiação direta e difusa na composição da radiação total depende da altura do Sol, da nebulosidade e da poluição atmosférica, e da altura da superfície acima do nível do mar. À medida que a altura do Sol aumenta, a proporção de radiação espalhada num céu sem nuvens diminui. Quanto mais transparente for a atmosfera e quanto mais alto estiver o Sol, menor será a proporção de radiação espalhada. Com nuvens densas contínuas, a radiação total consiste inteiramente em radiação espalhada. No inverno, devido ao reflexo da radiação da cobertura de neve e à sua dispersão secundária na atmosfera, a participação da radiação espalhada na radiação total aumenta sensivelmente.
A luz e o calor recebidos pelas plantas do Sol são o resultado da radiação solar total. Portanto, dados sobre a quantidade de radiação recebida pela superfície por dia, mês, estação de cultivo, ano são de grande importância para a agricultura.
Radiação solar refletida. Albedo. A radiação total que atingiu superfície da Terra, parcialmente refletido dele, cria radiação solar refletida (RK), direcionada da superfície da Terra para a atmosfera. O valor da radiação refletida depende em grande parte das propriedades e condições da superfície refletora: cor, rugosidade, umidade, etc. A refletividade de qualquer superfície pode ser caracterizada pelo valor de seu albedo (Ak), que é entendido como a razão de radiação solar refletida para o total. Albedo é geralmente expresso como uma porcentagem:
As observações mostram que o albedo de várias superfícies varia dentro de limites relativamente estreitos (10...30%), com exceção da neve e da água.
O albedo depende da umidade do solo, com aumento e diminuição, o que é importante no processo de mudança do regime térmico dos campos irrigados. Devido à diminuição do albedo quando o solo é umedecido, a radiação absorvida aumenta. O albedo de diversas superfícies tem uma variação diária e anual bem definida, devido à dependência do albedo da altura do Sol. O menor valor de albedo é observado por volta do meio-dia e durante todo o ano - no verão.
A própria radiação da Terra e a contra-radiação da atmosfera. Radiação eficaz. A superfície da Terra como um corpo físico com uma temperatura mais elevada zero absoluto(-273 °C), é uma fonte de radiação, que é chamada de radiação da própria Terra (E3). É direcionado para a atmosfera e é quase totalmente absorvido pelo vapor d'água, gotículas de água e dióxido de carbono contidos no ar. A radiação da Terra depende da temperatura de sua superfície.
A atmosfera, absorvendo uma pequena quantidade de radiação solar e quase toda a energia emitida pela superfície terrestre, aquece e, por sua vez, também emite energia. Cerca de 30% da radiação atmosférica vai para o espaço sideral e cerca de 70% chega à superfície da Terra e é chamada de radiação contra-atmosférica (Ea).
A quantidade de energia emitida pela atmosfera é diretamente proporcional à sua temperatura, dióxido de carbono, ozônio e nebulosidade.
A superfície da Terra absorve quase inteiramente esta contra-radiação (90...99%). Assim, é uma importante fonte de calor para a superfície terrestre além da radiação solar absorvida. Essa influência da atmosfera no regime térmico da Terra é chamada de efeito estufa ou efeito estufa devido à analogia externa com o efeito do vidro em estufas e estufas. O vidro transmite bem os raios solares, aquecendo o solo e as plantas, mas bloqueia a radiação térmica do solo e das plantas aquecidos.
A diferença entre a radiação da própria superfície da Terra e a contra-radiação da atmosfera é chamada de radiação efetiva: Eeff.
Efe = E3-EA
Em noites claras e parcialmente nubladas, a radiação efetiva é muito maior do que em noites nubladas e, portanto, o resfriamento noturno da superfície terrestre é maior. Durante o dia, é coberto pela radiação total absorvida, com o que a temperatura da superfície aumenta. Ao mesmo tempo, a radiação efetiva também aumenta. A superfície da Terra em latitudes médias perde 70...140 W/m2 devido à radiação efetiva, que é aproximadamente metade da quantidade de calor que recebe da absorção da radiação solar.
3. Composição espectral da radiação.
O sol, como fonte de radiação, possui uma variedade de ondas emitidas. Os fluxos de energia radiante de acordo com o comprimento de onda são convencionalmente divididos em ondas curtas (X < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 µm) radiação. O espectro da radiação solar na fronteira da atmosfera terrestre situa-se praticamente entre comprimentos de onda de 0,17 e 4 mícrons, e o da radiação terrestre e atmosférica - de 4 a 120 mícrons. Portanto os fios radiação solar(S, D, RK) pertencem à radiação de ondas curtas, e a radiação da Terra (£3) e da atmosfera (Ea) pertence à radiação de ondas longas.
O espectro da radiação solar pode ser dividido em três partes qualitativamente diferentes: ultravioleta (Y< 0,40 мкм), видимую (0,40 мкм < Y < 0,75 µm) e infravermelho (0,76 µm < S < 4 µm). Antes da parte ultravioleta do espectro de radiação solar encontra-se a radiação de raios X, e além da parte infravermelha encontra-se a emissão de rádio do Sol. No limite superior da atmosfera, a parte ultravioleta do espectro representa cerca de 7% da energia da radiação solar, 46% para a visível e 47% para a infravermelha.
A radiação emitida pela Terra e pela atmosfera é chamada radiação infravermelha distante.
Efeito biológico tipos diferentes a radiação nas plantas varia. Radiação ultravioleta retarda os processos de crescimento, mas acelera a passagem dos estágios de formação dos órgãos reprodutivos nas plantas.
Significado da radiação infravermelha, que é ativamente absorvido pela água das folhas e caules das plantas, é o seu efeito térmico, que afeta significativamente o crescimento e desenvolvimento das plantas.
Radiação infravermelha distante produz apenas um efeito térmico nas plantas. Sua influência no crescimento e desenvolvimento das plantas é insignificante.
Parte visível do espectro solar, em primeiro lugar, cria iluminação. Em segundo lugar, a chamada radiação fisiológica (A, = 0,35...0,75 μm), que é absorvida pelos pigmentos foliares, quase coincide com a região da radiação visível (capturando parcialmente a região da radiação ultravioleta). Sua energia tem um importante significado regulatório e energético na vida vegetal. Dentro desta parte do espectro, distingue-se uma região de radiação fotossinteticamente ativa.
4. Absorção e dispersão de radiação na atmosfera.
Passando através atmosfera da Terra, a radiação solar é atenuada devido à absorção e dispersão por gases atmosféricos e aerossóis. Ao mesmo tempo, sua composição espectral também muda. Com diferentes alturas do Sol e diferentes alturas do ponto de observação acima da superfície terrestre, o comprimento do caminho percorrido por um raio solar na atmosfera não é o mesmo. À medida que a altitude diminui, a parte ultravioleta da radiação diminui de forma especialmente forte, a parte visível diminui um pouco menos e a parte infravermelha diminui apenas ligeiramente.
A dispersão da radiação na atmosfera ocorre principalmente como resultado de flutuações contínuas (flutuações) na densidade do ar em cada ponto da atmosfera, causadas pela formação e destruição de certos “aglomerados” (aglomerados) de moléculas de gases atmosféricos. A radiação solar também é espalhada por partículas de aerossol. A intensidade de espalhamento é caracterizada pelo coeficiente de espalhamento.
K = adicionar fórmula.
A intensidade do espalhamento depende do número de partículas espalhadas por unidade de volume, do seu tamanho e natureza, bem como dos comprimentos de onda da própria radiação espalhada.
Quanto menor o comprimento de onda, mais fortemente os raios são espalhados. Por exemplo, os raios violetas se espalham 14 vezes mais fortemente que os vermelhos, o que explica a cor azul do céu. Conforme observado acima (ver Seção 2.2), a radiação solar direta, que passa pela atmosfera, é parcialmente dispersa. No ar limpo e seco, a intensidade do coeficiente de dispersão molecular obedece à lei de Rayleigh:
k = c/S4 ,
onde C é um coeficiente que depende do número de moléculas de gás por unidade de volume; X é o comprimento da onda espalhada.
Como os comprimentos de onda distantes da luz vermelha são quase o dobro do comprimento de onda da luz violeta, os primeiros são espalhados pelas moléculas de ar 14 vezes menos que os últimos. Como a energia inicial (antes da dispersão) dos raios violetas é menor que a dos raios azuis e ciano, a energia máxima da luz espalhada (radiação solar dispersa) muda para os raios azul-azulados, o que determina a cor azul do céu. Assim, a radiação espalhada é mais rica em raios fotossinteticamente ativos do que a radiação direta.
No ar contendo impurezas (pequenas gotículas de água, cristais de gelo, partículas de poeira, etc.), a dispersão é a mesma para todas as áreas de radiação visível. Portanto, o céu fica com uma tonalidade esbranquiçada (aparece neblina). Os elementos da nuvem (gotículas grandes e cristais) não dispersam os raios solares, mas os refletem difusamente. Como resultado, as nuvens iluminadas pelo Sol parecem brancas.
5. PAR (radiação fotossinteticamente ativa)
Radiação fotossinteticamente ativa. No processo de fotossíntese, nem todo o espectro da radiação solar é utilizado, mas apenas o seu
parte localizada na faixa de comprimento de onda 0,38...0,71 µm - radiação fotossinteticamente ativa (PAR).
Sabe-se que a radiação visível, percebida pelo olho humano como branca, é composta por raios coloridos: vermelho, laranja, amarelo, verde, azul, índigo e violeta.
A absorção da energia da radiação solar pelas folhas das plantas é seletiva. As folhas absorvem mais intensamente os raios azul-violeta (X = 0,48...0,40 µm) e vermelho-alaranjado (X = 0,68 µm), menos - verde-amarelo (A. = 0,58...0,50 µm) e vermelho extremo ( A. > 0,69 µm) raios.
Na superfície terrestre, a energia máxima do espectro da radiação solar direta, quando o Sol está alto, cai na região dos raios verde-amarelos (o disco solar é amarelo). Quando o Sol está localizado próximo ao horizonte, os raios vermelhos distantes têm energia máxima (o disco solar é vermelho). Portanto, a energia da luz solar direta contribui pouco para o processo de fotossíntese.
Como o PAR é um dos os fatores mais importantes produtividade das plantas agrícolas, a informação sobre a quantidade de PAR recebida, tendo em conta a sua distribuição no território e no tempo, são de grande importância prática.
A intensidade do phased array pode ser medida, mas isso requer filtros especiais que transmitem apenas ondas na faixa de 0,38 a 0,71 mícrons. Tais dispositivos existem, mas não são utilizados na rede de estações actinométricas, pois medem a intensidade do espectro integral da radiação solar. O valor PAR pode ser calculado a partir de dados de chegada de radiação direta, difusa ou total utilizando os coeficientes propostos por X. G. Tooming e:
Qfar = 0,43 S"+0,57 D);
foram compilados mapas da distribuição dos valores mensais e anuais de Fara no território da Rússia.
Para caracterizar o grau de utilização do PAR pelas culturas, utiliza-se o coeficiente de utilização útil do PAR:
KPIfar= (valorP/ faróis/quantidadeP/ faróis) 100%,
Onde somaP/ faróis- a quantidade de PAR gasta na fotossíntese durante a estação de crescimento das plantas; somaP/ faróis- o valor do PAR recebido pelas culturas durante este período;
As culturas de acordo com os seus valores médios de KPIFAr são divididas em grupos (por): normalmente observados - 0,5...1,5%; bom - 1,5...3,0; registro - 3,5...5,0; teoricamente possível - 6,0...8,0%.
6. BALANÇO DE RADIAÇÃO DA SUPERFÍCIE DA TERRA
A diferença entre os fluxos de entrada e saída de energia radiante é chamada de balanço de radiação da superfície terrestre (B).
A parte que entra no balanço de radiação da superfície terrestre durante o dia consiste em radiação solar direta e espalhada, bem como radiação atmosférica. A parte de despesas do saldo é a radiação da superfície terrestre e a radiação solar refletida:
B= S / + D+ Ea-E3-Rk
A equação pode ser escrita de outra forma: B = P- R.K. - Ef.
Para o período noturno, a equação do balanço de radiação tem a seguinte forma:
B = Ea - E3, ou B = -Eeff.
Se o fluxo de entrada de radiação for maior que o fluxo de saída, então o balanço de radiação é positivo e a superfície ativa* aquece. Quando o saldo é negativo, ele esfria. No verão, o balanço de radiação é positivo durante o dia e negativo à noite. A passagem zero ocorre pela manhã aproximadamente 1 hora após o nascer do sol e à noite 1...2 horas antes do pôr do sol.
O balanço anual de radiação em áreas onde se estabelece uma cobertura de neve estável apresenta valores negativos na estação fria e valores positivos na estação quente.
O balanço de radiação da superfície terrestre afeta significativamente a distribuição da temperatura no solo e na camada superficial da atmosfera, bem como os processos de evaporação e derretimento da neve, a formação de nevoeiros e geadas e mudanças nas propriedades massas de ar(sua transformação).
O conhecimento do regime de radiação dos terrenos agrícolas permite calcular a quantidade de radiação absorvida pelas culturas e pelo solo em função da altura do Sol, da estrutura da cultura e da fase de desenvolvimento da planta. Os dados sobre o regime também são necessários para avaliar vários métodos de regulação da temperatura, umidade do solo, evaporação, dos quais dependem o crescimento e desenvolvimento das plantas, a formação das culturas, sua quantidade e qualidade.
Técnicas agronômicas eficazes para influenciar a radiação e, conseqüentemente, o regime térmico da superfície ativa são a cobertura morta (cobertura do solo com uma fina camada de lascas de turfa, esterco podre, serragem, etc.), cobertura do solo com filme plástico e irrigação . Tudo isto altera a refletividade e a capacidade de absorção da superfície ativa.
* Superfície ativa - a superfície do solo, água ou vegetação, que absorve diretamente a radiação solar e atmosférica e libera radiação na atmosfera, regulando assim o regime térmico das camadas adjacentes de ar e das camadas subjacentes de solo, água, vegetação.
RADIAÇÃO SOLAR
RADIAÇÃO SOLAR- radiação eletromagnética e corpuscular do Sol. A radiação eletromagnética viaja como ondas eletromagnéticas na velocidade da luz e penetra na atmosfera terrestre. A radiação solar atinge a superfície terrestre na forma de radiação direta e difusa.
A radiação solar é a principal fonte de energia para todos os processos físicos e geográficos que ocorrem na superfície da Terra e na atmosfera (ver Insolação). A radiação solar é geralmente medida pelo seu efeito térmico e é expressa em calorias por unidade de área de superfície por unidade de tempo. No total, a Terra recebe menos de um bilionésimo de sua radiação do Sol.
A faixa espectral da radiação eletromagnética do Sol é muito ampla - das ondas de rádio aos raios X - mas sua intensidade máxima cai na parte visível (verde-amarela) do espectro.
Existe também uma parte corpuscular da radiação solar, constituída principalmente por protões que se deslocam do Sol a velocidades de 300-1500 km/s (vento solar). Durante as explosões solares, também são produzidas partículas de alta energia (principalmente prótons e elétrons), formando o componente solar dos raios cósmicos.
A contribuição energética do componente corpuscular da radiação solar para a sua intensidade global é pequena em comparação com a eletromagnética. Portanto, em diversas aplicações o termo “radiação solar” é usado em sentido estrito, significando apenas a sua parte eletromagnética.
A quantidade de radiação solar depende da altura do sol, da época do ano e da transparência da atmosfera. Actinômetros e pireliômetros são usados para medir a radiação solar. A intensidade da radiação solar é geralmente medida pelo seu efeito térmico e é expressa em calorias por unidade de área de superfície por unidade de tempo.
A radiação solar afeta fortemente a Terra apenas durante o dia, é claro - quando o Sol está acima do horizonte. Além disso, a radiação solar é muito forte perto dos pólos, durante os dias polares, quando o Sol está acima do horizonte mesmo à meia-noite. Porém, no inverno, nos mesmos locais, o Sol não nasce acima do horizonte e, portanto, não afeta a região. A radiação solar não é bloqueada pelas nuvens e, portanto, ainda atinge a Terra (quando o Sol está diretamente acima do horizonte). A radiação solar é uma combinação da cor amarela brilhante do Sol e do calor, o calor também passa pelas nuvens. A radiação solar é transmitida à Terra por radiação e não por condução térmica.
A quantidade de radiação recebida por um corpo celeste depende da distância entre o planeta e a estrela - à medida que a distância duplica, a quantidade de radiação recebida da estrela para o planeta diminui quatro vezes (proporcional ao quadrado da distância entre o planeta e a estrela). Assim, mesmo pequenas mudanças na distância entre o planeta e a estrela (dependendo da excentricidade da órbita) levam a uma mudança significativa na quantidade de radiação que entra no planeta. A excentricidade da órbita terrestre também não é constante - ao longo dos milênios ela muda, formando periodicamente um círculo quase perfeito, às vezes a excentricidade chega a 5% (atualmente é de 1,67%), ou seja, no periélio a Terra recebe atualmente 1,033 mais radiação solar do que no afélio e na maior excentricidade - mais de 1,1 vezes. No entanto, a quantidade de radiação solar que chega depende muito mais fortemente das mudanças das estações - atualmente a quantidade total de radiação solar que entra na Terra permanece praticamente inalterada, mas nas latitudes de 65 N (a latitude das cidades do norte da Rússia e Canadá ) no verão, a quantidade de radiação solar recebida é mais de 25% maior do que no inverno. Isso ocorre porque a Terra está inclinada em um ângulo de 23,3 graus em relação ao Sol. As mudanças no inverno e no verão são compensadas mutuamente, mas, no entanto, à medida que a latitude do local de observação aumenta, a diferença entre o inverno e o verão torna-se cada vez maior, de modo que no equador não há diferença entre o inverno e o verão. Além do Círculo Polar Ártico, a radiação solar é muito elevada no verão e muito baixa no inverno. Isso molda o clima na Terra. Além disso, mudanças periódicas na excentricidade da órbita da Terra podem levar ao surgimento de diferentes eras geológicas: por exemplo,
A energia emitida pelo Sol é chamada de radiação solar. Ao chegar à Terra, a radiação solar se transforma principalmente em calor.
A radiação solar é praticamente a única fonte de energia para a Terra e a atmosfera. Comparada à energia solar, a importância de outras fontes de energia para a Terra é insignificante. Por exemplo, a temperatura da Terra aumenta em média com a profundidade (cerca de 1 o C por cada 35 m). Graças a isso, a superfície da Terra recebe algum calor das partes internas. Estima-se que em média 1 cm 2 da superfície terrestre receba cerca de 220 J por ano do interior da Terra. Essa quantidade é 5.000 vezes menor que o calor recebido do Sol. A Terra recebe algum calor das estrelas e dos planetas, mas também é muitas vezes (aproximadamente 30 milhões) menos que o calor proveniente do Sol.
A quantidade de energia enviada pelo Sol para a Terra é enorme. Assim, a potência do fluxo de radiação solar que entra em uma área de 10 km 2 é de 7 a 9 kW em um verão sem nuvens (levando em consideração o enfraquecimento da atmosfera). Isso é mais do que a capacidade da usina hidrelétrica de Krasnoyarsk. A quantidade de energia radiante que vem do Sol em 1 segundo para uma área de 15×15 km (isto é menos área Leningrado), por volta do meio-dia do verão, excede a capacidade de todas as usinas de energia da URSS em colapso (166 milhões de kW).
Figura 1 – O sol é fonte de radiação
> Tipos de radiação solar
Na atmosfera, a radiação solar em seu caminho para a superfície terrestre é parcialmente absorvida e parcialmente espalhada e refletida pelas nuvens e pela superfície terrestre. Existem três tipos de radiação solar na atmosfera: direta, difusa e total.
Radiação solar direta- radiação que chega à superfície da Terra diretamente do disco solar. A radiação solar se espalha do Sol em todas as direções. Mas a distância da Terra ao Sol é tão grande que a radiação direta incide sobre qualquer superfície da Terra na forma de um feixe de raios paralelos, emanando como se fosse do infinito. Mesmo o todo Terra em geral, tão pequeno em comparação com a distância ao Sol que toda a radiação solar incidente sobre ele pode ser considerada, sem erro perceptível, como um feixe de raios paralelos.
Apenas a radiação direta atinge o limite superior da atmosfera. Cerca de 30% da radiação que cai na Terra é refletida para o espaço sideral. Oxigênio, nitrogênio, ozônio, dióxido de carbono, vapor d'água (nuvens) e partículas de aerossol absorvem 23% da radiação solar direta na atmosfera. O ozônio absorve radiação ultravioleta e visível. Apesar de seu conteúdo no ar ser muito pequeno, absorve toda a radiação ultravioleta (cerca de 3%). Assim, não é observado perto da superfície terrestre, o que é muito importante para a vida na Terra.
A radiação solar direta também é espalhada pela atmosfera. Uma partícula (gota, cristal ou molécula) de ar localizada no caminho de uma onda eletromagnética “extrai” continuamente energia da onda incidente e a re-irradia em todas as direções, tornando-se um emissor de energia.
Cerca de 25% da energia do fluxo total de radiação solar que passa pela atmosfera é espalhada por moléculas de gases atmosféricos e aerossóis e se transforma em radiação solar espalhada na atmosfera. Por isso radiação solar difusa- radiação solar que sofreu dispersão na atmosfera. A radiação espalhada chega à superfície da Terra não do disco solar, mas de toda a abóbada celeste. A radiação espalhada difere da radiação direta em sua composição espectral, uma vez que raios de diferentes comprimentos de onda são espalhados em diferentes graus.
Como a fonte primária de radiação espalhada é a radiação solar direta, o fluxo espalhado depende dos mesmos fatores que influenciam o fluxo de radiação direta. Em particular, o fluxo de radiação espalhada aumenta à medida que a altura do Sol aumenta e vice-versa. Também aumenta com o aumento do número de partículas espalhadas na atmosfera, ou seja, com uma diminuição na transparência atmosférica e diminui com a altitude devido a uma diminuição no número de partículas espalhadas nas camadas sobrejacentes da atmosfera. A nebulosidade e a cobertura de neve têm uma influência muito grande na radiação espalhada, que, devido à dispersão e reflexão da radiação direta e espalhada sobre eles incidente e à sua re-espalhamento na atmosfera, pode aumentar várias vezes a radiação solar espalhada.
A radiação dispersa complementa significativamente a radiação solar direta e aumenta significativamente o fornecimento de energia solar à superfície da Terra. Seu papel é especialmente grande em inverno em altas latitudes e outras áreas com alta nebulosidade, onde a proporção de radiação difusa pode exceder a proporção de radiação direta. Por exemplo, na quantidade anual de energia solar, a parcela da radiação espalhada em Arkhangelsk é de 56%, em São Petersburgo - 51%.
Radiação solar totalé a soma dos fluxos de radiação direta e difusa que chegam em uma superfície horizontal. Antes do nascer do sol e depois do pôr do sol, bem como durante o dia quando está nublado, a radiação total é completa e, em baixas altitudes solares, consiste principalmente em radiação espalhada. Sob céu sem nuvens ou parcialmente nublado, à medida que a altitude do Sol aumenta, a proporção da radiação direta na radiação total aumenta rapidamente e durante o dia o seu fluxo é muitas vezes maior do que o fluxo da radiação espalhada. A nebulosidade enfraquece em média a radiação total (em 20-30%), porém, com nuvens parciais que não cobrem o disco solar, seu fluxo pode ser maior do que com um céu sem nuvens. A cobertura de neve aumenta significativamente o fluxo de radiação total devido a um aumento no fluxo de radiação espalhada.
A radiação total que cai na superfície da Terra é absorvida principalmente pela camada superior do solo ou por uma camada mais espessa de água (radiação absorvida) e se transforma em calor, sendo parcialmente refletida (radiação refletida).
Todos os tipos de raios solares atingem a superfície da Terra de três maneiras - na forma de radiação solar direta, refletida e difusa.
Radiação solar direta- São raios vindos diretamente do sol. A sua intensidade (eficácia) depende da altura do sol acima do horizonte: o máximo é observado ao meio-dia e o mínimo pela manhã e à noite; dependendo da época do ano: máximo - no verão, mínimo - no inverno; na altitude da área acima do nível do mar (mais alta nas montanhas do que na planície); sobre o estado da atmosfera (a poluição do ar a reduz). O espectro da radiação solar depende da altura do sol acima do horizonte (quanto mais baixo o sol estiver acima do horizonte, menos raios ultravioleta).
Radiação solar refletida- Estes são os raios do sol refletidos pela superfície da terra ou da água. É expresso como uma porcentagem dos raios refletidos em relação ao seu fluxo total e é chamado de albedo. A magnitude do albedo depende da natureza das superfícies refletoras. Na hora de organizar e realizar os banhos de sol, é necessário conhecer e levar em consideração o albedo das superfícies onde são realizados os banhos de sol. Alguns deles são caracterizados pela refletividade seletiva. A neve reflete completamente os raios infravermelhos e os raios ultravioleta em menor grau.
Radiação solar dispersa formado como resultado da dispersão da luz solar na atmosfera. Moléculas de ar e partículas suspensas nele (pequenas gotículas de água, cristais de gelo, etc.), chamadas aerossóis, refletem parte dos raios. Como resultado de múltiplas reflexões, algumas delas ainda atingem a superfície terrestre; Estes são raios solares dispersos. Principalmente os raios ultravioleta, violeta e azul são espalhados, o que determina a cor azul do céu em tempo claro. A proporção de raios espalhados é alta em altas latitudes (em regiões do norte). Lá o sol está baixo acima do horizonte e, portanto, o caminho dos raios até a superfície da Terra é mais longo. Em um caminho longo, os raios encontram mais obstáculos e se espalham mais.
(http://new-med-blog.livejournal.com/204
Radiação solar total- toda radiação solar direta e difusa que atinge a superfície terrestre. A radiação solar total é caracterizada pela intensidade. Com céu sem nuvens, a radiação solar total tem valor máximo por volta do meio-dia e durante todo o ano - no verão.
Balanço de radiação
O balanço de radiação da superfície terrestre é a diferença entre a radiação solar total absorvida pela superfície terrestre e sua radiação efetiva. Para a superfície da terra
- a parte que entra absorve a radiação solar direta e difusa, bem como absorve a contra-radiação da atmosfera;
- a parte consumível consiste na perda de calor devido à radiação da própria terra.
O balanço de radiação pode ser positivo(diurno, verão) e negativo(à noite, no inverno); medido em kW/m²/min.
O balanço de radiação da superfície terrestre é o componente mais importante do balanço térmico da superfície terrestre; um dos principais fatores formadores do clima.
Balanço térmico da superfície terrestre- a soma algébrica de todos os tipos de entrada e saída de calor para a superfície da terra e do oceano. A natureza do balanço térmico e seu nível de energia determinam as características e a intensidade da maioria dos processos exógenos. Os principais componentes do balanço térmico dos oceanos são:
- balanço de radiação;
- consumo de calor por evaporação;
- troca turbulenta de calor entre a superfície do oceano e a atmosfera;
- troca de calor turbulenta vertical da superfície do oceano com as camadas subjacentes; E
- advecção oceânica horizontal.
(http://www.glossary.ru/cgi-bin/gl_sch2.c gi?RQgkog.outt:p!hgrgtx!nlstup!vuilw)tux yo)
Medição de radiação solar.
Actinômetros e pireliômetros são usados para medir a radiação solar. A intensidade da radiação solar é geralmente medida pelo seu efeito térmico e é expressa em calorias por unidade de área de superfície por unidade de tempo.
(http://www.ecosystema.ru/07referats/slo vgeo/967.htm)
A intensidade da radiação solar é medida usando um piranômetro Janiszewski completo com galvanômetro ou potenciômetro.
Na medição da radiação solar total, o piranômetro é instalado sem tela de sombra, enquanto na medição da radiação espalhada é instalado com tela de sombra. A radiação solar direta é calculada como a diferença entre a radiação total e difusa.
Ao determinar a intensidade da radiação solar incidente em uma cerca, um piranômetro é instalado nela de modo que a superfície percebida do dispositivo fique estritamente paralela à superfície da cerca. Caso não haja registro automático da radiação, as medições deverão ser realizadas a cada 30 minutos entre o nascer e o pôr do sol.
A radiação incidente na superfície da cerca não é completamente absorvida. Dependendo da textura e da cor da cerca, alguns raios são refletidos. A proporção entre a radiação refletida e a radiação incidente, expressa como uma porcentagem, é chamada albedo de superfície e é medido por um albedômetro P.K. Kalitina completa com galvanômetro ou potenciômetro.
Para maior precisão, as observações devem ser feitas sob céu limpo e com luz solar intensa irradiando a cerca.
(http://www.constructioncheck.ru/default.a spx?textpage=5)
