Укупно сунчево зрачење. Соларно зрачење: врсте

Свијетло свјетло нас гори врућим зракама и тјера да размишљамо о значају зрачења у нашем животу, његовим користима и штетности. Шта је сунчево зрачење? Лекција школске физике нуди нам да почнемо да се упознајемо са концептом електромагнетног зрачења уопште. Овај термин се односи на други облик материје - различит од супстанце. Ово укључује видљиву светлост, а спектар се не опажа оком. То су рендгенски зраци, гама зраци, ултраљубичасти и инфрацрвени.

Електромагнетни таласи

У присуству извора зрачења емитера електромагнетни таласи ширити у свим правцима брзину светлости. Ови таласи, као и сваки други, имају одређене карактеристике. То укључује фреквенцију вибрација и таласну дужину. Својство емитовања зрачења има било које тело чија је температура различита од апсолутне нуле.

Сунце је главни и најснажнији извор зрачења у близини наше планете. С друге стране, Земља (њена атмосфера и површина) сама зрачи зрачење, али у другом опсегу. Посматрање температурних услова на планети током дужег временског периода довело је до хипотезе о равнотежи количине топлоте која је примљена од Сунца и која је дата у свемир.

Сун зрачење: Спектрална композиција

Апсолутна већина (око 99%) соларне енергије у спектру лежи у опсегу таласних дужина од 0,1 до 4 микрона. Преосталих 1% су зраке веће и мање дужине, укључујући и радио-таласе Кс-зраке Око половине енергије зрачења Сунца пада на тај спектар, који ми видимо са погледом, око 44% - на инфрацрвено зрачење, 9% - на ултраљубичасто зрачење. Како знамо како је соларно зрачење подељено? Израчунавање његове дистрибуције је могуће захваљујући истраживању са свемирских сателита.

Постоје супстанце које могу доћи у посебно стање и емитовати додатно зрачење другог опсега таласних дужина. На пример, постоји сјај при ниским температурама, који није типичан за емитовање светлости овом супстанцом. Овај тип зрачења, назван луминисцентан, није подложан уобичајеним принципима топлинског зрачења.

Феномен луминесценције јавља се након апсорпције супстанције одређене количине енергије и пријелаза у друго стање (такозвано побуђено), које је енергетски више него код властите температуре твари. Луминесценција се појављује на обрнутој транзицији - од узбуђеног до уобичајеног стања. У природи је можемо посматрати у облику ноћног сјаја неба и ауроре.

Наше светло

Енергија сунчевих зрака је готово једини извор топлине за нашу планету. Интринзично зрачење које долази из његових дубина на површину има интензитет око 5 хиљада пута мање. Истовремено, видљива светлост - један од најважнијих фактора живота на планети - је само део сунчевог зрачења.

Енергија сунчевих зрака прелази у топлоту у мањем дијелу - у атмосфери, више - на површини Земље. Тамо се троши на загријавање воде и тла (горњи слојеви), који затим одају топлину зраку. Када се загрева, атмосфера и земљина површина, заузврат, емитују инфрацрвене зраке у свемир, док се хлади.

Солар Радиатион: Дефинитион

Радијација која иде на површину наше планете директно са соларног диска се обично назива директним сунчевим зрачењем. Сунце га шири у свим правцима. Имајући у виду огромну удаљеност од Земље до Сунца, директно Сунчево зрачење у било којој тачки Земљине површине може се представити као сноп паралелних зрака, чији је извор практично у бесконачности. Подручје које се налази окомито на зраке сунчеве свјетлости тако добива највећу количину.

Густина флукса зрачења (или енергетског осветљења) је мера њене количине која пада на одређену површину. То је количина енергије зрачења која пада у јединицу времена по јединици површине. Ова вредност се мери - енергетско осветљење - у В / м ² . Наша Земља, као што сви знају, кружи око Сунца у елипсоидној орбити. Сунце је у једном од фокуса ове елипсе. Дакле, сваке године у одређено време (почетком јануара), Земља заузима положај најближи Сунцу, а другом (на почетку јула) - најдаље од њега. У овом случају, величина енергетског осветљења варира у обрнутој пропорцији у односу на квадрат удаљености од звезде.

Где соларно зрачење стиже до Земље? Његове врсте одређују многи фактори. У зависности од географске ширине, влажности, наоблаке, дио је распршен у атмосфери, дио се апсорбира, али већина и даље досеже површину планете. У том случају се рефлектира мала количина, а главна се апсорбира на површини земље, под чијим дјеловањем се подвргава загријавању. Распршено сунчево зрачење такође делимично пада на површину земље, делимично се апсорбује и делимично рефлектује. Остатак иде у свемир.

Како је дистрибуција

Да ли је соларно зрачење уједначено? Њени типови након свих "губитака" у атмосфери могу варирати у њиховом спектралном саставу. На крају крајева, зраке различите дужине се распршују и апсорбују на различите начине. У просеку, атмосфера апсорбује око 23% своје оригиналне количине. Приближно 26% укупног флукса се претвара у распршено зрачење, од чега 2/3 улази у Земљу. У суштини, ово је другачија врста зрачења, различита од оригиналне. Распршено зрачење се шаље на Земљу не диском Сунца, већ небеским сводом. Има другачији спектрални састав.

Радијација апсорбује углавном озон - видљиви спектар, и ултраљубичасте зраке. Инфрацрвено зрачење апсорбује угљични диоксид (угљични диоксид), који је, успут, врло мало у атмосфери.

Расипање зрачења, које га слаби, јавља се за било коју таласну дужину спектра. У процесу њених честица, које падају под електромагнетни утицај, прерасподељују енергију инцидентног таласа у свим правцима. То јест, честице су тачкасти извори енергије.

Даилигхт

Због расипања, светлост која долази из сунца мења боју када атмосфера прође. Практичан значај расипања је у стварању дневне светлости. Да је Земља лишена атмосфере, осветљење би постојало само на местима где сунчеви зраци ударају у површину или се рефлектују од површине. То јест, атмосфера - извор светлости у поподневним сатима. Захваљујући томе, то је светло и на местима недоступним директним зрацима, а онда, када се сунце скрива иза облака. Расипање даје боју ваздуха - видимо небо плаво.

И од чега сунчево зрачење још увек зависи? Не занемарите фактор замућености. Уосталом, пригушење зрачења догађа се на два начина - сама атмосфера и водена пара, као и разне нечистоће. Љети се повећава ниво прашине (као и садржај у атмосфери водене паре).

Укупно зрачење

Под овим се подразумева укупна количина зрачења која пада на површину Земље, и директна и дифузна. Укупно сунчево зрачење се смањује због облачнога времена.

Из тог разлога, у љето, укупно зрачење је у просјеку веће прије поднева него након њега. И у првој половини године - више него у другој.

Шта се дешава са укупним зрачењем на површини Земље? Када се тамо нађе, он се углавном апсорбује од стране горњег слоја земље или воде и претвара у топлоту, а део се рефлектује. Степен рефлексије зависи од природе Земљине површине. Индикатор који изражава проценат рефлектованог сунчевог зрачења на укупну количину која пада на површину назива се површински албедо.

Под појмом само-зрачења Земљине површине подразумијева се дугорочно зрачење које емитира вегетација, сњежни покривач, горњи слојеви воде и тла. Радијацијски баланс површине односи се на разлику између његове апсорбоване количине и емитованог.

Ефективно зрачење

Доказано је да је контра зрачење скоро увек мање од земаљског. Због тога, површина Земље изазива губитак топлоте. Разлика између вредности унутрашњег зрачења површине и атмосфере назива се ефективно зрачење. То је заправо нето губитак енергије и, као резултат тога, топлота ноћу.

То је у току дана. Али током дана је делимично компензована или чак блокирана апсорбованим зрачењем. Стога је површина земље топлија током дана него ноћу.

О географској дистрибуцији зрачења

Сунчево зрачење на Земљи током године је неједнако распоређено. Његова расподјела је по природи зонална, а изолиније (спојне тачке идентичних вриједности) зрачења нису нимало идентичне ширинском кругу. Ова разлика је узрокована различитим нивоима замућености и транспарентности атмосфере у различитим дијеловима свијета.

Највећа вредност укупног сунчевог зрачења током године је у суптропским пустињама са мутном атмосфером. Много мање је у шумским подручјима екваторијалног појаса. Разлог за то - повећана облачност. Према оба пола, овај индикатор се смањује. Али у региону полова се изнова повећава - у северној хемисфери мање, у региону снежног и облачног Антарктика - више. Изнад површине океана, у просјеку, Сунчево зрачење је мање него изнад континената.

Готово свуда на Земљи, површина има позитиван радијацијски баланс, то јест, у исто вријеме, прилив зрачења је већи од ефективног зрачења. Изузетак су региони Антарктика и Гренланд са својим леденим платоима.

Да ли нас глобално загревање прети?

Али горе наведено не значи годишње загријавање Земљине површине. Вишак апсорбоване радијације се компензира пропуштањем топлоте са површине у атмосферу, која настаје када се водена фаза промијени (испаравање, кондензација у цлоуд виев).

Дакле, равнотежа зрачења као таква не постоји на површини Земље. Али постоји термална равнотежа - снабдевање и губитак топлоте је уравнотежен на различите начине, укључујући и зрачење.

Дистрибуција биланса по картици

У истим географским ширинама глобуса, равнотежа зрачења је већа на површини океана него на копну. То се може објаснити чињеницом да је слој који апсорбује зрачење у океанима дебљи, док је у исто вријеме ефективно зрачење тамо мање због хладноће површине мора у односу на земљу.

У пустињама су уочене значајне флуктуације амплитуде његове дистрибуције. Равнотежа је нижа због високог ефективног зрачења у сувом ваздуху и ниским облацима. У мањем обиму, спушта се у подручјима монсунске климе. Током топлог периода повећава се замућеност, а апсорбовано сунчево зрачење је мање него у другим областима исте географске ширине.

Наравно, главни фактор на коме зависи просечно годишње соларно зрачење је географска ширина једне или друге регије. Снимање "порција" ултраљубичастог зрачења долази до земаља које се налазе у близини екватора. Ово је сјевероисточна Африка, њена источна обала, Арабиан Пенинсула, север и запад Аустралије, део острва Индонезије, западни део обале Јужне Америке.

У Европи, Турска, југ Шпаније, Сицилија, Сардинија, острва Грчке, обала Француске (јужни део), као и делови Италије, Кипра и Крита, узимају највећу дозу и светлости и зрачења.

Шта је са нама?

Укупна соларна радијација у Русији се на први поглед дистрибуира неочекивано. На територији наше земље, необично довољно, не на свим црноморским одмаралиштима држе длан. Највеће дозе сунчевог зрачења падају на територију која граничи са Кином и Северном Земљом. У цјелини, сунчево зрачење у Русији се не разликује у посебном интензитету, што се у потпуности објашњава нашим сјеверним географским положајем. Минимална количина сунчеве светлости иде у северозападни регион - Санкт Петербург, заједно са околним подручјима.

Соларно зрачење у Русији је инфериорно у односу на Украјину. Тамо, највише ултраљубичасто одлази у Крим и територије изван Дунава, на другом месту су Карпати са јужним регионима Украјине.

Укупно (и директно и дифузно) сунчево зрачење које пада на хоризонталну површину даје се мјесечно за сваку у посебно дизајнираним таблицама за различите територије и мјери се у МЈ / м ² . На пример, сунчево зрачење у Москви има индикаторе од 31-58 у зимским месецима до 568-615 у лето.

О соларној инсолацији

Инсолација, или количина корисне радијације која се јавља на површини освијетљеној сунцем, значајно варира у различитим географским тачкама. Годишња инсолација израчунава се по квадратном метру у мегаватима. На пример, у Москви ова вредност је 1,01, у Аркхангелску - 0,85, у Астрахану - 1,38 МВ.

Приликом одређивања треба узети у обзир факторе као што су сезона (нижа осветљеност и зимска дужина), карактер терена (планине могу блокирати сунце), типични временски услови за подручје - магла, честа киша и наоблаке. Авион за прихватање светлости може бити оријентисан вертикално, хоризонтално или нагнуто. Количина инсолације, као и расподела сунчевог зрачења у Русији, подаци су груписани у табели по граду и региону, што указује на географску ширину.