Całkowite promieniowanie słoneczne. Promieniowanie słoneczne: gatunek

Jasne światło płonie nas gorącymi promieniami i pozwala nam myśleć o znaczeniu promieniowania w naszym życiu, jego korzyściach i szkodach. Czym jest promieniowanie słoneczne? Lekcja fizyki szkolnej pozwala nam na ogólne zapoznanie się z pojęciem promieniowania elektromagnetycznego. Termin ten odnosi się do innej formy materii - różnej od substancji. Obejmuje to światło widzialne, a widmo nie jest postrzegane przez oko. To znaczy, promieniowanie rentgenowskie, promieniowanie gamma, ultrafiolet i podczerwień.

Fale elektromagnetyczne

W obecności źródła promieniowania emitera fale elektromagnetyczne rozprzestrzeniać się we wszystkich kierunkach za pomocą prędkość światła. Fale te, podobnie jak wszystkie inne, mają pewne cechy. Należą do nich częstotliwość drgań i długość fali. Właściwość emitowania promieniowania ma dowolny element, którego temperatura różni się od zera bezwzględnego.

Słońce jest głównym i najpotężniejszym źródłem promieniowania w pobliżu naszej planety. Z kolei Ziemia (sama jej atmosfera i powierzchnia) promieniuje promieniowaniem, ale w innym zakresie. Obserwowanie warunków temperaturowych na planecie przez długi czas dało podstawę do postawienia hipotezy o równowadze ilości ciepła odbieranego ze Słońca i oddawanego w kosmos.

Promieniowanie słoneczne: skład spektralny

Bezwzględna większość (około 99%) energii słonecznej w widmie leży w zakresie długości fal od 0,1 do 4 mikronów. Pozostały 1% to promienie o większej i mniejszej długości, w tym fale radiowe i prześwietlenia Około połowa promienistej energii słońca spada na to spektrum, które odbieramy spojrzeniem, około 44% - na promieniowanie podczerwone, 9% - na ultrafiolet. Skąd wiemy, jak dzielone jest promieniowanie słoneczne? Obliczenie jego rozkładu jest możliwe dzięki badaniom z satelitów kosmicznych.

Istnieją substancje, które mogą pochodzić w specjalnym stanie i emitować dodatkowe promieniowanie o innym zakresie długości fal. Na przykład w niskich temperaturach występuje blask, który nie jest typowy dla emisji światła przez tę substancję. Ten rodzaj promieniowania, zwany luminescencyjnym, nie jest zgodny z normalnymi zasadami promieniowania cieplnego.

Zjawisko luminescencji występuje po absorpcji przez substancję pewnej ilości energii i przejściu do innego stanu (tzw. Wzbudzonego), który jest bardziej energetycznie wyższy niż we własnej temperaturze substancji. Luminescencja pojawia się na odwróconym przejściu - od wzbudzonego do zwykłego stanu. W naturze możemy to zaobserwować w postaci nocnej poświaty nieba i zorzy polarnej.

Nasze światło

Energia promieni słonecznych jest prawie jedynym źródłem ciepła dla naszej planety. Wewnętrzne promieniowanie dochodzące z jego głębokości na powierzchnię ma natężenie około 5 tysięcy razy mniejsze. Jednocześnie światło widzialne - jeden z najważniejszych czynników życia na planecie - jest tylko częścią promieniowania słonecznego.

Energia promieni słonecznych przechodzi w ciepło w mniejszej części - w atmosferze, więcej - na powierzchni Ziemi. Tam jest on zużywany na podgrzewanie wody i gleby (górne warstwy), które następnie oddają ciepło do powietrza. Będąc ogrzewanym, atmosfera i powierzchnia ziemi z kolei emitują promienie podczerwone w kosmos przy chłodzeniu.

Promieniowanie słoneczne: definicja

Promieniowanie, które dociera do powierzchni naszej planety bezpośrednio z tarczy słonecznej, jest powszechnie określane jako bezpośrednie promieniowanie słoneczne. Słońce rozprzestrzenia się we wszystkich kierunkach. Biorąc pod uwagę ogromną odległość od Ziemi do Słońca, bezpośrednie promieniowanie słoneczne w dowolnym punkcie na powierzchni Ziemi może być reprezentowane jako wiązka równoległych promieni, których źródło jest praktycznie w nieskończoności. Obszar położony prostopadle do promieni słonecznych otrzymuje największą ilość.

Gęstość strumienia promieniowania (lub iluminacja energii) jest miarą jego ilości spadającej na pewną powierzchnię. Jest to ilość energii promieniowania, która wpada w jednostkę czasu na jednostkę powierzchni. Ta wartość jest mierzona - oświetlenie energetyczne - w W / m ² . Nasza Ziemia, jak wiadomo, krąży wokół Słońca na elipsoidalnej orbicie. Słońce jest w jednym z ognisk tej elipsy. Dlatego też każdego roku o określonej porze (na początku stycznia) Ziemia zajmuje pozycję najbliższą Słońcu i innej (na początku lipca) - najdalej od niej. W tym przypadku wielkość iluminacji energii zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do kwadratu odległości do gwiazdy.

Gdzie promieniowanie słoneczne dociera do Ziemi? Jego rodzaje zależą od wielu czynników. W zależności od szerokości geograficznej, wilgotności, zmętnienia, jego część jest rozproszona w atmosferze, część jest pochłaniana, ale większość wciąż dociera do powierzchni planety. W tym przypadku odbija się niewielka ilość, a główna jest absorbowana przez powierzchnię ziemi, pod działaniem której jest poddawana ogrzewaniu. Rozproszone promieniowanie słoneczne również częściowo pada na powierzchnię ziemi, jest częściowo pochłaniane i częściowo odbijane. Reszta idzie w kosmos.

Jak jest dystrybucja

Czy promieniowanie słoneczne jest jednolite? Jego rodzaje po "stratach" w atmosferze mogą różnić się składem spektralnym. W końcu promienie o różnej długości są rozpraszane i absorbowane na różne sposoby. Średnio atmosfera pochłania około 23% pierwotnej ilości. Około 26% całkowitego strumienia jest przekształcane w rozproszone promieniowanie, z którego 2/3 wchodzi na Ziemię. W istocie jest to inny rodzaj promieniowania, odmienny od pierwotnego. Rozproszone promieniowanie jest wysyłane na Ziemię nie przez tarczę Słońca, ale przez nieboskłon. Ma inny skład spektralny.

Promieniowanie pochłania głównie ozon - widmo widzialne i promienie ultrafioletowe. Promieniowanie podczerwone jest pochłaniane przez dwutlenek węgla (dwutlenek węgla), który, nawiasem mówiąc, jest bardzo mało w atmosferze.

Rozpraszanie promieniowania, osłabienie go, występuje dla każdej długości fali spektrum. W procesie jego cząstek, podlegających wpływowi elektromagnetycznemu, rozprowadź energię fali padającej we wszystkich kierunkach. Oznacza to, że cząsteczki są punktowymi źródłami energii.

Światło dzienne

Ze względu na rozpraszanie światło pochodzące od Słońca zmienia kolor, gdy atmosfera przechodzi przez nie. Praktyczne znaczenie rozpraszania polega na tworzeniu światła dziennego. Gdyby Ziemia została pozbawiona atmosfery, oświetlenie istniałoby tylko w miejscach, w których promienie słoneczne uderzają o powierzchnię lub odbijają się od powierzchni. To znaczy, atmosfera - źródło światła po południu. Dzięki niemu jest ono lekkie i miejscami niedostępne dla bezpośrednich promieni, a następnie, gdy słońce jest ukryte za chmurami. Rozproszenie daje kolor powietrza - widzimy błękit nieba.

I od czego zależy promieniowanie słoneczne? Nie zapomnij o współczynniku zmętnienia. Wszakże tłumienie promieniowania zachodzi na dwa sposoby - sama atmosfera i para wodna, a także różne zanieczyszczenia. Poziom pyłu wzrasta latem (podobnie jak zawartość w atmosferze pary wodnej).

Całkowite promieniowanie

Oznacza to całkowitą ilość promieniowania padającego na powierzchnię ziemi, zarówno bezpośrednią, jak i rozproszoną. Całkowite promieniowanie słoneczne spada wraz z pochmurną pogodą.

Z tego powodu, w lecie, całkowite promieniowanie jest średnio wyższe przed południem niż po nim. I w pierwszej połowie roku - więcej niż w drugim.

Co dzieje się z całkowitym promieniowaniem na powierzchni Ziemi? Kiedy już się tam znajduje, jest w większości pochłaniana przez górną warstwę gleby lub wody i zamienia się w ciepło, część jego znajduje odbicie. Stopień odbicia zależy od natury powierzchni Ziemi. Wskaźnik wyrażający procent odbitego promieniowania słonecznego do jego całkowitej ilości opadającej na powierzchnię nazywany jest albedo powierzchni.

Termin samopromieniowanie powierzchni ziemi rozumiane jest jako promieniowanie długofalowe emitowane przez roślinność, pokrywę śnieżną, górne warstwy wody i gleby. Bilans promieniowania powierzchni odnosi się do różnicy między jej zaabsorbowaną ilością a emitowaną.

Skuteczne promieniowanie

Udowodniono, że promieniowanie licznika jest prawie zawsze mniejsze niż promieniowanie naziemne. Z tego powodu powierzchnia ziemi powoduje utratę ciepła. Różnica między wartościami wewnętrznego promieniowania powierzchni i atmosfery nazywana jest efektywnym promieniowaniem. Jest to w rzeczywistości strata energii i, w rezultacie, ciepło w nocy.

Jest za dnia. Ale w ciągu dnia jest częściowo kompensowane lub nawet blokowane przez pochłonięte promieniowanie. Dlatego powierzchnia ziemi jest cieplejsza w ciągu dnia niż w nocy.

O geograficznym rozkładzie promieniowania

Promieniowanie słoneczne na Ziemi w ciągu roku jest nierównomiernie rozmieszczone. Jego rozkład ma charakter strefowy, a izoliny (punkty połączeń o identycznych wartościach) strumienia promieniowania nie są w ogóle identyczne z okręgami równoleżnikowymi. Ta rozbieżność wynika z różnych poziomów zachmurzenia i przejrzystości atmosfery w różnych częściach globu.

Największa wartość całkowitego promieniowania słonecznego w ciągu roku przypada na subtropikalne pustynie o mętnej atmosferze. Znacznie mniej jest w obszarach leśnych pasa równikowego. Powód tego - zwiększone zachmurzenie. W kierunku obu biegunów wskaźnik ten maleje. Ale w rejonie biegunów wzrasta od nowa - na półkuli północnej mniej, w rejonie zaśnieżonej i pochmurnej Antarktydy - więcej. Ponad powierzchnią oceanów promieniowanie słoneczne jest średnio mniejsze niż na kontynencie.

Prawie wszędzie na Ziemi powierzchnia ma pozytywny bilans promieniowania, czyli w tym samym czasie napływ promieniowania jest większy niż efektywne promieniowanie. Wyjątkiem są regiony Antarktydy i Grenlandii z ich lodowymi płaskowyżami.

Czy grozi nam globalne ocieplenie?

Ale powyższe nie oznacza corocznego ocieplenia powierzchni Ziemi. Nadmiar pochłoniętego promieniowania jest kompensowany przez wyciek ciepła z powierzchni do atmosfery, który występuje, gdy zmienia się faza wodna (parowanie, kondensacja w widok chmury).

Tak więc równowaga promieniowania jako taka nie istnieje na powierzchni Ziemi. Ale istnieje równowaga termiczna - dostarczanie i utrata ciepła jest równoważone na różne sposoby, w tym promieniowanie.

Rozkład salda za pomocą karty

Na tych samych szerokościach geograficznych bilans promieniowania jest większy na powierzchni oceanu niż na lądzie. Można to wytłumaczyć faktem, że warstwa pochłaniająca promieniowanie w oceanach jest grubsza, podczas gdy w tym samym czasie efektywne promieniowanie jest mniejsze ze względu na chłód powierzchni morza w porównaniu z lądem.

Znaczne wahania amplitudy jego rozkładu obserwuje się na pustyniach. Ich równowaga jest niższa ze względu na wysokie efektywne promieniowanie w suchym powietrzu i niskich chmurach. W mniejszym stopniu jest on obniżany w obszarach klimatu monsunowego. W ciepłym sezonie zwiększa się tutaj zachmurzenie, a pochłonięte promieniowanie słoneczne jest mniejsze niż w innych obszarach o tej samej szerokości geograficznej.

Oczywiście głównym czynnikiem, od którego zależy średnie roczne promieniowanie słoneczne, jest szerokość geograficzna jednego lub drugiego regionu. Zapisz "porcje" promieniowania ultrafioletowego do krajów położonych w pobliżu równika. To jest północno-wschodnia Afryka, jej wschodnie wybrzeże, Półwysep Arabski, na północ i zachód od Australii, część wysp Indonezji, zachodnia część wybrzeża Ameryki Południowej.

W Europie, Turcji, na południu Hiszpanii, Sycylii, Sardynii, na wyspach Grecji, na wybrzeżu Francji (w południowej części), a także w częściach Włoch, na Cyprze i na Krecie, stosuje się najwyższą dawkę światła i promieniowania.

A co z nami?

Całkowite promieniowanie słoneczne w Rosji dystrybuowane jest na pierwszy rzut oka niespodziewanie. Na terenie naszego kraju, co dziwne, wcale kurorty Morza Czarnego nie trzymają dłoni. Najwyższe dawki promieniowania słonecznego spadają na terytorium graniczące z Chinami i Severnaya Zemlya. Ogólnie rzecz biorąc, promieniowanie słoneczne w Rosji nie różni się szczególnie intensywnością, co jest całkowicie wyjaśnione przez naszą północną pozycję geograficzną. Minimalna ilość światła słonecznego dociera do północno-zachodniego regionu - Petersburga oraz okolic.

Promieniowanie słoneczne w Rosji jest gorsze od promieniowania Ukrainy. Tam najbardziej ultrafioletowe trafia na Krym i na tereny za Dunajem, na drugim miejscu są Karpaty z południowymi regionami Ukrainy.

Łączne (zarówno bezpośrednie, jak i rozproszone) promieniowanie słoneczne padające na poziomą powierzchnię podaje się co miesiąc dla każdego z nich w specjalnie zaprojektowanych tabelach dla różnych terytoriów i mierzy się w MJ / m2. Na przykład promieniowanie słoneczne w Moskwie ma wskaźniki od 31-58 w miesiącach zimowych do 568-615 w lecie.

O nasłonecznieniu

Nasłonecznienie lub ilość użytecznego promieniowania padającego na powierzchnię oświetlaną przez słońce znacznie się różni w różnych punktach geograficznych. Roczne nasłonecznienie oblicza się na metr kwadratowy w megawatach. Na przykład w Moskwie wartość ta wynosi 1,01, w Archangielsku - 0,85, w Astrachaniu - 1,38 MW.

Przy jej ustalaniu należy wziąć pod uwagę takie czynniki, jak sezon (niższe oświetlenie i długość geograficzna zimą), charakter terenu (góry mogą blokować słońce), typowe warunki pogodowe dla danego obszaru - należy uwzględnić mgłę, częste opady deszczu i zachmurzenie. Płaszczyzna odbioru światła może być zorientowana pionowo, poziomo lub pochylona. Ilość nasłonecznienia, jak również rozkład promieniowania słonecznego w Rosji, to dane zgrupowane w tabeli według miasta i regionu, wskazując geograficzną szerokość geograficzną.