Общо слънчева радиация. Слънчева радиация: видове

Ярка светлина ни изгаря с горещи лъчи и ни кара да мислим за значението на радиацията в нашия живот, неговите ползи и вреди. Какво е слънчевата радиация? Урокът по училищна физика ни предлага да започнем да се запознаваме с концепцията за електромагнитното излъчване като цяло. Този термин се отнася до друга форма на материя - различна от веществото. Това включва видимата светлина и спектърът не се възприема от окото. Това е рентгенови лъчи, гама лъчи, ултравиолетови и инфрачервени лъчи.

Електромагнитни вълни

При наличие на източник на излъчващо лъчение електромагнитни вълни разпространение във всички посоки скоростта на светлината. Тези вълни, като всеки друг, имат определени характеристики. Те включват честота на вибрациите и дължина на вълната. Свойството за излъчване има всяко тяло, чиято температура е различна от абсолютната нула.

Слънцето е основният и най-мощният източник на радиация в близост до нашата планета. На свой ред Земята (нейната атмосфера и повърхност) сама излъчва радиация, но в различен диапазон. Наблюдаването на температурните условия на планетата за дълги периоди от време е довело до хипотеза за равновесието на количеството топлина, получено от Слънцето и дадено в космоса.

Излъчване на слънцето: спектрален състав

Абсолютното мнозинство (около 99%) от слънчевата енергия в спектъра е в диапазона на дължината на вълната от 0,1 до 4 микрона. Останалите 1% са лъчите с по-голяма и по-малка дължина, включително радиовълни и Рентгенови лъчи. Около половината от лъчистата енергия на слънцето пада върху този спектър, който възприемаме с един поглед, приблизително 44% - на инфрачервено лъчение, 9% - на ултравиолетовите лъчи. Откъде знаем как се разделя слънчевата радиация? Изчисляването на неговото разпределение е възможно благодарение на изследвания от космически спътници.

Има вещества, които могат да влязат в специално състояние и да отделят допълнително лъчение от друг обхват на дължината на вълната. Например, при ниски температури има блясък, който не е типичен за излъчването на светлина от това вещество. Този вид радиация, наречена луминисцентна, не е подчинена на обичайните принципи на топлинното излъчване.

Феноменът на луминесценция възниква след абсорбцията от веществото на определено количество енергия и преминаването към друго състояние (т.нар. Възбудено), което е по-енергично по-високо, отколкото при собствената си температура на веществото. Луминесценцията се появява на обратния преход - от възбуденото към обичайното състояние. В природата можем да го наблюдаваме под формата на нощно сияние на небето и сиянието.

Нашата светлина

Енергията на слънчевите лъчи е почти единственият източник на топлина за нашата планета. Вътрешната радиация, идваща от нейните дълбочини към повърхността, има интензивност от около 5 хиляди пъти по-малка. В същото време, видимата светлина - един от най-важните фактори на живота на планетата - е само част от слънчевата радиация.

Енергията на слънчевите лъчи преминава в топлина в по-малка част - в атмосферата, повече - на повърхността на Земята. Там се изразходва за подгряване на вода и почва (горните слоеве), които след това отделят топлина от въздуха. При нагряване атмосферата и земната повърхност от своя страна излъчват инфрачервени лъчи в космоса, докато се охлаждат.

Слънчева радиация: Определение

Радиацията, която излиза на повърхността на нашата планета директно от слънчевия диск, обикновено се нарича пряка слънчева радиация. Слънцето го разпространява във всички посоки. Като се има предвид огромното разстояние от Земята до Слънцето, директната слънчева радиация във всяка точка на земната повърхност може да бъде представена като лъч от паралелни лъчи, чийто източник е практически на безкрайност. Районът, разположен перпендикулярно на слънчевите лъчи, получава най-голямото количество.

Плътността на радиационния поток (или енергийното осветление) е мярка за нейното количество, падащо върху определена повърхност. Това е количеството лъчиста енергия, която попада в единица време за единица площ. Тази стойност се измерва - енергийното осветление - в W / m ² . Нашата Земя, както всеки знае, обикаля около Слънцето по елипсовидна орбита. Слънцето е в един от фокусите на тази елипса. Ето защо, всяка година в определено време (в началото на януари), Земята заема позицията, която е най-близо до Слънцето, а другата (в началото на юли) - най-отдалечената от нея. В този случай величината на енергийното осветление варира обратно пропорционално на квадрата на разстоянието до звездата.

Къде слънчевата радиация достига Земята? Неговите видове се определят от много фактори. В зависимост от географската ширина, влажност, облачност, част от нея е разпръсната в атмосферата, част се абсорбира, но повечето все още достигат повърхността на планетата. В този случай се отразява малко количество и основната се абсорбира от земната повърхност, под действието на която се подлага на нагряване. Разпръснатата слънчева радиация също частично попада върху земната повърхност, частично се абсорбира и частично отразява. Останалата част отива в космоса.

Как е разпределението

Еднаква ли е слънчевата радиация? Неговите типове след всички "загуби" в атмосферата могат да варират в техния спектрален състав. В крайна сметка, лъчите с различна дължина са разпръснати и абсорбирани по различни начини. Средно, атмосферата поглъща около 23% от първоначалното си количество. Приблизително 26% от общия поток се превръща в разпръснато лъчение, 2/3 от които след това навлиза в Земята. По същество това е различен вид радиация, различна от първоначалната. Разпръснатото излъчване се изпраща на Земята не от диска на Слънцето, а от небесния твърд. Той има различен спектрален състав.

Радиацията абсорбира основно озона - видимия спектър и ултравиолетовите лъчи. Инфрачервеното излъчване се абсорбира от въглероден диоксид (въглероден диоксид), който между другото е много малък в атмосферата.

Разсейването на лъчението, което го отслабва, възниква за всяка дължина на вълната на спектъра. В процеса на неговите частици, попадащи под електромагнитното въздействие, преразпределяйте енергията на падащата вълна във всички посоки. Това означава, че частиците са точкови източници на енергия.

дневна светлина

Благодарение на разсейването, светлината, идваща от слънцето, променя цвета си при преминаване на атмосферата. Практическото значение на разсейването е в създаването на дневна светлина. Ако Земята беше лишена от атмосферата, осветлението щеше да съществува само на местата, където директно или отразено от слънчевите лъчи се удари. Това означава, че атмосферата - източникът на светлина в следобедните часове. Благодарение на него тя е лека и на места недостъпни за директни лъчи, а след това, когато слънцето се крие зад облаците. Разсейването придава цвят на въздуха - виждаме небето синьо.

И от какво все още зависи слънчевата радиация? Не пренебрегвайте фактора мътност. В крайна сметка, затихването на лъчението се случва по два начина - самата атмосфера и водните пари, както и различни примеси. Нивото на прах се увеличава през лятото (както и съдържанието на водна пара в атмосферата).

Общо излъчване

С това се има предвид общото количество радиация, падащо върху земната повърхност, както директно, така и дифузно. Общата слънчева радиация намалява при облачно време.

Поради тази причина през лятото общата радиация е средно по-висока преди обяд, отколкото след нея. И през първата половина на годината - повече, отколкото във втората.

Какво се случва с общата радиация на земната повърхност? Веднъж там, тя се абсорбира най-вече от горния слой на почвата или водата и се превръща в топлина, част от която се отразява. Степента на отражение зависи от естеството на земната повърхност. Индикатор, изразяващ процента на отразената слънчева радиация към общото му количество, падащо върху повърхността, се нарича повърхностен албедо.

Терминът самоизлъчване на земната повърхност се разбира като дълги вълни, излъчвани от растителност, снежна покривка, горни слоеве на вода и почва. Радиационният баланс на повърхността се отнася до разликата между неговото абсорбирано количество и емитираното.

Ефективна радиация

Доказано е, че насрещната радиация е почти винаги по-малка от земната. Поради това повърхността на земята води до загуба на топлина. Разликата между стойностите на присъщата радиация на повърхността и атмосферата се нарича ефективна радиация. Това всъщност е нетна загуба на енергия и, като резултат, топлина през нощта.

Има го през деня. Но през деня тя е частично компенсирана или дори блокирана от абсорбираната радиация. Следователно повърхността на земята е по-топла през деня, отколкото през нощта.

За географското разпределение на радиацията

Слънчевата радиация на Земята през цялата година е неравномерно разпределена. Разпределението му е по зонен характер, а изолините (свързващи точки на еднакви стойности) на радиационния поток съвсем не са идентични с широчините. Това несъответствие се дължи на различни нива на облачност и прозрачност на атмосферата в различни части на земното кълбо.

Най-голямата стойност на общата слънчева радиация през годината е в субтропичните пустини с облачна атмосфера. Много по-малко е в горските райони на екваториалния пояс. Причината за това - повишена облачност. Към двата полюса този индикатор намалява. Но в района на полюсите се увеличава наново - по-малко в северното полукълбо, в района на снежна и облачна Антарктида - повече. Над повърхността на океаните средното слънчево лъчение е по-малко от над континентите.

Почти навсякъде на Земята повърхността има положителен радиационен баланс, т.е. в същото време притокът на радиация е по-голям от ефективната радиация. Изключение правят районите на Антарктика и Гренландия с техните ледени плата.

Глобалното затопляне ни заплашва ли?

Но горното не означава годишно затопляне на земната повърхност. Излишното поглъщане на радиацията се компенсира от изтичане на топлина от повърхността в атмосферата, което се случва, когато водната фаза се промени (изпаряване, кондензация в изглед в облака).

По този начин, радиационното равновесие като такова не съществува на повърхността на Земята. Но има и термично равновесие - доставката и загубата на топлина се балансират по различни начини, включително радиация.

Разпределение на баланса по карта

В същите географски ширини, радиационният баланс е по-голям в повърхността на океана, отколкото над земята. Това може да се обясни с факта, че слоят, който абсорбира радиацията в океаните, е по-дебел, докато в същото време ефективната радиация е по-малка поради студеността на морската повърхност в сравнение с земята.

В пустините се наблюдават значителни колебания в амплитудата на неговото разпределение. Балансът е по-нисък поради високото ефективно излъчване в сух въздух и ниски облаци. В по-малка степен тя се понижава в районите на мусонния климат. По време на топлия сезон там се увеличава облачност, а поглъщаната слънчева радиация е по-малка, отколкото в други области на същата географска ширина.

Разбира се, основният фактор, от който зависи средната годишна слънчева радиация, е географската ширина на един или друг регион. Запис "порции" на ултравиолетовите се стигне до страни, разположени в близост до екватора. Това е Североизточна Африка, нейният източен бряг, Арабски полуостров, север и запад от Австралия, част от островите на Индонезия, западната част на крайбрежието на Южна Америка.

В Европа Турция, южната част на Испания, Сицилия, Сардиния, островите на Гърция, бреговете на Франция (южната част), както и части от Италия, Кипър и Крит, вземат най-високата доза светлина и радиация.

Какво ще кажете за нас?

Общата слънчева радиация в Русия се разпределя на пръв поглед неочаквано. На територията на нашата страна, достатъчно странно, не на всички черноморски курорти държи дланта. Най-високите дози слънчева радиация попадат на територията, граничеща с Китай и Северна Земля. Като цяло слънчевата радиация в Русия не се различава по особена интензивност, което напълно се обяснява с нашето северно географско положение. Минималното количество слънчева светлина отива в северозападния район - Санкт Петербург, заедно с околните райони.

Слънчевата радиация в Русия е по-ниска от тази на Украйна. Там най-ултравиолетовият отива в Крим и териториите отвъд Дунав, на второ място са Карпатите с южните райони на Украйна.

Общото (пряко и дифузно) слънчево лъчение, попадащо върху хоризонтална повърхност, се дава месечно за всяка в специално проектирани таблици за различни територии и се измерва в MJ / m ² . Например, слънчевата радиация в Москва има показатели от 31-58 през зимните месеци до 568-615 през лятото.

За слънчевата слънчева светлина

Инсолацията или количеството полезна радиация, излъчвана върху повърхност, осветена от слънцето, варира значително в различни географски точки. Годишното осветление се изчислява на квадратен метър в мегавата. Например в Москва тази стойност е 1.01, в Архангелск - 0.85, в Астрахан - 1.38 MW.

При определянето му трябва да се вземат предвид фактори като сезон (по-ниска осветеност и дължина през зимата), характер на терена (планините могат да блокират слънцето), типични метеорологични условия за района - мъгла, чести дъждове и облачност. Радиусът на приемане на светлина може да бъде ориентиран вертикално, хоризонтално или наклонен. Количеството слънчеви лъчи, както и разпределението на слънчевата радиация в Русия, са данни, групирани в таблица по град и регион, показващи географската ширина.