Ukupno Sunčevo zračenje. Sunčevo zračenje: vrste

Svijetlo svjetlo gori vrućim zrakama i tjera nas da razmišljamo o značaju zračenja u našem životu, njegovim koristima i štetnosti. Što je sunčevo zračenje? Lekcija školske fizike nudi nam da se počnemo upoznavati s konceptom elektromagnetskog zračenja općenito. Ovaj izraz se odnosi na drugi oblik materije - različit od tvari. To uključuje vidljivo svjetlo, a spektar ne opaža oko. To jest, X-zrake, gama zrake, ultraljubičaste i infracrvene zrake.

Elektromagnetski valovi

U prisutnosti izvora emiter zračenja elektromagnetski valovi širiti u svim smjerovima brzinu svjetlosti. Ovi valovi, kao i svaki drugi, imaju određene karakteristike. To uključuje frekvenciju vibracija i valnu duljinu. Svojstvo zračenja ima bilo koje tijelo čija je temperatura različita od apsolutne nule.

Sunce je glavni i najsnažniji izvor zračenja u blizini našeg planeta. S druge strane, Zemlja (njezina atmosfera i površina) sama zrači zračenje, ali u drugom rasponu. Promatranje temperaturnih uvjeta na planeti duže vrijeme dovelo je do hipoteze o ravnoteži količine topline koju je Sunce primilo i koje je dano u svemir.

Sunčevo zračenje: spektralni sastav

Apsolutna većina (oko 99%) solarne energije u spektru leži u rasponu valnih duljina od 0,1 do 4 mikrona. Preostalih 1% su zrake veće i manje duljine, uključujući radiovalove i X-zrakama. Otprilike polovica sunčeve energije sunčevog zračenja pada na taj spektar, koji vidimo s pogledom, oko 44% - na infracrveno zračenje, 9% - na ultraljubičasto zračenje. Kako znamo kako je sunčevo zračenje podijeljeno? Izračun njegove distribucije moguć je zahvaljujući istraživanju svemirskih satelita.

Postoje tvari koje mogu doći u posebnom stanju i emitiraju dodatno zračenje drugog raspona valnih duljina. Primjerice, na niskim temperaturama postoji sjaj, koji nije tipičan za emisiju svjetla od strane ove tvari. Ova vrsta zračenja, nazvana luminiscentna, nije podložna uobičajenim načelima toplinskog zračenja.

Fenomen luminescencije javlja se nakon apsorpcije određene tvari energije i prijelaza u drugo stanje (tzv. Pobuđeno), koje je energetski više nego kod vlastite temperature tvari. Luminescencija se pojavljuje na obrnutom prijelazu - od uzbuđenog do uobičajenog stanja. U prirodi je možemo promatrati u obliku noćnog sjaja neba i aurore.

Naše svjetlo

Energija sunčevih zraka gotovo je jedini izvor topline za naš planet. Intrinzično zračenje koje dolazi iz njegovih dubina na površinu ima intenzitet oko 5 tisuća puta manje. Istovremeno, vidljivo svjetlo - jedan od najvažnijih čimbenika života na planetu - samo je dio sunčevog zračenja.

Energija sunčevih zraka prelazi u toplinu u manjem dijelu - u atmosferi, više - na površini Zemlje. Tamo se troši na zagrijavanje vode i tla (gornji slojevi), koji zatim odaju toplinu zraku. Kada se zagrijava, atmosfera i zemljina površina, zauzvrat, emitiraju infracrvene zrake u svemir, dok se hladi.

Sunčevo zračenje: Definicija

Radijacija koja ide na površinu našeg planeta izravno iz solarnog diska obično se naziva izravnim sunčevim zračenjem. Sunce ga širi u svim smjerovima. S obzirom na ogromnu udaljenost od Zemlje do Sunca, izravno Sunčevo zračenje u bilo kojoj točki Zemljine površine može se predstaviti kao snop paralelnih zraka, čiji je izvor praktički u beskonačnosti. Područje smješteno okomito na zrake sunčeve svjetlosti, tako dobiva svoj najveći iznos.

Gustoća fluksa zračenja (ili energetskog osvjetljenja) mjera je njegove količine koja pada na određenu površinu. To je količina energije zračenja koja pada u jedinicu vremena po jedinici površine. Ova vrijednost se mjeri - energetska rasvjeta - u W / m ² . Naša Zemlja, kao što svi znaju, kruži oko Sunca u elipsoidnoj orbiti. Sunce je u jednom od fokusa ove elipse. Dakle, svake godine u određeno vrijeme (početkom siječnja) Zemlja zauzima položaj koji je najbliži Suncu, a drugom (na početku srpnja) - najdalje od njega. U ovom slučaju, veličina energetskog osvjetljenja mijenja se u obrnutom razmjeru u odnosu na kvadrat udaljenosti od zvijezde.

Gdje Sunčevo zračenje dopire do Zemlje? Njegove vrste određuju mnogi čimbenici. Ovisno o geografskoj širini, vlažnosti, zamućenosti, dio je raspršen u atmosferi, dio se apsorbira, ali većina još uvijek doseže površinu planeta. U tom slučaju se reflektira mala količina, a glavna se apsorbira zemljinom površinom, pod djelovanjem koje se podvrgava zagrijavanju. Raspršeno sunčevo zračenje također djelomično pada na površinu zemlje, djelomično se apsorbira i djelomično se reflektira. Ostatak ide u svemir.

Kako je distribucija

Je li solarno zračenje ujednačeno? Njegove vrste nakon svih "gubitaka" u atmosferi mogu varirati u njihovom spektralnom sastavu. Naposljetku, zrake različitih duljina razasute su i apsorbirane na različite načine. U prosjeku, atmosfera apsorbira oko 23% svoje izvorne količine. Približno 26% ukupnog toka pretvara se u raspršeno zračenje, od čega 2/3 ulazi u Zemlju. U biti, ovo je drugačija vrsta zračenja, različita od izvorne. Raspršeno zračenje se šalje na Zemlju ne diskom Sunca, već nebeskim svodom. Ima drugačiji spektralni sastav.

Zračenje apsorbira uglavnom ozon - vidljivi spektar i ultraljubičaste zrake. Infracrveno zračenje apsorbira ugljični dioksid (ugljični dioksid), koji je, usput, vrlo malo u atmosferi.

Raspršivanje zračenja koje ga slabi javlja se za bilo koju valnu duljinu spektra. U procesu svojih čestica, koje padaju pod elektromagnetski utjecaj, preraspodijelite energiju incidentnog vala u svim smjerovima. To jest, čestice su točkasti izvori energije.

dnevna svjetlost

Zbog raspršenja, svjetlost koja dolazi iz sunca mijenja boju kada atmosfera prođe. Praktično značenje raspršenja je u stvaranju dnevne svjetlosti. Ako bi Zemlja bila lišena atmosfere, osvjetljenje bi postojalo samo na mjestima gdje sunce izravno ili reflektira površinske zrake. To jest, atmosfera - izvor svjetla u poslijepodnevnim satima. Zahvaljujući tome, to je svjetlo i na mjestima nedostupnim izravnim zrakama, a onda, kada se sunce skriva iza oblaka. Raspršivanje daje boju zraka - vidimo nebo plavo.

Na što još uvijek ovisi sunčevo zračenje? Nemojte zanemariti faktor zamućenosti. Uostalom, prigušenje zračenja događa se na dva načina - sama atmosfera i vodena para, kao i razne nečistoće. Ljeti se povećava razina prašine (kao i sadržaj u atmosferi vodene pare).

Ukupno zračenje

Pod tim se podrazumijeva ukupna količina zračenja koja pada na površinu Zemlje, i izravna i difuzna. Ukupno sunčevo zračenje smanjuje se s oblačno vrijeme.

Zbog toga je u ljetnim mjesecima ukupno zračenje u prosjeku veće prije podneva nego nakon njega. I u prvoj polovici godine - više nego u drugom.

Što se događa s ukupnim zračenjem na površini Zemlje? Jednom tamo, ona se uglavnom apsorbira u gornji sloj tla ili vode i pretvara u toplinu, dio se reflektira. Stupanj refleksije ovisi o prirodi zemljine površine. Pokazatelj koji izražava postotak reflektiranog sunčevog zračenja na njegovu ukupnu količinu koja pada na površinu naziva se površinski albedo.

Pod pojmom samo-zračenja Zemljine površine podrazumijeva se dugotrajno zračenje koje emitira vegetacija, snježni pokrivač, gornji slojevi vode i tla. Balans zračenja površine odnosi se na razliku između njegove apsorbirane količine i emitiranog.

Učinkovito zračenje

Dokazano je da je protu-zračenje gotovo uvijek manje od zemaljskog. Zbog toga na površini zemlje dolazi do gubitka topline. Razlika između vrijednosti unutarnjeg zračenja površine i atmosfere naziva se djelotvorno zračenje. To je zapravo neto gubitak energije i, kao rezultat toga, toplina noću.

Došlo je to po danu. No, tijekom dana je djelomično kompenzirana ili čak blokirana apsorbiranim zračenjem. Stoga je površina zemlje toplija tijekom dana nego noću.

O geografskoj rasprostranjenosti zračenja

Sunčevo zračenje na Zemlji tijekom cijele godine je neravnomjerno raspoređeno. Njegova raspodjela je po prirodi zonalna, a izolinije (spojne točke istih vrijednosti) zračenja nisu nimalo identične širinskom krugu. Ova razlika je uzrokovana različitim razinama zamućenosti i transparentnosti atmosfere u različitim dijelovima svijeta.

Najveća vrijednost ukupnog sunčevog zračenja tijekom godine je u suptropskim pustinjama s mutnom atmosferom. Mnogo manje je u šumskim predjelima ekvatorijalnog pojasa. Razlog za to - povećana oblačnost. Prema oba pola, ovaj indikator se smanjuje. Ali u području polova iznova se povećava - na sjevernoj hemisferi manje, u području snježnog i oblačnog Antarktika - više. Iznad površine oceana, prosječno sunčevo zračenje je manje nego iznad kontinenata.

Gotovo svugdje na Zemlji, površina ima pozitivnu ravnotežu zračenja, tj. Istodobno je priliv zračenja veći od efektivnog zračenja. Iznimke su regije Antarktika i Grenland sa svojim ledenim platoima.

Je li nam globalno zagrijavanje prijete?

Ali gore navedeno ne znači godišnje zagrijavanje Zemljine površine. Suvišak apsorbiranog zračenja kompenzira se propuštanjem topline s površine u atmosferu, koja se događa kada se vodena faza promijeni (isparavanje, kondenzacija u pogled oblaka).

Dakle, ravnoteža zračenja kao takva ne postoji na površini Zemlje. No, postoji toplinska ravnoteža - opskrba i gubitak topline uravnoteženi su na različite načine, uključujući zračenje.

Raspodjela stanja putem kartice

Na istim geografskim širinama svijeta, ravnoteža zračenja je veća na površini oceana nego na kopnu. To se može objasniti činjenicom da je sloj koji apsorbira zračenje u oceanima deblji, dok je u isto vrijeme djelotvorno zračenje tamo manje zbog hladnoće morske površine u odnosu na kopno.

U pustinjama su uočene značajne fluktuacije amplitude njezine raspodjele. Ravnoteža je niža zbog visokog efektivnog zračenja u suhom zraku i niskim oblacima. U manjoj mjeri, spušta se u područjima monsunske klime. Tijekom toplije sezone povećava se zamućenost, a apsorbirano sunčevo zračenje je manje nego u drugim područjima iste širine.

Naravno, glavni čimbenik na kojem ovisi prosječno godišnje Sunčevo zračenje je geografska širina jedne ili druge regije. Snimite "dijelove" ultraljubičastog zraka u zemlje koje se nalaze u blizini ekvatora. Ovo je sjeveroistočna Afrika, njezina istočna obala, Arapski poluotok, sjeverno i zapadno od Australije, dio otoka Indonezije, zapadni dio obale Južne Amerike.

U Europi, Turska, južna Španjolska, Sicilija, Sardinija, Grčki otoci, obala Francuske (južni dio), kao i dijelovi Italije, Cipra i Krete, uzimaju najveću dozu svjetlosti i zračenja.

Što je s nama?

Ukupno Sunčevo zračenje u Rusiji se na prvi pogled distribuira neočekivano. Na teritoriju naše zemlje, neobično dovoljno, ne na svim crnomorskim odmaralištima držati dlan. Najveće doze sunčevog zračenja padaju na područje koje graniči s Kinom i Severnaya Zemlya. U cjelini, sunčevo zračenje u Rusiji se ne razlikuje posebno po intenzitetu, što se u potpunosti objašnjava našim sjevernim geografskim položajem. Minimalna količina sunčeve svjetlosti ide u sjeverozapadnu regiju - St. Petersburg, zajedno s okolnim područjima.

Sunčevo zračenje u Rusiji je inferiorno u odnosu na Ukrajinu. Tamo, najviše ultraljubičasto ide na Krim i teritorije izvan Dunava, na drugom mjestu je Karpati s južnim regijama Ukrajine.

Ukupno (i izravno i difuzno) sunčevo zračenje koje pada na horizontalnu površinu daje se mjesečno za svaku u posebno dizajniranim tablicama za različite teritorije i mjeri se u MJ / m ² . Na primjer, sunčevo zračenje u Moskvi ima pokazatelje od 31-58 u zimskim mjesecima do 568-615 u ljetnim mjesecima.

O solarnoj insolaciji

Insolacija ili količina korisnog zračenja na površini osvijetljenoj suncem znatno se razlikuje u različitim geografskim točkama. Godišnja insolacija izračunava se po kvadratnom metru u megavatima. Na primjer, u Moskvi ta vrijednost iznosi 1,01, u Arkhangelsku - 0,85, u Astrahanu - 1,38 MW.

Prilikom određivanja treba uzeti u obzir čimbenike kao što su sezona (niža osvjetljenost i zimska dužina), karakter terena (planine mogu blokirati sunce), tipični vremenski uvjeti za područje - magla, česta kiša i zamućenost. Rastojanje svjetlosti može biti okomito, horizontalno ili nagnuto. Količina osunčanosti, kao i raspodjela sunčevog zračenja u Rusiji, podaci su grupirani u tablici po gradu i regiji, što označava zemljopisnu širinu.