100 % aurinkoenergiaa saapuu ilmakehän ylärajalle.

Ultraviolettisäteily, joka muodostaa 3 % 100 % saapuvasta auringonvalosta, absorboituu enimmäkseen yläilmakehän otsonikerrokseen.

Noin 40 % jäljellä olevasta 97 %:sta on vuorovaikutuksessa pilvien kanssa – joista 24 % heijastuu takaisin avaruuteen, 2 % imeytyy pilviin ja 14 % on hajallaan saavuttaen maan pinnan hajallaan olevana säteilynä.

32 % tulevasta säteilystä on vuorovaikutuksessa ilmakehän vesihöyryn, pölyn ja sumun kanssa – 13 % tästä imeytyy, 7 % heijastuu takaisin avaruuteen ja 12 % saavuttaa maan pinnan hajallaan auringonvalona (Kuva 6)

Riisi. 6. Maan säteilytase

Siksi maan pinnalla olevasta 100 %:sta auringon säteilystä 2 % suorasta auringonvalosta ja 26 % hajavalosta ulottuu.

Tästä kokonaismäärästä 4 % heijastuu maan pinnalta takaisin avaruuteen, ja kokonaisheijastus avaruuteen on 35 % tulevasta auringonvalosta.

Maapallon absorboimasta 65 %:sta valosta 3 % tulee ylemmästä ilmakehästä, 15 % alemmasta ilmakehästä ja 47 % maan pinnasta – valtamerestä ja maasta.

Jotta maapallo voisi ylläpitää lämpötasapainoa, 47 % kaikesta ilmakehän läpi kulkevasta ja maalla ja merellä absorboidusta aurinkoenergiasta on luovutettava maalla ja merellä takaisin ilmakehään.

Valtameren pintaan tulevan ja valaistuksen luovan säteilyn spektrin näkyvä osa koostuu ilmakehän läpi kulkeneista auringonsäteistä (suora säteily) ja osa ilmakehän kaikkiin suuntiin, mukaan lukien maan pinnalle, hajottamista säteistä. valtameri (hajasäteily).

Näiden kahden vaakasuoralle alustalle putoavan valovirran energian suhde riippuu Auringon korkeudesta - mitä korkeammalla se on horisontin yläpuolella, sitä suurempi on suoran säteilyn osuus

Merenpinnan valaistus luonnollisissa olosuhteissa riippuu myös pilvisyydestä. Korkeat ja ohuet pilvet heittävät alas paljon hajavaloa, minkä vuoksi merenpinnan valaistus voi Auringon keskikorkeuksilla olla jopa suurempi kuin pilvettömällä taivaalla. Tiheät sadepilvet vähentävät valaistusta dramaattisesti.

Meren pintaa valaisevat valonsäteet heijastuvat ja taittuvat vesi-ilma rajalla (kuva 7) Snellin tunnetun fysikaalisen lain mukaisesti.

Riisi. 7. Valosäteen heijastus ja taittuminen valtameren pinnalla

Siten kaikki meren pinnalle putoavat valonsäteet heijastuvat osittain, taittuvat ja tulevat mereen.

Taittuneen ja heijastuneen valovirran suhde riippuu Auringon korkeudesta. Auringon korkeudella 0 0 koko valovirta heijastuu meren pinnalta. Auringon korkeuden kasvaessa veteen tunkeutuvan valovirran osuus kasvaa, ja Auringon korkeudella 90 0 98 % pinnalle tulevasta kokonaisvirrasta tunkeutuu veteen.

Meren pinnalta heijastuneen valovirran suhdetta tulevaan valoon kutsutaan merenpinnan albedo . Silloin merenpinnan albedo auringon korkeudella 90 0 on 2 % ja 0 0 - 100 %. Merenpinnan albedo on erilainen suorille ja hajavalovirroille. Suoran säteilyn albedo riippuu olennaisesti Auringon korkeudesta, sironneen säteilyn albedo ei käytännössä riipu Auringon korkeudesta.

Auringon säteilyenergia on käytännössä ainoa maan pinnan ja sen ilmakehän lämmönlähde. Tähtien ja Kuun säteily on 30-106 kertaa vähemmän kuin auringon säteily. Lämmön virtaus maan syvyydestä pintaan on 5000 kertaa pienempi kuin Auringosta saatava lämpö.

Osa auringon säteilystä on näkyvää valoa. Siten Aurinko ei ole vain lämmön lähde maapallolle, vaan myös valon lähde, joka on tärkeä elämälle planeetallamme.

Auringon säteilyenergia muuttuu lämmöksi osittain itse ilmakehässä, mutta pääosin maan pinnalla, missä sitä käytetään maaperän ja veden ylempien kerrosten sekä niistä ilman lämmittämiseen. Kuumentunut maan pinta ja lämmitetty ilmakehä puolestaan ​​lähettävät näkymätöntä infrapunasäteilyä. Antamalla säteilyä maailmanavaruuteen, maan pinta ja ilmakehä jäähtyvät.

Kokemus osoittaa, että maan pinnan ja ilmakehän keskimääräiset vuotuiset lämpötilat missä tahansa maapallon kohdassa vaihtelevat vain vähän vuodesta toiseen. Jos tarkastellaan maan lämpötilaolosuhteita pitkiä monivuotisia ajanjaksoja, voimme hyväksyä hypoteesin, että maa on termisessä tasapainossa: Auringosta tulevaa lämpöä tasapainottaa sen häviäminen avaruuteen. Mutta koska maapallo (ilmakehän kanssa) vastaanottaa lämpöä absorboimalla auringon säteilyä ja menettää lämpöä omalla säteilyllään, termisen tasapainon hypoteesi tarkoittaa samalla, että maapallo on säteilytasapainossa: lyhytaaltosäteilyn virtaus sitä tasapainottaa pitkäaaltoisen säteilyn paluu maailmanavaruuteen.

suoraa auringon säteilyä

Suoraan Auringon kiekolta maan pinnalle tulevaa säteilyä kutsutaan suoraa auringon säteilyä. Auringon säteily leviää Auringosta kaikkiin suuntiin. Mutta etäisyys maasta aurinkoon on niin suuri, että suora säteily putoaa mille tahansa maan pinnalle rinnakkaisten säteiden säteen muodossa, joka lähtee ikään kuin äärettömyydestä. Jopa koko maapallo kokonaisuutena on niin pieni Auringon etäisyyteen verrattuna, että kaikkea sille tulevaa auringonsäteilyä voidaan pitää rinnakkaisten säteiden säteenä ilman havaittavaa virhettä.

On helppo ymmärtää, että suurimman mahdollisen määrän säteilyä tietyissä olosuhteissa vastaanottaa pinta-alayksikkö, joka sijaitsee kohtisuorassa auringonsäteitä vastaan. Säteilyenergiaa on vähemmän vaaka-alueen yksikköä kohti. Perusyhtälö suoran auringonsäteilyn laskemiseen syntyy auringonsäteiden tulokulmasta, tarkemmin sanoen auringon korkeudesta ( h): S" = S synti h; missä S"- auringon säteilyä, joka saapuu vaakasuoralle pinnalle, S- suora auringon säteily rinnakkaisilla säteillä.

Suoran auringonsäteilyn virtausta vaakasuoralle pinnalle kutsutaan insolaatioksi.

Auringon säteilyn muutokset ilmakehässä ja maan pinnalla

Noin 30 % suorasta auringon säteilystä Maahan heijastuu takaisin avaruuteen. Loput 70 % joutuu ilmakehään. Auringon säteily kulkeutuu ilmakehän läpi osittain ilmakehän kaasujen ja aerosolien kautta ja siirtyy erityiseen diffuusisäteilyn muotoon. Osittain suora auringon säteily imeytyy ilmakehän kaasuihin ja epäpuhtauksiin ja siirtyy lämmöksi, eli. menee lämmittämään tunnelmaa.

Suoraa auringon säteilyä, joka ei hajoa ja imeydy ilmakehään, saavuttaa maan pinnan. Siitä heijastuu pieni osa, ja suurin osa säteilystä imeytyy maan pinnalle, minkä seurauksena maan pinta lämpenee. Osa sironneesta säteilystä saavuttaa myös maan pinnan, osittain siitä heijastuneena ja osittain absorboituneena. Toinen osa sironneesta säteilystä nousee planeettojen väliseen avaruuteen.

Ilmakehässä tapahtuvan säteilyn imeytymisen ja sironnan seurauksena maan pinnalle päässyt suora säteily eroaa ilmakehän rajalle tulleesta. Auringon säteilyn virtaus pienenee ja sen spektrikoostumus muuttuu, koska eri aallonpituuksilla olevat säteet absorboituvat ja siroavat ilmakehässä eri tavoin.

Parhaimmillaan ts. Auringon korkeimmalla paikalla ja riittävällä ilman puhtaudella Maan pinnalla voidaan havaita noin 1,05 kW / m 2 suora säteilyvirta. Vuoristossa 4–5 km korkeudessa havaittiin jopa 1,2 kW/m 2 tai enemmän säteilyvirtauksia. Auringon lähestyessä horisonttia ja auringon säteiden läpi kulkevan ilman paksuuden kasvaessa suoran säteilyn virta pienenee yhä enemmän.

Noin 23 % suorasta auringon säteilystä imeytyy ilmakehään. Lisäksi tämä absorptio on selektiivistä: eri kaasut absorboivat säteilyä spektrin eri osissa ja eri määrin.

Typpi absorboi säteilyä vain hyvin lyhyillä aallonpituuksilla spektrin ultraviolettiosassa. Auringon säteilyn energia tässä spektrin osassa on täysin merkityksetöntä, joten typen absorptio ei käytännössä vaikuta auringon säteilyvirtaan. Hieman suuremmassa määrin, mutta silti hyvin vähän, happi absorboi auringon säteilyä - spektrin näkyvän osan kahdessa kapeassa osassa ja sen ultraviolettiosassa.

Otsoni on voimakkaampi auringonsäteilyn vaimentaja. Se absorboi ultraviolettisäteilyä ja näkyvää auringonsäteilyä. Huolimatta siitä, että sen pitoisuus ilmassa on hyvin pieni, se absorboi yläilmakehän ultraviolettisäteilyä niin voimakkaasti, että alle 0,29 mikronia lyhyempiä aaltoja ei havaita lainkaan auringon spektrissä lähellä maan pintaa. Otsonin auringonsäteilyn kokonaisabsorptio on 3 % suorasta auringon säteilystä.

Hiilidioksidi (hiilidioksidi) absorboi voimakkaasti säteilyä spektrin infrapuna-alueella, mutta sen pitoisuus ilmakehässä on edelleen pieni, joten sen suoran auringon säteilyn absorptio on yleensä pieni. Kaasuista pääasiallinen ilmakehän säteilyn absorboija on vesihöyry, joka on keskittynyt troposfääriin ja erityisesti sen alaosaan. Auringon säteilyn kokonaisvirtauksesta vesihöyry absorboi säteilyä aallonpituusvälein spektrin näkyvällä ja lähi-infrapuna-alueella. Pilvet ja ilman epäpuhtaudet absorboivat myös auringon säteilyä, ts. ilmakehään suspendoituneita aerosolihiukkasia. Yleensä vesihöyryn ja aerosoliabsorption osuus on noin 15 %, ja 5 % imeytyy pilviin.

Jokaisessa yksittäisessä paikassa absorptio muuttuu ajan myötä riippuen sekä ilman absorboivien aineiden, pääasiassa vesihöyryn, pilvien ja pölyn, vaihtelevasta pitoisuudesta että Auringon korkeudesta horisontin yläpuolella, ts. sen ilmakerroksen paksuudesta, jonka säteet kulkevat matkallaan Maahan.

Ilmakehän läpi kulkeva suora auringonsäteily vaimenee absorption lisäksi myös sironnan kautta ja vaimenee merkittävästi. Sironta on fyysinen perusilmiö valon ja aineen vuorovaikutuksesta. Sitä voi esiintyä kaikilla sähkömagneettisen spektrin aallonpituuksilla, riippuen sirottavien hiukkasten koon ja tulevan säteilyn aallonpituuden suhteesta. Sironneena sähkömagneettisen aallon etenemisreitillä oleva hiukkanen "purkaa" jatkuvasti energiaa tulevasta aallosta ja säteilee sitä uudelleen kaikkiin suuntiin. Siten hiukkasta voidaan pitää hajaenergian pistelähteenä. hajoaminen sitä kutsutaan osan muuntamiseksi suorasta auringon säteilystä, joka ennen sirontaa etenee yhdensuuntaisten säteiden muodossa tiettyyn suuntaan, kaikkiin suuntiin meneväksi säteilyksi. Sironta tapahtuu optisesti epähomogeenisessa ilmakehän ilmassa, joka sisältää pienimmät nestemäisten ja kiinteiden epäpuhtauksien hiukkaset - pisarat, kiteet, pienimmät aerosolit, ts. väliaineessa, jossa taitekerroin vaihtelee pisteestä toiseen. Mutta optisesti epähomogeeninen väliaine on myös puhdasta ilmaa, jossa ei ole epäpuhtauksia, koska siinä tapahtuu jatkuvasti tiheysvaihteluja molekyylien lämpöliikkeen, kondensaatioiden ja harventumisen vuoksi. Kun auringonsäteet kohtaavat ilmakehän molekyylejä ja epäpuhtauksia, ne menettävät suoraviivaisen etenemissuuntansa ja sironnan. Säteily leviää siroavista hiukkasista tavalla, joka ikään kuin ne itse olisivat säteilijöitä.

Sironnan lakien mukaan, erityisesti Rayleighin lain mukaan, sironneen säteilyn spektrikoostumus eroaa suoran spektrin koostumuksesta. Rayleighin laki sanoo, että säteiden sironta on kääntäen verrannollinen aallonpituuden neljänteen potenssiin:

S ? = 32? 3 (m-1) / 3n? neljä

missä S? – kerroin. sironta; m on kaasun taitekerroin; n on molekyylien lukumäärä tilavuusyksikköä kohti; ? on aallonpituus.

Noin 26 % auringon kokonaissäteilyvirran energiasta muuttuu ilmakehässä hajasäteilyksi. Noin 2/3 sironneesta säteilystä tulee sitten maan pinnalle. Mutta tämä on jo erityinen säteilytyyppi, joka eroaa merkittävästi suorasta säteilystä. Ensinnäkin, hajasäteilyä ei tule maan pinnalle aurinkolevyltä, vaan koko taivaanvahvuus. Siksi on tarpeen mitata sen virtaus vaakasuoraan pintaan. Se mitataan myös W/m2 (tai kW/m2).

Toiseksi sironnut säteily eroaa suorasta säteilystä spektrikoostumukseltaan, koska eri aallonpituuksilla olevat säteet ovat sironneet eriasteisesti. Sironneen säteilyn spektrissä eri aallonpituuksien energioiden suhdetta suoran säteilyn spektriin muutetaan lyhyemmän aallonpituisten säteiden hyväksi. Mitä pienempi sirontahiukkasten koko on, sitä voimakkaammin lyhytaaltoiset säteet siroutuvat pitkäaaltoisiin verrattuna.

Säteilyn sirontailmiöt

Säteilyn leviämiseen liittyvät ilmiöt, kuten taivaan sininen väri, hämärä ja aamunkoitto sekä näkyvyys. Taivaan sininen väri on itse ilman väri, mikä johtuu auringonsäteiden hajoamisesta siihen. Ilma on läpinäkyvää ohuessa kerroksessa, kuten vesi on läpinäkyvää ohuessa kerroksessa. Mutta voimakkaassa ilmakehän paksuudessa ilma on väriltään sinistä, aivan kuten vesi jo suhteellisen pienessä paksuudessa (useita metrejä) on vihertävää. Joten kuinka valon molekyylisironta tapahtuu käänteisesti? 4, silloin taivaanvahvuuden lähettämän sironneen valon spektrissä energiamaksimi siirtyy siniseksi. Korkeuden myötä, kun ilman tiheys pienenee, ts. sirottavien hiukkasten lukumäärä, taivaan väri tummenee ja muuttuu syvän siniseksi ja stratosfäärissä - mustaksi violetiksi. Mitä enemmän ilmassa on ilmamolekyylejä suurempia epäpuhtauksia, sitä suurempi on pitkäaaltoisten säteiden osuus auringon säteilyn spektrissä ja sitä vaaleampi taivaan väri muuttuu. Kun sumun, pilvien ja aerosolien hiukkasten halkaisija on yli 1-2 mikronia, kaikkien aallonpituuksien säteet eivät ole enää sironneet, vaan heijastuvat yhtä diffuusisesti; siksi sumussa ja pölyisessä sumussa olevia kaukaisia ​​esineitä ei enää peitä sininen, vaan valkoinen tai harmaa verho. Siksi pilvet, joille aurinko (eli valkoinen) valo putoaa, näyttävät valkoisilta.

Auringon säteilyn hajoamisella ilmakehään on suuri käytännön merkitys, koska se luo hajavaloa päiväsaikaan. Ilman ilmakehää maapallolla se olisi valoisa vain sinne, missä suora auringonvalo tai maanpinnan ja sen pinnalla olevien esineiden heijastuma auringonvalo putoaisi. Hajavalon seurauksena koko ilmapiiri päivällä toimii valaistuksen lähteenä: päivällä on valoa myös sinne, missä auringonsäteet eivät suoraan putoa, ja silloinkin, kun aurinko on pilvien peitossa.

Illalla auringonlaskun jälkeen pimeys ei tule heti. Taivas, varsinkin siinä horisontin osassa, jossa aurinko on laskenut, pysyy kirkkaana ja lähettää vähitellen vähenevää hajasäteilyä maan pinnalle. Samoin aamulla, jo ennen auringonnousua, taivas kirkastuu eniten auringonnousun suuntaan ja lähettää hajavaloa maahan. Tätä epätäydellisen pimeyden ilmiötä kutsutaan hämäriksi - ilta ja aamu. Syynä on horisontin alla olevan Auringon valaiseminen ilmakehän korkeisiin kerroksiin ja niiden aiheuttama auringonvalon sironta.

Niin kutsuttu tähtitieteellinen hämärä jatkuu illalla, kunnes aurinko laskee 18 astetta horisontin alapuolelle; tässä vaiheessa on niin pimeää, että himmeimmät tähdet ovat näkyvissä. Tähtitieteellinen aamuhämärä alkaa, kun aurinko on samassa paikassa horisontin alapuolella. Illan tähtitieteellisen hämärän ensimmäistä osaa tai aamun viimeistä osaa, jolloin aurinko on horisontin alapuolella vähintään 8°, kutsutaan siviilihämäriksi. Tähtitieteellisen hämärän kesto vaihtelee leveysasteen ja vuodenajan mukaan. Keskimmäisillä leveysasteilla se on 1,5 - 2 tuntia, tropiikissa se on vähemmän, päiväntasaajalla hieman yli tunnin.

Kesällä korkeilla leveysasteilla aurinko ei välttämättä vajoa horisontin alapuolelle ollenkaan tai vajoaa hyvin matalalle. Jos aurinko laskee horisontin alapuolelle alle 18 astetta, täydellistä pimeyttä ei esiinny ollenkaan ja iltahämärä sulautuu aamuun. Tätä ilmiötä kutsutaan valkoisiksi öiksi.

Hämärään liittyy kauniita, joskus erittäin näyttäviä muutoksia taivaanvahvuuden värissä Auringon suunnassa. Nämä muutokset alkavat ennen auringonlaskua ja jatkuvat auringonnousun jälkeen. Niillä on melko säännöllinen luonne ja niitä kutsutaan aamunkoitoksi. Aamunkoitolle ominaiset värit ovat violetti ja keltainen. Mutta aamunkoiton värisävyjen intensiteetti ja valikoima vaihtelevat suuresti riippuen ilman aerosoliepäpuhtauksien pitoisuudesta. Myös hämärässä valaisevien pilvien sävyt vaihtelevat.

Aurinkoa vastapäätä olevalla taivaan puolella on antiaamunkoittoa, myös värisävyjen muutoksella purppuraa ja purppuraviolettia vallitsevana. Auringonlaskun jälkeen tälle taivaan osalle ilmestyy Maan varjo: harmaansininen segmentti, joka kasvaa yhä enemmän korkeuteen ja sivuille. Aamunkoittoilmiöt selittyvät ilmakehän aerosolien pienimpien hiukkasten aiheuttamalla valon sirontalla ja suurempien hiukkasten aiheuttamalla valon diffraktiolla.

Kaukana olevat esineet nähdään huonommin kuin läheiset, eikä vain siksi, että niiden näennäinen koko pienenee. Jopa hyvin suuret kohteet, jotka ovat jollakin etäisyydellä tarkkailijasta, tulevat huonosti erotettavissa ilmakehän sameuden vuoksi, jonka läpi ne näkyvät. Tämä sameus johtuu valon sironnasta ilmakehässä. On selvää, että se lisääntyy ilmassa olevien aerosoliepäpuhtauksien lisääntyessä.

Moniin käytännön tarkoituksiin on erittäin tärkeää tietää, millä etäisyydellä ilmaverhon takana olevien esineiden ääriviivat eivät enää erotu. Etäisyyttä, jolla esineiden ääriviivat lakkaavat erottamasta ilmakehässä, kutsutaan näkyvyysalueeksi tai yksinkertaisesti näkyvyydeksi. Näkyvyysalue määräytyy useimmiten tiettyjen, ennalta valittujen kohteiden (tumma taivasta vasten), joiden etäisyys on tiedossa, perusteella. Näkyvyyden määrittämiseen on myös useita fotometrisiä laitteita.

Esimerkiksi erittäin puhtaassa ilmassa, joka on peräisin arktiselta alkuperältä, näkyvyysalue voi olla satoja kilometrejä, koska tällaisessa ilmassa olevien esineiden valon vaimeneminen johtuu pääasiassa ilmamolekyyleihin kohdistuvasta sironnasta. Ilmassa, jossa on paljon pölyä tai kondenssivesituotteita, näkyvyys voidaan lyhentää useisiin kilometreihin tai jopa metreihin. Kevyessä sumussa näkyvyysalue on siis 500–1000 m, ja voimakkaassa sumussa tai voimakkaissa hiekkapohjoissa se voi pienentyä kymmeniin tai jopa useisiin metriin.

Kokonaissäteily, heijastunut auringon säteily, absorboitunut säteily, PAR, maan albedo

Kaikkea maan pinnalle tulevaa auringon säteilyä - suoraa ja hajallaan - kutsutaan kokonaissäteilyksi. Näin ollen kokonaissäteily

K = S* synti h + D,

missä S– energiavalaistus suoralla säteilyllä,

D– energiavalaistus sironneen säteilyn avulla,

h- auringon korkeus.

Pilvettömällä taivaalla kokonaissäteilyssä on vuorokausivaihtelua, jonka maksimi on puolenpäivän aikoihin ja vuosivaihtelu, jonka enimmäismäärä on kesällä. Osittainen pilvisyys, joka ei peitä aurinkolevyä, lisää kokonaissäteilyä verrattuna pilvettömään taivaaseen; täysi pilvisyys päinvastoin vähentää sitä. Keskimäärin pilvisyys vähentää kokonaissäteilyä. Siksi kesällä kokonaissäteilyn saapuminen ennen puoltapäivää on keskimäärin suurempi kuin iltapäivällä. Samasta syystä se on suurempi vuoden ensimmäisellä puoliskolla kuin toisella vuosipuoliskolla.

S.P. Khromov ja A.M. Petrosyantit antavat keskipäivän kokonaissäteilyn arvot kesäkuukausina Moskovan lähellä pilvettömällä taivaalla: keskimäärin 0,78 kW / m 2, auringon ja pilvien kanssa - 0,80, jatkuvilla pilvillä - 0,26 kW / m 2.

Pudotessaan maan pinnalle kokonaissäteily absorboituu enimmäkseen ylempään ohueen maakerrokseen tai paksumpaan vesikerrokseen ja muuttuu lämmöksi ja heijastuu osittain. Auringon säteilyn heijastuksen määrä maan pinnasta riippuu tämän pinnan luonteesta. Heijastuneen säteilyn määrän suhdetta tietylle pinnalle tulevan säteilyn kokonaismäärään kutsutaan pinnan albedoksi. Tämä suhde ilmaistaan ​​prosentteina.

Joten kokonaissäteilyn kokonaisvuosta ( S synti h + D) osa siitä heijastuu maan pinnalta ( S synti h + D)Ja missä MUTTA on pinnan albedo. Loput kokonaissäteilystä ( S synti h + D) (1 – MUTTA) imeytyy maan pinnalle ja lämmittää maaperän ja veden ylempiä kerroksia. Tätä osaa kutsutaan absorboituneeksi säteilyksi.

Maan pinnan albedo vaihtelee 10–30 %; märässä chernozemissa se laskee 5 prosenttiin ja kuivassa kevyessä hiekassa se voi nousta 40 prosenttiin. Kun maaperän kosteus lisääntyy, albedo vähenee. Kasvillisuuden - metsien, niittyjen, peltojen - albedo on 10–25 %. Tuoreen lumen pinnan albedo on 80–90 %, kun taas pitkäaikaisen lumen on noin 50 % ja vähemmän. Tasaisen vedenpinnan albedo suoralle säteilylle vaihtelee muutamasta prosentista (jos aurinko on korkealla) 70 prosenttiin (jos matala); se riippuu myös jännityksestä. Hajasäteilyn osalta vesipintojen albedo on 5–10 %. Maailmanmeren pinnan albedo on keskimäärin 5–20 %. Pilvien yläpinnan albedo vaihtelee muutamasta prosentista 70–80 prosenttiin pilvipeitteen tyypistä ja paksuudesta riippuen, keskimäärin 50–60 % (S.P. Khromov, M.A. Petrosyants, 2004).

Yllä olevat luvut viittaavat auringon säteilyn heijastukseen, ei vain näkyvään, vaan myös sen koko spektriin. Fotometriset välineet mittaavat albedon vain näkyvälle säteilylle, joka tietysti voi poiketa jonkin verran koko säteilyvuon albedosta.

Valtaosa maan pinnasta ja pilvien yläpinnasta heijastuvasta säteilystä menee ilmakehän ulkopuolelle maailmanavaruuteen. Osa (noin kolmasosa) sironneesta säteilystä menee myös maailmanavaruuteen.

Avaruudesta lähtevän auringon heijastuneen ja hajallaan olevan säteilyn suhdetta ilmakehään tulevan auringon säteilyn kokonaismäärään kutsutaan Maan planetaariseksi albedoksi tai yksinkertaisesti Maan albedo.

Yleisesti ottaen Maan planeettojen albedon arvioidaan olevan 31%. Pääosa Maan planeetan albedosta on auringon säteilyn heijastus pilvien kautta.

Osa suorasta ja heijastuneesta säteilystä on mukana kasvien fotosynteesin prosessissa, joten sitä kutsutaan fotosynteettisesti aktiivista säteilyä (FAR). FAR - lyhytaaltosäteilyn (380-710 nm) osaa, joka on aktiivisin suhteessa kasvien fotosynteesiin ja tuotantoprosessiin, edustaa sekä suora että hajasäteily.

Kasvit pystyvät kuluttamaan suoraa auringonsäteilyä ja heijastumaa taivaan ja maan esineistä aallonpituusalueella 380-710 nm. Fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn virtaus on noin puolet auringon virtauksesta, ts. puolet kokonaissäteilystä ja käytännössä sääolosuhteista ja sijainnista riippumatta. Vaikka Euroopan olosuhteille arvo 0,5 on tyypillinen, niin Israelin olosuhteille se on jonkin verran korkeampi (noin 0,52). Ei kuitenkaan voida sanoa, että kasvit käyttäisivät PAR:a samalla tavalla koko elämänsä ajan ja eri olosuhteissa. PAR-käytön tehokkuus on erilainen, joten ehdotettiin indikaattoreita "PAR-käyttökerroin", joka kuvastaa PAR-käytön tehokkuutta ja "fytokenoosien tehokkuutta". Fytosenoosien tehokkuus luonnehtii kasvillisuuden fotosynteettistä aktiivisuutta. Tämä parametri on löytänyt laajimman sovelluksen metsänhoitajien keskuudessa metsien fytosenoosien arvioinnissa.

On syytä korostaa, että kasvit itse pystyvät muodostamaan PAR:ia kasvipeitteessä. Tämä saavutetaan johtuen lehtien sijainnista auringonsäteitä kohti, lehtien pyörimisestä, erikokoisten ja -kulmien lehtien jakautumisesta eri fytokenoositasoilla, ts. niin kutsutun katosarkkitehtuurin kautta. Kasvillisuuden peitossa auringonsäteet taittuvat toistuvasti ja heijastuvat lehtien pinnalta muodostaen siten oman sisäisen säteilyjärjestelmänsä.

Kasvipeiton sisällä hajallaan olevalla säteilyllä on sama fotosynteettinen arvo kuin kasvipeitteen pintaan tulevalla suoralla ja hajasäteilyllä.

Maan pinnan säteily

Maaperän ja veden ylemmät kerrokset, lumipeite ja kasvillisuus säteilevät itse pitkäaaltosäteilyä; tätä maan säteilyä kutsutaan yleisemmin maan pinnan sisäiseksi säteilyksi.

Itsesäteily voidaan laskea tietämällä maan pinnan absoluuttinen lämpötila. Stefan-Boltzmannin lain mukaan otetaanko huomioon, että maapallo ei ole täysin musta kappale ja siksi otetaan käyttöön kerroin? (yleensä 0,95), maasäteilyä E määräytyy kaavan mukaan

E s = ?? T 4 ,

missä? on Stefan-Boltzmannin vakio, T lämpötila, K.

288 K, E s \u003d 3,73 10 2 W / m 2. Näin suuri säteilyn paluu maan pinnalta johtaisi sen nopeaan jäähtymiseen, ellei tätä estäisi käänteinen prosessi - auringon ja ilmakehän säteilyn imeytyminen maan pinnalle. Maan pinnan absoluuttiset lämpötilat ovat 190-350 K. Tällaisissa lämpötiloissa emittoidun säteilyn aallonpituudet ovat käytännössä 4-120 µm ja sen maksimienergia on 10-15 µm. Siksi kaikki tämä säteily on infrapunaa, jota silmä ei havaitse.

Vastasäteily tai vastasäteily

Ilmakehä lämpenee ja absorboi sekä auringon säteilyä (vaikkakin suhteellisen pienessä osassa, noin 15 % sen kokonaismäärästä, joka tulee Maahan) että maan pinnan omaa säteilyä. Lisäksi se vastaanottaa lämpöä maan pinnalta johtuen sekä maan pinnalta haihtuneen vesihöyryn tiivistymisen kautta. Kuumentunut ilmakehä säteilee itsestään. Aivan kuten maan pinta, se lähettää näkymätöntä infrapunasäteilyä suunnilleen samalla aallonpituusalueella.

Suurin osa (70 %) ilmakehän säteilystä tulee maan pinnalle, loput maailmanavaruuteen. Maan pintaan saavuttavaa ilmakehän säteilyä kutsutaan vastasäteilyksi. E a, koska se on suunnattu maan pinnan omaan säteilyyn. Maan pinta absorboi vastasäteilyn lähes kokonaan (95–99 %). Vastasäteily on siis tärkeä lämmönlähde maan pinnalle absorboituneen auringon säteilyn lisäksi. Vastasäteily lisääntyy pilvisyyden lisääntyessä, koska itse pilvet säteilevät voimakkaasti.

Ilmakehän pääaine, joka imee maasäteilyä ja lähettää säteilyä takaisin, on vesihöyry. Se absorboi infrapunasäteilyä laajalla spektrin alueella - 4,5 - 80 mikronia, lukuun ottamatta 8,5 - 12 mikronin väliä.

Hiilimonoksidi (hiilidioksidi) absorboi voimakkaasti infrapunasäteilyä, mutta vain kapealla spektrin alueella; otsoni on heikompaa ja myös kapealla spektrin alueella. On totta, että hiilidioksidin ja otsonin absorptio osuu aalloille, joiden energia maasäteilyn spektrissä on lähellä maksimia (7–15 μm).

Vastasäteily on aina jonkin verran pienempi kuin maanpäällinen. Siksi maan pinta menettää lämpöä oman ja vastasäteilyn välisen positiivisen eron vuoksi. Maan pinnan itsesäteilyn ja ilmakehän vastasäteilyn välistä eroa kutsutaan efektiiviseksi säteilyksi E e:

E e = E s- E a.

Tehokas säteily on säteilyenergian ja siten lämmön nettohäviötä maan pinnasta yöllä. Itsesäteily voidaan määrittää Stefan-Boltzmannin lain mukaan maan pinnan lämpötilan tunteessa ja vastasäteily voidaan laskea yllä olevan kaavan avulla.

Tehokas säteily kirkkaina öinä on noin 0,07–0,10 kW/m 2 alankoasemilla lauhkeilla leveysasteilla ja jopa 0,14 kW/m 2 korkeilla asemilla (joilla vastasäteily on vähemmän). Pilvyyden lisääntyessä, mikä lisää vastasäteilyä, tehollinen säteily vähenee. Pilvisellä säällä se on paljon vähemmän kuin selkeällä säällä; näin ollen myös maan pinnan yöaikainen jäähtyminen on pienempi.

Tehokas säteily on tietysti olemassa myös päivänvalossa. Mutta päivän aikana absorboitunut auringonsäteily tukkii tai osittain kompensoi sen. Siksi maan pinta on lämpimämpi päivällä kuin yöllä, mutta tehollinen säteily päivällä on suurempi.

Keskimmäisillä leveysasteilla maan pinta menettää tehokkaan säteilyn kautta keskimäärin puolet siitä lämpömäärästä, jonka se vastaanottaa absorboidusta säteilystä.

Imeytymällä maan säteilyä ja lähettämällä vastasäteilyä maan pinnalle ilmakehä vähentää siten jälkimmäisen jäähtymistä yöllä. Päivällä se ei juurikaan estä maan pinnan lämpenemistä auringon säteilyn vaikutuksesta. Tätä ilmakehän vaikutusta maan pinnan lämpöjärjestelmään kutsutaan kasvihuoneilmiöksi tai kasvihuoneilmiöksi, mikä johtuu ulkoisesta analogiasta kasvihuonelasien toiminnan kanssa.

Maan pinnan säteilytasapaino

Absorboituneen säteilyn ja tehokkaan säteilyn eroa kutsutaan maan pinnan säteilytaseeksi:

AT=(S synti h + D)(1 – MUTTA) – E e.

Yöllä, kun kokonaissäteilyä ei ole, negatiivinen säteilytase on yhtä suuri kuin tehollinen säteily.

Säteilytase muuttuu yön negatiivisista arvoista päiväsaikaan positiivisiin arvoihin auringonnousun jälkeen 10–15°:n korkeudessa. Positiivisista negatiivisiin arvoihin se kulkee ennen auringonlaskua samalla korkeudella horisontin yläpuolella. Lumipeitteen esiintyessä säteilytase muuttuu positiiviseksi vasta noin 20–25 o auringon korkeudessa, koska suurella lumialbedolla sen kokonaissäteilyn absorptio on pieni. Päivän aikana säteilytasapaino kasvaa auringon korkeuden kasvaessa ja laskee sen pienentyessä.

Moskovan säteilytasapainon keskipäivän keskiarvot kesällä kirkkaalla taivaalla, mainitsee S.P. Khromov ja M.A. Petrosyants (2004) on noin 0,51 kW/m 2, talvella vain 0,03 kW/m 2, kesällä keskimääräisessä pilvisyydessä noin 0,3 kW/m 2 ja talvella ne ovat lähellä nollaa.

Aurinko säteilee valtavan määrän energiaa - noin 1,1x1020 kWh sekunnissa. Kilowattitunti on energiamäärä, joka tarvitaan 100 watin hehkulampun käyttämiseen 10 tuntia. Maan ulkoilmakehä sieppaa noin miljoonasosan Auringon lähettämästä energiasta eli noin 1500 kvadriljoonaa (1,5 x 1018) kWh vuodessa. Ilmakehän kaasujen ja aerosolien heijastumisesta, sironnasta ja absorptiosta johtuen kuitenkin vain 47 % kaikesta energiasta eli noin 700 kvadriljoonaa (7 x 1017) kWh saavuttaa maan pinnan.

Auringon säteily Maan ilmakehässä jakautuu ns. suoraksi säteilyksi ja hajoaa ilmakehän sisältämien ilman, pölyn, veden jne. hiukkasista. Niiden summa muodostaa auringon kokonaissäteilyn. Pinta-alayksikköä ja aikayksikköä kohti putoavan energian määrä riippuu useista tekijöistä:

• leveysaste
• vuoden paikallinen ilmastokausi
• pinnan kaltevuuskulma aurinkoon nähden.

Aika ja maantieteellinen sijainti

Maan pinnalle putoavan aurinkoenergian määrä muuttuu Auringon liikkeen seurauksena. Nämä muutokset riippuvat vuorokaudenajasta ja vuodenajasta. Yleensä auringon säteilyä osuu Maahan keskipäivällä kuin aikaisin aamulla tai myöhään illalla. Keskipäivällä Aurinko on korkealla horisontin yläpuolella, ja auringonsäteiden matkan pituus maan ilmakehän läpi on lyhentynyt. Näin ollen vähemmän auringon säteilyä siroaa ja absorboituu, mikä tarkoittaa, että enemmän pääsee pintaan.

Maan pinnalle saapuvan aurinkoenergian määrä poikkeaa keskimääräisestä vuosiarvosta: talvella - alle 0,8 kWh / m2 päivässä Pohjois-Euroopassa ja yli 4 kWh / m2 päivässä kesällä tällä samalla alueella. Ero pienenee, kun lähestyt päiväntasaajaa.

Aurinkoenergian määrä riippuu myös kohteen maantieteellisestä sijainnista: mitä lähempänä päiväntasaajaa, sitä suurempi se on. Esimerkiksi keskimääräinen vuotuinen auringon säteilyn kokonaismäärä vaakapinnalla on: Keski-Euroopassa, Keski-Aasiassa ja Kanadassa - noin 1000 kWh/m2; Välimerellä - noin 1700 kWh / m2; useimmilla Afrikan, Lähi-idän ja Australian aavikkoalueilla noin 2200 kWh/m2.

Näin ollen auringon säteilyn määrä vaihtelee merkittävästi vuodenajasta ja maantieteellisestä sijainnista riippuen (katso taulukko). Tämä tekijä on otettava huomioon aurinkoenergiaa käytettäessä.

	Etelä-Eurooppa	Keski Eurooppa	Pohjoinen Eurooppa	Karibian alue
tammikuu	2,6	1,7	0,8	5,1
helmikuu	3,9	3,2	1,5	5,6
maaliskuuta	4,6	3,6	2,6	6,0
huhtikuu	5,9	4,7	3,4	6,2
saattaa	6,3	5,3	4,2	6,1
kesäkuuta	6,9	5,9	5,0	5,9
heinäkuu	7,5	6,0	4,4	6,0
elokuu	6,6	5,3	4,0	6,1
syyskuu	5,5	4,4	3,3	5,7
lokakuu	4,5	3,3	2,1	5,3
marraskuu	3,0	2,1	1,2	5,1
joulukuu	2,7	1,7	0,8	4,8
VUOSI	5,0	3,9	2,8	5,7

Pilvien vaikutus aurinkoenergiaan

Maan pinnalle pääsevän auringon säteilyn määrä riippuu erilaisista ilmakehän ilmiöistä ja Auringon sijainnista sekä päivän aikana että ympäri vuoden. Pilvet ovat tärkein ilmakehän ilmiö, joka määrää maan pinnalle tulevan auringonsäteilyn määrän. Missä tahansa pisteessä maapallolla Maan pintaa saavuttava auringon säteily vähenee pilvipeiteen lisääntyessä. Näin ollen maat, joissa sää on pääosin pilvinen, saavat vähemmän auringon säteilyä kuin aavikot, joissa sää on enimmäkseen pilvetön.

Pilvien muodostumiseen vaikuttavat paikalliset piirteet, kuten vuoret, meret ja valtameret, sekä suuret järvet. Siksi näillä alueilla ja niiden lähialueilla vastaanotettavan auringon säteilyn määrä voi vaihdella. Esimerkiksi vuoret voivat saada vähemmän auringon säteilyä kuin viereiset juuret ja tasangot. Vuoria päin puhaltavat tuulet nostavat osan ilmasta ja muodostavat pilviä jäähdyttäen ilman kosteutta. Auringon säteilyn määrä rannikkoalueilla voi myös poiketa sisämaan säteilyn määrästä.

Päivän aikana vastaanotetun aurinkoenergian määrä riippuu suurelta osin paikallisista ilmakehän ilmiöistä. Keskipäivällä kirkkaalla taivaalla, koko aurinko

vaakasuoralle pinnalle putoava säteily voi saavuttaa (esim. Keski-Euroopassa) arvon 1000 W/m2 (erittäin suotuisissa sääolosuhteissa tämä luku voi olla suurempi), kun taas erittäin pilvisellä säällä se on alle 100 W/m2 jopa klo. keskipäivä.

Ilmakehän saastumisen vaikutukset aurinkoenergiaan

Ihmisperäiset ja luonnonilmiöt voivat myös rajoittaa auringon säteilyn määrää maan pinnalle. Kaupunkien savusumu, metsäpalojen savu ja ilmassa leviävä vulkaaninen tuhka vähentävät aurinkoenergian käyttöä lisäämällä auringon säteilyn leviämistä ja absorptiota. Toisin sanoen näillä tekijöillä on suurempi vaikutus suoraan auringonsäteilyyn kuin kokonaisuuteen. Vakavalla ilmansaasteella, esimerkiksi savusumulla, suora säteily vähenee 40%, ja kokonaismäärä - vain 15-25%. Voimakas tulivuorenpurkaus voi vähentää suoraa auringonsäteilyä suurella alueella maan pinnalla 20 % ja yhteensä 10 % 6 kuukaudesta 2 vuoteen. Kun vulkaanisen tuhkan määrä ilmakehässä vähenee, vaikutus heikkenee, mutta täydellinen palautumisprosessi voi kestää useita vuosia.

Aurinkoenergian potentiaali

Aurinko antaa meille 10 000 kertaa enemmän ilmaista energiaa kuin mitä maailmanlaajuisesti todella käytetään. Pelkästään globaaleilla kaupallisilla markkinoilla ostetaan ja myydään vajaat 85 biljoonaa (8,5 x 1013) kWh energiaa vuodessa. Koska koko prosessia on mahdotonta seurata, ei ole mahdollista sanoa varmuudella, kuinka paljon ei-kaupallista energiaa ihmiset kuluttavat (esimerkiksi kuinka paljon puuta ja lannoitetta kerätään ja poltetaan, kuinka paljon vettä käytetään mekaanisen tai sähkön tuotantoon energia). Jotkut asiantuntijat arvioivat, että tällaisen ei-kaupallisen energian osuus kaikesta käytetystä energiasta on viidennes. Mutta vaikka tämä olisikin totta, niin ihmiskunnan vuoden aikana kuluttama kokonaisenergia on vain noin seitsemäs tuhannesosa siitä aurinkoenergiasta, joka osuu Maan pintaan samalla ajanjaksolla.

Kehittyneissä maissa, kuten Yhdysvalloissa, energiankulutus on noin 25 biljoonaa (2,5 x 1013) kWh vuodessa, mikä vastaa yli 260 kWh:ta henkilöä kohti päivässä. Tämä luku vastaa yli sadan 100 W hehkulampun käyttämistä päivittäin koko päivän ajan. Keskiverto Yhdysvaltain kansalainen kuluttaa 33 kertaa enemmän energiaa kuin intialainen, 13 kertaa enemmän kuin kiinalainen, kaksi ja puoli kertaa enemmän kuin japanilainen ja kaksi kertaa enemmän kuin ruotsalainen.

Maan pintaan pääsevän aurinkoenergian määrä on monta kertaa suurempi kuin sen kulutus, jopa sellaisissa maissa kuin Yhdysvalloissa, joissa energiankulutus on valtava. Jos vain 1 prosentti maan pinta-alasta käytettäisiin 10 prosentin hyötysuhteella toimivien aurinkolaitteiden (valosähköpaneelien tai kuumavesijärjestelmien) asentamiseen, Yhdysvallat olisi täysin varustettu energialla. Samaa voidaan sanoa kaikista muista kehittyneistä maista. Tietyssä mielessä tämä on kuitenkin epärealistista - ensinnäkin aurinkosähköjärjestelmien korkeiden kustannusten vuoksi, ja toiseksi on mahdotonta kattaa niin suuria alueita aurinkolaitteilla vahingoittamatta ekosysteemiä. Mutta itse periaate on oikea.

Sama alue on mahdollista kattaa hajauttamalla asennuksia rakennusten katoille, taloihin, tienvarsille, ennalta määrätyille maa-alueille jne. Lisäksi monissa maissa jo yli 1 % maasta on varattu energian talteenottoon, muuntamiseen, tuotantoon ja siirtoon. Ja koska suurin osa tästä energiasta on uusiutumatonta ihmisen olemassaolon mittakaavassa, tällainen energiantuotanto on ympäristölle paljon haitallisempaa kuin aurinkovoimalat.

Lämmönlähteet. Lämpöenergialla on ratkaiseva rooli ilmakehän elämässä. Tämän energian päälähde on aurinko. Mitä tulee Kuun, planeettojen ja tähtien lämpösäteilyyn, se on Maan kannalta niin vähäistä, että sitä ei käytännössä voida ottaa huomioon. Paljon enemmän lämpöenergiaa tuottaa maan sisäinen lämpö. Geofyysikkojen laskelmien mukaan jatkuva lämmön sisäänvirtaus Maan suolistosta nostaa maan pinnan lämpötilaa 0,1. Mutta tällainen lämmön sisäänvirtaus on vielä niin pieni, ettei sitäkään tarvitse ottaa huomioon. Siten vain aurinkoa voidaan pitää ainoana lämpöenergian lähteenä maan pinnalla.

Auringonsäteily. Aurinko, jonka fotosfäärin (säteilypinnan) lämpötila on noin 6000°, säteilee energiaa avaruuteen kaikkiin suuntiin. Osa tästä energiasta valtavan rinnakkaisten auringonsäteiden muodossa osuu maahan. Auringon energiaa, joka saavuttaa maan pinnan auringosta suorien säteiden muodossa, kutsutaan suoraa auringon säteilyä. Mutta kaikki maahan suunnattu auringon säteily ei saavuta maan pintaa, koska auringonsäteet, jotka kulkevat ilmakehän voimakkaan kerroksen läpi, absorboituvat osittain siihen, osittain siroteltuina molekyyleillä ja suspendoituneilla ilman hiukkasilla, osa siitä heijastuu pilviä. Ilmakehään hajoavaa aurinkoenergian osaa kutsutaan hajallaan olevaa säteilyä. Auringon hajasäteily leviää ilmakehässä ja saavuttaa maan pinnan. Koemme tämän tyyppisen säteilyn tasaisena päivänvalona, ​​kun Aurinko on kokonaan pilvien peitossa tai se on juuri kadonnut horisontin alle.

Maan pintaan saavuttava suora ja diffuusi auringonsäteily ei absorboi sitä täysin. Osa auringon säteilystä heijastuu maan pinnalta takaisin ilmakehään ja on siellä sädevirran muodossa, ns. heijastunut auringon säteily.

Auringon säteilyn koostumus on erittäin monimutkainen, mikä liittyy auringon säteilevän pinnan erittäin korkeaan lämpötilaan. Perinteisesti aallonpituuden mukaan auringon säteilyn spektri jaetaan kolmeen osaan: ultravioletti (η<0,4<μ видимую глазом (η 0,4 μ - 0,76 μ) ja infrapuna (η > 0,76 μ). Auringon fotosfäärin lämpötilan lisäksi auringon säteilyn koostumukseen lähellä maan pintaa vaikuttaa myös osan auringonsäteiden absorptio ja sironta, kun ne kulkevat Maan ilmavaipan läpi. Tässä suhteessa auringon säteilyn koostumus ilmakehän ylärajalla ja lähellä maan pintaa on erilainen. Teoreettisten laskelmien ja havaintojen perusteella on todettu, että ilmakehän rajalla ultraviolettisäteilyn osuus on 5 %, näkyvät säteet 52 % ja infrapuna 43 %. Maan pinnalla (auringon korkeudella 40 °) ultraviolettisäteet muodostavat vain 1%, näkyvät - 40% ja infrapuna - 59%.

Auringon säteilyn intensiteetti. Suoran auringonsäteilyn intensiteetillä ymmärrä lämmön määrä kaloreina, joka vastaanotetaan minuutissa. Auringon säteilyenergiasta pinnalla 1 cm 2, sijoitettu kohtisuoraan aurinkoon nähden.

Suoran auringonsäteilyn intensiteetin mittaamiseen käytetään erityisiä instrumentteja - aktinometrejä ja pyrheliometrejä; sironneen säteilyn määrä määritetään pyranometrillä. Auringon säteilyn keston automaattinen tallennus tapahtuu aktinografeilla ja heliografeilla. Auringon säteilyn spektrivoimakkuus määritetään spektrobolografilla.

Ilmakehän rajalla, jossa maapallon ilmaverhon absorboiva ja sirottava vaikutus on poissuljettu, suoran auringon säteilyn intensiteetti on noin 2 ulosteet 1:lle cm 2 pinnat 1 minuutissa. Tätä arvoa kutsutaan aurinkovakio. Auringon säteilyn intensiteetti 2 ulosteet 1:lle cm 2 1 minuutissa antaa vuoden aikana niin paljon lämpöä, että se riittäisi sulattamaan jääkerroksen 35 m paksu, jos tällainen kerros peittäisi koko maan pinnan.

Lukuisat auringon säteilyn voimakkuuden mittaukset antavat aihetta uskoa, että maapallon ilmakehän ylärajalle tuleva aurinkoenergian määrä vaihtelee useiden prosentin suuruisina. Värähtelyt ovat jaksollisia ja ei-jaksollisia, ja ne liittyvät ilmeisesti itse Auringossa tapahtuviin prosesseihin.

Lisäksi auringon säteilyn intensiteetissä tapahtuu jonkin verran muutosta vuoden aikana, koska maapallo vuotuisessa kiertoliikkeessään ei liiku ympyrässä, vaan ellipsissä, jonka yhdessä polttopisteessä on aurinko. Tässä suhteessa etäisyys Maan ja Auringon välillä muuttuu ja sen seurauksena auringon säteilyn intensiteetissä on vaihtelua. Suurin intensiteetti havaitaan tammikuun 3. päivän paikkeilla, jolloin Maa on lähinnä aurinkoa, ja pienin heinäkuun 5. päivän tienoilla, jolloin Maa on suurimmalla etäisyydellä Auringosta.

Tästä syystä auringon säteilyn voimakkuuden vaihtelu on hyvin pieni ja sillä voi olla vain teoreettista merkitystä. (Energian määrä maksimietäisyydellä on suhteessa energian määrään minimietäisyydellä, eli 100:107, eli ero on täysin merkityksetön.)

Maapallon pinnan säteilytyksen olosuhteet. Jo Maan pallomainen muoto jo yksinään johtaa siihen, että Auringon säteilyenergia jakautuu hyvin epätasaisesti maan pinnalle. Joten kevät- ja syyspäiväntasauspäivinä (21. maaliskuuta ja 23. syyskuuta), vain päiväntasaajalla keskipäivällä, säteiden tulokulma on 90 ° (kuva 30), ja kun se lähestyy napoja, se laskee 90°:sta 0°:een. Tällä tavalla,

jos päiväntasaajalla vastaanotetun säteilyn määräksi otetaan 1, niin 60. leveydellä se ilmaistaan ​​0,5:llä ja navalla se on 0.

Maapallolla on lisäksi päivittäinen ja vuotuinen liike, ja maan akseli on kalteva 66 °,5 kiertoradan tasoon nähden. Tämän kaltevuuden ansiosta päiväntasaajan tason ja kiertoradan tason välille muodostuu 23 ° 30 g:n kulma, mikä johtaa siihen, että auringonsäteiden tulokulmat samoilla leveysasteilla vaihtelevat 47 asteen sisällä. ° (23,5 + 23,5) .

Vuodenajasta riippuen ei vain säteiden tulokulma, vaan myös valaistuksen kesto muuttuu. Jos trooppisissa maissa päivän ja yön kesto on kaikkina vuodenaikoina suunnilleen sama, niin napaisissa maissa se on päinvastoin hyvin erilainen. Esimerkiksi 70° pohjoista leveyttä. sh. kesällä aurinko ei laske 65 päivään 80 ° N. sh.- 134 ja pylväässä -186. Tästä johtuen pohjoisnavalla säteily on kesäpäivänseisauksen päivänä (22. kesäkuuta) 36 % enemmän kuin päiväntasaajalla. Koko kesäpuoliskon osalta napa vastaanottaa lämpöä ja valoa yhteensä vain 17 % vähemmän kuin päiväntasaajalla. Siten kesällä napaisissa maissa valaistuksen kesto suurelta osin kompensoi säteilyn puutetta, joka johtuu säteiden pienestä tulokulmasta. Talvipuoliskolla kuva on täysin erilainen: säteilyn määrä samalla pohjoisnavalla on 0. Tämän seurauksena vuoden aikana keskimääräinen säteilymäärä navalla on 2,4 vähemmän kuin päiväntasaajalla. . Kaikesta sanotusta seuraa, että aurinkoenergian määrä, jonka Maa vastaanottaa säteilyn kautta, määräytyy säteiden tulokulman ja altistuksen keston mukaan.

Ilman ilmakehän puuttuessa eri leveysasteilla maan pinta saisi seuraavan määrän lämpöä vuorokaudessa, ilmaistuna kaloreina per 1 cm 2(katso taulukko sivulla 92).

Taulukossa annettua säteilyn jakautumista maan pinnalle kutsutaan yleisesti aurinkoinen ilmasto. Toistamme, että meillä on tällainen säteilyn jakautuminen vain ilmakehän ylärajalla.

Auringon säteilyn vaimeneminen ilmakehässä. Toistaiseksi olemme puhuneet auringon lämmön jakautumisen edellytyksistä maan pinnalle ottamatta huomioon ilmakehää. Samaan aikaan ilmapiirillä on tässä tapauksessa suuri merkitys. Ilmakehän läpi kulkeva auringon säteily kokee hajaantumista ja lisäksi absorptiota. Molemmat prosessit yhdessä vaimentavat auringonsäteilyä suuressa määrin.

Auringon säteet, jotka kulkevat ilmakehän läpi, kokevat ennen kaikkea sirontaa (diffuusiota). Sironta syntyy siitä, että valonsäteet, jotka taittuvat ja heijastuvat ilman molekyyleistä sekä ilmassa olevien kiinteiden ja nestemäisten kappaleiden hiukkasista, poikkeavat suoralta reitiltä kohtaan todella "levitetty".

Sironta vaimentaa suuresti auringonsäteilyä. Vesihöyryn ja erityisesti pölyhiukkasten määrän kasvaessa dispersio lisääntyy ja säteily heikkenee. Suurissa kaupungeissa ja aavikkoalueilla, joissa ilman pölypitoisuus on suurin, leviäminen heikentää säteilyn voimakkuutta 30-45 %. Sironnan ansiosta saadaan päivänvalo, joka valaisee esineitä, vaikka auringonsäteet eivät osuisi niihin suoraan. Sironta määrää taivaan värin.

Tarkastellaan nyt ilmakehän kykyä absorboida Auringon säteilyenergiaa. Pääkaasut, jotka muodostavat ilmakehän, absorboivat säteilyenergiaa suhteellisen vähän. Epäpuhtaudet (vesihöyry, otsoni, hiilidioksidi ja pöly) päinvastoin erottuvat korkeasta absorptiokyvystä.

Troposfäärissä merkittävin seos on vesihöyry. Ne imevät erityisen voimakkaasti infrapunasäteitä (pitkäaaltoisia), eli pääasiassa lämpösäteitä. Ja mitä enemmän vesihöyryä ilmakehässä, sitä luonnollisesti enemmän ja. imeytyminen. Vesihöyryn määrä ilmakehässä on alttiina suurille muutoksille. Luonnollisissa olosuhteissa se vaihtelee 0,01 - 4 % (tilavuus).

Otsoni on erittäin imukykyinen. Kuten jo mainittiin, merkittävä otsonin seos on stratosfäärin alemmissa kerroksissa (tropopaussin yläpuolella). Otsoni absorboi ultraviolettisäteet (lyhytaalto) lähes kokonaan.

Hiilidioksidi on myös erittäin imukykyinen. Se absorboi pääasiassa pitkäaaltoisia eli pääasiassa lämpösäteitä.

Ilmassa oleva pöly imee myös osan auringon säteilystä. Lämpenee auringonvalon vaikutuksesta, se voi nostaa ilman lämpötilaa merkittävästi.

Maahan tulevasta aurinkoenergian kokonaismäärästä ilmakehä imee vain noin 15 %.

Auringon säteilyn vaimennus ilmakehän sironnan ja absorption vaikutuksesta on hyvin erilaista maan eri leveysasteilla. Tämä ero riippuu ensisijaisesti säteiden tulokulmasta. Auringon zeniittiasemassa pystysuoraan putoavat säteet ylittävät ilmakehän lyhimmällä tavalla. Tulokulman pienentyessä säteiden reitti pitenee ja auringon säteilyn vaimeneminen lisääntyy. Jälkimmäinen näkyy selvästi piirroksesta (kuva 31) ja liitteenä olevasta taulukosta (taulukossa auringon säteen polku Auringon zeniittiasemassa on otettu yksikkönä).

Säteiden tulokulmasta riippuen ei vain säteiden lukumäärä, vaan myös niiden laatu muuttuu. Sinä aikana, jolloin aurinko on zeniitissään (yläpuolella), ultraviolettisäteilyn osuus on 4 %.

näkyvä - 44% ja infrapuna - 52%. Auringon sijainnissa ei ole lainkaan ultraviolettisäteitä horisontissa, näkyvissä 28 % ja infrapunassa 72 %.

Ilmakehän vaikutuksen monimutkaisuutta auringon säteilyyn pahentaa se, että sen siirtokapasiteetti vaihtelee suuresti vuodenajasta ja sääolosuhteista riippuen. Joten jos taivas pysyisi pilvettömänä koko ajan, niin auringon säteilyn vuotuinen kulku eri leveysasteilla voitaisiin ilmaista graafisesti seuraavasti (Kuva 32) Piirustuksesta näkyy selvästi, että pilvettömällä taivaalla Moskovassa v. Touko-, kesä- ja heinäkuun auringonsäteily tuottaisi enemmän kuin päiväntasaajalla. Vastaavasti toukokuun jälkipuoliskolla, kesäkuussa ja heinäkuun ensimmäisellä puoliskolla lämpöä syntyisi pohjoisnavalla enemmän kuin päiväntasaajalla ja Moskovassa. Toistamme, että näin olisi pilvettömän taivaan tapauksessa. Mutta itse asiassa tämä ei toimi, koska pilvipeite heikentää merkittävästi auringon säteilyä. Otetaan esimerkki kaaviossa (kuva 33). Kaavio osoittaa, kuinka paljon auringon säteilyä ei pääse maan pinnalle: merkittävä osa siitä jää ilmakehään ja pilviin.

On kuitenkin sanottava, että pilvien absorboima lämpö menee osittain ilmakehän lämmittämiseen ja osittain epäsuorasti maan pinnalle.

Solin intensiteetin päivittäinen ja vuotuinen kulkuyösäteilyä. Suoran auringon säteilyn voimakkuus lähellä maan pintaa riippuu Auringon korkeudesta horisontin yläpuolella ja ilmakehän tilasta (sen pölypitoisuudesta). Jos. ilmakehän läpinäkyvyys päivän aikana oli vakio, silloin auringon säteilyn enimmäisintensiteetti havaittiin keskipäivällä ja minimi - auringonnousun ja auringonlaskun aikaan. Tässä tapauksessa auringon säteilyn päivittäisen voimakkuuden kulun kaavio olisi symmetrinen puolen päivän suhteen.

Pölyn, vesihöyryn ja muiden epäpuhtauksien pitoisuus ilmakehässä muuttuu jatkuvasti. Tässä suhteessa ilman läpinäkyvyys muuttuu ja auringonsäteilyn intensiteetin kulkukaavion symmetria rikkoutuu. Usein, varsinkin kesällä, keskipäivällä, kun maan pinta lämpenee voimakkaasti, syntyy voimakkaita nousevia ilmavirtoja ja ilmakehän vesihöyryn ja pölyn määrä lisääntyy. Tämä johtaa auringon säteilyn merkittävään vähenemiseen keskipäivällä; säteilyn maksimiintensiteetti havaitaan tässä tapauksessa ennen keskipäivää tai iltapäivällä. Auringon säteilyn intensiteetin vuotuinen kulku liittyy myös Auringon korkeuden muutoksiin horisontin yläpuolella vuoden aikana sekä ilmakehän läpinäkyvyyden tilaan eri vuodenaikoina. Pohjoisen pallonpuoliskon maissa auringon korkein korkeus horisontin yläpuolella on kesäkuussa. Mutta samalla havaitaan myös ilmakehän suurin pölyisyys. Siksi suurin intensiteetti ei tapahdu yleensä keskellä kesää, vaan kevätkuukausina, jolloin aurinko nousee melko korkealle * horisontin yläpuolelle ja ilmakehä talven jälkeen pysyy suhteellisen puhtaana. Havainnollistaaksemme auringon säteilyintensiteetin vuosittaista kehitystä pohjoisella pallonpuoliskolla esitämme tiedot Pavlovskin säteilyintensiteetin kuukausittaisista keskipäivän arvoista.

Auringon säteilyn lämmön määrä. Maan pinta saa päivän aikana jatkuvasti lämpöä suorasta ja hajasäteilystä tai vain hajasäteilystä (pilvisellä säällä). Lämmön vuorokausiarvo määritetään aktinometristen havaintojen perusteella: ottamalla huomioon maan pinnalle päässyt suoran ja hajasäteilyn määrä. Kun kunkin päivän lämmön määrä on määritetty, lasketaan myös maan pinnan vastaanottama lämpömäärä kuukaudessa tai vuodessa.

Maan pinnalle auringon säteilystä saama päivittäinen lämmön määrä riippuu säteilyn voimakkuudesta ja sen vaikutuksen kestosta vuorokauden aikana. Tässä suhteessa pienin lämmöntuotto tapahtuu talvella ja suurin kesällä. Kokonaissäteilyn maantieteellisessä jakautumisessa maapallolla sen kasvua havaitaan alueen leveysasteiden pienentyessä. Tämä asema vahvistetaan seuraavassa taulukossa.

Suoran ja hajasäteilyn rooli maan pinnan vuotuisessa lämpömäärässä maapallon eri leveysasteilla ei ole sama. Suurilla leveysasteilla hajasäteily on vallitsevassa vuotuisessa lämpösummassa. Leveysasteen pienentyessä vallitseva arvo siirtyy suoraan auringon säteilyyn. Joten esimerkiksi Tikhayan lahdella auringon hajasäteily tuottaa 70% vuotuisesta lämpömäärästä ja suora säteily vain 30%. Päinvastoin, Taškentissa suora auringon säteily tuottaa 70 %, levinnyt vain 30 %.

Maan heijastuskyky. Albedo. Kuten jo mainittiin, Maan pinta imee vain osan sille tulevasta aurinkoenergiasta suoran ja hajasäteilyn muodossa. Toinen osa heijastuu ilmakehään. Tietyn pinnan heijastaman auringon säteilyn määrän suhdetta tälle pinnalle tulevan säteilyenergiavirran määrään kutsutaan albedoksi. Albedo ilmaistaan ​​prosentteina ja kuvaa pinnan tietyn alueen heijastavuutta.

Albedo riippuu pinnan luonteesta (maaperän ominaisuudet, lumen, kasvillisuuden, veden läsnäolo jne.) ja auringonsäteiden tulokulmasta maan pinnalle. Joten esimerkiksi jos säteet putoavat maan pinnalle 45 ° kulmassa, niin:

Yllä olevista esimerkeistä voidaan nähdä, että eri esineiden heijastavuus ei ole sama. Se on eniten lumen ja vähiten veden lähellä. Otamamme esimerkit viittaavat kuitenkin vain niihin tapauksiin, joissa Auringon korkeus horisontin yläpuolella on 45°. Kun tämä kulma pienenee, heijastuskyky kasvaa. Joten esimerkiksi auringon korkeudella 90 °, vesi heijastaa vain 2%, 50 ° - 4%, 20 ° -12%, 5 ° - 35-70% (riippuen veden pinnan tilasta ).

Kun pilvetön taivas on pilvetön, maapallon pinta heijastaa keskimäärin 8 % auringon säteilystä. Lisäksi 9 % heijastaa ilmakehää. Siten maapallo kokonaisuudessaan pilvettömällä taivaalla heijastaa 17% sille putoavan auringon säteilyenergiasta. Jos taivas on pilvien peitossa, 78% säteilystä heijastuu niistä. Jos otamme luonnolliset olosuhteet, jotka perustuvat todellisuudessa havaittuun pilvettömän taivaan ja pilvien peittämän taivaan väliseen suhteeseen, niin koko maan heijastuskyky on 43%.

Maan ja ilmakehän säteily. Maapallo, joka vastaanottaa aurinkoenergiaa, lämpenee ja itsestään tulee lämpösäteilyn lähteeksi maailmanavaruuteen. Maan pinnan lähettämät säteet eroavat kuitenkin jyrkästi auringon säteistä. Maa lähettää vain pitkäaaltoisia (λ 8-14 μ) näkymättömiä infrapunasäteitä (lämpösäteitä). Maan pinnan lähettämää energiaa kutsutaan maan säteilyä. Maan säteilyä esiintyy ja. päivä ja yö. Säteilyn intensiteetti on sitä suurempi, mitä korkeampi on säteilevän kehon lämpötila. Maan säteily määritellään samoissa yksiköissä kuin auringon säteily, eli kaloreissa 1:stä cm 2 pinnat 1 minuutissa. Havainnot ovat osoittaneet, että maan säteilyn voimakkuus on pieni. Yleensä se saavuttaa 15-18 sadasosaa kalorista. Mutta jatkuvasti toimiessaan se voi antaa merkittävän lämpövaikutuksen.

Vahvin maanpäällinen säteily saadaan pilvettömällä taivaalla ja ilmakehän läpinäkyvyydellä. Pilvisyys (erityisesti matalat pilvet) vähentää merkittävästi maan säteilyä ja usein nollaa sen. Tässä voidaan sanoa, että ilmakehä yhdessä pilvien kanssa on hyvä "peitto", joka suojaa maapalloa liialliselta jäähtymiseltä. Ilmakehän osat, kuten alueet maan pinnalla, säteilevät energiaa lämpötilansa mukaan. Tätä energiaa kutsutaan ilmakehän säteilyä. Ilmakehän säteilyn voimakkuus riippuu ilmakehän säteilevän osan lämpötilasta sekä ilmassa olevan vesihöyryn ja hiilidioksidin määrästä. Ilmakehän säteily kuuluu pitkäaaltosäteilyn ryhmään. Se leviää ilmakehässä kaikkiin suuntiin; osa siitä saavuttaa maan pinnan ja imeytyy siihen, toinen osa menee planeettojen väliseen avaruuteen.

O aurinkoenergian tulot ja menot maapallolla. Maan pinta toisaalta vastaanottaa aurinkoenergiaa suoran ja hajasäteilyn muodossa ja toisaalta menettää osan tästä energiasta maasäteilyn muodossa. Aurinkoenergian saapumisen ja kulutuksen seurauksena saadaan jonkin verran tulosta. Joissakin tapauksissa tämä tulos voi olla positiivinen, toisissa negatiivinen. Otetaan esimerkkejä molemmista.

tammikuuta 8. Päivä on pilvetön. 1:lle cm 2 Maan pinta vastaanotetaan vuorokaudessa 20 ulosteet suora auringon säteily ja 12 ulosteet hajallaan oleva säteily; yhteensä näin ollen 32 cal. Samaan aikaan säteilyn takia 1 cm? maan pinta menetettiin 202 cal. Tämän seurauksena kirjanpidon kielellä tappio on 170 ulosteet(negatiivinen saldo).

6. heinäkuuta Taivas on lähes pilvetön. 630 saatu suorasta auringonsäteilystä cal, hajasäteilystä 46 cal. Yhteensä siis maan pinta sai 1 cm 2 676 cal. 173 menetti maanpäällisen säteilyn cal. Taseessa voitto 503 ulosteet(saldo positiivinen).

Yllä olevista esimerkeistä on muun muassa selvää, miksi lauhkeilla leveysasteilla on talvella kylmää ja kesällä lämmintä.

Auringon säteilyn käyttö teknisiin ja kotitaloustarkoituksiin. Auringon säteily on ehtymätön luonnollinen energianlähde. Aurinkoenergian suuruus maapallolla voidaan arvioida seuraavalla esimerkillä: jos esimerkiksi käytämme auringon säteilyn lämpöä, joka osuu vain 1/10: lle Neuvostoliiton pinta-alasta, voimme saada energian yhtä suureksi. 30 tuhannen Dneprogen työhön.

Ihmiset ovat pitkään pyrkineet käyttämään auringon säteilyn ilmaista energiaa tarpeisiinsa. Tähän mennessä on luotu monia erilaisia ​​aurinkosäteilyä hyödyntäviä aurinkosähkölaitoksia, joita käytetään laajasti teollisuudessa ja väestön kotitalouksien tarpeisiin. Neuvostoliiton eteläisillä alueilla aurinkoenergialla toimivat vedenlämmittimet, kattilat, suolaveden suolanpoistolaitokset, aurinkokuivaimet (hedelmien kuivaamiseen), keittiöt, kylpyhuoneet, kasvihuoneet ja lääketieteelliset laitteet toimivat aurinkosäteilyn laajan käytön perusteella. teollisuus ja julkiset palvelut. Auringon säteilyä käytetään laajasti lomakeskuksissa ihmisten terveyden hoitoon ja edistämiseen.

- Lähde-

Polovinkin, A.A. Yleisen maantieteen perusteet / A.A. Polovinkin.- M.: RSFSR:n opetusministeriön valtiollinen koulutus- ja pedagoginen kustanta, 1958.- 482 s.

Viestin katselukerrat: 312

LUENTO 2.

AURINGONSÄTEILY.

Suunnitelma:

1. Auringon säteilyn arvo elämälle maapallolla.

2. Auringon säteilytyypit.

3. Auringon säteilyn spektrikoostumus.

4. Säteilyn absorptio ja dispersio.

5.PAR (fotosynteettisesti aktiivinen säteily).

6. Säteilytasapaino.

1. Kaiken elollisen (kasvit, eläimet ja ihmiset) tärkein energialähde maan päällä on auringon energia.

Aurinko on kaasupallo, jonka säde on 695300 km. Auringon säde on 109 kertaa suurempi kuin Maan säde (ekvatoriaalinen 6378,2 km, napa 6356,8 km). Aurinko koostuu pääasiassa vedystä (64 %) ja heliumista (32 %). Loput muodostavat vain 4% sen massasta.

Aurinkoenergia on biosfäärin olemassaolon pääedellytys ja yksi tärkeimmistä ilmastonmuodostustekijöistä. Auringon energian ansiosta ilmamassat liikkuvat jatkuvasti, mikä varmistaa ilmakehän kaasukoostumuksen pysyvyyden. Auringon säteilyn vaikutuksesta suuri määrä vettä haihtuu varastojen, maaperän ja kasvien pinnalta. Tuulen valtameristä ja meristä mantereille kuljettama vesihöyry on tärkein maaperän sateenlähde.

Aurinkoenergia on välttämätön edellytys vihreille kasveille, jotka muuttavat aurinkoenergian korkean energian orgaanisiksi aineiksi fotosynteesin aikana.

Kasvien kasvu ja kehitys on aurinkoenergian assimilaatio- ja käsittelyprosessi, joten maataloustuotanto on mahdollista vain, jos aurinkoenergia saavuttaa maan pinnan. Venäläinen tiedemies kirjoitti: "Anna parhaalle kokille niin paljon raitista ilmaa, auringonvaloa, kokonainen joki puhdasta vettä kuin haluat, pyydä häntä valmistamaan sokeria, tärkkelystä, rasvoja ja jyviä kaikesta tästä, niin hän luulee, että naurat. häntä. Mutta se, mikä näyttää ihmisestä aivan fantastiselta, toteutuu esteettömästi kasvien vihreissä lehdissä Auringon energian vaikutuksesta. On arvioitu, että 1 neliömetriä. metri lehtiä tunnissa tuottaa gramman sokeria. Koska maapalloa ympäröi jatkuva ilmakehän kuori, auringonsäteet kulkevat ennen maanpinnan saavuttamista koko ilmakehän paksuuden läpi, mikä osittain heijastaa niitä, osittain siroilee, eli muuttaa määrää. ja maan pinnalle tulevan auringonvalon laatu. Elävät organismit ovat herkkiä auringon säteilyn aiheuttamille valon voimakkuuden muutoksille. Johtuen erilaisesta vasteesta valon voimakkuuteen, kaikki kasvillisuuden muodot jaetaan valoa rakastavaan ja varjoa sietävään. Viljakasvien riittämätön valaistus aiheuttaa esimerkiksi viljakasvien olkikudosten heikon erilaistumisen. Seurauksena on, että kudosten lujuus ja elastisuus heikkenevät, mikä usein johtaa sadon lakkaamiseen. Sakeutetuissa maississa auringon säteilyn heikon valaistuksen vuoksi tähkien muodostuminen kasveihin heikkenee.

Auringon säteily vaikuttaa maataloustuotteiden kemialliseen koostumukseen. Esimerkiksi juurikkaan ja hedelmien sokeripitoisuus, vehnänjyvän proteiinipitoisuus riippuvat suoraan aurinkoisten päivien määrästä. Myös auringonkukan ja pellavan siemenissä olevan öljyn määrä kasvaa auringon säteilyn lisääntyessä.

Kasvien ilmaosien valaistus vaikuttaa merkittävästi ravinteiden imeytymiseen juurista. Vähäisessä valaistuksessa assimilaattien siirtyminen juurille hidastuu ja sen seurauksena kasvisoluissa tapahtuvat biosynteettiset prosessit estyvät.

Valaistus vaikuttaa myös kasvitautien syntymiseen, leviämiseen ja kehittymiseen. Infektiojakso koostuu kahdesta vaiheesta, jotka eroavat toisistaan ​​vasteena valotekijälle. Ensimmäinen niistä - itiöiden todellinen itävyys ja tarttuvan periaatteen tunkeutuminen sairastuneen viljelmän kudoksiin - ei useimmissa tapauksissa riipu valon läsnäolosta ja voimakkuudesta. Toinen - itiöiden itämisen jälkeen - on aktiivisin korkeassa valossa.

Valon myönteinen vaikutus vaikuttaa myös taudinaiheuttajan kehittymisnopeuteen isäntäkasvissa. Tämä näkyy erityisesti ruostesienissä. Mitä enemmän valoa, sitä lyhyempi itämisaika on vehnälinjan ruosteelle, ohran keltaruosteelle, pellavan ja papuruosteelle jne. Ja tämä lisää sienen sukupolvien lukumäärää ja lisää tartunnan voimakkuutta. Hedelmällisyys lisääntyy tässä taudinaiheuttajassa voimakkaassa valossa.

Jotkut sairaudet kehittyvät aktiivisimmin hämärässä, mikä heikentää kasveja ja heikentää niiden vastustuskykyä sairauksia vastaan ​​(erilaisten mädän, erityisesti vihanneskasvien, aiheuttajat).

Valaistuksen ja kasvien kesto. Auringon säteilyn rytmi (vuorokauden valoisten ja pimeiden osien vuorottelu) on vakain ja vuodesta toiseen toistuva ympäristötekijä. Monien vuosien tutkimuksen tuloksena fysiologit ovat todenneet kasvien siirtymisen generatiiviseen kehitykseen riippuvuuden tietystä päivän ja yön pituuden suhteesta. Tässä suhteessa viljelmät valojaksollisen reaktion mukaan voidaan luokitella ryhmiin: lyhyt päivä jonka kehitys viivästyy yli 10 tunnin vuorokauden pituudelta. Lyhyt päivä edistää kukkien muodostumista, kun taas pitkä päivä estää sen. Tällaisia ​​viljelykasveja ovat soijapavut, riisi, hirssi, durra, maissi jne.;

pitkä päivä klo 12-13 asti, jotka vaativat pitkäkestoista valaistusta kehittyäkseen. Niiden kehitys kiihtyy, kun päivän pituus on noin 20. Näitä viljelykasveja ovat ruis, kaura, vehnä, pellava, herneet, pinaatti, apila jne.;

neutraali päivän pituuden suhteen, joiden kehitys ei riipu päivän pituudesta, esimerkiksi tomaatti, tattari, palkokasvit, raparperi.

On todettu, että tietyn spektrikoostumuksen vallitseminen säteilyvirtauksessa on välttämätöntä kasvien kukinnan alkamiselle. Lyhytpäiväiset kasvit kehittyvät nopeammin, kun suurin säteily osuu siniviolettisäteille, ja pitkän päivän kasvit - punaisille. Päivän valoisan osan kesto (vuorokauden tähtitieteellinen pituus) riippuu vuodenajasta ja maantieteellisestä leveysasteesta. Päiväntasaajalla vuorokauden kesto ympäri vuoden on 12 tuntia ± 30 minuuttia. Kevätpäiväntasauksen (21.03) jälkeen päiväntasaajalta navoille siirryttäessä päivän pituus pitenee pohjoiseen ja lyhenee etelään. Syyspäiväntasauksen (23.09) jälkeen päivän pituuden jakauma kääntyy. Pohjoisella pallonpuoliskolla 22. kesäkuuta on pisin päivä, jonka kesto on 24 tuntia napapiirin pohjoispuolella. Lyhin päivä pohjoisella pallonpuoliskolla on 22. joulukuuta, ja napapiirin takana aurinko ei ole talvikuukausina. nousta ollenkaan horisontin yläpuolelle. Keskimmäisillä leveysasteilla, esimerkiksi Moskovassa, päivän pituus vuoden aikana vaihtelee 7 - 17,5 tuntia.

2. Auringon säteilyn tyypit.

Auringon säteily koostuu kolmesta komponentista: suorasta auringon säteilystä, haja- ja kokonaissäteilystä.

SUORA AURINGON SÄTEILYS- säteily, joka tulee auringosta ilmakehään ja sitten maan pinnalle rinnakkaisten säteiden säteen muodossa. Sen intensiteetti mitataan kaloreina cm2 minuutissa. Se riippuu auringon korkeudesta ja ilmakehän tilasta (pilvisyys, pöly, vesihöyry). Suoran auringonsäteilyn vuotuinen määrä Stavropolin alueen vaakapinnalla on 65-76 kcal/cm2/min. Merenpinnalla, auringon korkealla paikalla (kesä, keskipäivä) ja hyvä läpinäkyvyys, suora auringonsäteily on 1,5 kcal / cm2 / min. Tämä on spektrin lyhyen aallonpituuden osa. Kun suoran auringon säteilyn virtaus kulkee ilmakehän läpi, se heikkenee kaasujen, aerosolien, pilvien absorption (noin 15 %) ja energian sironnan (noin 25 %) vuoksi.

Vaakasuoralle pinnalle putoavan suoran auringonsäteilyn virtausta kutsutaan insolaatioksi. S= S synti hoon suoran auringonsäteilyn pystysuora komponentti.

S – sädettä vastaan ​​kohtisuorassa olevan pinnan vastaanottaman lämmön määrä ,

ho – Auringon korkeus eli vaakasuoran pinnan omaavan auringonsäteen muodostama kulma .

Ilmakehän rajalla auringon säteilyn intensiteetti onNiin= 1,98 kcal/cm2/min. - vuoden 1958 kansainvälisen sopimuksen mukaan. Sitä kutsutaan aurinkovakioksi. Tämä olisi pinnalla, jos ilmakehä olisi täysin läpinäkyvä.

Riisi. 2.1. Auringon säteen polku ilmakehässä auringon eri korkeuksilla

Sironnut SÄTEILYD – osa auringon säteilystä ilmakehän sironnan seurauksena palaa avaruuteen, mutta merkittävä osa siitä pääsee maahan sironneen säteilyn muodossa. Maksimi hajasäteily + 1 kcal/cm2/min. Se näkyy kirkkaalla taivaalla, jos sillä on korkeita pilviä. Pilvisen taivaan alla sironneen säteilyn spektri on samanlainen kuin auringon. Tämä on spektrin lyhyen aallonpituuden osa. Aallonpituus 0,17-4 mikronia.

KOKONAISSÄTEILYK- koostuu haja- ja suorasta säteilystä vaakasuoraan pintaan. K= S+ D.

Suoran ja hajasäteilyn suhde kokonaissäteilyn koostumuksessa riippuu Auringon korkeudesta, ilmakehän pilvisyydestä ja saastumisesta sekä pinnan korkeudesta merenpinnan yläpuolella. Auringon korkeuden kasvaessa pilvettömällä taivaalla sironneen säteilyn osuus pienenee. Mitä läpinäkyvämpi ilmakehä ja korkeampi aurinko, sitä pienempi on sironneen säteilyn osuus. Jatkuvassa tiheässä pilvessä kokonaissäteily koostuu kokonaan hajasäteilystä. Talvella säteilyn heijastumisesta lumipeitteestä ja sen toissijaisesta ilmakehään siroamisesta johtuen sironneen säteilyn osuus kokonaiskoostumuksesta kasvaa huomattavasti.

Kasvien Auringosta vastaanottama valo ja lämpö ovat seurausta auringon kokonaissäteilyn vaikutuksesta. Siksi tiedolla pinnan vastaanottaman säteilyn määrästä vuorokauden, kuukauden, kasvukauden ja vuoden aikana on suuri merkitys maataloudelle.

heijastunut auringon säteily. Albedo. Maan pinnalle saavuttanut kokonaissäteily, osittain siitä heijastuneena, muodostaa heijastuneen auringon säteilyn (RK), joka suuntautuu maan pinnalta ilmakehään. Heijastuneen säteilyn arvo riippuu suurelta osin heijastavan pinnan ominaisuuksista ja kunnosta: väristä, karheudesta, kosteudesta jne. Minkä tahansa pinnan heijastavuutta voidaan luonnehtia sen albedolla (Ak), joka ymmärretään heijastuneen auringon säteilyn suhteeksi. yhteensä. Albedo ilmaistaan ​​yleensä prosentteina:

Havainnot osoittavat, että eri pintojen albedo vaihtelee suhteellisen kapeissa rajoissa (10...30%) lunta ja vettä lukuun ottamatta.

Albedo riippuu maaperän kosteudesta, jonka lisääntyessä se laskee, mikä on tärkeää kasteltujen peltojen lämpöjärjestelmän muuttamisessa. Albedon vähenemisen vuoksi, kun maaperä kostutetaan, absorboitunut säteily lisääntyy. Eri pintojen albedon päivä- ja vuosivaihtelut vaihtelevat voimakkaasti, mikä johtuu albedon riippuvuudesta Auringon korkeudesta. Alhaisin albedo-arvo havaitaan keskipäivän aikoihin ja vuoden aikana - kesällä.

Maan oma säteily ja ilmakehän vastasäteily. Tehokas säteily. Maan pinta fyysisenä kappaleena, jonka lämpötila ylittää absoluuttisen nollan (-273 °C), on säteilyn lähde, jota kutsutaan Maan omaksi säteilyksi (E3). Se ohjautuu ilmakehään ja imeytyy lähes kokonaan ilmassa olevaan vesihöyryyn, vesipisaroihin ja hiilidioksidiin. Maan säteily riippuu sen pinnan lämpötilasta.

Ilmakehä, joka imee pienen määrän auringon säteilyä ja lähes kaiken maan pinnan lähettämän energian, lämpenee ja säteilee myös energiaa. Noin 30 % ilmakehän säteilystä menee ulkoavaruuteen ja noin 70 % tulee maan pinnalle, ja sitä kutsutaan vastailmakehän säteilyksi (Ea).

Ilmakehän säteilevän energian määrä on suoraan verrannollinen sen lämpötilaan, hiilidioksidipitoisuuteen, otsoniin ja pilvisyyteen.

Maan pinta absorboi tämän vastasäteilyn lähes kokonaan (90...99%). Siten se on tärkeä lämmönlähde maan pinnalle absorboituneen auringon säteilyn lisäksi. Tätä ilmakehän vaikutusta Maan lämpöjärjestelmään kutsutaan kasvihuoneilmiöksi tai kasvihuoneilmiöksi, joka johtuu ulkoisesta analogiasta lasien toiminnan kanssa kasvihuoneissa ja kasvihuoneissa. Lasi läpäisee hyvin auringonsäteitä, jotka lämmittävät maaperää ja kasveja, mutta viivästävät kuumennetun maan ja kasvien lämpösäteilyä.

Maan pinnan oman säteilyn ja ilmakehän vastasäteilyn välistä eroa kutsutaan efektiiviseksi säteilyksi: Eef.

Eef= E3-Ea

Selkein ja lievästi pilvisinä öinä tehollinen säteily on paljon suurempi kuin pilvisinä öinä, joten myös maanpinnan yöllinen jäähtyminen on suurempi. Päivän aikana absorboitunut kokonaissäteily estää sen, minkä seurauksena pintalämpötila nousee. Samalla myös tehollinen säteily kasvaa. Maan pinta menettää keskimmäisillä leveysasteilla tehokkaan säteilyn vaikutuksesta 70...140 W/m2, mikä on noin puolet siitä lämpömäärästä, jonka se vastaanottaa auringon säteilyn absorptiosta.

3. Säteilyn spektrikoostumus.

Auringolla on säteilyn lähteenä erilaisia ​​säteileviä aaltoja. Säteilyenergian virrat aallonpituudella jaetaan ehdollisesti lyhytaalto (X < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 µm) säteilyä. Auringon säteilyn spektri maan ilmakehän rajalla on käytännössä 0,17 - 4 mikronin aallonpituuksien välillä ja maan ja ilmakehän säteilyn välillä 4 - 120 mikronia. Näin ollen auringon säteilyvuot (S, D, RK) viittaavat lyhytaaltosäteilyyn ja Maan (£3) ja ilmakehän (Ea) säteily pitkäaaltoiseen säteilyyn.

Auringon säteilyn spektri voidaan jakaa kolmeen laadullisesti eri osaan: ultravioletti (Y< 0,40 мкм), ви­димую (0,40 мкм < Y < 0,75 µm) ja infrapuna (0,76 µm). < Y < 4 µm). Ennen auringon säteilyn spektrin ultraviolettiosaa on röntgensäteily ja infrapunan takana - Auringon radiosäteily. Ilmakehän ylärajalla spektrin ultraviolettiosa muodostaa noin 7 % auringon säteilyn energiasta, 46 % näkyvästä ja 47 % infrapunaenergiasta.

Maan ja ilmakehän lähettämää säteilyä kutsutaan kauko-infrapunasäteilyä.

Erityyppisten säteilyn biologinen vaikutus kasveihin on erilainen. ultraviolettisäteily hidastaa kasvuprosesseja, mutta nopeuttaa kasvien lisääntymiselinten muodostumisvaiheiden kulkua.

Infrapunasäteilyn arvo, jonka vesi imeytyy aktiivisesti kasvien lehtiin ja varsiin, on sen lämpövaikutus, joka vaikuttaa merkittävästi kasvien kasvuun ja kehitykseen.

kauko-infrapunasäteilyä tuottaa vain lämpövaikutuksen kasveihin. Sen vaikutus kasvien kasvuun ja kehitykseen on merkityksetön.

Näkyvä osa auringon spektriä, ensinnäkin, luo valoa. Toiseksi ns. fysiologinen säteily (A, = 0,35 ... 0,75 μm), jonka lehtipigmentit absorboivat, osuu melkein yhteen näkyvän säteilyn alueen kanssa (osittain vangitsee ultraviolettisäteilyn alueen). Sen energialla on tärkeä säätely- ja energiamerkitys kasvien elämässä. Tällä spektrin alueella erotetaan fotosynteettisesti aktiivisen säteilyn alue.

4. Säteilyn absorptio ja sironta ilmakehässä.

Maan ilmakehän läpi kulkeva auringon säteily vaimentaa ilmakehän kaasujen ja aerosolien absorptiota ja sirontaa. Samalla myös sen spektrikoostumus muuttuu. Auringon eri korkeuksilla ja havaintopisteen eri korkeuksilla maan pinnan yläpuolella auringonsäteen kulkeman polun pituus ilmakehässä ei ole sama. Korkeuden laskussa säteilyn ultraviolettiosa pienenee erityisen voimakkaasti, näkyvä osa hieman vähemmän ja infrapunaosa vain hieman.

Säteilyn hajoaminen ilmakehässä tapahtuu pääasiassa ilman tiheyden jatkuvien vaihteluiden (vaihteluiden) seurauksena kaikissa ilmakehän pisteissä, jotka aiheutuvat tiettyjen ilmakehän kaasumolekyylien "klustereiden" (möykkyjen) muodostumisesta ja tuhoutumisesta. Aerosolihiukkaset myös sirottavat auringon säteilyä. Sirontaintensiteettiä kuvaa sirontakerroin.

K = lisää kaava.

Sironnan intensiteetti riippuu sirottavien hiukkasten määrästä tilavuusyksikköä kohti, niiden koosta ja luonteesta sekä itse sironneen säteilyn aallonpituuksista.

Säteet siroavat mitä voimakkaammin, sitä lyhyempi aallonpituus. Esimerkiksi violetit säteet siroavat 14 kertaa enemmän kuin punaiset, mikä selittää taivaan sinisen värin. Kuten edellä on todettu (katso kohta 2.2), ilmakehän läpi kulkeva suora auringonsäteily hajoaa osittain. Puhtaassa ja kuivassa ilmassa molekyylisirontakertoimen intensiteetti noudattaa Rayleighin lakia:

k = s/Y4 ,

jossa C on kerroin, joka riippuu kaasumolekyylien lukumäärästä tilavuusyksikköä kohti; X on sironneen aallon pituus.

Koska punaisen valon kauko-aallonpituudet ovat lähes kaksi kertaa violetin valon aallonpituudet, ilmamolekyylit sirottavat ensimmäisiä 14 kertaa vähemmän kuin jälkimmäisiä. Koska violettien säteiden alkuenergia (ennen siroamista) on pienempi kuin sinisen ja sinisen, sironneen valon maksimienergia (hajallaan oleva auringonsäteily) siirtyy sinisinisille säteille, mikä määrää taivaan sinisen värin. Siten diffuusi säteily sisältää enemmän fotosynteettisesti aktiivisia säteitä kuin suora säteily.

Ilmassa, joka sisältää epäpuhtauksia (pieniä vesipisaroita, jääkiteitä, pölyhiukkasia jne.), sironta on sama kaikille näkyvän säteilyn alueilla. Siksi taivas saa valkeahtavan sävyn (sumua ilmestyy). Pilvielementit (isot pisarat ja kiteet) eivät hajoa auringonsäteitä ollenkaan, vaan heijastavat niitä hajallaan. Tämän seurauksena Auringon valaisemat pilvet ovat valkoisia.

5. PAR (fotosynteettisesti aktiivinen säteily)

Fotosynteettisesti aktiivinen säteily. Fotosynteesin prosessissa ei käytetä koko auringonsäteilyn spektriä, vaan vain sen

osa aallonpituusalueella 0,38 ... 0,71 mikronia, - fotosynteettisesti aktiivinen säteily (PAR).

Tiedetään, että näkyvä säteily, jonka ihmissilmä havaitsee valkoiseksi, koostuu värillisistä säteistä: punainen, oranssi, keltainen, vihreä, sininen, indigo ja violetti.

Auringon säteilyn energian assimilaatio kasvien lehtien toimesta on valikoivaa (selektiivistä). Voimakkaimmat lehdet imevät siniviolettia (X = 0,48 ... 0,40 mikronia) ja oranssinpunaista (X = 0,68 mikronia) säteitä, vähemmän kelta-vihreitä (A. = 0,58 ... 0,50 mikronia) ja kaukaa punaisia ​​(A) .\u003e 0,69 mikronia) säteet.

Maan pinnalla suoran auringon säteilyn spektrin maksimienergia putoaa auringon ollessa korkealla keltavihreiden säteiden alueelle (Auringon kiekko on keltainen). Kun aurinko on lähellä horisonttia, kaukaisilla punaisilla säteillä on suurin energia (auringon levy on punainen). Siksi suoran auringonvalon energia on vähän mukana fotosynteesiprosessissa.

Koska PAR on yksi tärkeimmistä maatalouskasvien tuottavuuden tekijöistä, tiedolla saapuvan PAR:n määrästä, ottaen huomioon sen jakautuminen alueelle ja ajallisesti, on suuri käytännön merkitys.

PAR-intensiteetti voidaan mitata, mutta tämä vaatii erityisiä valosuodattimia, jotka lähettävät vain aaltoja alueella 0,38 ... 0,71 mikronia. Tällaisia ​​laitteita on, mutta niitä ei käytetä aktinometristen asemien verkossa, mutta ne mittaavat auringon säteilyn integraalispektrin intensiteettiä. PAR-arvo voidaan laskea tiedoista suoran, haja- tai kokonaissäteilyn saapumisesta käyttämällä H. G. Toomingin ehdottamia kertoimia ja:

Qfar = 0,43 S"+0,57 D);

laadittiin jakelukartat Farin kuukausi- ja vuosimääristä Venäjän alueella.

Kasvien PAR-käyttöasteen karakterisoimiseksi käytetään PAR-tehokkuutta:

KPIfar = (summaK/ ajovalot/summaK/ ajovalot) 100%,

missä summaK/ ajovalot- fotosynteesiin käytetyn PAR:n määrä kasvien kasvukauden aikana; summaK/ ajovalot- tämän ajanjakson aikana viljelykasveista saadun PAR:n määrä;

Viljelykasvit keskimääräisten CPIF-arvojensa mukaan jaetaan ryhmiin (mukaan): tavallisesti havaittu - 0,5 ... 1,5%; hyvä -1,5...3,0; ennätys - 3,5...5,0; teoriassa mahdollista - 6,0 ... 8,0 %.

6. MAAN PINNAN SÄTEILYTASAPAINO

Tulevan ja lähtevän säteilyenergian välistä eroa kutsutaan maan pinnan säteilytaseeksi (B).

Maan pinnan säteilytaseesta päivän aikana saapuva osa muodostuu suorasta auringon ja hajasäteilystä sekä ilmakehän säteilystä. Taseen kuluosa on maanpinnan säteily ja heijastunut auringon säteily:

B= S / + D+ Ea-E3-Rk

Yhtälö voidaan kirjoittaa myös toisessa muodossa: B = K- RK - Eef.

Yöaikaan säteilytasapainon yhtälöllä on seuraava muoto:

B \u003d Ea - E3 tai B \u003d -Eef.

Jos säteilyn sisääntulo on suurempi kuin ulostulo, säteilytase on positiivinen ja aktiivinen pinta* lämpenee. Negatiivinen saldo jäähtyy. Kesällä säteilytase on päivällä positiivinen ja yöllä negatiivinen. Nollan ylitys tapahtuu aamulla noin 1 tunti auringonnousun jälkeen ja illalla 1-2 tuntia ennen auringonlaskua.

Vuotuisella säteilytaseella alueilla, joilla on vakaa lumipeite, on negatiiviset arvot kylmänä vuodenaikana ja positiiviset lämpimänä vuodenaikana.

Maan pinnan säteilytasapaino vaikuttaa merkittävästi lämpötilan jakautumiseen maaperässä ja ilmakehän pintakerroksessa sekä haihtumis- ja lumen sulamisprosesseihin, sumun ja huurteen muodostumiseen, ilmamassojen ominaisuuksien muutoksiin (niiden muunnos).

Maatalousmaan säteilytilan tunteminen mahdollistaa viljelykasvien ja maaperän absorboiman säteilyn määrän laskemisen Auringon korkeudesta, viljelykasvien rakenteesta ja kasvien kehitysvaiheesta riippuen. Tietoa järjestelmästä tarvitaan myös erilaisten maaperän lämpötilan ja kosteuden, haihdutuksen säätelymenetelmien arvioimiseksi, joista kasvien kasvu ja kehitys, sadon muodostuminen, sen määrä ja laatu riippuvat.

Tehokkaita agronomisia menetelmiä aktiivisen pinnan säteilyyn ja siten lämpötilaan vaikuttaa multaaminen (maan peittäminen ohuella kerroksella turvelastua, mädäntynyttä lantaa, sahanpurua jne.), maaperän peittäminen muovikelmulla ja kastelu. . Kaikki tämä muuttaa aktiivisen pinnan heijastus- ja absorptiokykyä.

* Aktiivinen pinta - maaperän, veden tai kasvillisuuden pinta, joka absorboi suoraan auringon ja ilmakehän säteilyä ja lähettää säteilyä ilmakehään sääteleen siten viereisten ilmakerrosten ja alla olevien maaperän, veden ja kasvillisuuden lämpötilaa.