Maa saa Auringosta 1,36 * 10v24 cal lämpöä vuodessa. Tähän energiamäärään verrattuna jäljellä oleva Maan pinnan saavuttavan säteilyenergian määrä on mitätön. Näin ollen tähtien säteilyenergia on sadasmiljoonasosa aurinkoenergia, kosminen säteily - kaksi miljardisosaa, sisäinen lämpö Maapallon pinta on yhtä suuri kuin viisi tuhannesosaa auringon lämmöstä.
Auringon säteily - auringonsäteily- on pääasiallinen energialähde lähes kaikissa ilmakehässä, hydrosfäärissä ja litosfäärin ylemmissä kerroksissa tapahtuvissa prosesseissa.
Auringon säteilyn intensiteetin mittayksikkö on niiden lämmön kalorimäärä, jonka 1 cm2 absorboi auringonsäteiden suuntaan nähden kohtisuorassa olevaa absoluuttisen mustaa pintaa 1 minuutissa (cal/cm2*min).

Auringosta tuleva säteilyenergian virtaus, joka saavuttaa maan ilmakehän, on hyvin jatkuvaa. Sen intensiteettiä kutsutaan aurinkovakioksi (Io) ja sen oletetaan olevan keskimäärin 1,88 kcal/cm2 min.
Aurinkovakion arvo vaihtelee riippuen Maan etäisyydestä Auringosta ja auringon aktiivisuudesta. Sen vaihtelu vuoden aikana on 3,4-3,5 %.
Jos auringonsäteet putosivat kaikkialla pystysuunnassa maan pinnalle, niin ilmakehän puuttuessa ja aurinkovakiolla 1,88 cal/cm2*min kukin neliösenttimetriä se saisi 1000 kcal vuodessa. Koska maapallo on pallomainen, tämä määrä pienenee 4 kertaa ja 1 neliömetriä. cm saa keskimäärin 250 kcal vuodessa.
Pintaan vastaanottaman auringon säteilyn määrä riippuu säteiden tulokulmasta.
Enimmäismäärä säteily vastaanottaa pinnan, joka on kohtisuorassa auringonsäteiden suuntaan, koska tässä tapauksessa kaikki energia jakautuu alueelle, jolla on poikkileikkaus, yhtä suuri kuin poikkileikkaus säteen säde - a. Kun samat säteet tulevat vinosti, energia jakautuu suurelle alueelle (osio c) ja yksikköpinta vastaanottaa sitä pienemmän määrän. Mitä pienempi säteiden tulokulma on, sitä pienempi on auringon säteilyn intensiteetti.
Auringon säteilyn intensiteetin riippuvuus säteiden tulokulmasta ilmaistaan ​​kaavalla:

I1 = I0 * sinh,

jossa I0 on auringon säteilyn intensiteetti pelkällä säteiden ilmaantuvuusalueella. Ilmakehän ulkopuolella aurinkovakio;
I1 - auringon säteilyn intensiteetti, kun auringonsäteet putoavat kulmassa h.
I1 on yhtä monta kertaa pienempi kuin I0, kuinka monta kertaa leikkaus a on pienempi kuin osa b.
Kuva 27 osoittaa, että a / b \u003d sin A.
Auringon säteiden tulokulma (Auringon korkeus) on 90 ° vain leveysasteilla 23 ° 27 "N - 23 ° 27" S. (eli tropiikin välissä). Muilla leveysasteilla se on aina alle 90° (taulukko 8). Säteiden tulokulman pienenemisen mukaan myös eri leveysasteilla pinnalle tulevan auringon säteilyn intensiteetin pitäisi pienentyä. Koska Auringon korkeus ei pysy vakiona ympäri vuoden ja päivän aikana, pinnan vastaanottaman auringon lämmön määrä vaihtelee jatkuvasti.

Pintaan vastaanottaman auringon säteilyn määrä riippuu suoraan auringonvalolle altistumisen kestosta.

Päiväntasaajan vyöhykkeellä ilmakehän ulkopuolella auringon lämmön määrä ei vuoden aikana koe suuria vaihteluita, kun taas sisään korkeilla leveysasteilla nämä vaihtelut ovat erittäin suuria (ks. taulukko 9). AT talvikausi Erot auringon lämmön nousussa korkeiden ja matalien leveysasteiden välillä ovat erityisen merkittäviä. AT kesäkausi, jatkuvan valaistuksen olosuhteissa napa-alueet saavat suurimman määrän aurinkolämpöä vuorokaudessa maan päällä. Kesäpäivänseisauksen päivänä pohjoisella pallonpuoliskolla se on 36 % suurempi kuin päiväntasaajan vuorokausilämpö. Mutta koska päivän kesto päiväntasaajalla ei ole 24 tuntia (kuten tällä hetkellä navalla), vaan 12 tuntia, auringon säteilyn määrä aikayksikköä kohti päiväntasaajalla on edelleen suurin. Auringonlämmön päivittäisen summan kesämaksimi, joka havaitaan noin 40-50° leveysasteella, liittyy suhteellisen pitkään päivään (suurempi kuin tällä hetkellä 10-20° leveysasteella) merkittävällä Auringon korkeudella. Erot päiväntasaaja- ja napa-alueiden vastaanottaman lämmön määrässä ovat kesällä pienempiä kuin talvella.
Eteläinen pallonpuolisko saa enemmän lämpöä kesällä kuin pohjoinen ja päinvastoin talvella (sitä vaikuttaa Maan etäisyyden muutos Auringosta). Ja jos molempien pallonpuoliskojen pinta olisi täysin homogeeninen, vuotuiset lämpötilanvaihteluiden amplitudit eteläisellä pallonpuoliskolla olisivat suuremmat kuin pohjoisella.
Auringon säteily ilmakehässä käy läpi määrälliset ja laadulliset muutokset.
Jopa ihanteellinen, kuiva ja puhdas ilmapiiri absorboi ja hajottaa säteet vähentäen auringonsäteilyn voimakkuutta. Vesihöyryä ja kiinteitä epäpuhtauksia sisältävän todellisen ilmakehän heikentävä vaikutus auringon säteilyyn on paljon suurempi kuin ihanteellinen. Ilmakehä (happi, otsoni, hiilidioksidi, pöly ja vesihöyry) absorboi pääasiassa ultravioletti- ja infrapunasäteitä. Ilmakehän absorboima Auringon säteilyenergia muuttuu muun tyyppiseksi energiaksi: lämpöenergiaksi, kemialliseksi jne. Yleensä absorptio heikentää auringon säteilyä 17-25 %.
Ilmakehän kaasujen molekyylit sirottavat säteitä suhteellisen lyhyillä aalloilla - violetti, sininen. Tämä selittää taivaan sinisen värin. Epäpuhtaudet sirottavat yhtä paljon säteitä eri aallonpituuksilla. Siksi niiden merkittävällä sisällöllä taivas saa valkean sävyn.
Ilmakehän auringonsäteiden sironnan ja heijastuksen vuoksi pilvisinä päivinä havaitaan päivänvaloa, varjossa olevat esineet näkyvät ja hämärän ilmiö esiintyy.
Mitä pidempi säteen polku ilmakehässä on, sitä paksumman sen on läpäistävä ja sitä enemmän auringon säteily vaimenee. Siksi ilmakehän vaikutus säteilyyn vähenee nousun myötä. Auringonvalon polun pituus ilmakehässä riippuu Auringon korkeudesta. Jos otetaan yksiköksi auringon säteen polun pituus ilmakehässä Auringon korkeudella 90 ° (m), Auringon korkeuden ja säteen matkan pituuden välinen suhde ilmakehässä tulee olemaan taulukon mukainen. kymmenen.

Säteilyn kokonaisvaimennus ilmakehässä missä tahansa Auringon korkeudessa voidaan ilmaista Bouguerin kaavalla: Im = I0 * pm, missä Im on ilmakehässä muuttuneen auringon säteilyn intensiteetti y maanpinta; I0 - aurinkovakio; m on säteen polku ilmakehässä; auringon korkeudessa 90 ° se on yhtä suuri kuin 1 (ilmakehän massa), p on läpinäkyvyyskerroin ( murtoluku, joka osoittaa, mikä osa säteilystä saavuttaa pinnan kohdassa m = 1).
Auringon korkeudella 90°, kun m=1, auringon säteilyn intensiteetti lähellä maan pintaa I1 on p kertaa pienempi kuin Io, eli I1=Io*p.
Jos Auringon korkeus on alle 90°, niin m on aina suurempi kuin 1. Auringon säteen polku voi koostua useista segmenteistä, joista jokainen on yhtä suuri kuin 1. Auringon säteilyn intensiteetti rajalla ensimmäinen (aa1) ja toinen (a1a2) segmentti I1 on ilmeisesti yhtä suuri kuin Io *p, säteilyintensiteetti toisen segmentin ohituksen jälkeen I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2; I3=I0p3 jne.

Ilmakehän läpinäkyvyys ei ole vakio eikä se ole sama erilaisia ​​ehtoja. Todellisen ilmakehän läpinäkyvyyden suhde ihanteellisen ilmakehän läpinäkyvyyteen - sameustekijä - on aina suurempi kuin yksi. Se riippuu vesihöyryn ja pölyn pitoisuudesta ilmassa. Maantieteellisen leveysasteen kasvaessa sameuskerroin laskee: leveysasteilla 0 - 20 ° N. sh. se on keskimäärin 4,6 leveysasteilla 40 - 50 ° N. sh. - 3,5, leveysasteilla 50 - 60 ° N. sh. - 2,8 ja leveysasteilla 60 - 80 ° N. sh. - 2.0. Lauhkeilla leveysasteilla sameuskerroin on pienempi talvella kuin kesällä ja pienempi aamulla kuin iltapäivällä. Se pienenee korkeuden myötä. Mitä suurempi sameuskerroin, sitä enemmän auringon säteily vaimenee.
Erottaa suora, haja- ja koko auringon säteily.
Osa ilmakehän kautta maan pinnalle tunkeutuvasta auringon säteilystä on suoraa säteilyä. Osa ilmakehän hajottamasta säteilystä muuttuu hajasäteilyksi. Kaikkea maan pinnalle tulevaa auringon säteilyä, suoraa ja diffuusia, kutsutaan kokonaissäteilyksi.
Suoran ja sironneen säteilyn suhde vaihtelee huomattavasti pilvisyyden, ilmakehän pölyisyyden ja myös Auringon korkeuden mukaan. Selkeällä taivaalla hajasäteilyn osuus ei ylitä 0,1 %, pilvisellä taivaalla hajasäteily voi olla suoraa säteilyä suurempaa.
Auringon matalalla korkeudella kokonaissäteily koostuu lähes kokonaan hajasäteilystä. Auringon korkeudessa 50° ja kirkkaalla taivaalla sironneen säteilyn osuus ei ylitä 10-20 %.
Kartat keskimääräisistä vuosi- ja kuukausiarvoista kokonaissäteilyä voimme havaita tärkeimmät mallit sen maantieteellisessä jakautumisessa. Kokonaissäteilyn vuosiarvot jakautuvat pääasiassa vyöhykekohtaisesti. Suurin vuotuinen kokonaissäteilymäärä maapallolla vastaanotetaan pintaan trooppisissa sisämaan aavikoissa (Itä-Sahara ja keskiosa Arabia). Kokonaissäteilyn huomattava väheneminen päiväntasaajalla johtuu korkeasta ilmankosteudesta ja pilvisyydestä. Arktisella alueella kokonaissäteily on 60-70 kcal/cm2 vuodessa; Etelämantereella kirkkaiden päivien toistumisen ja ilmakehän suuremman läpinäkyvyyden vuoksi se on jonkin verran suurempi.

Kesäkuussa pohjoinen pallonpuolisko saa eniten säteilyä ja erityisesti sisämaan trooppiset ja subtrooppiset alueet. Pintaan vastaanottaman auringon säteilyn määrät pohjoisen pallonpuoliskon lauhkeilla ja polaarisilla leveysasteilla vaihtelevat vähän, mikä johtuu pääasiassa vuorokauden pituudesta napa-alueilla. Yllä olevan kokonaissäteilyn jakauman vyöhyke. mantereilla pohjoisella pallonpuoliskolla ja trooppisilla leveysasteilla eteläisellä pallonpuoliskolla melkein ei ilmaistu. Se ilmenee paremmin pohjoisella pallonpuoliskolla valtameren yläpuolella ja ilmaistaan ​​selvästi eteläisen pallonpuoliskon ekstratrooppisilla leveysasteilla. Eteläisellä napaympyrällä auringon kokonaissäteilyn arvo lähestyy nollaa.
Joulukuussa eniten säteilyä pääsee eteläiselle pallonpuoliskolle. Etelämantereen korkealla oleva jääpinta, jonka ilman läpinäkyvyys on korkea, saa kesäkuussa huomattavasti enemmän kokonaissäteilyä kuin arktisen alueen pinta. Aavikoissa on paljon lämpöä (Kalahari, Great Australian), mutta eteläisen pallonpuoliskon suuremman valtamerisyyden vuoksi (korkean ilmankosteuden ja pilvisyyden vaikutus) sen määrät ovat täällä hieman pienemmät kuin kesäkuussa samoilla leveysasteilla. pohjoisella pallonpuoliskolla. Pohjoisen pallonpuoliskon ekvatoriaalisilla ja trooppisilla leveysasteilla kokonaissäteily vaihtelee suhteellisen vähän, ja sen vyöhyke jakautuu selvästi vain pohjoisen tropiikin pohjoispuolelle. Leveysasteen kasvaessa kokonaissäteily vähenee melko nopeasti, ja sen nollaviiva kulkee hieman napapiirin pohjoispuolella.
Auringon kokonaissäteily, joka putoaa maan pinnalle, heijastuu osittain takaisin ilmakehään. Pinnasta heijastuneen säteilyn määrän suhdetta pinnalle tulevan säteilyn määrää kutsutaan nimellä albedo. Albedo kuvaa pinnan heijastavuutta.
Maan pinnan albedo riippuu sen tilasta ja ominaisuuksista: väristä, kosteudesta, karheudesta jne. Juuri sateella lumella on korkein heijastavuus (85-95%). Tyyni vedenpinta heijastaa vain 2-5 % auringonsäteistä, kun se putoaa pystysuoraan, ja lähes kaikki sille putoavat säteet (90 %), kun aurinko on matalalla. Kuivan chernozemin albedo - 14%, märkä - 8, metsä - 10-20, niittykasvillisuus - 18-30, hiekkainen aavikon pinta - 29-35, merijään pinta - 30-40%.
Jääpinnan suuri albedo, erityisesti tuoreen lumen peitossa (jopa 95 %), on syynä kesällä napa-alueiden alhaisiin lämpötiloihin, jolloin auringon säteilyn saapuminen sinne on merkittävää.
Maan pinnan ja ilmakehän säteily. Mikä tahansa keho, jonka lämpötila on yli absoluuttinen nolla(suurempi kuin miinus 273°), lähettää säteilyenergiaa. Mustan kappaleen kokonaisemissiokyky on verrannollinen sen absoluuttisen lämpötilan (T) neljänteen potenssiin:
E \u003d σ * T4 kcal / cm2 minuutissa (Stefan-Boltzmannin laki), jossa σ on vakiokerroin.
Mitä korkeampi lämpötila säteilevä keho, sitä lyhyempi on emittoitujen nm-säteiden aallonpituus. Hehkuva aurinko lähettää avaruuteen lyhytaaltosäteilyä. Maan pinta, joka absorboi lyhytaaltoista auringonsäteilyä, lämpenee ja muuttuu myös säteilyn lähteeksi (maasäteily). Ho, koska maan pinnan lämpötila ei ylitä useita kymmeniä asteita, sen pitkäaaltoinen säteily, näkymätön.
Maan säteily jää suurelta osin ilmakehään (vesihöyry, hiilidioksidi, otsoni), mutta säteet, joiden aallonpituus on 9-12 mikronia, kulkevat vapaasti ilmakehän ulkopuolelle, ja siksi maapallo menettää osan lämmöstään.
Ilmakehä, joka absorboi osan sen läpi kulkevasta auringon säteilystä ja yli puolet maan säteilystä, säteilee itse energiaa sekä maailmanavaruuteen että maan pinnalle. Maan pintaa kohti maan pintaa kohti suuntautuvaa ilmakehän säteilyä kutsutaan vastakkaista säteilyä. Tämä säteily, kuten maanpäällinen, pitkäaaltoinen, näkymätön.
Ilmakehässä kohtaa kaksi pitkäaaltosäteilyvirtaa - Maan pinnan säteily ja ilmakehän säteily. Niiden välistä eroa, joka määrittää maan pinnan todellisen lämpöhäviön, kutsutaan tehokasta säteilyä. Tehokas säteily on sitä suurempi, mitä korkeampi on säteilevän pinnan lämpötila. Ilman kosteus vähentää tehollista säteilyä, sen pilvet vähentävät sitä suuresti.
Tehokkaan säteilyn vuosisummien suurin arvo havaitaan vuonna trooppiset aavikot- 80 kcal/cm2 vuodessa - kiitos korkea lämpötila pinta, ilman kuivuus ja taivaan selkeys. Päiväntasaajalla, jossa ilmankosteus on korkea, tehollinen säteily on vain noin 30 kcal/cm2 vuodessa, ja sen arvo maalle ja valtamerelle vaihtelee hyvin vähän. Napa-alueiden pienin tehokas säteily. Lauhkeilla leveysasteilla maan pinta menettää noin puolet lämpömäärästä, jonka se vastaanottaa kokonaissäteilyn absorptiosta.
Ilmakehän kykyä välittää Auringon lyhytaaltosäteilyä (suora ja hajasäteily) ja viivyttää Maan pitkäaaltosäteilyä kutsutaan kasvihuoneilmiöksi. Kasvihuoneilmiöstä johtuen maan pinnan keskilämpötila on +16°, ilmakehän puuttuessa se olisi -22° (38° alempi).
Säteilytasapaino (jäännössäteily). Maan pinta samanaikaisesti vastaanottaa säteilyä ja luovuttaa sitä. Säteilyn saapuminen on auringon kokonaissäteilyä ja ilmakehän vastasäteilyä. Kulutus - auringonvalon heijastus pinnasta (albedo) ja maan pinnan oma säteily. Ero saapuvan ja lähtevän säteilyn välillä on säteilytasapaino, tai jäännössäteilyä. Säteilytasapainon arvo määräytyy yhtälön avulla

R \u003d Q * (1-α) - I,

missä Q on auringon kokonaissäteily pintayksikköä kohti; a - albedo (fraktio); I - tehokas säteily.
Jos tulo on suurempi kuin lähtö, säteilytase on positiivinen; jos tulo on pienempi kuin lähtö, saldo on negatiivinen. Yöllä kaikilla leveysasteilla säteilytase on negatiivinen, päivällä puoleenpäivään positiivinen kaikkialla, paitsi korkeilla leveysasteilla talvella; iltapäivällä - jälleen negatiivinen. Keskimäärin vuorokaudessa säteilytase voi olla sekä positiivinen että negatiivinen (taulukko 11).


Maan pinnan säteilytaseen vuosisummien kartalta näkee äkillinen muutos eristyslinjojen sijainnit niiden siirtyessä maasta valtamereen. Pääsääntöisesti valtameren pinnan säteilytase ylittää maan säteilytasapainon (albedon ja tehokkaan säteilyn vaikutus). Säteilytasapainon jakautuminen on yleensä vyöhykekohtainen. Merellä trooppisilla leveysasteilla säteilytasapainon vuosiarvot saavuttavat 140 kcal/cm2 (Arabianmeri) eivätkä ylitä rajan lähellä 30 kcal/cm2 kelluva jää. Poikkeamat valtameren säteilytasapainon vyöhykejakaumasta ovat merkityksettömiä ja johtuvat pilvien jakautumisesta.
Maalla päiväntasaajan ja trooppisilla leveysasteilla säteilytasapainon vuosiarvot vaihtelevat 60-90 kcal/cm2 kosteusolosuhteista riippuen. Suurimmat vuotuiset säteilytasesummat ovat niillä alueilla, joilla albedo ja tehollinen säteily ovat suhteellisen pieniä (kosteat trooppiset metsät, savannit). Niiden pienin arvo on erittäin kosteilla (suuri pilvisyys) ja erittäin kuivilla (suuri tehokas säteily) alueilla. Lauhkeilla ja korkeilla leveysasteilla säteilytasapainon vuosiarvo laskee leveysasteen kasvaessa (kokonaissäteilyn vähenemisen vaikutus).
Säteilytaseen vuotuiset summat yli keskialueille Etelämanner on negatiivinen (muutama kalori per 1 cm2). Arktisella alueella nämä arvot ovat lähellä nollaa.
Heinäkuussa maan pinnan säteilytase merkittävässä osassa eteläistä pallonpuoliskoa on negatiivinen. Nollatasapainoviiva kulkee 40 ja 50° S välillä. sh. Säteilytaseen korkein arvo saavutetaan valtameren pinnalla pohjoisen pallonpuoliskon trooppisilla leveysasteilla ja joidenkin sisämerien pinnalla, kuten Mustallamerellä (14-16 kcal/cm2 kuukaudessa).
Tammikuussa nollatasapainoviiva sijaitsee 40 ja 50° N välillä. sh. (valtamerten yli se nousee hieman pohjoiseen, mantereiden yli laskeutuu etelään). Huomattavalla osalla pohjoista pallonpuoliskoa on negatiivinen säteilytase. Säteilytasapainon suurimmat arvot rajoittuvat eteläisen pallonpuoliskon trooppisiin leveysasteisiin.
Vuoden keskimäärin maan pinnan säteilytase on positiivinen. Tällöin pintalämpötila ei nouse, vaan pysyy suunnilleen vakiona, mikä voidaan selittää vain jatkuvalla ylimääräisen lämmön kulutuksella.
Ilmakehän säteilytase koostuu toisaalta sen absorboimasta auringon ja maan säteilystä sekä toisaalta ilmakehän säteilystä. Se on aina negatiivinen, koska ilmakehä absorboi vain pienen osan auringon säteilystä ja säteilee melkein yhtä paljon kuin pinta.
Pinnan ja ilmakehän säteilytase yhdessä kokonaisuutena koko maapallolla on vuoden aikana keskimäärin nolla, mutta leveysasteilla se voi olla sekä positiivinen että negatiivinen.
Seurauksena tällaisesta säteilytasapainon jakautumisesta pitäisi olla lämmön siirtyminen päiväntasaajalta napoille.
Terminen tasapaino. Säteilytase on lämpötasapainon tärkein komponentti. Pintalämpötasapainoyhtälö näyttää, kuinka saapuva auringon säteilyenergia muuttuu maan pinnalla:

jossa R on säteilytase; LE - haihdutuksen lämmönkulutus (L - piilevä höyrystymislämpö, ​​E - haihdutus);
P - turbulenttinen lämmönvaihto pinnan ja ilmakehän välillä;
A - lämmönvaihto pinnan ja alla olevien maa- tai vesikerrosten välillä.
Pinnan säteilytase katsotaan positiiviseksi, jos pinnan absorboima säteily ylittää lämpöhäviön, ja negatiivisena, jos se ei täydennä niitä. Kaikki muut lämpötaseen ehdot katsotaan positiivisiksi, jos ne aiheuttavat pinnan lämpöhäviöitä (jos ne vastaavat lämmönkulutusta). Kuten. kaikki yhtälön ehdot voivat muuttua, lämpötasapaino häiriintyy jatkuvasti ja palautuu uudelleen.
Yllä tarkastellun pinnan lämpötasapainon yhtälö on likimääräinen, koska siinä ei oteta huomioon joitain toissijaisia, vaan tietyissä olosuhteissa tärkeitä tekijöitä, kuten lämmön vapautuminen jäätymisen aikana, sen kulutus sulatukseen jne. .
Ilmakehän lämpötase koostuu ilmakehän Ra säteilytaseesta, pinnalta tulevasta lämmöstä Pa, ilmakehään kondensoituessa vapautuvasta lämmöstä LE ja horisontaalisesta lämmönsiirrosta (advektiosta) Aa. Ilmakehän säteilytase on aina negatiivinen. Lämmön sisäänvirtaus kosteuden tiivistymisen seurauksena ja turbulenttisen lämmönsiirron suuruus ovat positiivisia. Lämmön advektio johtaa keskimäärin vuodessa sen siirtymiseen matalilta leveysasteilta korkeille leveysasteille: se tarkoittaa siis lämmön kulutusta matalilla leveysasteilla ja saapumista korkeille leveysasteille. Monivuotisessa johdannaisessa ilmakehän lämpötasapaino voidaan ilmaista yhtälöllä Ra=Pa+LE.
Pinnan ja ilmakehän lämpötasapaino yhdessä kokonaisuutena on yhtä suuri kuin 0 pitkän aikavälin keskiarvolla (kuva 35).

Ilmakehään vuodessa tulevan auringon säteilyn määrä (250 kcal/cm2) on 100 %. Ilmakehään tunkeutuva auringon säteily heijastuu osittain pilvistä ja palaa takaisin ilmakehän ulkopuolelle - 38%, osittain ilmakehään absorboitunut - 14%, ja osittain suorana auringon säteilynä saavuttaa maan pinnan - 48%. Pinnalle pääsevistä 48 %:sta 44 % imeytyy siihen ja 4 % heijastuu. Maapallon albedo on siis 42 % (38+4).
Maan pinnan absorboima säteily kuluu seuraavasti: 20 % häviää tehokkaan säteilyn kautta, 18 % kuluu pinnasta haihtumiseen, 6 % kuluu ilman lämmittämiseen turbulentin lämmönsiirron aikana (yhteensä 24 %). Pinnan aiheuttama lämmön menetys tasapainottaa sen saapumista. Ilmakehän vastaanottama lämpö (14 % suoraan auringosta, 24 % maan pinnalta) yhdessä maan tehokkaan säteilyn kanssa suuntautuu maailmanavaruuteen. Maan albedo (42 %) ja säteily (58 %) tasapainottavat auringon säteilyn virtausta ilmakehään.

Auringon säteily on johtava ilmastoa muodostava tekijä ja käytännössä ainoa energialähde kaikille maan pinnalla ja sen ilmakehässä tapahtuville fysikaalisille prosesseille. Se määrittää organismien elintärkeän toiminnan luoden yhden tai toisen lämpötilajärjestelmän; johtaa pilvien ja sateiden muodostumiseen; on ilmakehän yleisen kierron perussyy valtava vaikutus ihmiselämästä sen kaikissa ilmenemismuodoissa. Rakentamisessa ja arkkitehtuurissa auringon säteily on tärkein ympäristötekijä - siitä riippuvat rakennusten suuntaus, rakenteelliset, tilasuunnittelulliset, koloristiset, plastiset ratkaisut ja monet muut ominaisuudet.

GOST R 55912-2013 "Construction Climatology" mukaan otetaan käyttöön seuraavat auringonsäteilyyn liittyvät määritelmät ja käsitteet:

• suora säteily - osa auringon kokonaissäteilystä, joka tulee pintaan rinnakkaisten säteiden säteen muodossa, joka tulee suoraan näkyvältä auringon kiekolta;
• hajallaan olevaa auringon säteilyä- osa koko taivaalta pinnalle tulevasta auringon kokonaissäteilystä ilmakehään sironnan jälkeen;
• heijastunut säteily- osa alla olevasta pinnasta (mukaan lukien julkisivuista, rakennusten katoista) heijastuvasta auringon kokonaissäteilystä;
• auringon säteilyn voimakkuus- auringon säteilyn määrä, joka kulkee aikayksikköä kohti yhden säteitä vastaan ​​kohtisuorassa olevan alueen läpi.

Kaikki auringon säteilyn arvot nykyaikaisissa kotimaisissa valtion standardeissa, yhteisyrityksissä (SNiP) ja muissa rakentamiseen ja arkkitehtuuriin liittyvissä säädöksissä mitataan kilowatteina tunnissa per 1 m 2 (kW h / m 2). Yleensä kuukausi otetaan aikayksikkönä. Auringon säteilyvuon (kW / m 2) hetkellisen (toisen) arvon saamiseksi kuukaudelle annettu arvo tulee jakaa kuukauden päivien määrällä, vuorokauden tuntien määrällä ja sekunneilla. tunneissa.

Monissa varhaisissa rakennusmääräysten painoksissa ja monissa nykyaikaisissa ilmastotieteen hakukirjoissa auringon säteilyarvot on annettu megajouleina tai kilokaloreina per m 2 (MJ / m 2, Kcal / m 2). Kertoimet näiden suureiden muuntamiseksi yhdestä toiseen on esitetty liitteessä 1.

fyysinen kokonaisuus. Auringon säteily tulee Maahan Auringosta. Aurinko on meitä lähin tähti, joka on keskimäärin 149 450 000 km päässä Maasta. Heinäkuun alussa, kun Maa on kauimpana Auringosta (afelion), tämä etäisyys kasvaa 152 miljoonaan kilometriin ja tammikuun alussa se pienenee 147 miljoonaan kilometriin (perihelion).

Auringon ytimen sisällä lämpötila ylittää 5 miljoonaa K ja paine on useita miljardeja kertoja suurempi kuin maan paine, minkä seurauksena vety muuttuu heliumiksi. Tämän lämpöydinreaktion aikana syntyy säteilyenergiaa, joka etenee Auringosta kaikkiin suuntiin sähkömagneettisten aaltojen muodossa. Samaan aikaan Maahan tulee kokonainen kirjo aallonpituuksia, jotka meteorologiassa yleensä jaetaan lyhytaaltoisiin ja pitkän aallon osiin. lyhytaalto kutsusäteilyä aallonpituusalueella 0,1 - 4 mikronia (1 mikroni \u003d 10 ~ 6 m). Säteilyä, jonka pituus on pitkä (4-120 mikronia), kutsutaan nimellä pitkäaaltoinen. Auringon säteily on pääasiassa lyhytaaltoista - ilmoitettu aallonpituusalue vastaa 99 % kaikesta energiasta auringonsäteily, kun taas maan pinta ja ilmakehä lähettävät pitkäaaltosäteilyä ja voivat heijastaa vain lyhytaaltosäteilyä.

Aurinko ei ole vain energian, vaan myös valon lähde. Näkyvällä valolla on kapea aallonpituusalue, vain 0,40 - 0,76 mikronia, mutta 47% kaikesta auringon säteilyenergiasta sisältyy tähän väliin. Valo, jonka aallonpituus on noin 0,40 mikronia, havaitaan violetiksi, ja jonka aallonpituus on noin 0,76 mikronia - punaisena. Ihmissilmä ei havaitse kaikkia muita aallonpituuksia; ne ovat meille näkymättömiä 1 . Infrapunasäteily (0,76 - 4 mikronia) muodostaa 44% ja ultravioletti (0,01 - 0,39 mikronia) - 9% kaikesta energiasta. Auringon säteilyn spektrin suurin energia ilmakehän ylärajalla on spektrin sini-sinisellä alueella ja lähellä maan pintaa - kelta-vihreässä.

Tietylle pinnalle tulevan auringon säteilyn määrällinen mitta on energia valaistus, tai auringon säteilyvirta, - pinta-alayksikköön aikayksikköä kohden osuvan säteilyenergian määrä. Auringon säteilyn enimmäismäärä tulee ilmakehän ylärajalle ja sille on tunnusomaista aurinkovakion arvo. aurinkovakio - on auringon säteilyn vuo maan ilmakehän ylärajalla auringon säteisiin nähden kohtisuorassa olevan alueen läpi, joka on maan keskimääräisellä etäisyydellä auringosta. Maailman ilmatieteen järjestön (WMO) vuonna 2007 hyväksymien uusimpien tietojen mukaan tämä arvo on 1,366 kW / m 2 (1366 W / m 2).

Paljon vähemmän auringon säteilyä saavuttaa maan pinnan, koska auringon säteiden liikkuessa ilmakehän läpi säteily käy läpi sarjan merkittäviä muutoksia. Osa siitä imeytyy ilmakehän kaasuihin ja aerosoleihin ja siirtyy lämmöksi, ts. menee lämmittämään ilmakehää, ja osa hajaantuu ja menee erityiseen diffuusisäteilyn muotoon.

Prosessi haltuunotot ilmakehän säteily on luonteeltaan valikoivaa - eri kaasut absorboivat sitä spektrin eri osissa ja eri määrin. Pääasialliset auringon säteilyä absorboivat kaasut ovat vesihöyry (H 2 0), otsoni (0 3) ja hiilidioksidi (CO 2). Esimerkiksi, kuten edellä mainittiin, stratosfäärin otsoni absorboi täysin eläville organismeille haitallisen säteilyn, jonka aallonpituus on alle 0,29 mikronia, minkä vuoksi otsonikerros on luonnollinen suoja maapallon elämän olemassaololle. Otsoni absorboi keskimäärin noin 3 % auringon säteilystä. Spektrin punaisella ja infrapuna-alueella vesihöyry absorboi eniten auringonsäteilyä. Samalla spektrin alueella ovat kuitenkin hiilidioksidin absorptiokaistat

Lisätietoa valosta ja väreistä käsitellään tieteenalan "Arkkitehtuurifysiikka" muissa osioissa.

yleensä sen suoran säteilyn absorptio on pieni. Auringon säteilyn absorptio tapahtuu sekä luonnollisten että ihmisperäisten aerosolien kautta, erityisesti nokihiukkasten kautta. Yhteensä noin 15 % auringon säteilystä imeytyy vesihöyryyn ja aerosoleihin ja noin 5 % pilviin.

Sironta säteily on fyysinen prosessi vuorovaikutuksia elektromagneettinen säteily ja aineet, joiden aikana molekyylit ja atomit absorboivat osan säteilystä ja lähettävät sen sitten uudelleen kaikkiin suuntiin. Tämä on erittäin tärkeä prosessi, joka riippuu sirottavien hiukkasten koon ja tulevan säteilyn aallonpituuden suhteesta. Ehdottomasti puhdas ilma, jossa sirontaa tuottavat vain kaasumolekyylit, se tottelee Rayleighin laki, eli kääntäen verrannollinen sironneiden säteiden aallonpituuden neljänteen potenssiin. Siten taivaan sininen väri on itse ilman väri, johtuen auringonvalon hajoamisesta siinä, koska violetit ja siniset säteet hajoavat ilmassa paljon paremmin kuin oranssit ja punaiset.

Jos ilmassa on hiukkasia, joiden mitat ovat verrattavissa säteilyn aallonpituuteen - aerosolit, vesipisarat, jääkiteet - niin sironta ei noudata Rayleighin lakia, eikä siroteltu säteily ole niin rikas lyhytaaltoisten säteiden suhteen. Hiukkasissa, joiden halkaisija on suurempi kuin 1-2 mikronia, ei esiinny sirontaa, vaan hajaheijastusta, joka määrittää taivaan valkean värin.

Hajautusnäytelmiä valtava rooli luonnollisen valaistuksen muodostumisessa: Auringon puuttuessa päivällä se luo hajavaloa. Jos sirontaa ei olisi, se olisi valoisa vain sinne, missä suora auringonvalo putoaisi. Hämärä ja aamunkoitto, pilvien väri auringonnousun ja auringonlaskun aikaan liittyvät myös tähän ilmiöön.

Joten auringon säteily saavuttaa maan pinnan kahden virran muodossa: suorana ja hajasäteilynä.

suora säteily(5) tulee maan pinnalle suoraan aurinkolevyltä. Tässä tapauksessa suurin mahdollinen määrä säteilyä vastaanottaa yksi kohde, joka on kohtisuorassa auringonsäteitä vastaan ​​(5). yksikköä kohti vaakasuoraan pinnalla on pienempi määrä säteilyenergiaa Y, jota kutsutaan myös auringonpaistetta:

Y \u003d? -8shA 0, (1.1)

missä Ja 0- Auringon korkeus horisontin yläpuolella, joka määrittää auringonsäteiden tulokulman vaakasuoralle pinnalle.

hajallaan olevaa säteilyä(/)) tulee maan pinnalle kaikista taivaanvahvuuden kohdista aurinkolevyä lukuun ottamatta.

Kaikkea maan pinnalle tulevaa auringon säteilyä kutsutaan auringon kokonaissäteily (0:

• (1.2)
• 0 = + /) = Ja 0+ /).

Tällaisten säteilytyyppien saapuminen riippuu merkittävästi paitsi tähtitieteellisistä syistä myös pilvisyydestä. Siksi meteorologiassa on tapana erottaa mahdollisia säteilymääriä havaittu pilvettömissä olosuhteissa, ja todelliset säteilymäärät, jotka tapahtuvat klo todelliset olosuhteet pilvisyys.

Kaikkea maan pinnalle tulevaa auringon säteilyä se ei absorboi eikä muunna lämmöksi. Osa siitä heijastuu ja sen vuoksi katoaa alla olevasta pinnasta. Tätä osaa kutsutaan heijastunut säteily(/? k), ja sen arvo riippuu albedo maan pinta (L -):

A k = - 100%.

Albedoarvo mitataan yksikön murto-osina tai prosentteina. Rakentamisessa ja arkkitehtuurissa käytetään useammin yksikön murto-osia. Ne mittaavat myös rakennus- ja viimeistelymateriaalien heijastavuutta, julkisivujen keveyttä jne. Klimatologiassa albedoa mitataan prosentteina.

Albedolla on merkittävä vaikutus maapallon ilmaston muodostumiseen, koska se on olennainen alla olevan pinnan heijastavuuden indikaattori. Se riippuu tämän pinnan tilasta (karheus, väri, kosteus) ja vaihtelee hyvin laajalla alueella. Korkeimmat albedoarvot (jopa 75 %) ovat ominaisia ​​juuri sateelle lumelle, kun taas alhaisimmat arvot ovat ominaisia ​​vedenpinnalle puhtaan auringonpaisteen aikana (“3 %). Maaperän ja kasvillisuuden pinnan albedo vaihtelee keskimäärin 10-30 %.

Jos tarkastellaan koko maapalloa kokonaisuutena, sen albedo on 30%. Tätä arvoa kutsutaan Maan planetaarinen albedo ja edustaa avaruuteen lähtevän heijastuneen ja sironneen auringonsäteilyn suhdetta ilmakehään tulevan säteilyn kokonaismäärään.

Kaupunkien alueella albedo on yleensä matalampi kuin luonnollisissa, häiriintymättömissä maisemissa. Albedon tyypillinen arvo lauhkean ilmaston suurten kaupunkien alueelle on 15-18%. Eteläisissä kaupungeissa albedo on yleensä korkeampi, koska julkisivujen ja kattojen väreissä käytetään vaaleampia sävyjä. pohjoiset kaupungit tiiviillä rakennuksilla ja albedorakennusten tummilla väriratkaisuilla. Tämä mahdollistaa kuumissa eteläisissä maissa absorboituneen auringonsäteilyn määrän vähentämisen, mikä vähentää rakennusten lämpötaustaa, ja pohjoisilla kylmillä alueilla päinvastoin lisätä absorboituneen auringon säteilyn osuutta, mikä lisää yleistä lämpötaustaa.

Absorboitunut säteily(* U P0GL) kutsutaan myös lyhytaaltosäteilyn tasapaino (VK) ja on ero kokonaissäteilyn ja heijastuneen säteilyn välillä (kaksi lyhytaaltovirtaa):

^abs \u003d 5 k = 0~ I K- (1.4)

Se lämmittää maan pinnan ylempiä kerroksia ja kaikkea sillä olevaa (kasvipeite, tiet, rakennukset, rakenteet jne.), minkä seurauksena ne lähettävät ihmissilmälle näkymätöntä pitkäaaltosäteilyä. Tätä säteilyä kutsutaan usein maan pinnan omaa säteilyä(? 3). Sen arvo on Stefan-Boltzmannin lain mukaan verrannollinen absoluuttisen lämpötilan neljänteen potenssiin.

Ilmakehä lähettää myös pitkäaaltosäteilyä, josta suurin osa saavuttaa maan pinnan ja absorboituu siihen lähes kokonaan. Tätä säteilyä kutsutaan ilmakehän vastasäteily (E a). Ilmakehän vastasäteily lisääntyy pilvisyyden ja ilmankosteuden lisääntyessä ja on erittäin tärkeä lämmönlähde maan pinnalle. Ilmakehän pitkäaaltosäteily on kuitenkin aina hieman maan säteilyä pienempi, minkä vuoksi maan pinta menettää lämpöä ja näiden arvojen ero on ns. Maan tehokas säteily (E ef).

Keskimäärin lauhkeilla leveysasteilla maan pinta menettää tehokkaan säteilyn kautta noin puolet siitä lämpömäärästä, jonka se vastaanottaa absorboituneesta auringon säteilystä. Absorboimalla maan säteilyä ja lähettämällä vastasäteilyä maan pinnalle ilmakehä vähentää tämän pinnan jäähtymistä yöllä. Päivän aikana se ei juurikaan estä maan pinnan kuumenemista. Tätä maan ilmakehän vaikutusta maan pinnan lämpöjärjestelmään kutsutaan kasvihuoneilmiö. Siten kasvihuoneilmiö muodostuu lämmön pidättymisestä lähellä maan pintaa. Iso rooli tätä prosessia pelaavat teknogeenistä alkuperää olevat kaasut, ensisijaisesti hiilidioksidi, jonka pitoisuus on erityisen korkea kaupunkialueilla. Mutta päärooli kuuluu edelleen luonnollista alkuperää oleville kaasuille.

Ilmakehän pääaine, joka absorboi pitkäaaltoista säteilyä Maasta ja lähettää säteilyä takaisin, on vesihöyry. Se absorboi lähes kaiken pitkäaaltoisen säteilyn lukuun ottamatta aallonpituusaluetta 8,5-12 mikronia, jota kutsutaan ns. "läpinäkyvyysikkuna" vesihöyry. Vain tällä aikavälillä maasäteily kulkee ilmakehän kautta maailmanavaruuteen. Vesihöyryn lisäksi hiilidioksidi absorboi voimakkaasti pitkäaaltosäteilyä, ja juuri vesihöyryn läpinäkyvyysikkunassa otsoni on paljon heikompi, samoin kuin metaani, typen oksidi, kloorifluorihiilivedyt (freonit) ja joitain muita kaasun epäpuhtauksia.

Lämmön pitäminen lähellä maan pintaa on erittäin tärkeä prosessi elämän ylläpitämiseksi. Ilman sitä Maan keskilämpötila olisi 33 °C nykyistä alhaisempi, ja eläviä organismeja tuskin voisi elää maapallolla. Siksi pointti ei ole kasvihuoneilmiössä sinänsä (sehän syntyi ilmakehän syntyhetkestä), vaan siinä, että vaikutuksen alaisena antropogeeninen toiminta menossa saada tämä vaikutus. Syynä on teknogeenistä alkuperää olevien kasvihuonekaasujen, pääasiassa fossiilisten polttoaineiden poltosta syntyvän hiilidioksidin, pitoisuuden nopea kasvu. Tämä voi johtaa siihen, että samalla tulevalla säteilyllä planeetalle jäävän lämmön osuus kasvaa ja sitä kautta myös maan pinnan ja ilmakehän lämpötila nousee. Viimeisen 100 vuoden aikana planeettamme ilman lämpötila on noussut keskimäärin 0,6 ° C.

Uskotaan, että kun CO 2 -pitoisuus kaksinkertaistuu verrattuna sen esiteolliseen arvoon ilmaston lämpeneminen on noin 3°C (eri arvioiden mukaan 1,5 - 5,5°C). Jossa suurimmat muutokset pitäisi esiintyä korkeiden leveysasteiden troposfäärissä syys-talvikaudella. Tämän seurauksena arktisen ja Etelämantereen jää alkaa sulaa ja maailman valtameren pinta nousee. Tämä kasvu voi vaihdella 25–165 cm, mikä tarkoittaa, että monet merien ja valtamerten rannikkoalueilla sijaitsevat kaupungit tulevat tulvimaan.

Siksi tämä on erittäin tärkeä asia, joka vaikuttaa miljoonien ihmisten elämään. Tämä mielessä pitäen vuonna 1988 järjestettiin ensimmäinen kansainvälinen konferenssi ongelmasta antropogeeninen muutos ilmasto. Tutkijat ovat tulleet siihen tulokseen, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden lisääntymisen aiheuttaman kasvihuoneilmiön lisääntymisen seuraukset ovat toissijaisia ​​maailmanlaajuisen ydinsodan seurausten jälkeen. Samaan aikaan YK:n (YK) yhteyteen perustettiin hallitustenvälinen ilmastopaneeli IPCC. IPCC – hallitustenvälinen ilmastonmuutospaneeli), joka tutkii pintalämpötilan nousun vaikutuksia ilmastoon, Maailman valtameren ekosysteemiin, biosfääriin kokonaisuudessaan, mukaan lukien planeetan väestön elämään ja terveyteen.

Vuonna 1992 New Yorkissa hyväksyttiin ilmastonmuutosta koskeva puitesopimus (FCCC), jonka päätavoitteeksi julistettiin varmistaa ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuuksien vakauttaminen tasolle, joka estää vaarallisia seurauksia ihmisen puuttuminen ilmastojärjestelmään. Yleissopimuksen käytännön täytäntöönpanoa varten joulukuussa 1997 Kiotossa (Japanissa) kansainvälisessä konferenssissa hyväksyttiin Kioton pöytäkirja. Siinä määritellään erityiset kiintiöt kasvihuonekaasupäästöille jäsenmaille, mukaan lukien Venäjä, joka ratifioi tämän pöytäkirjan vuonna 2005.

Tätä kirjoitettaessa yksi viimeisistä konferensseista, jotka omistettiin ilmastonmuutos, on ilmastokonferenssi Pariisissa, joka pidetään 30.11.-12.12.2015. Tämän konferenssin tarkoituksena on allekirjoittaa kansainvälinen sopimus planeetan keskilämpötilan nousun hillitsemiseksi vuoteen 2100 mennessä enintään 2 °C:een.

Joten erilaisten lyhyt- ja pitkäaaltoisten säteilyvirtojen vuorovaikutuksen seurauksena maan pinta vastaanottaa ja menettää jatkuvasti lämpöä. Tuloksena tulevan ja lähtevän säteilyn arvo on säteilytasapaino (AT), joka määrittää maan pinnan ja pintailmakerroksen lämpötilan, eli niiden lämmityksen tai jäähdytyksen:

AT = K- «k - ?ef \u003d 60 - MUTTA)-? ef =

= (5 "sin / ^ > + D) (l-A) -E ^ f \u003d B - + B a. (

Tietoja säteilytaseesta tarvitaan eri pintojen lämpenemis- ja jäähtymisasteen arvioimiseksi sekä luonnollisissa olosuhteissa että arkkitehtonisessa ympäristössä, laskea lämpöjärjestelmä rakennukset ja rakenteet, haihtumisen, maaperän lämpövarantojen määrittäminen, peltojen kastelun säätely ja muut kansantalouden tarkoitukset.

Mittausmenetelmät. Maan säteilytasapainon tutkimusten keskeinen merkitys ilmaston kuvioiden ja mikroilmasto-olosuhteiden muodostumisen ymmärtämisessä määrittää sen komponenttien havainnointitiedon perustavanlaatuisen roolin - aktinometriset havainnot.

Venäjän sääasemilla lämpösähköinen menetelmä säteilyvirtausten mittaukset. Mitattu säteily imeytyy laitteiden mustaan ​​vastaanottopintaan, muuttuu lämmöksi ja lämmittää lämpöpaalun aktiiviset liitokset, kun taas passiiviset liitokset eivät lämmitä säteilyä ja niissä on enemmän matala lämpötila. Aktiivisten ja passiivisten liitoskohtien lämpötilaeroista johtuen termopaalun lähtöön syntyy termoelektromotorinen voima, joka on verrannollinen mitatun säteilyn intensiteettiin. Siten useimmat aktinometriset laitteet ovat suhteellinen- ne eivät mittaa itse säteilyvirtoja, vaan niihin verrannollisia määriä - virran voimakkuutta tai jännitettä. Tätä varten laitteet kytketään esimerkiksi digitaalisiin yleismittareihin ja aikaisemmin osoitingalvanometreihin. Samanaikaisesti jokaisen laitteen passissa on ns "muuntokerroin" - sähköisen mittauslaitteen jakohinta (W / m 2). Tämä kerroin lasketaan vertaamalla yhden tai toisen suhteellisen instrumentin lukemia lukemiin ehdoton kodinkoneet - pyrheliometrit.

Absoluuttisten laitteiden toimintaperiaate on erilainen. Joten Angstrom-kompensaatiopyrheliometrissä mustattui metallilevy alttiina auringolle, kun taas toinen samanlainen levy jää varjoon. Niiden välille syntyy lämpötilaero, joka siirtyy levyihin kiinnitetyn lämpöelementin liitoksiin ja siten herää lämpösähkövirta. Tässä tapauksessa akusta tuleva virta johdetaan varjostetun levyn läpi, kunnes se lämpenee samaan lämpötilaan kuin levy auringossa, minkä jälkeen lämpösähkövirta katoaa. Kuljetun "kompensoivan" virran voimakkuuden perusteella voit määrittää mustuneen levyn vastaanottaman lämmön määrän, joka puolestaan ​​​​on yhtä suuri kuin ensimmäisen levyn Auringosta vastaanottama lämpö. Siten on mahdollista määrittää auringon säteilyn määrä.

Venäjän (ja aikaisemmin - Neuvostoliiton) meteorologisilla asemilla säteilytasapainon komponenttien havaintoja suoritettaessa aktinometristen tietojen sarjan homogeenisuus varmistetaan käyttämällä samantyyppisiä laitteita ja niiden huolellista kalibrointia sekä kuin samat mittaus- ja tietojenkäsittelymenetelmät. Integraalisen auringonsäteilyn vastaanottimina (

Savinov-Yanishevsky lämpösähköisessä aktinometrissä, ulkomuoto joka on esitetty kuvassa. 1.6, vastaanottoosa on ohut metallimustalla hopeafoliolevy, johon lämpöpaalun parittomat (aktiiviset) liitokset on liimattu eristeen läpi. Mittausten aikana tämä kiekko absorboi auringon säteilyä, minkä seurauksena kiekon ja aktiivisten liitoskohtien lämpötila nousee. Tasaiset (passiiviset) liitokset on liimattu eristeen läpi laitteen kotelon kuparirenkaaseen ja niiden lämpötila on lähellä ulkolämpötilaa. Tämä lämpötilaero, kun lämpöpaalun ulkoinen piiri on kiinni, muodostaa lämpösähkövirran, jonka voimakkuus on verrannollinen auringon säteilyn voimakkuuteen.

Riisi. 1.6.

Pyranometrissä (kuva 1.7) vastaanottava osa on useimmiten lämpöelementtien akku, esimerkiksi manganiinista ja konstantaanista, jossa on mustat ja valkoiset liitokset, jotka lämpenevät eri tavalla tulevan säteilyn vaikutuksesta. Laitteen vastaanottavan osan on oltava vaakasuorassa asennossa, jotta se havaitsee sironneen säteilyn koko taivaanvahvuuden kautta. Suoralta säteilyltä pyranometri on varjostettu näytöllä, ja vastaantulevalta ilmakehän säteilyltä se on suojattu lasikorkilla. Kokonaissäteilyä mitattaessa pyranometriä ei varjosta suorilta säteiltä.

Riisi. 1.7.

Erityinen laite (taittolevy) antaa sinun antaa pyranometrin päälle kaksi asentoa: vastaanotin ylös ja vastaanotin alas. Jälkimmäisessä tapauksessa pyranometri mittaa lyhytaaltosäteilyä, joka heijastuu maan pinnalta. Reittihavainnoissa ns retkeily albe-meter, joka on pyranometrin pää, joka on yhdistetty kallistettavaan gimbal-jousitukseen kahvalla.

Lämpösähköinen tasapainomittari koostuu rungosta, jossa on lämpöpaalu, kahdesta vastaanottolevystä ja kahvasta (kuva 1.8). Kiekon muotoisessa rungossa (/) on nelikulmainen aukko, johon lämpöpaalu on kiinnitetty (2). Kahva ( 3 ), juotettu runkoon, käytetään tasapainomittarin asentamiseen telineeseen.

Riisi. 1.8

Tasapainomittarin yksi mustattu vastaanottolevy on suunnattu ylöspäin, toinen alaspäin, kohti maan pintaa. Varjostamattoman tasapainomittarin toimintaperiaate perustuu siihen, että aktiiviselle pinnalle tulevat kaikenlaiset säteilyt (Y, /) ja E a), ne absorboivat laitteen tummunut vastaanottopinta ylöspäin ja kaikentyyppinen säteily, joka lähtee aktiiviselta pinnalta (/? k, /? l ja E 3), alaspäin oleva levy imeytyy. Jokainen vastaanottava levy itse lähettää myös pitkäaaltosäteilyä, lisäksi tapahtuu lämmönvaihtoa ympäröivän ilman ja laitteen rungon kanssa. Rungon korkeasta lämmönjohtavuudesta johtuen kuitenkin tapahtuu suurta lämmönsiirtoa, mikä ei salli merkittävän lämpötilaeron muodostumista vastaanottavien levyjen välillä. Tästä syystä molempien levyjen itsesäteily voidaan jättää huomiotta ja niiden lämpenemiserolla voidaan määrittää minkä tahansa pinnan säteilytasapainon arvo, jonka tasossa balanssimittari sijaitsee.

Koska tasemittarin vastaanottopintoja ei peitetä lasikuvulla (muuten pitkäaaltosäteilyn mittaaminen olisi mahdotonta), tämän laitteen lukemat riippuvat tuulen nopeudesta, mikä pienentää vastaanottopintojen välistä lämpötilaeroa. Tästä syystä tasemittarin lukemat johtavat tyyniin olosuhteisiin, kun tuulen nopeus on mitattu aiemmin laitteen tasolla.

varten automaattinen rekisteröinti Mittauksissa edellä kuvatuissa laitteissa syntyvä lämpösähkövirta syötetään itsetallennettuun elektroniseen potentiometriin. Virran voimakkuuden muutokset tallennetaan liikkuvalle paperinauhalle, kun taas aktinometrin tulee automaattisesti pyöriä niin, että sen vastaanottava osa seuraa aurinkoa, ja pyranometri on aina varjostettava suoralta säteilyltä erityisellä rengassuojalla.

Aktinometriset havainnot tehdään, toisin kuin pääsäähavainnot, kuusi kertaa päivässä seuraavina aikoina: 00:30, 06:30, 09:30, 12:30, 15:30 ja 18:30. Koska kaikentyyppisen lyhytaaltosäteilyn intensiteetti riippuu Auringon korkeudesta horisontin yläpuolella, havaintojen ajoitus asetetaan tarkoittaa aurinkoaikaa asemat.

ominaisarvot. Suoran ja kokonaissäteilyvirran arvot ovat yksi niistä kriittisiä rooleja arkkitehtonisessa ja ilmasto-analyysissä. Niiden huomioimalla rakennusten suuntaus horisontin sivuilla, niiden tilasuunnittelu ja koloristinen ratkaisu, sisäinen asettelu, valoaukkojen mitat ja monet muut arkkitehtoniset piirteet liittyvät toisiinsa. Siksi näille auringonsäteilyarvoille otetaan huomioon ominaisarvojen päivittäinen ja vuosivaihtelu.

Energia valaistus suoraa auringonsäteilyä pilvettömällä taivaalla riippuu auringon korkeudesta, ilmakehän ominaisuuksista auringonsäteen reitillä, jolle on ominaista läpinäkyvyystekijä(arvo, joka osoittaa, mikä osa auringon säteilystä saavuttaa maan pinnan pelkän auringonvalon ilmaantumisen aikana) ja tämän polun pituus.

Suoralla auringon säteilyllä pilvettömällä taivaalla on melko yksinkertainen päivittäinen vaihtelu, maksimi puolenpäivän aikoihin (kuva 1.9). Kuvasta ilmenee, että päivän aikana auringon säteilyvirta ensin nopeasti, sitten hitaammin kasvaa auringonnoususta puoleenpäivään ja aluksi hitaasti, sitten nopeasti laskee keskipäivästä auringonlaskuun. Erot kirkkaan taivaan keskipäivän irradianssissa tammi- ja heinäkuussa johtuvat ensisijaisesti eroista Auringon keskipäivän korkeudessa, joka on talvella pienempi kuin kesällä. Samaan aikaan manneralueilla havaitaan usein vuorokausivaihtelun epäsymmetriaa, joka johtuu ilmakehän läpinäkyvyyden eroista aamu- ja iltapäivällä. Ilmakehän läpinäkyvyys vaikuttaa myös suoran auringonsäteilyn kuukausittaisten keskiarvojen vuosikuluihin. Maksimisäteily pilvettömällä taivaalla voi siirtyä kevätkuukaudet, koska keväällä ilmakehän pöly- ja kosteuspitoisuus ovat alhaisemmat kuin syksyllä.

5 1, kW/m 2

b", kW/m2

Riisi. 1.9.

ja keskimääräisissä pilvisissä olosuhteissa (b):

7 - pinnalla kohtisuorassa säteisiin nähden heinäkuussa; 2 - vaakasuoralle pinnalle heinäkuussa; 3 - kohtisuoralla pinnalla tammikuussa; 4 - vaakasuoralle pinnalle tammikuussa

Pilvisyys vähentää auringon säteilyn saapumista ja voi muuttaa merkittävästi sen päivittäistä kulkua, mikä näkyy ennen iltapäivän ja sen jälkeisten tuntisummajen suhteessa. Siten suurimmalla osalla Venäjän manneralueista kevät-kesäkuukausina suoran säteilyn tuntimäärät ennen puoltapäivää ovat suuremmat kuin iltapäivällä (Kuva 1.9, b). Tämä määräytyy pääosin pilvisyyden vuorokaudesta, joka alkaa kehittyä klo 9-10 ja saavuttaa maksiminsa iltapäivällä vähentäen siten säteilyä. Suoran auringonsäteilyn sisäänvirtauksen yleinen väheneminen todellisissa pilvisissä olosuhteissa voi olla erittäin merkittävää. Esimerkiksi Vladivostokissa, jossa on monsuuni-ilmasto, nämä menetykset kesällä ovat 75%, ja Pietarissa pilvet eivät välitä jopa keskimäärin vuodessa 65% suorasta säteilystä maan pinnalle, Moskovassa - noin puoli.

Jakelu vuosittaisia ​​määriä suora auringon säteily keskimääräisessä pilvisyydessä Venäjän alueella on esitetty kuvassa. 1.10. Tämä auringon säteilyn määrää vähentävä tekijä riippuu suurelta osin ilmakehän kierrosta, mikä johtaa säteilyn leveysjakauman rikkomiseen.

Kuten kuvasta näkyy, kokonaisuutena vaakasuoralle pinnalle tulevan suoran säteilyn vuotuiset määrät kasvavat korkeilta leveysasteilta 800:sta lähes 3000 MJ/m 2 . Suuri pilvien määrä Venäjän eurooppalaisessa osassa johtaa vuotuisten kokonaismäärien laskuun verrattuna Itä-Siperian alueisiin, joissa vuotuiset kokonaismäärät kasvavat talvella pääasiassa Aasian antisyklonin vaikutuksesta. Samaan aikaan kesämonsuuni johtaa vuotuisen säteilyvirran vähenemiseen Kaukoidän rannikkoalueilla. Keskipäivän suoran auringonsäteilyn intensiteetin vaihteluväli Venäjän alueella vaihtelee välillä 0,54-0,91 kW / m 2 kesällä ja 0,02-0,43 kW / m 2 talvella.

hajallaan olevaa säteilyä, Vaakasuoralle pinnalle saapuminen muuttuu myös päivän aikana, lisääntyy ennen puoltapäivää ja vähenee sen jälkeen (kuva 1.11).

Kuten suoran auringonsäteilyn tapauksessa, hajasäteilyn saapumiseen ei vaikuta pelkästään auringon korkeus ja vuorokauden pituus, vaan myös ilmakehän läpinäkyvyys. Jälkimmäisen väheneminen johtaa kuitenkin sironneen säteilyn lisääntymiseen (toisin kuin suora säteily). Lisäksi hajasäteily riippuu pilvisyydestä erittäin laajasti: keskimääräisessä pilvisyydessä sen saapuminen on yli kaksinkertainen kirkkaalla taivaalla havaittuihin arvoihin verrattuna. Joinakin päivinä pilvisyys lisää tätä lukua 3-4-kertaiseksi. Siten sironnut säteily voi merkittävästi täydentää suoraa linjaa, erityisesti Auringon matalalla paikalla.

Riisi. 1.10. Suoraa auringon säteilyä, joka saapuu vaakasuoralle pinnalle keskimääräisen pilvisyyden alaisena, MJ / m 2 vuodessa (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kW h / m 2)

/), kW/m2 0,3 g

• 0,2 -
• 0,1 -

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 tuntia

Riisi. 1.11.

ja keskimääräisissä pilvisissä olosuhteissa (b)

Hajallaan olevan auringon säteilyn arvo tropiikissa on 50-75 % suorasta; 50-60° leveysasteella se on lähellä suoraa ja korkeilla leveysasteilla ylittää suoran auringon säteilyn lähes koko vuoden ajan.

Erittäin tärkeä sironneen säteilyn virtaukseen vaikuttava tekijä on albedo alla oleva pinta. Jos albedo on riittävän suuri, alla olevasta pinnasta heijastuva, ilmakehän päinvastaiseen suuntaan siroteltu säteily voi aiheuttaa merkittävän lisäyksen sironneen säteilyn saapumiseen. Vaikutus on selkein lumipeite, jolla on suurin heijastavuus.

Täydellinen säteily pilvettömällä taivaalla (mahdollinen säteily) riippuu paikan leveysasteesta, auringon korkeudesta, ilmakehän optisista ominaisuuksista ja alla olevan pinnan luonteesta. Olosuhteissa kirkas taivas sillä on yksinkertainen päivittäinen kurssi, jonka enimmäismäärä on keskipäivällä. Suoralle säteilylle tyypillinen vuorokausivaihtelun epäsymmetria näkyy vain vähän kokonaissäteilyssä, koska ilmakehän sameuden lisääntymisestä johtuva suoran säteilyn väheneminen vuorokauden toisella puoliskolla kompensoituu hajasäteilyn lisääntymisellä, joka johtuu säteilyn hajaantumisesta. sama tekijä. Vuotuisessa kurssissa kokonaissäteilyn enimmäisintensiteetti pilvettömällä taivaalla suurimman osan alueesta

Venäjän aluetta havaitaan kesäkuussa auringon suurimman keskipäivän korkeuden vuoksi. Joillakin alueilla tämä vaikutus on kuitenkin päällekkäinen ilmakehän läpinäkyvyyden vaikutuksen kanssa, ja enimmäismäärä siirtyy toukokuulle (esimerkiksi Transbaikaliassa, Primoryessa, Sahalinissa ja useilla Itä-Siperian alueilla). Kuukausittaisen ja vuosittaisen auringon kokonaissäteilyn jakautuminen pilvettömällä taivaalla on esitetty taulukossa. 1.9 ja kuvassa 1.12 leveysastekeskiarvoina.

Yllä olevasta taulukosta ja kuvasta nähdään, että kaikkina vuodenaikoina sekä säteilyn intensiteetti että määrä lisääntyvät pohjoisesta etelään auringon korkeuden muutoksen mukaisesti. Poikkeuksena on ajanjakso toukokuusta heinäkuuhun, jolloin pitkän päivän ja auringon korkeuden yhdistelmä tarjoaa melko korkeat kokonaissäteilyn arvot pohjoisessa ja yleensä Venäjän alueella säteilykenttä on hämärtynyt, ts. ei ole voimakkaita kaltevuksia.

Taulukko 1.9

Auringon kokonaissäteily vaakasuoralla pinnalla

pilvettömällä taivaalla (kW h / m 2)

	Maantieteellinen leveysaste, ° N
syyskuu

Riisi. 1.12. Auringon kokonaissäteily vaakasuuntaiselle pinnalle, jossa on pilvetön taivas eri leveysasteilla (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kWh / m 2)

Pilvien läsnäollessa Auringon kokonaissäteily ei määräydy pelkästään pilvien lukumäärän ja muodon, vaan myös aurinkolevyn tilan perusteella. Kun aurinkolevy on läpikuultava pilvien läpi, kokonaissäteily voi jopa lisääntyä pilvettömiin olosuhteisiin verrattuna sironneen säteilyn kasvun vuoksi.

Keskipilvissä olosuhteissa havaitaan täysin säännöllinen päivittäinen kokonaissäteilyn kulku: lisääntyy asteittain auringonnoususta puoleenpäivään ja laskee keskipäivästä auringonlaskuun. Samalla päivittäinen pilvisyyden kulku rikkoo pilvettömälle taivaalle ominaista kurssin symmetriaa keskipäivään nähden. Siten suurimmalla osalla Venäjän alueilla lämpimänä aikana keskipäivän kokonaissäteilyn arvot ovat 3-8 % korkeammat kuin iltapäivän arvot, lukuun ottamatta Kaukoidän monsuunialueita, joissa suhde on päinvastainen. Keskimääräisten monivuotisten kuukausittaisten kokonaissäteilyn summien vuotuisessa kulussa, määräävän tähtitieteellisen tekijän kanssa, ilmenee (pilvyyden vaikutuksesta) kiertokerroin, joten maksimi voi siirtyä kesäkuusta heinäkuuhun ja jopa toukokuuhun ( kuva 1.13).

• 600 -
• 500 -
• 400 -
• 300 -
• 200 -

m. Tšeljuskin

Salekhard

Arkangeli

Pietari

Petropavlovsk

Kamtšatski

Habarovsk

Astrakhan

Riisi. 1.13. Auringon kokonaissäteily vaakasuoralla pinnalla Venäjän yksittäisissä kaupungeissa todellisissa pilvisyysolosuhteissa (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kW h / m 2)

5", MJ/m 2 700

Todellinen kuukausittainen ja vuosittainen kokonaissäteilyn saapuminen on siis vain osa mahdollisesta. Suurimmat todellisten määrien poikkeamat kesän mahdollisista ovat Kaukoidässä, missä pilvisyys vähentää kokonaissäteilyä 40-60 %. Yleisesti ottaen kokonaissäteilyn vuositulo vaihtelee Venäjän alueella leveyssuunnassa ja kasvaa pohjoisten merien rannikon 2800 MJ/m 2 :stä 4800-5000 MJ/m 2 vuonna eteläiset alueet Venäjä - Pohjois-Kaukasus, Ala-Volgan alue, Transbaikalia ja Primorsky Krai (kuva 1.14).

Riisi. 1.14. Vaakapinnalle tuleva kokonaissäteily, MJ / m 2 vuodessa

Kesällä erot auringon kokonaissäteilyssä todellisissa pilvisyysolosuhteissa eri leveysasteilla sijaitsevien kaupunkien välillä eivät ole niin "dramaattisia" kuin miltä ensi silmäyksellä saattaa tuntua. Venäjän Euroopan osassa Astrakhanista Kap Chelyuskiniin nämä arvot ovat välillä 550-650 MJ/m 2 . Talvella useimmissa kaupungeissa, arktista aluetta lukuun ottamatta, missä kaamos, kokonaissäteily on 50-150 MJ / m 2 kuukaudessa.

Vertailun vuoksi: tammikuun keskilämpöarvot yhdelle kaupunkialueelle (laskettuna Moskovan todellisten tietojen mukaan) vaihtelevat välillä 220 MJ/m2 kuukaudessa kaupunkien kehittämiskeskuksissa 120-150 MJ/m2 pääalueiden välisillä alueilla. harvaan asuntojen rakentaminen. Teollisuus- ja kunnallisvarastoalueiden alueilla tammikuun lämpöindeksi on 140 MJ/m 2 . Moskovan auringon kokonaissäteily on tammikuussa 62 MJ/m 2 . Siten sisään talviaika auringon säteilyn käytön ansiosta on mahdollista kattaa enintään 10-15 % (aurinkopaneelien hyötysuhde huomioiden 40 %) rakennuksen arvioidusta lämpöarvosta keskitiheys jopa Irkutskissa ja Jakutskissa, jotka ovat kuuluisia aurinkoisesta talvisäästään, vaikka niiden alue on kokonaan aurinkosähköpaneeleilla peitetty.

Kesällä auringon kokonaissäteily lisääntyy 6-9 kertaa ja lämmönkulutus vähenee 5-7 kertaa talveen verrattuna. Heinäkuussa lämpöarvot laskevat 35 MJ/m 2 tai alle asuinalueilla ja 15 MJ/m 2 tai alle teollisuusalueilla, ts. arvoihin asti, jotka muodostavat enintään 3-5 % auringon kokonaissäteilystä. Siksi kesällä, kun lämmityksen ja valaistuksen kysyntä on minimaalista, tästä uusiutuvasta luonnonvarasta on koko Venäjällä ylimäärä, jota ei voida hyödyntää, mikä taas kerran kyseenalaistaa aurinkopaneelien käyttökelpoisuuden ainakin kaupungeissa ja kerrostaloja.

Sähkönkulutus (ilman lämmitystä ja lämmintä vettä), joka liittyy myös rakennusalan epätasaiseen jakautumiseen, asukastiheyteen ja eri alueiden toiminnalliseen tarkoitukseen, on

Lämpö - keskimääräinen indikaattori kaikentyyppisten energian (sähkö, lämmitys, kuumavesi) kulutuksesta 1 m 2 rakennusalaa kohti.

tapaukset alkaen 37 MJ / m 2 kuukaudessa (laskettuna 1/12 vuotuisesta määrästä) tiheästi asutuilla alueilla ja jopa 10-15 MJ / m 2 kuukaudessa alueilla, joilla on alhainen rakennustiheys. Päivällä ja kesällä sähkönkulutus laskee luonnollisesti. Sähkön kulutustiheys heinäkuussa useimmilla asuin- ja sekarakentamisen alueilla on 8-12 MJ/m 2 ja auringon kokonaissäteily todellisissa pilvisissä olosuhteissa Moskovassa noin 600 MJ/m 2 . Kaupunkien (esim. Moskovan) sähkönjakelun tarpeiden kattamiseksi tarvitaan siis vain noin 1,5-2 % auringon säteilystä. Loppuosa säteilystä, jos se hävitetään, on tarpeetonta. Samanaikaisesti kysymys päivän auringon säteilyn kerääntymisestä ja säilyttämisestä valaistukseen illalla ja yöllä, kun tehonsyöttöjärjestelmien kuormitukset ovat suurimmat ja aurinko melkein paistaa tai ei paista, on vielä ratkaisematta. Tämä edellyttää sähkön siirtämistä pitkiä matkoja alueiden välillä, joissa aurinko on vielä riittävän korkealla, ja alueiden välillä, joissa aurinko on jo laskenut horisontin alapuolelle. Samalla verkkojen sähköhäviöt ovat verrattavissa sen aurinkosähköpaneelien käytön säästöihin. Tai se edellyttää suurikapasiteettisten akkujen käyttöä, joiden tuotanto, asennus ja myöhempi hävittäminen edellyttävät energiakustannuksia, joita ei todennäköisesti kateta niiden koko toiminta-ajalta kertyneellä energiansäästöllä.

Toinen, yhtä tärkeä tekijä, joka tekee vaihtamisen toteutettavuuden kyseenalaiseksi aurinkopaneelit kuten vaihtoehtoinen lähde kaupungin mittakaavassa mitattuna sähkönsyötössä on se, että valokennojen toiminta johtaa viime kädessä kaupunkiin absorboituvan auringon säteilyn merkittävään lisääntymiseen ja sen seurauksena ilman lämpötilan nousuun kaupungissa kesäaika. Näin ollen samanaikaisesti valopaneelien ja niillä toimivien ilmastointilaitteiden aiheuttaman jäähdytyksen kanssa sisäympäristö yleinen nousu kaupungin lämpötila, mikä lopulta tekee tyhjäksi kaikki taloudelliset ja ympäristölliset edut, joita sähkön säästäminen koituu edelleen erittäin kalliiden aurinkopaneelien käytöstä.

Tästä seuraa, että laitteiden asentaminen auringon säteilyn muuntamiseksi sähköksi on perusteltua hyvin rajoitetuissa tapauksissa: vain kesällä, vain ilmastollisilla alueilla, joilla on kuiva, kuuma, pilvinen sää, vain pienissä kaupungeissa tai yksittäisissä tapauksissa. mökkiasutus ja vain jos tätä sähköä käytetään rakennusten sisäympäristön ilmastointi- ja ilmanvaihtolaitteistojen toimintaan. Muissa tapauksissa - muilla alueilla, muissa kaupunkiolosuhteissa ja muina vuodenaikoina - aurinkosähköpaneelien ja aurinkokeräinten käyttö tavallisten rakennusten sähkön ja lämmön tarpeisiin keskisuurissa ja suurissa kaupungeissa, jotka sijaitsevat lauhkeassa ilmastossa, on tehotonta.

Auringon säteilyn bioklimaattinen merkitys. Auringon säteilyn eläviin organismeihin kohdistuvan vaikutuksen ratkaiseva rooli rajoittuu osallistumiseen niiden säteily- ja lämpötasapainojen muodostumiseen aurinkospektrin näkyvän ja infrapunaosan lämpöenergian vuoksi.

Näkyviä säteitä ovat erityisen tärkeitä organismeille. Useimmat eläimet, kuten ihmiset, ovat hyviä erottamaan valon spektrikoostumuksen, ja jotkut hyönteiset voivat nähdä jopa ultraviolettialueella. Valonäkö ja valon suuntautuminen on tärkeä selviytymistekijä. Esimerkiksi ihmisillä värinäön läsnäolo on yksi elämän psykoemotionaalisimmista ja optimoivimmista tekijöistä. Pimeässä pysymisellä on päinvastainen vaikutus.

Kuten tiedät, vihreät kasvit syntetisoivat orgaanista ainetta ja tuottavat siten ruokaa kaikille muille organismeille, myös ihmisille. Tämä elämän kannalta tärkein prosessi tapahtuu auringon säteilyn assimiloitumisen aikana, ja kasvit käyttävät tiettyä spektrialuetta aallonpituusalueella 0,38-0,71 mikronia. Tätä säteilyä kutsutaan fotosynteettisesti aktiivista säteilyä(PAR) ja on erittäin tärkeä kasvien tuottavuudelle.

Valon näkyvä osa luo luonnonvaloa. Sen suhteen kaikki kasvit jaetaan valoa rakastaviin ja varjoa sietäviin. Riittämätön valaistus heikentää vartta, heikentää korvien ja tähkien muodostumista kasveissa, vähentää viljelykasvien sokeripitoisuutta ja öljyjen määrää sekä vaikeuttaa kivennäisravinteiden ja lannoitteiden käyttöä.

Biologinen toiminta infrapunasäteet koostuu lämpövaikutuksesta, kun ne imeytyvät kasvien ja eläinten kudoksiin. Samalla se muuttuu kineettinen energia molekyylejä, sähköiset ja kemialliset prosessit kiihtyvät. Infrapunasäteilyn ansiosta kasvien ja eläinten ympäröivästä tilasta saaman lämmön puute (etenkin vuoristoalueilla ja korkeilla leveysasteilla) kompensoituu.

UV-säteily päällä biologisia ominaisuuksia ja vaikutus ihmisiin on yleensä jaettu kolmeen alueeseen: alue A - aallonpituuksilla 0,32 - 0,39 mikronia; alue B 0,28 - 0,32 μm ja alue C 0,01 - 0,28 μm. Alueelle A on ominaista suhteellisen heikosti ilmaistu biologinen vaikutus. Se aiheuttaa vain useiden orgaanisten aineiden fluoresenssin, ihmisillä se edistää pigmentin muodostumista ihossa ja lievää eryteemaa (ihon punoitusta).

B-alueen säteet ovat paljon aktiivisempia.Eliöiden monipuoliset reaktiot ultraviolettisäteilyyn, muutokset ihossa, veressä jne. lähinnä heidän takiaan. Tunnettu ultraviolettivalon vitamiinia muodostava vaikutus on, että ravintoaineiden ergosteroni muuttuu O-vitamiiniksi, jolla on voimakas kasvua ja aineenvaihduntaa stimuloiva vaikutus.

Alueen C säteillä on voimakkain biologinen vaikutus eläviin soluihin, joista auringonvalon bakteereja tappava vaikutus johtuu pääasiassa. Pienissä annoksissa ultraviolettisäteilyltä välttämätön kasveille, eläimille ja ihmisille, erityisesti lapsille. Kuitenkin sisään suurissa määrissä alueen C säteet ovat tuhoisia kaikille eläville olennoille, ja elämä maapallolla on mahdollista vain siksi, että ilmakehän otsonikerros estää tämän lyhytaaltosäteilyn lähes kokonaan. Ongelman ratkaiseminen liiallisten ultraviolettisäteilyannosten vaikutuksesta biosfääriin ja ihmisiin on tullut erityisen tärkeäksi viime vuosikymmeninä johtuen maapallon ilmakehän otsonikerroksen heikkenemisestä.

Maan pinnan saavuttavan ultraviolettisäteilyn (UVR) vaikutus elävään organismiin on hyvin monipuolinen. Kuten edellä mainittiin, kohtuullisina annoksina sillä on edullinen vaikutus: se lisää elinvoimaa, lisää kehon vastustuskykyä tarttuvat taudit. UVR:n puute johtaa patologisiin ilmiöihin, joita kutsutaan UV-puutokseksi tai UV-nälkään ja jotka ilmenevät E-vitamiinin puutteena, mikä johtaa fosfori-kalsium-aineenvaihdunnan häiriintymiseen kehossa.

Liiallinen UV-säteily voi johtaa erittäin vakaviin seurauksiin: ihosyövän muodostumiseen, muiden onkologisten muodostumien kehittymiseen, fotokeratiitin ("lumisokeuden"), fotokonjunktiviitin ja jopa kaihien ilmaantuminen; elävien organismien immuunijärjestelmän rikkominen sekä mutageeniset prosessit kasveissa; rakentamisessa ja arkkitehtuurissa yleisesti käytettyjen polymeerimateriaalien ominaisuuksien muutos ja tuhoutuminen. UVR voi esimerkiksi värjätä julkisivumaaleja tai johtaa polymeeristen viimeistely- ja rakenteellisten rakennustuotteiden mekaaniseen tuhoutumiseen.

Auringon säteilyn arkkitehtoninen ja rakenteellinen merkitys. Aurinkoenergiatietoa käytetään rakennusten sekä lämmitys- ja ilmastointijärjestelmien lämpötaseen laskennassa, ikääntymisprosessien analysoinnissa erilaisia ​​materiaaleja, ottaen huomioon säteilyn vaikutus ihmisen lämpötilaan, viheralueiden optimaalisen lajikoostumuksen valitseminen viheralueiden istuttamiseksi tietylle alueelle ja monia muita tarkoituksia varten. Auringon säteily määrää maanpinnan luonnollisen valaistuksen tavan, jonka tunteminen on välttämätöntä sähkönkulutuksen suunnittelussa, erilaisten rakenteiden suunnittelussa ja liikenteen toiminnan järjestämisessä. Näin ollen säteilyjärjestelmä on yksi johtavista kaupunkisuunnittelun sekä arkkitehtonisista ja rakentamistekijöistä.

Rakennuksen insolaatio on yksi välttämättömät ehdot rakennuksen hygienia, joten pintojen säteilyttämiseen suoralla auringonvalolla kiinnitetään erityistä huomiota tärkeänä ympäristötekijä. Samaan aikaan auringolla ei ole vain hygieenistä vaikutusta sisäiseen ympäristöön tappaen taudinaiheuttajia, vaan se vaikuttaa myös psykologisesti ihmiseen. Tällaisen säteilytyksen vaikutus riippuu auringonvalolle altistumisen kestosta, joten insolaatio mitataan tunneissa ja sen kesto normalisoidaan Venäjän terveysministeriön asiaankuuluvilla asiakirjoilla.

Vaadittu vähimmäismäärä auringon säteilyä mukavat olosuhteet rakennusten sisäympäristö, henkilön työ- ja lepoolosuhteet muodostuvat asuin- ja työtilojen tarvittavasta valaistuksesta, ihmiskehoon tarvittavasta ultraviolettisäteilyn määrästä, ulkoisten aitojen absorboimasta ja rakennuksiin siirtyvästä lämmön määrästä, tarjoaa sisäympäristön lämpömukavuutta. Näiden vaatimusten perusteella tehdään arkkitehtoniset ja suunnittelupäätökset, määritellään olohuoneiden, keittiöiden, kodinhoito- ja työtilojen suuntaus. Ylimääräisellä auringonsäteilyllä on mahdollisuus asentaa loggiat, kaihtimet, ikkunaluukut ja muut aurinkosuojalaitteet.

Eri suuntautuneille pinnoille (pysty- ja vaakasuoraan) saapuvan auringon säteilyn (suora ja haja) summat on suositeltavaa analysoida seuraavan asteikon mukaan:

• alle 50 kWh / m 2 kuukaudessa - merkityksetön säteily;
• 50-100 kWh / m 2 kuukaudessa - keskimääräinen säteily;
• 100-200 kWh / m 2 kuukaudessa - korkea säteily;
• yli 200 kWh / m 2 kuukaudessa - ylimääräinen säteily.

Merkittömällä säteilyllä, jota havaitaan lauhkeilla leveysasteilla pääasiassa talvikuukausina, sen vaikutus rakennusten lämpötaseeseen on niin pieni, että se voidaan jättää huomiotta. Keskimääräisellä säteilyllä lauhkeilla leveysasteilla tapahtuu siirtymä maanpinnan ja sillä sijaitsevien rakennusten, rakenteiden, keinotekoisten pinnoitteiden jne. säteilytasapainon negatiivisten arvojen alueelle. Tässä suhteessa he alkavat menettää enemmän lämpöenergiaa päivittäisellä kurssilla kuin he saavat lämpöä auringosta päivän aikana. Näitä rakennusten lämpötaseen häviöitä ei kateta sisäisillä lämmönlähteillä (sähkölaitteet, lämminvesiputket, ihmisten metabolinen lämmön vapautuminen jne.), ja ne on kompensoitava lämmitysjärjestelmien toiminnolla - lämmityskausi alkaa .

Korkealla säteilyllä ja todellisissa pilvisissä olosuhteissa kaupunkialueen ja rakennusten sisäympäristön lämpötausta on mukavuusalueella ilman keinotekoisia järjestelmiä lämmitys ja jäähdytys.

Lauhkean leveysasteen kaupungeissa, erityisesti lauhkeassa mannerilmastossa ja jyrkästi mannerilmastossa sijaitsevissa kaupungeissa, liiallisella säteilyllä voidaan havaita kesällä rakennusten, niiden sisä- ja ulkoympäristön ylikuumenemista. Tässä suhteessa arkkitehtien tehtävänä on suojella arkkitehtonista ympäristöä liialliselta säteilyltä. He soveltavat asianmukaisia ​​tilasuunnitteluratkaisuja, valitsevat rakennusten optimaalisen suunnan horisontin sivuille, julkisivujen arkkitehtonisia aurinkosuojaelementtejä ja valoaukkoja. Jos arkkitehtoniset suojakeinot ylikuumenemiselta eivät riitä, tarvitaan rakennusten sisäympäristön keinotekoista ilmastointia.

Säteilyjärjestelmä vaikuttaa myös valoaukkojen suunnan ja mittojen valintaan. Pienellä säteilyllä valoaukkojen kokoa voidaan suurentaa mihin tahansa kokoon edellyttäen, että ulkoisten aitojen läpi menevät lämpöhäviöt pidetään standardia korkeammalla tasolla. Liiallisen säteilyn tapauksessa valoaukot tehdään minimaaliseksi, mikä täyttää tilojen säteilyn ja luonnollisen valaistuksen vaatimukset.

Julkisivujen vaaleus, joka määrää niiden heijastavuuden (albedo), valitaan myös aurinkosuojavaatimusten perusteella tai päinvastoin ottaen huomioon auringon säteilyn maksimaalinen absorptio alueilla, joilla on viileä ja kylmä kostea ilmasto ja keskimääräinen tai alhainen auringonsäteilytaso kesäkuukausina. Päällystysmateriaalien valitsemiseksi niiden heijastavuuden perusteella on tiedettävä, kuinka paljon auringonsäteilyä pääsee erisuuntaisten rakennusten seiniin ja mikä on eri materiaalien kyky absorboida tätä säteilyä. Koska säteilyn saapuminen seinään riippuu paikan leveysasteesta ja siitä, kuinka seinä on suunnattu suhteessa horisontin sivuihin, seinän lämpeneminen ja lämpötila sen viereisten tilojen sisällä riippuu tästä.

Erilaisten julkisivun viimeistelymateriaalien imukyky riippuu niiden väristä ja kunnosta (taulukko 1.10). Jos tunnetaan eri suuntaisiin seiniin 1 tulevan auringon säteilyn kuukausisummat ja näiden seinien albedo, niin niiden absorboima lämmön määrä voidaan määrittää.

Taulukko 1.10

imukyky rakennusmateriaalit

Tiedot tulevan auringon säteilyn määrästä (suora ja haja) pilvettömällä taivaalla eri suuntaisilla pystysuorilla pinnoilla on annettu yhteisyrityksessä "Construction Climatology".

Materiaalin nimi ja käsittely	Ominaista pinnat	pinnat	Absorboitunut säteily, %
Betoni	Karkea
		vaaleansininen
		Tummanharmaa
		Sinertävä
	Veistetty
		Kellertävä ruskea
	kiiltävä
	Siististi leikattu	vaalean harmaa
	Veistetty
Katto
Ruberoidi		ruskea
Galvanisoitu teräs		vaalean harmaa
Kattotiilet

Sopivien materiaalien ja värien valinta rakennusvaipalle, esim. muuttamalla seinien albedoa voidaan muuttaa seinän absorboiman säteilyn määrää ja siten vähentää tai lisätä seinien lämpenemistä auringon lämmön vaikutuksesta. Tätä tekniikkaa käytetään aktiivisesti perinteisessä arkkitehtuurissa. eri maista. Kaikki tietävät sen eteläiset kaupungit eroavat useimpien asuinrakennusten yleisen vaalean (valkoisen värillisellä sisustuksen) värillä, kun taas esimerkiksi Skandinavian kaupungit ovat pääasiassa kaupunkeja, jotka on rakennettu tummasta tiilestä tai käyttämällä tummaa tesaa rakennusten verhoukseen.

On laskettu, että 100 kWh/m 2 absorboitunutta säteilyä nostaa ulkopinnan lämpötilaa noin 4°C. Useimmilla Venäjän alueilla rakennusten seinät saavat keskimäärin sellaisen määrän säteilyä tunnissa, jos ne on suunnattu etelään ja itään, sekä länsi-, lounais- ja kaakkoon, jos ne on valmistettu tummasta tiilestä eikä rapattu tai niissä on tumma kipsi.

Seinien keskilämpötilasta kuukaudeksi ottamatta huomioon säteilyä lämpötekniikan laskelmissa yleisimmin käytettyyn ominaisuuteen - ulkoilman lämpötilaan otetaan käyttöön ylimääräinen lämpötilalisäaine. klo, riippuen seinän absorboiman auringonsäteilyn kuukausittaisesta määrästä VK(Kuva 1.15). Näin ollen, kun tiedetään seinään tulevan auringon kokonaissäteilyn intensiteetti ja tämän seinän pinnan albedo, on mahdollista laskea sen lämpötila ottamalla käyttöön asianmukainen korjaus ilman lämpötilaan.

VK, kWh/m2

Riisi. 1.15. Seinän ulkopinnan lämpötilan nousu auringon säteilyn absorption vuoksi

AT yleinen tapaus absorboidun säteilyn aiheuttama lämpötilalisäys määräytyy muuten yhtäläisissä olosuhteissa, ts. samassa ilman lämpötilassa, kosteudessa ja rakennuksen vaipan lämmönvastuksessa tuulen nopeudesta riippumatta.

Selkeällä säällä keskipäivällä eteläiset, ennen puoltapäivää - kaakkois- ja iltapäivällä - lounaiset seinät voivat imeä jopa 350-400 kWh/m 2 auringon lämpöä ja lämmetä niin, että niiden lämpötila voi ylittää 15-20 °C ulkoilman. lämpötila. Tämä luo suuren lämpötilan

luottaa saman rakennuksen seinien väliin. Nämä kontrastit joillakin alueilla osoittautuvat merkittäviksi paitsi kesällä, myös kylmänä vuodenaikana aurinkoisella matalatuulisella säällä, jopa erittäin alhaisissa ilman lämpötiloissa. Metallirakenteet altistuvat erityisen voimakkaalle ylikuumenemiselle. Näin ollen saatavilla olevien havaintojen mukaan Jakutiassa, joka sijaitsee lauhkeassa jyrkästi mannermaisessa ilmastossa, jolle on ominaista pilvinen sää talvella ja kesällä, keskipäivällä kirkkaalla taivaalla, kotelointirakenteiden alumiiniosat ja Jakutskajan HEPP:n katto. nousemaan 40-50 °C ilman lämpötilan yläpuolelle, jopa alhaisilla arvoilla.

Eristettyjen seinien ylikuumeneminen auringon säteilyn imeytymisestä on varauduttava jo arkkitehtisuunnitteluvaiheessa. Tämä vaikutus ei vaadi vain seinien suojaamista liialliselta säteilyltä arkkitehtonisilla menetelmillä, vaan myös asianmukaisia suunnittelupäätökset rakennukset, eri tehoisten lämmitysjärjestelmien käyttö eri suuntautuneille julkisivuille, saumojen asettaminen hankkeeseen rakenteiden jännityksen lievittämiseksi ja liitosten tiiveyden rikkominen niiden lämpötilan muodonmuutosten vuoksi jne.

Taulukossa. Esimerkkinä 1.11 kesäkuussa absorboituneen auringonsäteilyn kuukausisummat on annettu useille maantieteellisiä kohteita entinen Neuvostoliitto annetuilla albedo-arvoilla. Tämä taulukko osoittaa, että jos rakennuksen pohjoisseinän albedo on 30 % ja eteläisen 50 %, niin Odessassa, Tbilisissä ja Taškentissa ne lämpenevät yhtä paljon. Jos sisään pohjoiset alueet pienennä pohjoisen seinän albedo 10 %:iin, silloin se vastaanottaa lähes 1,5 kertaa enemmän lämpöä kuin seinä, jossa on 30 % albedoa.

Taulukko 1.11

Rakennusseinien absorboima auringon säteily kuukausittaiset summat kesäkuussa klo erilaisia ​​arvoja albedo (kW h / m2)

Yllä olevat esimerkit, jotka perustuvat yhteisyrityksen "Construction Climatology" ja ilmastokäsikirjoihin sisältyviin tietoihin auringon kokonaissäteilystä (suorasta ja hajakunnasta), eivät ota huomioon maan pinnalta ja ympäröivistä esineistä heijastuvaa auringonsäteilyä (esim. olemassa olevat rakennukset) saapuvat eri rakennuksen seiniin. Se riippuu vähemmän niiden suunnasta, joten sitä ei anneta rakentamista koskevissa säädöksissä. Tämä heijastuva säteily voi kuitenkin olla melko voimakasta ja teholtaan verrattavissa suoraan tai hajasäteilyyn. Siksi arkkitehtonisessa suunnittelussa se on otettava huomioon laskettaessa kunkin yksittäisen tapauksen osalta.

Vastaus osoitteesta Kaukasialainen[aloittelija]
Kokonaissäteily - osa heijastuneesta säteilystä ja osa suorasta säteilystä. Riippuu pilvistä ja pilvipeityksestä.

Vastaus osoitteesta Arman Shaysultanov[aloittelija]
auringon säteilyn arvo saryarkassa

Vastaus osoitteesta Vova Vasiliev[aloittelija]
Auringon säteily - Auringon sähkömagneettinen ja korpuskulaarinen säteily

Vastaus osoitteesta Nenänielun[aktiivinen]
Auringon säteily - Auringon sähkömagneettinen ja korpuskulaarinen säteily. elektromagneettinen säteily etenee sähkömagneettisten aaltojen muodossa valon nopeudella ja tunkeutuu sisään maan ilmakehään. Auringon säteily saavuttaa maan pinnan suorana ja hajasäteilynä.
Auringonsäteily - päälähde energiaa kaikkiin fysikaalisiin ja maantieteellisiin prosesseihin, jotka tapahtuvat maan pinnalla ja ilmakehässä. Auringon säteilyä mitataan yleensä sen mukaan lämpövaikutus ja ilmaistaan ​​kaloreina pintayksikköä kohti aikayksikköä kohti. Kaiken kaikkiaan maapallo saa Auringosta alle kahden miljardin säteilystään.
Auringon kokonaissäteilyä mitataan kilokaloreina neliösenttimetriä kohti.
Pohjoisesta etelään siirryttäessä alueen vastaanottaman auringon säteilyn määrä kasvaa.
Auringon säteily on valon ja lämmön säteilyä Auringosta.

TASK-RES

Miten määritetään kokonaisenergian määrä, jonka pintaa 1 m 2 säteilee 1 sekunnissa. VASTAUS Miten määritetään energian kokonaismäärä, jonka 1 m 2 pintaa emittoi 1 sekunnissa E (T) \u003d at 4

missä a \u003d 5,67 10 -8 W / (m 2 K 4), T- täysin mustan kappaleen absoluuttinen lämpötila Kelvin-asteikolla Stefan-Boltzmannin säteilylain mukaan perustettiin viime vuosisadalla lukuisten kokeellisten havaintojen perusteella ja Stefan, L. Boltzmannin teoreettisesti perustellut, perustuen klassisiin termodynamiikan ja tasapainosäteilyn sähködynamiikan lakeihin, ja myöhemmin, vuosisadamme alussa, todettiin, että tämä säännönmukaisuus seuraa M. Planckin johtamasta tasapainosäteilyn spektrin energian jakautumisen kvanttilaista.

Laskentamenetelmä aallonpituuden λ m määrittämiseksi, joka vastaa mustan kappaleen enimmäissäteilyenergiasta Wienin siirtymälain mukaan aallonpituus λm, joka vastaa mustan kappaleen enimmäissäteilyenergiasta, on kääntäen verrannollinen absoluuttiseen lämpötilaan T:

Täysin mustan kappaleen säteilyn spektrivoiman jakautumislaki on Planckin laatima, joten sitä kutsutaan Planckin säteilylaki. Tämä laki määrää, että säteilyteho yksikköaallonpituusvälillä määräytyy lämpötilan mukaan T täysin musta runko: Lisäksi, Tämän kaavan johtaminen perustuu säteilyn termodynaamisen tasapainon oletuksen lisäksi sen kvanttiluonteeseen, eli säteilyenergia summataan yksittäisten fotonien energiasta energiaan E h \u003d hv. Huomaa, että se edustaa kokonaisenergiaa, jonka täysin mustan kappaleen pintayksikkö säteilee 2π:n avaruuskulmaan 1 sekunnissa, koko taajuusalueella, ja se on yhtäpitävä Stefan-Boltzmannin lain kanssa.

Laskentamenetelmä suoran auringonvalon optisen massan määrittämiseksi ilmakehän läpi Suoran auringonvalon ilmakehän läpi kulkema etäisyys riippuu tulokulmasta (zeniittikulmasta) ja havainnoijan korkeudesta merenpinnan yläpuolella. taivas ilman pilviä, pölyä tai ilmansaasteita. Koska ilmakehän ylärajaa ei ole tarkasti määritelty, kuljettua matkaa tärkeämpää on säteilyn vuorovaikutus ilmakehän kaasujen ja höyryjen kanssa Normaalisti ilmakehän läpi normaalipaineessa kulkeva suora virta on vuorovaikutuksessa tietyn ilmamassan kanssa. Reitin pituuden lisääminen säteen vinosti.

Suora virta, joka normaalisti kulkee normaalipaineessa ilmakehän läpi, on vuorovaikutuksessa tietyn ilmamassan kanssa. Reitin pituuden lisääminen säteen vinosti.

optinen massa m = secθz:1-juoksun pituus, lisätty kertoimella t; 2-normaali-insidenssi Kulmassa θ z verrattuna normaalin tulorataan kutsutaan ns. optinen massa ja se on merkitty symbolilla t. Kuvasta, ottamatta huomioon maan pinnan kaarevuutta, saamme m = secθz.

Laskentamenetelmä kosmisen auringonsäteilyn intensiteetin (aurinkovakio) S määrittämiseksi o saatu auringosta Maan säde R, ja kosmisen auringon säteilyn intensiteetti (aurinkovakio) S o, silloin Auringosta saatu energia on π R2 (1 - ρ 0) Joten. Tämä energia on yhtä suuri kuin sisään säteilevä energia tilaa Maapallo, jolla on emissiokyky ε = 1 ja keskilämpötila T e, Siksi .

Maan pinnan pitkäaaltoisen säteilyn spektrijakauma avaruudesta tarkasteltuna vastaa suunnilleen mustan kappaleen spektrijakaumaa 250 K:n lämpötilassa. Ilmakehän säteily etenee sekä maan pinnalle että vastakkainen suunta. Maan mustan kappaleen tehollinen lämpötila säteilijänä vastaa lämpötilaa, jossa ilmakehän ulkokerrokset säteilevät, ei maan pinta.

Laskentamenetelmä auringon säteilyenergian vuon ja tiheyden määrittämiseksi Meteorologiassa säteilyenergiavirrat jaetaan lyhytaaltoiseen säteilyyn, jonka aallonpituudet ovat 0,2 - 5,0 µm, ja pitkäaaltoiseen säteilyyn, jonka aallonpituudet ovat 5,0 - 100 µm. Lyhytaaltoiset auringon säteilyvirrat jaetaan: - suoraan;

- haja (haja) - kokonais. Aurinkoenergia W- jota kutsutaan sähkömagneettisten aaltojen kuljettamaksi energiaksi.Säteilyenergian yksikkö W Kansainvälisessä yksikköjärjestelmässä SI on 1 joule. säteilevä virtaФ e - joka määritetään kaavalla: F e \u003d W / t,

missä W- säteilyenergia ajan myötä t.

Olettaen W=1 j, t = 1 s, saamme: 1 SI (F e) \u003d 1 J / 1 sek \u003d 1 W. Säteilyvuon tiheys säteily ( säteilyvirta I) joka määritellään kaavalla: missä F e on pinnalle S tasaisesti tuleva säteilyvuo.

Olettaen F e \u003d 1 W, S = 1 m 2, löydämme: 1 SI (E e) \u003d 1 W / 1 m 2 \u003d 1 W / m 2.

Laskentakaava suora ja auringon kokonaissäteily

Suora auringon säteily-I s edustaa aurinkolevyltä tulevaa säteilyvirtaa mitattuna tasossa, joka on kohtisuorassa auringonsäteitä vastaan. Vaakasuoralle pinnalle tuleva suora säteily (S ") lasketaan kaavalla:

S" \u003d I p sin h, missä h on auringon korkeus horisontin yläpuolella. Savinov-Yanishevsky aktinometriä käytetään suoran auringonsäteilyn mittaamiseen. Auringon hajasäteily (D) - kutsutaan säteilyksi, joka saapuu vaakasuoralle pinnalle taivaanvahvuuden kaikista kohdista, paitsi Auringon kiekosta ja 5 0:n säteisestä aurinkovyöhykkeestä, molekyylien aiheuttaman auringon säteilyn sironnan seurauksena. ilmakehän kaasut, vesipisarat tai jääkidepilvet ja kiinteitä hiukkasia suspendoituneena ilmakehään. Auringon kokonaissäteily Q- sisältää kahden tyyppisen vaakatasossa tapahtuvan säteilyn: suoran ja hajakuoren. Q=S"+D(4.7) Maan pinnan saavuttanut kokonaissäteily absorboituu enimmäkseen ylempään, ohueseen maa- tai vesikerrokseen ja siirtyy lämmöksi ja heijastuu osittain.

Määritä taivaanpallon pääpisteet Taivaallinen pallo on mielivaltainen säde mielivaltainen pallo. Sen keskus yhdistetään ratkaistavasta ongelmasta riippuen yhteen tai toiseen avaruuden pisteeseen. Luotiviiva leikkaa taivaanpallon pinnan kahdessa pisteessä: ylhäällä Z - zeniitti - ja alaosassa Z" - taivaanpallon peruspisteet ja ympyrät

Määritä SunBasicin taivaalliset koordinaatit ympyrät, joihin Auringon (valaisinten) paikka määräytyy, ovat todellinen horisontti ja taivaallinen meridiaanikoordinaatit ovat Auringon korkeus (h) ja sen atsimuutti (A) .Auringon näennäinen sijainti missä tahansa maan pisteessä määräytyy näiden kahden kulman perusteella Vaakakoordinaattijärjestelmä Auringon korkeus h horisontin yläpuolella – kulma havaintopisteestä aurinkoon suuntautuvan suunnan ja tämän pisteen kautta kulkevan vaakatason välillä. Auringon atsimuutti A - pituuspiiritason ja havaintopisteen läpi piirretyn pystytason ja auringon välinen kulma. Zeniittikulma Z - kulma zeniittiin (Z) ja aurinkoon suuntautuvan suunnan välillä. Tämä kulma täydentää päivänseisauksen korkeutta. h + z = 90. Kun maa on aurinkoa päin eteläpuolella, atsimuutti on nolla ja korkeus on maksimi. Tästä tulee käsite keskipäivä, joka otetaan vuorokauden (tai päivän toisen puoliskon) lähtölaskenta-ajan alkamiseksi.

Laskentatekniikka kulma-aurinkoajan (Auringon tuntikulman) määrittämiseksi Auringon kulmaaika (auringon tuntikulma) τ - edustaa Auringon kulmasiirtymää keskipäivästä (1 h vastaa π/12 iloinen tai 15° kulmasiirtymä). Siirtymää etelästä itään (eli aamun arvoa) pidetään positiivisena Auringon tuntikulma τ vaihtelee paikallisen meridiaanin ja aurinkomeridiaanin tasojen välillä. Kerran 24 tunnissa Aurinko astuu meridionaalitasolle päivittäinen kierto Maan tunnin kulma τ muuttuu vuorokauden aikana 0 - 360 o tai 2π rad (radiaani) 24 tunnissa, joten maapallo kiertää kiertoradalla akselinsa ympäri kulmanopeudella Jos otamme aurinkoaikaa oikea keskipäivä, joka vastaa auringon kulkua paikallisen meridiaanin tasojen läpi, voimme kirjoittaa: , rakeita tai iloinen

Laskentamenetelmä auringon deklinaation määrittämiseksi deklinaatio aurinko - Auringon suunnan ja päiväntasaajan välistä kulmaa kutsutaan deklinaatioksi δ ja se on kausivaihtelun mitta. Deklinaatio ilmaistaan ​​yleensä radiaaneina (tai asteina) päiväntasaajasta pohjoiseen tai etelään. Mitattu 0° - 90° (positiivinen päiväntasaajan pohjoispuolella, negatiivinen etelä) Maa kiertää auringon ympäri vuodessa. Suunta maan akseli pysyy kiinteästi tilassa kulmassa δ 0 \u003d 23,5 ° normaaliin lentokoneeseen kierto, pohjoinen pallonpuoliskon δ muuttuu tasaisesti arvosta δ 0 = + 23,5° kesäpäivänseisauksen aikana arvoon δ 0 = -23,5° talvipäivänseisauksen aikana. rakeita

missä P- vuoden päivä ( n= 1 vastaa tammikuun 1. päivää). Päiväntasaus δ = 0 , ja auringonnousun ja -laskun pisteet sijaitsevat tiukasti itä-lännen horisontin linjalla, joten Auringon liikerata taivaanpalloa pitkin ei ole suljettu käyrä, vaan eräänlainen pallomainen spiraali, täyte sivupinta sfäärit bändin sisällä - .

Kesäpuoliskon aikana 21. maaliskuuta - 23. syyskuuta Aurinko on päiväntasaajan yläpuolella pohjoisella taivaanpuoliskolla. Talvipuoliskolla 23.9.–21.3. Aurinko on päiväntasaajan alapuolella eteläisellä taivaanpuoliskolla.

Tärkein lähde, josta maan pinta ja ilmakehä saavat lämpöenergiaa, on aurinko. Se lähettää valtavan määrän säteilyenergiaa maailmanavaruuteen: lämpöä, valoa, ultraviolettia. Auringon lähettämät sähkömagneettiset aallot etenevät nopeudella 300 000 km/s.

Maan pinnan lämpeneminen riippuu auringonsäteiden tulokulmasta. Kaikki auringonsäteet osuvat maan pintaan yhdensuuntaisesti toistensa kanssa, mutta koska maapallolla on pallomainen muoto, auringonsäteet putoavat sen pinnan eri osiin eri kulmissa. Kun aurinko on zeniitissään, sen säteet putoavat pystysuoraan ja maapallo lämpenee enemmän.

Auringon lähettämän säteilyenergian kokonaisuutta kutsutaan auringonsäteily, se ilmaistaan ​​yleensä kaloreina pinta-alaa kohti vuodessa.

Auringon säteily määrää maapallon ilman troposfäärin lämpötilan.

On huomattava, että auringon säteilyn kokonaismäärä on yli kaksi miljardia kertaa Maan vastaanottaman energian määrä.

Maan pinnalle tuleva säteily koostuu suorasta ja hajasäteilystä.

Säteilyä, joka tulee Maahan suoraan Auringosta suoran auringonvalon muodossa pilvettömällä taivaalla, kutsutaan suoraan. Se kuljettaa suurimman määrän lämpöä ja valoa. Jos planeetallamme ei olisi ilmakehää, maan pinta vastaanottaisi vain suoraa säteilyä.

Ilmakehän läpi kulkeutuessaan noin neljännes auringon säteilystä kuitenkin hajoaa kaasumolekyylejä ja epäpuhtauksia, poikkeaa suoralta reitiltä. Jotkut niistä saavuttavat maan pinnan muodostaen hajallaan olevaa auringon säteilyä. Sironneen säteilyn ansiosta valo tunkeutuu myös paikkoihin, joihin suora auringonvalo (suora säteily) ei tunkeudu. Tämä säteily luo päivänvaloa ja antaa väriä taivaalle.

Auringon kokonaissäteily

Kaikki auringon säteet, jotka osuvat maahan, ovat auringon kokonaissäteily eli suoran ja hajasäteilyn kokonaisuus (kuva 1).

Riisi. 1. Auringon kokonaissäteily vuodessa

Auringon säteilyn jakautuminen maan pinnalle

Auringon säteily jakautuu epätasaisesti maan päälle. Se riippuu:

1. ilman tiheydestä ja kosteudesta - mitä korkeammat ne ovat, sitä vähemmän säteilyä maan pinta vastaanottaa;

2. alueen maantieteelliseltä leveysasteelta - säteilyn määrä kasvaa napoilta päiväntasaajalle. Suoran auringonsäteilyn määrä riippuu auringonsäteiden ilmakehän läpi kulkevan reitin pituudesta. Kun Aurinko on zeniitissä (säteiden tulokulma on 90°), sen säteet osuvat Maahan lyhimmällä tavalla ja luovuttavat intensiivisesti energiaansa pienelle alueelle. Maapallolla tämä tapahtuu vyöhykkeellä 23° pohjoista leveyttä. sh. ja 23°S sh. eli tropiikkojen välissä. Kun siirryt tältä vyöhykkeeltä etelään tai pohjoiseen, auringonsäteiden polun pituus kasvaa, eli niiden tulokulma maan pinnalle pienenee. Säteet alkavat pudota Maahan pienemmässä kulmassa, ikään kuin liukuen, lähestyen tangenttiviivaa napojen alueella. Tämän seurauksena sama energiavirta jakautuu suuremmalle alueelle, jolloin heijastuneen energian määrä kasvaa. Siten päiväntasaajan alueella, jossa auringonsäteet putoavat maan pinnalle 90° kulmassa, maan pinnan vastaanottaman suoran auringonsäteilyn määrä on suurempi, ja kun liikut kohti napoja, tämä määrä on vähentynyt jyrkästi. Lisäksi vuorokauden pituus eri vuodenaikoina riippuu myös alueen leveysasteesta, mikä myös määrää maan pinnalle tulevan auringon säteilyn määrän;

3. Maan vuotuisesta ja päivittäisestä liikkeestä - keski- ja korkeilla leveysasteilla auringon säteilyn sisäänvirtaus vaihtelee suuresti vuodenaikojen mukaan, mikä liittyy muutokseen keskipäivän korkeus Aurinko ja päivän pituus;

4. maan pinnan luonteesta - mitä kirkkaampi pinta, sitä enemmän auringonvaloa se heijastaa. Pinnan kykyä heijastaa säteilyä kutsutaan albedo(lat. valkoisuudesta). Lumi heijastaa säteilyä erityisen voimakkaasti (90 %), hiekka on heikompaa (35 %), chernozem on vielä heikompaa (4 %).

Maan pinta, joka absorboi auringon säteilyä (absorboitunut säteily), lämpenee ja säteilee lämpöä ilmakehään (heijastunut säteily). Ilmakehän alemmat kerrokset hidastavat suurelta osin maanpäällistä säteilyä. Maan pinnan absorboima säteily kuluu maaperän, ilman ja veden lämmittämiseen.

Se osa kokonaissäteilystä, joka jää jäljelle heijastuksen ja lämpösäteilyä maan pintaa kutsutaan säteilytasapaino. Maan pinnan säteilytase vaihtelee päivisin ja vuodenaikoina, mutta vuoden keskiarvolla on positiivinen arvo kaikkialla, lukuun ottamatta Grönlannin ja Etelämantereen jäisiä aavikoita. Säteilytasapaino saavuttaa maksimiarvonsa matalilla leveysasteilla (20°N ja 20°S välillä) - yli 42*10 2 J/m 2, leveysasteella noin 60° molemmilla pallonpuoliskoilla se laskee arvoon 8*10 2 - 13*102 J/m2.

Auringon säteet luovuttavat jopa 20 % energiastaan ​​ilmakehään, joka jakautuu koko ilmanpaksuudelle, ja siksi niiden aiheuttama ilman lämpeneminen on suhteellisen pientä. Aurinko lämmittää maan pintaa, joka siirtää lämpöä ilmakehän ilmaa kustannuksella konvektio(alkaen lat. konvektio- toimitus), eli maanpinnalla lämmitetyn ilman pystysuuntaista liikettä, jonka sijasta enemmän kuin kylmä ilma. Näin ilmakehä saa suurimman osan lämmöstään - keskimäärin kolme kertaa enemmän kuin suoraan auringosta.

Hiilidioksidin ja vesihöyryn läsnäolo ei salli maan pinnalta heijastuneen lämmön pääsevän vapaasti avaruuteen. He luovat kasvihuoneilmiö, jonka vuoksi lämpötilan lasku maan päällä päivän aikana ei ylitä 15 ° C. Ilman hiilidioksidia maapallon pinta jäähtyisi yön aikana 40-50 °C.

Ihmisen taloudellisen toiminnan laajuuden kasvun seurauksena - hiilen ja öljyn polttaminen lämpövoimalaitoksilla, päästöt teollisuusyritykset, autojen päästöjen kasvu - ilmakehän hiilidioksidipitoisuus kasvaa, mikä johtaa kasvihuoneilmiön lisääntymiseen ja uhkaa globaalia ilmastonmuutosta.

Auringon säteet, jotka ovat kulkeneet ilmakehän läpi, putoavat maan pinnalle ja lämmittävät sitä, ja se puolestaan ​​luovuttaa lämpöä ilmakehään. Tämä selittää näkyvä ominaisuus troposfääri: ilman lämpötilan lasku korkeuden myötä. Mutta on aikoja, jolloin ilmakehän ylemmät kerrokset ovat lämpimämpiä kuin alemmat. Tällaista ilmiötä kutsutaan lämpötilan inversio(lat. inversio - kääntäminen).