Bumi menerima dari Matahari 1,36 * 10v24 kal panas per tahun. Dibandingkan dengan jumlah energi ini, jumlah energi radiasi yang tersisa yang mencapai permukaan bumi dapat diabaikan. Jadi, energi pancaran bintang adalah seperseratus juta energi matahari, radiasi kosmik - dua per miliar, kehangatan internal Bumi di permukaannya sama dengan seperlima ribu panas matahari.
Radiasi Matahari - radiasi sinar matahari- merupakan sumber energi utama untuk hampir semua proses yang terjadi di atmosfer, hidrosfer, dan di lapisan atas litosfer.
Satuan besaran intensitas radiasi matahari adalah jumlah kalori kalor yang diserap oleh 1 cm2 permukaan yang benar-benar hitam yang tegak lurus dengan arah datangnya sinar matahari dalam 1 menit (cal/cm2*min).

Aliran energi radiasi dari Matahari, mencapai atmosfer bumi, sangat konstan. Intensitasnya disebut konstanta matahari (Io) dan diambil rata-rata 1,88 kkal/cm2 min.
Nilai konstanta matahari berfluktuasi tergantung pada jarak Bumi dari Matahari dan aktivitas matahari. Fluktuasinya sepanjang tahun adalah 3,4-3,5%.
Jika sinar matahari di mana-mana jatuh secara vertikal di permukaan bumi, maka tanpa atmosfer dan pada konstanta matahari 1,88 kal/cm2*min, masing-masing sentimeter persegi itu akan menerima 1000 kkal per tahun. Karena kenyataan bahwa Bumi itu bulat, jumlah ini berkurang 4 kali lipat, dan 1 sq. cm menerima rata-rata 250 kkal per tahun.
Jumlah radiasi matahari yang diterima oleh permukaan tergantung pada sudut datang sinar.
Jumlah maksimum radiasi menerima permukaan tegak lurus terhadap arah sinar matahari, karena dalam hal ini semua energi didistribusikan ke situs dengan penampang, sama dengan penampang berkas sinar - a. Dengan insiden miring dari berkas sinar yang sama, energi didistribusikan di area yang luas (bagian c) dan permukaan unit menerima jumlah yang lebih kecil. Semakin kecil sudut datang sinar maka semakin rendah intensitas radiasi matahari.
Ketergantungan intensitas radiasi matahari pada sudut datang sinar dinyatakan dengan rumus:

I1 = I0 * sin,

di mana I0 adalah intensitas radiasi matahari pada insidensi sinar belaka. Di luar atmosfer, konstanta matahari;
I1 - intensitas radiasi matahari ketika sinar matahari jatuh pada sudut h.
I1 adalah sebanyak kurang dari I0, berapa kali bagian a lebih kecil dari bagian b.
Gambar 27 menunjukkan bahwa a / b \u003d sin A.
Sudut datang sinar matahari (ketinggian matahari) sama dengan 90° hanya pada garis lintang 23° 27” LU sampai 23° 27” LS. (yaitu antara daerah tropis). Di lintang lain, selalu kurang dari 90° (Tabel 8). Menurut penurunan sudut datang sinar, intensitas radiasi matahari yang tiba di permukaan pada garis lintang yang berbeda juga harus berkurang. Karena ketinggian Matahari tidak tetap sepanjang tahun dan siang hari, jumlah panas matahari yang diterima oleh permukaan berubah terus menerus.

Jumlah radiasi matahari yang diterima oleh permukaan berhubungan langsung dengan dari lamanya paparan sinar matahari.

Di zona khatulistiwa di luar atmosfer, jumlah panas matahari sepanjang tahun tidak mengalami fluktuasi besar, sedangkan di lintang tinggi fluktuasi ini sangat besar (lihat Tabel 9). PADA periode musim dingin perbedaan kedatangan panas matahari antara lintang tinggi dan rendah sangat signifikan. PADA periode musim panas, dalam kondisi penerangan terus menerus, daerah kutub menerima jumlah maksimum panas matahari per hari di Bumi. Pada hari titik balik matahari musim panas di belahan bumi utara, itu 36% lebih tinggi dari jumlah harian panas di khatulistiwa. Namun karena durasi hari di ekuator bukan 24 jam (seperti saat ini di kutub), melainkan 12 jam, jumlah radiasi matahari per satuan waktu di ekuator tetap yang terbesar. Maksimum musim panas dari jumlah panas matahari harian, yang diamati pada garis lintang sekitar 40-50 °, dikaitkan dengan hari yang relatif panjang (lebih besar daripada saat ini pada garis lintang 10-20 °) pada ketinggian Matahari yang signifikan. Perbedaan jumlah panas yang diterima oleh daerah khatulistiwa dan kutub lebih kecil di musim panas daripada di musim dingin.
Belahan bumi selatan menerima lebih banyak panas di musim panas daripada di utara, dan sebaliknya di musim dingin (dipengaruhi oleh perubahan jarak Bumi dari Matahari). Dan jika permukaan kedua belahan bumi benar-benar homogen, amplitudo fluktuasi suhu tahunan di belahan bumi selatan akan lebih besar daripada di utara.
Radiasi matahari di atmosfer mengalami perubahan kuantitatif dan kualitatif.
Bahkan atmosfer yang ideal, kering dan bersih menyerap dan menyebarkan sinar, mengurangi intensitas radiasi matahari. Efek melemahnya atmosfer nyata, yang mengandung uap air dan kotoran padat, pada radiasi matahari jauh lebih besar daripada yang ideal. Atmosfer (oksigen, ozon, karbon dioksida, debu dan uap air) menyerap terutama sinar ultraviolet dan inframerah. Energi radiasi Matahari yang diserap oleh atmosfer diubah menjadi jenis energi lain: termal, kimia, dll. Secara umum, penyerapan melemahkan radiasi matahari sebesar 17-25%.
Molekul gas atmosfer menyebarkan sinar dengan gelombang yang relatif pendek - ungu, biru. Inilah yang menjelaskan warna biru langit. Kotoran sama-sama menyebarkan sinar dengan gelombang dengan panjang gelombang yang berbeda. Oleh karena itu, dengan kandungan yang signifikan dari mereka, langit memperoleh warna keputihan.
Karena hamburan dan refleksi sinar matahari oleh atmosfer, siang hari diamati pada hari berawan, objek di tempat teduh terlihat, dan fenomena senja terjadi.
Semakin panjang lintasan sinar di atmosfer, semakin besar ketebalannya yang harus dilalui dan semakin signifikan radiasi matahari yang melemah. Oleh karena itu, dengan ketinggian, pengaruh atmosfer terhadap radiasi berkurang. Panjang lintasan sinar matahari di atmosfer tergantung pada ketinggian Matahari. Jika kita ambil sebagai satuan panjang lintasan sinar matahari di atmosfer pada ketinggian Matahari 90 ° (m), hubungan antara ketinggian Matahari dan panjang lintasan sinar matahari di atmosfer akan seperti yang ditunjukkan pada Tabel. sepuluh.

Redaman total radiasi di atmosfer pada setiap ketinggian Matahari dapat dinyatakan dengan rumus Bouguer: Im = I0 * pm, di mana Im adalah intensitas radiasi matahari yang berubah di atmosfer y permukaan bumi; I0 - konstanta matahari; m adalah jalur sinar di atmosfer; pada ketinggian matahari 90 ° itu sama dengan 1 (massa atmosfer), p adalah koefisien transparansi ( bilangan pecahan, menunjukkan berapa fraksi radiasi yang mencapai permukaan pada m=1).
Pada ketinggian Matahari 90°, pada m=1, intensitas radiasi matahari di dekat permukaan bumi I1 adalah p kali lebih kecil dari Io, yaitu I1=Io*p.
Jika ketinggian Matahari kurang dari 90°, maka m selalu lebih besar dari 1. Lintasan sinar matahari dapat terdiri dari beberapa segmen yang masing-masing sama dengan 1. Intensitas radiasi matahari pada batas antara segmen pertama (aa1) dan kedua (a1a2) I1 jelas sama dengan Io *p, intensitas radiasi setelah melewati segmen kedua I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2; I3=I0p3 dll.

Transparansi atmosfer tidak konstan dan tidak sama dalam berbagai kondisi. Rasio transparansi atmosfer nyata dengan transparansi atmosfer ideal - faktor kekeruhan - selalu lebih besar dari satu. Itu tergantung pada kandungan uap air dan debu di udara. Dengan peningkatan garis lintang geografis, faktor kekeruhan berkurang: pada garis lintang dari 0 hingga 20 ° LU. SH. itu sama dengan 4,6 rata-rata, pada garis lintang dari 40 hingga 50 ° LU. SH. - 3,5, pada garis lintang dari 50 hingga 60 ° LU. SH. - 2,8 dan pada garis lintang dari 60 hingga 80 ° LU. SH. - 2.0. Di daerah beriklim sedang, faktor kekeruhan lebih sedikit di musim dingin daripada di musim panas, dan lebih sedikit di pagi hari daripada di sore hari. Ini berkurang dengan ketinggian. Semakin besar faktor kekeruhan, semakin besar redaman radiasi matahari.
Membedakan radiasi matahari langsung, difus, dan total.
Bagian dari radiasi matahari yang menembus atmosfer ke permukaan bumi adalah radiasi langsung. Bagian dari radiasi yang dihamburkan oleh atmosfer diubah menjadi radiasi difus. Semua radiasi matahari yang memasuki permukaan bumi, langsung dan menyebar, disebut radiasi total.
Rasio antara radiasi langsung dan hamburan sangat bervariasi tergantung pada kekeruhan, kandungan debu di atmosfer, dan juga pada ketinggian Matahari. Di langit cerah, fraksi radiasi hamburan tidak melebihi 0,1%; di langit berawan, radiasi hamburan bisa lebih besar daripada radiasi langsung.
Pada ketinggian rendah Matahari, radiasi total hampir seluruhnya terdiri dari radiasi yang tersebar. Pada ketinggian matahari 50 ° dan langit cerah, fraksi radiasi yang tersebar tidak melebihi 10-20%.
Peta nilai rata-rata tahunan dan bulanan radiasi total memungkinkan kita untuk memperhatikan pola utama dalam distribusi geografisnya. Nilai tahunan dari total radiasi didistribusikan terutama secara zonal. Jumlah tahunan terbesar dari total radiasi di Bumi diterima oleh permukaan di gurun pedalaman tropis (Sahara Timur dan bagian tengah Arab). Penurunan radiasi total yang nyata di ekuator disebabkan oleh kelembaban udara yang tinggi dan kekeruhan yang tinggi. Di Kutub Utara, total radiasi adalah 60-70 kkal/cm2 per tahun; di Antartika, karena seringnya hari cerah dan transparansi atmosfer yang lebih besar, itu agak lebih besar.

Pada bulan Juni, belahan bumi utara menerima jumlah radiasi terbesar, dan terutama daerah tropis dan subtropis pedalaman. Jumlah radiasi matahari yang diterima oleh permukaan di daerah beriklim sedang dan garis lintang kutub di belahan bumi utara sedikit berbeda, terutama karena durasi siang hari yang panjang di daerah kutub. Zonasi dalam distribusi radiasi total di atas. benua di belahan bumi utara dan garis lintang tropis belahan bumi Selatan hampir tidak diungkapkan. Ini lebih baik dimanifestasikan di belahan bumi utara di atas Samudra dan diekspresikan dengan jelas dalam garis lintang ekstratropis di belahan bumi selatan. Pada lingkaran kutub selatan, nilai radiasi matahari total mendekati 0.
Pada bulan Desember, jumlah radiasi terbesar memasuki belahan bumi selatan. Permukaan es Antartika yang tinggi, dengan transparansi udara yang tinggi, menerima radiasi total yang jauh lebih banyak daripada permukaan Kutub Utara pada bulan Juni. Ada banyak panas di gurun (Kalahari, Australia Raya), tetapi karena lautan yang lebih besar di belahan bumi selatan (pengaruh kelembaban udara dan kekeruhan yang tinggi), jumlahnya di sini agak lebih sedikit daripada di bulan Juni di garis lintang yang sama. dari belahan bumi utara. Di garis lintang khatulistiwa dan tropis belahan bumi utara, radiasi total bervariasi relatif sedikit, dan zonasi dalam distribusinya dengan jelas dinyatakan hanya di utara tropis utara. Dengan meningkatnya garis lintang, radiasi total berkurang agak cepat; isoline nolnya melewati agak utara Lingkaran Arktik.
Radiasi matahari total, yang jatuh di permukaan bumi, sebagian dipantulkan kembali ke atmosfer. Perbandingan antara jumlah radiasi yang dipantulkan dari suatu permukaan dengan jumlah radiasi yang datang pada permukaan tersebut disebut albedo. Albedo mencirikan reflektifitas permukaan.
Albedo permukaan bumi tergantung pada kondisi dan sifatnya: warna, kelembapan, kekasaran, dll. Salju yang baru turun memiliki reflektifitas tertinggi (85-95%). Permukaan air yang tenang hanya memantulkan 2-5% sinar matahari yang jatuh di atasnya secara vertikal, dan hampir semua sinar jatuh di atasnya (90%) saat matahari terbenam. Albedo chernozem kering - 14%, basah - 8%, hutan - 10-20%, vegetasi padang rumput - 18-30%, permukaan gurun pasir - 29-35%, permukaan es laut - 30-40%.
Albedo besar dari permukaan es, terutama ketika tertutup salju segar (hingga 95%), adalah alasan suhu rendah di daerah kutub di musim panas, ketika kedatangan radiasi matahari signifikan di sana.
Radiasi permukaan dan atmosfer bumi. Setiap tubuh dengan suhu di atas nol mutlak(lebih besar dari minus 273°), memancarkan energi radiasi. Total emisivitas benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu mutlaknya (T):
E \u003d * T4 kkal / cm2 per menit (hukum Stefan-Boltzmann), di mana adalah koefisien konstan.
Semakin tinggi suhu tubuh memancar, semakin pendek panjang gelombang sinar nm yang dipancarkan. Matahari pijar dikirim ke luar angkasa radiasi gelombang pendek. Permukaan bumi, menyerap radiasi matahari gelombang pendek, memanas dan juga menjadi sumber radiasi (radiasi terestrial). Ho, karena suhu permukaan bumi tidak melebihi beberapa puluh derajat, maka radiasi gelombang panjang, tak terlihat.
Radiasi terestrial sebagian besar dipertahankan oleh atmosfer (uap air, karbon dioksida, ozon), tetapi sinar dengan panjang gelombang 9-12 mikron bebas melewati atmosfer, dan oleh karena itu Bumi kehilangan sebagian panasnya.
Atmosfer, yang menyerap sebagian radiasi matahari yang melewatinya dan lebih dari separuh bumi, dengan sendirinya memancarkan energi baik ke ruang dunia maupun ke permukaan bumi. Radiasi atmosfer yang diarahkan ke permukaan bumi menuju permukaan bumi disebut radiasi berlawanan. Radiasi ini, seperti terestrial, gelombang panjang, tak terlihat.
Dua aliran radiasi gelombang panjang bertemu di atmosfer - radiasi permukaan bumi dan radiasi atmosfer. Selisih antara keduanya, yang menentukan hilangnya panas yang sebenarnya oleh permukaan bumi, disebut radiasi yang efisien. Radiasi efektif semakin besar, semakin tinggi suhu permukaan radiasi. Kelembaban udara mengurangi radiasi efektif, awannya sangat menguranginya.
Nilai tertinggi dari jumlah tahunan radiasi efektif diamati di gurun tropis- 80 kkal/cm2 per tahun - terima kasih kepada suhu tinggi permukaan, kekeringan udara dan kejernihan langit. Di ekuator, dengan kelembaban udara yang tinggi, radiasi efektif hanya sekitar 30 kkal/cm2 per tahun, dan nilainya untuk daratan dan lautan sangat sedikit berbeda. Radiasi efektif terendah di daerah kutub. Di lintang sedang, permukaan bumi kehilangan sekitar setengah dari jumlah panas yang diterimanya dari penyerapan radiasi total.
Kemampuan atmosfer untuk memancarkan radiasi gelombang pendek dari Matahari (radiasi langsung dan difus) dan untuk menunda radiasi gelombang panjang dari Bumi disebut efek rumah kaca (greenhouse). Karena efek rumah kaca, suhu rata-rata permukaan bumi adalah +16°, tanpa atmosfer akan menjadi -22° (38° lebih rendah).
Keseimbangan radiasi (radiasi sisa). Permukaan bumi secara bersamaan menerima radiasi dan melepaskannya. Radiasi datang adalah radiasi matahari total dan radiasi kontra atmosfer. Konsumsi - pantulan sinar matahari dari permukaan (albedo) dan radiasi permukaan bumi sendiri. Selisih antara radiasi yang masuk dan yang keluar adalah keseimbangan radiasi, atau radiasi sisa. Nilai keseimbangan radiasi ditentukan oleh persamaan

R \u003d Q * (1-α) - Saya,

di mana Q adalah radiasi matahari total per satuan permukaan; - albedo (pecahan); I - radiasi efektif.
Jika input lebih besar dari output, keseimbangan radiasi positif; jika input lebih kecil dari output, keseimbangan negatif. Pada malam hari, di semua lintang, keseimbangan radiasi negatif, siang hari, sampai siang, positif di mana-mana, kecuali lintang tinggi di musim dingin; di sore hari - lagi negatif. Rata-rata per hari, keseimbangan radiasi bisa positif dan negatif (Tabel 11).


Pada peta jumlah tahunan dari keseimbangan radiasi permukaan bumi, orang dapat melihat perubahan mendadak posisi isoline selama transisi mereka dari darat ke laut. Sebagai aturan, keseimbangan radiasi permukaan laut melebihi keseimbangan radiasi daratan (efek albedo dan radiasi efektif). Distribusi keseimbangan radiasi umumnya zonal. Di Samudra di garis lintang tropis, nilai tahunan keseimbangan radiasi mencapai 140 kkal/cm2 (Laut Arab) dan tidak melebihi 30 kkal/cm2 di dekat perbatasan es mengambang. Penyimpangan dari distribusi zona keseimbangan radiasi di Samudera tidak signifikan dan disebabkan oleh distribusi awan.
Di daratan di garis lintang khatulistiwa dan tropis, nilai tahunan keseimbangan radiasi bervariasi dari 60 hingga 90 kkal/cm2, tergantung pada kondisi kelembaban. Jumlah tahunan terbesar dari keseimbangan radiasi dicatat di daerah-daerah di mana albedo dan radiasi efektif relatif kecil (hutan tropis lembab, sabana). Nilai terendahnya adalah di daerah yang sangat lembab (kekeruhan yang besar) dan di daerah yang sangat kering (radiasi efektif yang besar). Di lintang sedang dan tinggi, nilai tahunan keseimbangan radiasi menurun dengan meningkatnya lintang (efek penurunan radiasi total).
Jumlah tahunan dari keseimbangan radiasi di atas wilayah tengah Antartika negatif (beberapa kalori per 1 cm2). Di Kutub Utara, nilai-nilai ini mendekati nol.
Pada bulan Juli, keseimbangan radiasi permukaan bumi di sebagian besar belahan bumi selatan adalah negatif. Garis keseimbangan nol membentang antara 40 dan 50 ° S. SH. Nilai keseimbangan radiasi tertinggi dicapai di permukaan Samudra di garis lintang tropis belahan bumi utara dan di permukaan beberapa laut pedalaman, seperti Laut Hitam (14-16 kkal/cm2 per bulan).
Pada bulan Januari, garis keseimbangan nol terletak antara 40 dan 50 ° LU. SH. (di atas lautan itu naik agak ke utara, di atas benua itu turun ke selatan). Sebagian besar belahan bumi utara memiliki keseimbangan radiasi negatif. Nilai terbesar dari keseimbangan radiasi terbatas pada garis lintang tropis di belahan bumi selatan.
Rata-rata untuk tahun ini, keseimbangan radiasi permukaan bumi adalah positif. Dalam hal ini, suhu permukaan tidak meningkat, tetapi tetap mendekati konstan, yang hanya dapat dijelaskan dengan konsumsi panas berlebih secara terus-menerus.
Keseimbangan radiasi atmosfer terdiri dari radiasi matahari dan terestrial yang diserap olehnya, di satu sisi, dan radiasi atmosfer, di sisi lain. Itu selalu negatif, karena atmosfer hanya menyerap sebagian kecil dari radiasi matahari, dan memancarkan hampir sebanyak permukaan.
Keseimbangan radiasi permukaan dan atmosfer bersama-sama, secara keseluruhan, untuk seluruh Bumi selama satu tahun rata-rata sama dengan nol, tetapi di garis lintang bisa positif dan negatif.
Konsekuensi dari distribusi keseimbangan radiasi seperti itu adalah perpindahan panas ke arah dari ekuator ke kutub.
Keseimbangan termal. Keseimbangan radiasi adalah komponen yang paling penting dari keseimbangan panas. Persamaan keseimbangan panas permukaan menunjukkan bagaimana energi radiasi matahari yang masuk diubah di permukaan bumi:

di mana R adalah keseimbangan radiasi; LE - konsumsi panas untuk penguapan (L - panas laten penguapan, E - penguapan);
P - pertukaran panas turbulen antara permukaan dan atmosfer;
A - pertukaran panas antara permukaan dan lapisan bawah tanah atau air.
Keseimbangan radiasi suatu permukaan dianggap positif jika radiasi yang diserap oleh permukaan melebihi kehilangan panas, dan negatif jika tidak mengisinya kembali. Semua istilah lain dari neraca panas dianggap positif jika menyebabkan hilangnya panas oleh permukaan (jika sesuai dengan konsumsi panas). Sebagai. semua istilah persamaan dapat berubah, keseimbangan panas terus-menerus terganggu dan dipulihkan lagi.
Persamaan keseimbangan panas permukaan yang dipertimbangkan di atas adalah perkiraan, karena tidak memperhitungkan beberapa faktor sekunder, tetapi dalam kondisi tertentu, faktor-faktor yang menjadi penting, misalnya, pelepasan panas selama pembekuan, konsumsinya untuk pencairan, dll. .
Neraca panas atmosfer terdiri dari keseimbangan radiasi atmosfer Ra, panas yang datang dari permukaan, Pa, panas yang dilepaskan di atmosfer selama kondensasi, LE, dan perpindahan panas horizontal (adveksi) Aa. Keseimbangan radiasi atmosfer selalu negatif. Masuknya panas sebagai akibat dari kondensasi uap air dan besarnya perpindahan panas turbulen adalah positif. Adveksi panas menyebabkan, rata-rata per tahun, untuk transfernya dari lintang rendah ke lintang tinggi: dengan demikian, ini berarti konsumsi panas di lintang rendah dan tiba di lintang tinggi. Dalam turunan tahun jamak, keseimbangan panas atmosfer dapat dinyatakan dengan persamaan Ra=Pa+LE.
Keseimbangan panas permukaan dan atmosfer secara keseluruhan sama dengan 0 pada rata-rata jangka panjang (Gbr. 35).

Jumlah radiasi matahari yang masuk ke atmosfer per tahun (250 kkal/cm2) diambil sebagai 100%. Radiasi matahari, menembus atmosfer, sebagian dipantulkan dari awan dan kembali ke luar atmosfer - 38%, sebagian diserap oleh atmosfer - 14%, dan sebagian dalam bentuk radiasi matahari langsung mencapai permukaan bumi - 48%. Dari 48% yang mencapai permukaan, 44% diserap olehnya, dan 4% dipantulkan. Jadi, albedo bumi adalah 42% (38+4).
Radiasi yang diserap oleh permukaan bumi dihabiskan sebagai berikut: 20% hilang melalui radiasi efektif, 18% dihabiskan untuk penguapan dari permukaan, 6% dihabiskan untuk memanaskan udara selama perpindahan panas turbulen (total 24%). Hilangnya panas oleh permukaan menyeimbangkan kedatangannya. Panas yang diterima oleh atmosfer (14% langsung dari Matahari, 24% dari permukaan bumi), bersama dengan radiasi efektif Bumi, diarahkan ke ruang dunia. Albedo bumi (42%) dan radiasi (58%) menyeimbangkan masuknya radiasi matahari ke atmosfer.

Radiasi matahari adalah faktor pembentuk iklim utama dan praktis satu-satunya sumber energi untuk semua proses fisik yang terjadi di permukaan bumi dan di atmosfernya. Ini menentukan aktivitas vital organisme, menciptakan satu atau beberapa rezim suhu; mengarah pada pembentukan awan dan curah hujan; adalah penyebab mendasar dari sirkulasi umum atmosfer, dengan demikian dampak besar pada kehidupan manusia dalam segala manifestasinya. Dalam konstruksi dan arsitektur, radiasi matahari adalah faktor lingkungan yang paling penting - orientasi bangunan, konstruktif, perencanaan ruang, warna, solusi plastik dan banyak fitur lainnya bergantung padanya.

Menurut GOST R 55912-2013 "Klimatologi Konstruksi", definisi dan konsep berikut yang terkait dengan radiasi matahari diadopsi:

• radiasi langsung - bagian dari total radiasi matahari yang memasuki permukaan dalam bentuk berkas sinar sejajar yang datang langsung dari piringan matahari yang terlihat;
• radiasi matahari yang tersebar- bagian dari total radiasi matahari yang datang ke permukaan dari seluruh langit setelah tersebar di atmosfer;
• radiasi pantul- bagian dari total radiasi matahari yang dipantulkan dari permukaan di bawahnya (termasuk dari fasad, atap bangunan);
• intensitas radiasi matahari- jumlah radiasi matahari yang lewat per satuan waktu melalui satu area yang terletak tegak lurus terhadap sinar.

Semua nilai radiasi matahari dalam standar negara domestik modern, usaha patungan (SNiPs) dan dokumen peraturan lainnya yang terkait dengan konstruksi dan arsitektur diukur dalam kilowatt per jam per 1 m 2 (kW h / m 2). Sebagai aturan, satu bulan diambil sebagai satuan waktu. Untuk mendapatkan nilai sesaat (sekon) daya fluks radiasi matahari (kW / m 2), nilai yang diberikan untuk bulan harus dibagi dengan jumlah hari dalam sebulan, jumlah jam dalam sehari dan detik dalam beberapa jam.

Dalam banyak edisi awal peraturan bangunan dan di banyak buku referensi modern tentang klimatologi, nilai radiasi matahari diberikan dalam megajoule atau kilokalori per m 2 (MJ / m 2, Kkal / m 2). Koefisien untuk konversi besaran-besaran ini dari satu ke yang lain diberikan dalam Lampiran 1.

entitas fisik. Radiasi matahari datang ke Bumi dari Matahari. Matahari adalah bintang yang paling dekat dengan kita, yang jaraknya rata-rata 149.450.000 km dari Bumi. Pada awal Juli, ketika Bumi terjauh dari Matahari (aphelion), jarak ini meningkat menjadi 152 juta km, dan pada awal Januari berkurang menjadi 147 juta km (perihelion).

Di dalam inti matahari, suhu melebihi 5 juta K, dan tekanannya beberapa miliar kali lebih besar dari bumi, akibatnya hidrogen berubah menjadi helium. Selama reaksi termonuklir ini, energi radiasi lahir, yang merambat dari Matahari ke segala arah dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Pada saat yang sama, seluruh spektrum panjang gelombang datang ke Bumi, yang dalam meteorologi biasanya dibagi menjadi bagian gelombang pendek dan gelombang panjang. gelombang pendek panggil radiasi dalam rentang panjang gelombang dari 0,1 hingga 4 mikron (1 mikron \u003d 10 ~ 6 m). Radiasi dengan panjang panjang (dari 4 hingga 120 mikron) disebut sebagai gelombang panjang. Radiasi matahari didominasi gelombang pendek - rentang panjang gelombang yang ditunjukkan menyumbang 99% dari semua energi radiasi sinar matahari, sedangkan permukaan dan atmosfer bumi memancarkan radiasi gelombang panjang, dan hanya dapat memantulkan radiasi gelombang pendek.

Matahari bukan hanya sumber energi, tetapi juga cahaya. Cahaya tampak menempati rentang panjang gelombang yang sempit, hanya dari 0,40 hingga 0,76 mikron, tetapi 47% dari semua energi radiasi matahari terkandung dalam interval ini. Cahaya dengan panjang gelombang sekitar 0,40 mikron dianggap sebagai ungu, dengan panjang gelombang sekitar 0,76 mikron - sebagai merah. Semua panjang gelombang lainnya tidak dirasakan oleh mata manusia; mereka tidak terlihat oleh kita 1 . Radiasi inframerah (dari 0,76 hingga 4 mikron) menyumbang 44%, dan ultraviolet (dari 0,01 hingga 0,39 mikron) - 9% dari semua energi. Energi maksimum dalam spektrum radiasi matahari di batas atas atmosfer terletak di wilayah spektrum biru-biru, dan di dekat permukaan bumi - di kuning-hijau.

Ukuran kuantitatif radiasi matahari yang memasuki permukaan tertentu adalah penerangan energi, atau fluks radiasi matahari, - jumlah insiden energi radiasi pada satuan luas per satuan waktu. Jumlah maksimum radiasi matahari memasuki batas atas atmosfer dan ditandai dengan nilai konstanta matahari. Konstanta matahari - adalah fluks radiasi matahari pada batas atas atmosfer bumi melalui daerah yang tegak lurus sinar matahari, pada jarak rata-rata bumi dari matahari. Menurut data terakhir yang disetujui oleh Organisasi Meteorologi Dunia (WMO) pada tahun 2007, nilai ini adalah 1,366 kW / m 2 (1366 W / m 2).

Jauh lebih sedikit radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi, karena ketika sinar matahari bergerak melalui atmosfer, radiasi mengalami serangkaian perubahan signifikan. Sebagian darinya diserap oleh gas atmosfer dan aerosol dan menjadi panas, mis. pergi untuk menghangatkan atmosfer, dan sebagian tersebar dan masuk ke dalam bentuk khusus dari radiasi difus.

Proses pengambilalihan radiasi di atmosfer bersifat selektif - gas yang berbeda menyerapnya di berbagai bagian spektrum dan pada derajat yang berbeda. Gas utama yang menyerap radiasi matahari adalah uap air (H 2 0), ozon (0 3) dan karbon dioksida (CO 2). Sebagai contoh, seperti disebutkan di atas, ozon stratosfer sepenuhnya menyerap radiasi yang berbahaya bagi organisme hidup dengan panjang gelombang lebih pendek dari 0,29 mikron, itulah sebabnya lapisan ozon adalah perisai alami bagi keberadaan kehidupan di Bumi. Rata-rata, ozon menyerap sekitar 3% radiasi matahari. Di daerah spektrum merah dan inframerah, uap air menyerap radiasi matahari paling signifikan. Di wilayah spektrum yang sama adalah pita penyerapan karbon dioksida, namun

Rincian lebih lanjut tentang cahaya dan warna dibahas di bagian lain dari disiplin "Fisika Arsitektur".

secara umum, penyerapan radiasi langsungnya kecil. Penyerapan radiasi matahari terjadi baik oleh aerosol yang berasal dari alam maupun antropogenik, terutama sangat kuat oleh partikel jelaga. Secara total, sekitar 15% radiasi matahari diserap oleh uap air dan aerosol, dan sekitar 5% oleh awan.

Penyebaran radiasi adalah proses fisik interaksi radiasi elektromagnetik dan zat, di mana molekul dan atom menyerap sebagian radiasi, dan kemudian memancarkannya kembali ke segala arah. Ini sangat proses penting, yang tergantung pada rasio ukuran partikel hamburan dan panjang gelombang radiasi insiden. benar-benar udara bersih, di mana hamburan hanya dihasilkan oleh molekul gas, ia mematuhi hukum Rayleigh, yaitu berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang sinar yang dihamburkan. Jadi, warna biru langit adalah warna udara itu sendiri, karena hamburan sinar matahari di dalamnya, karena sinar ungu dan biru dihamburkan oleh udara jauh lebih baik daripada oranye dan merah.

Jika ada partikel di udara yang dimensinya sebanding dengan panjang gelombang radiasi - aerosol, tetesan air, kristal es - maka hamburan tidak akan mematuhi hukum Rayleigh, dan radiasi yang dihamburkan tidak akan begitu kaya akan sinar dengan panjang gelombang pendek. Pada partikel dengan diameter lebih besar dari 1-2 mikron, tidak akan ada hamburan, tetapi refleksi difus, yang menentukan warna keputihan langit.

Drama hamburan peran besar dalam pembentukan cahaya alami: dengan tidak adanya Matahari di siang hari, ia menciptakan cahaya difus (difusi). Jika tidak ada hamburan, itu akan menjadi cahaya hanya di mana sinar matahari langsung akan jatuh. Senja dan fajar, warna awan saat matahari terbit dan terbenam juga dikaitkan dengan fenomena ini.

Jadi, radiasi matahari mencapai permukaan bumi dalam bentuk dua aliran: radiasi langsung dan difus.

radiasi langsung(5) datang ke permukaan bumi langsung dari piringan matahari. Dalam hal ini, jumlah radiasi maksimum yang mungkin akan diterima oleh satu situs yang terletak tegak lurus terhadap sinar matahari (5). per unit horisontal permukaan akan memiliki jumlah energi radiasi Y yang lebih kecil, juga disebut insolasi:

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

di mana Dan 0- Ketinggian matahari di atas cakrawala, yang menentukan sudut datangnya sinar matahari pada permukaan horizontal.

radiasi tersebar(/)) muncul ke permukaan bumi dari semua titik cakrawala, kecuali piringan matahari.

Semua radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi disebut total radiasi matahari (0:

• (1.2)
• 0 = + /) = Dan 0+ /).

Kedatangan jenis radiasi ini secara signifikan tidak hanya bergantung pada penyebab astronomis, tetapi juga pada kekeruhan. Oleh karena itu, dalam meteorologi adalah kebiasaan untuk membedakan jumlah radiasi yang mungkin diamati dalam kondisi tidak berawan, dan jumlah radiasi yang sebenarnya, yang berlangsung pada kondisi nyata keadaan mendung.

Tidak semua radiasi matahari yang jatuh di permukaan bumi diserap olehnya dan diubah menjadi panas. Sebagian dipantulkan dan karenanya hilang oleh permukaan di bawahnya. Bagian ini disebut radiasi pantul(/? k), dan nilainya tergantung pada albedo permukaan tanah (L ke):

k = - 100%.

Nilai albedo diukur dalam pecahan unit atau sebagai persentase. Dalam konstruksi dan arsitektur, pecahan dari suatu unit lebih sering digunakan. Mereka juga mengukur reflektifitas bahan bangunan dan finishing, kecerahan fasad, dll. Dalam klimatologi, albedo diukur sebagai persentase.

Albedo memiliki dampak yang signifikan pada pembentukan iklim bumi, karena merupakan indikator integral dari reflektifitas permukaan yang mendasarinya. Itu tergantung pada keadaan permukaan ini (kekasaran, warna, kelembaban) dan bervariasi pada rentang yang sangat luas. Nilai albedo tertinggi (hingga 75%) adalah karakteristik salju yang baru turun, sedangkan nilai terendah adalah karakteristik permukaan air selama sinar matahari ("3%). Albedo permukaan tanah dan vegetasi rata-rata bervariasi dari 10 hingga 30%.

Jika kita mempertimbangkan seluruh Bumi secara keseluruhan, maka albedonya adalah 30%. Nilai ini disebut Albedo planet bumi dan mewakili rasio radiasi matahari yang dipantulkan dan dihamburkan yang meninggalkan ruang angkasa dengan jumlah total radiasi yang memasuki atmosfer.

Di wilayah kota, albedo biasanya lebih rendah daripada di lanskap alami yang tidak terganggu. Nilai karakteristik albedo untuk wilayah kota-kota besar dengan iklim sedang adalah 15-18%. Di kota-kota selatan, albedo biasanya lebih tinggi karena penggunaan warna yang lebih terang pada warna fasad dan atap, di kota utara dengan bangunan padat dan solusi warna gelap bangunan albedo di bawahnya. Ini memungkinkan di negara-negara selatan yang panas untuk mengurangi jumlah radiasi matahari yang diserap, sehingga mengurangi latar belakang termal bangunan, dan di daerah dingin utara, sebaliknya, untuk meningkatkan bagian dari radiasi matahari yang diserap, meningkatkan latar belakang termal secara keseluruhan.

Radiasi yang diserap(* U P0GL) juga disebut keseimbangan radiasi gelombang pendek (VK) dan merupakan perbedaan antara radiasi total dan radiasi pantul (dua fluks gelombang pendek):

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

Ini memanaskan lapisan atas permukaan bumi dan segala sesuatu yang terletak di atasnya (penutup vegetasi, jalan, bangunan, struktur, dll.), Akibatnya mereka memancarkan radiasi gelombang panjang yang tidak terlihat oleh mata manusia. Radiasi ini sering disebut radiasi permukaan bumi sendiri(? 3). Nilainya, menurut hukum Stefan-Boltzmann, sebanding dengan pangkat empat suhu mutlak.

Atmosfer juga memancarkan radiasi gelombang panjang, yang sebagian besar mencapai permukaan bumi dan hampir seluruhnya diserap olehnya. Radiasi ini disebut kontra radiasi atmosfer (E a). Kontra radiasi atmosfer meningkat dengan meningkatnya kekeruhan dan kelembaban udara dan merupakan sumber panas yang sangat penting bagi permukaan bumi. Namun, radiasi gelombang panjang atmosfer selalu sedikit lebih kecil dari bumi, yang menyebabkan permukaan bumi kehilangan panas, dan perbedaan antara nilai-nilai ini disebut radiasi efektif bumi (E ef).

Rata-rata, di lintang sedang, permukaan bumi melalui radiasi efektif kehilangan sekitar setengah dari jumlah panas yang diterimanya dari radiasi matahari yang diserap. Dengan menyerap radiasi terestrial dan mengirimkan radiasi lawan ke permukaan bumi, atmosfer mengurangi pendinginan permukaan ini pada malam hari. Pada siang hari, itu tidak banyak mencegah pemanasan permukaan bumi. Pengaruh atmosfer bumi pada rezim termal permukaan bumi disebut efek rumah kaca. Dengan demikian, fenomena efek rumah kaca terdiri dari retensi panas di dekat permukaan bumi. Peran besar proses ini dimainkan oleh gas-gas yang berasal dari teknogenik, terutama karbon dioksida, yang konsentrasinya di daerah perkotaan sangat tinggi. Namun peran utama masih milik gas yang berasal dari alam.

Zat utama di atmosfer yang menyerap radiasi gelombang panjang dari Bumi dan mengirimkan kembali radiasi adalah uap air. Ini menyerap hampir semua radiasi gelombang panjang kecuali untuk rentang panjang gelombang dari 8,5 hingga 12 mikron, yang disebut "jendela transparan" uap air. Hanya dalam interval ini radiasi terestrial masuk ke ruang dunia melalui atmosfer. Selain uap air, karbon dioksida sangat menyerap radiasi gelombang panjang, dan di jendela transparansi uap air ozon jauh lebih lemah, serta metana, nitrogen oksida, klorofluorokarbon (freon) dan beberapa pengotor gas lainnya.

Menjaga panas tetap dekat dengan permukaan bumi adalah proses yang sangat penting untuk menopang kehidupan. Tanpa itu, suhu rata-rata Bumi akan menjadi 33 ° C lebih rendah dari suhu saat ini, dan organisme hidup hampir tidak dapat hidup di Bumi. Oleh karena itu, intinya bukan pada efek rumah kaca seperti itu (bagaimanapun juga, itu muncul sejak atmosfer terbentuk), tetapi pada kenyataan bahwa di bawah pengaruh kegiatan antropogenik sedang terjadi memperoleh efek ini. Alasannya adalah peningkatan pesat dalam konsentrasi gas rumah kaca yang berasal dari teknogenik, terutama CO2 yang dipancarkan selama pembakaran bahan bakar fosil. Hal ini dapat menyebabkan fakta bahwa dengan radiasi masuk yang sama, proporsi panas yang tersisa di planet ini akan meningkat, dan akibatnya, suhu permukaan dan atmosfer bumi juga akan meningkat. Selama 100 tahun terakhir, suhu udara planet kita telah meningkat rata-rata 0,6 ° C.

Dipercaya bahwa ketika konsentrasi CO 2 berlipat ganda dibandingkan dengan nilai pra-industrinya pemanasan global akan menjadi sekitar 3°C (menurut berbagai perkiraan - dari 1,5 hingga 5,5 °C). Di mana perubahan terbesar harus terjadi di troposfer lintang tinggi selama periode musim gugur-musim dingin. Akibatnya, es di Kutub Utara dan Antartika akan mulai mencair dan permukaan Lautan Dunia akan mulai naik. Peningkatan ini dapat berkisar antara 25 hingga 165 cm, yang berarti banyak kota yang terletak di wilayah pesisir laut dan samudera akan terendam banjir.

Jadi, ini adalah masalah yang sangat penting yang mempengaruhi kehidupan jutaan orang. Dengan pemikiran ini, pada tahun 1988 Konferensi Internasional pertama tentang masalah perubahan antropogenik iklim. Para ilmuwan telah sampai pada kesimpulan bahwa konsekuensi dari peningkatan efek rumah kaca karena peningkatan kandungan karbon dioksida di atmosfer adalah yang kedua setelah konsekuensi dari perang nuklir global. Pada saat yang sama, Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim (IPCC) dibentuk di Perserikatan Bangsa-Bangsa (PBB). IPCC - Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim), yang mempelajari dampak peningkatan suhu permukaan terhadap iklim, ekosistem Samudra Dunia, biosfer secara keseluruhan, termasuk kehidupan dan kesehatan populasi planet ini.

Pada tahun 1992, Kerangka Konvensi Perubahan Iklim (FCCC) diadopsi di New York, yang tujuan utamanya dicanangkan untuk memastikan stabilisasi konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer pada tingkat yang mencegah konsekuensi berbahaya campur tangan manusia dalam sistem iklim. Untuk implementasi praktis dari konvensi pada bulan Desember 1997 di Kyoto (Jepang) pada konferensi internasional, Protokol Kyoto diadopsi. Ini mendefinisikan kuota khusus untuk emisi gas rumah kaca oleh negara-negara anggota, termasuk Rusia, yang meratifikasi Protokol ini pada tahun 2005.

Pada saat penulisan buku ini, salah satu konferensi terakhir ditujukan untuk perubahan iklim, adalah Konferensi Iklim di Paris, yang diadakan dari 30 November hingga 12 Desember 2015. Tujuan konferensi ini adalah penandatanganan perjanjian internasional untuk mengekang peningkatan suhu rata-rata planet pada tahun 2100 tidak lebih tinggi dari 2 ° .

Jadi, sebagai hasil interaksi berbagai aliran radiasi gelombang pendek dan gelombang panjang, permukaan bumi terus menerus menerima dan kehilangan panas. Nilai radiasi yang masuk dan keluar adalah keseimbangan radiasi (PADA), yang menentukan keadaan termal permukaan bumi dan lapisan permukaan udara, yaitu pemanasan atau pendinginannya:

PADA = Q- «k - ?ef \u003d 60 - TETAPI)-? ef =

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

Data neraca radiasi diperlukan untuk menilai derajat pemanasan dan pendinginan berbagai permukaan baik dalam kondisi alami maupun dalam lingkungan arsitektural, untuk menghitung rezim termal bangunan dan struktur, penentuan penguapan, cadangan panas dalam tanah, pengaturan irigasi ladang pertanian dan tujuan ekonomi nasional lainnya.

Metode pengukuran. Pentingnya studi keseimbangan radiasi bumi untuk memahami pola iklim dan pembentukan kondisi iklim mikro menentukan peran mendasar dari data pengamatan pada komponennya - pengamatan aktinometrik.

Di stasiun meteorologi di Rusia, metode termoelektrik pengukuran fluks radiasi. Radiasi yang diukur diserap oleh permukaan penerima hitam perangkat, berubah menjadi panas dan memanaskan sambungan aktif thermopile, sedangkan sambungan pasif tidak dipanaskan oleh radiasi dan memiliki lebih banyak suhu rendah. Karena perbedaan suhu sambungan aktif dan pasif, gaya gerak termoelektromotif muncul pada keluaran thermopile, yang sebanding dengan intensitas radiasi yang diukur. Dengan demikian, sebagian besar instrumen aktinometrik adalah: relatif- mereka tidak mengukur fluks radiasi itu sendiri, tetapi jumlah yang sebanding dengan mereka - kekuatan atau tegangan saat ini. Untuk melakukan ini, perangkat terhubung, misalnya, ke multimeter digital, dan sebelumnya ke galvanometer penunjuk. Pada saat yang sama, di paspor setiap perangkat, yang disebut "faktor konversi" - harga pembagian alat ukur listrik (W/m 2). Pengganda ini dihitung dengan membandingkan pembacaan satu atau instrumen relatif lainnya dengan pembacaan mutlak peralatan - pirheliometer.

Prinsip pengoperasian perangkat absolut berbeda. Jadi, dalam pirheliometer kompensasi Angstrom, yang menghitam piring besi terkena sinar matahari, sementara lempeng serupa lainnya tetap berada di tempat teduh. Perbedaan suhu muncul di antara mereka, yang ditransfer ke persimpangan termoelemen yang melekat pada pelat, dan dengan demikian arus termoelektrik tereksitasi. Dalam hal ini, arus dari baterai dilewatkan melalui pelat yang diarsir sampai memanas hingga suhu yang sama dengan pelat di bawah sinar matahari, setelah itu arus termoelektrik menghilang. Dengan kekuatan arus "kompensasi" yang lewat, Anda dapat menentukan jumlah panas yang diterima oleh pelat yang menghitam, yang, pada gilirannya, akan sama dengan jumlah panas yang diterima dari Matahari oleh pelat pertama. Dengan demikian, adalah mungkin untuk menentukan jumlah radiasi matahari.

Di stasiun meteorologi Rusia (dan sebelumnya - Uni Soviet), melakukan pengamatan komponen keseimbangan radiasi, homogenitas rangkaian data aktinometrik dipastikan dengan penggunaan jenis instrumen yang sama dan kalibrasi yang cermat, serta sebagai metode pengukuran dan pengolahan data yang sama. Sebagai penerima radiasi matahari integral (

Dalam aktinometer termoelektrik Savinov-Yanishevsky, penampilan yang ditunjukkan pada Gambar. 1.6, bagian penerima adalah piringan logam tipis yang menghitam dari foil perak, di mana sambungan aneh (aktif) dari thermopile direkatkan melalui insulasi. Selama pengukuran, disk ini menyerap radiasi matahari, akibatnya suhu disk dan sambungan aktif naik. Sambungan genap (pasif) direkatkan melalui insulasi ke cincin tembaga di kasing perangkat dan memiliki suhu yang mendekati suhu luar. Perbedaan suhu ini, ketika sirkuit eksternal thermopile ditutup, menciptakan arus termoelektrik, yang kekuatannya sebanding dengan intensitas radiasi matahari.

Beras. 1.6.

Dalam piranometer (Gbr. 1.7), bagian penerima paling sering adalah baterai termoelemen, misalnya, dari manganin dan konstantan, dengan sambungan hitam dan putih, yang dipanaskan secara berbeda di bawah aksi radiasi yang masuk. Bagian penerima perangkat harus memiliki posisi horizontal untuk melihat radiasi yang tersebar dari seluruh cakrawala. Dari radiasi langsung, piranometer dinaungi oleh layar, dan dari radiasi atmosfer yang mendekat, piranometer dilindungi oleh tutup kaca. Saat mengukur radiasi total, piranometer tidak diarsir dari sinar langsung.

Beras. 1.7.

Perangkat khusus (pelat lipat) memungkinkan Anda memberi kepala piranometer dua posisi: penerima ke atas dan penerima ke bawah. Dalam kasus terakhir, piranometer mengukur radiasi gelombang pendek yang dipantulkan dari permukaan bumi. Dalam pengamatan rute, yang disebut berkemah albe-meter, yang merupakan kepala piranometer yang terhubung ke suspensi gimbal miring dengan pegangan.

Pengukur keseimbangan termoelektrik terdiri dari badan dengan thermopile, dua pelat penerima dan pegangan (Gbr. 1.8). Badan berbentuk cakram (/) memiliki potongan persegi di mana thermopile dipasang (2). Menangani ( 3 ), disolder ke body, berfungsi untuk memasang balance meter pada rak.

Beras. 1.8.

Satu pelat penerima yang menghitam dari meteran neraca diarahkan ke atas, yang lain ke bawah, menuju permukaan bumi. Prinsip kerja dari unshaded balance meter didasarkan pada kenyataan bahwa semua jenis radiasi yang datang ke permukaan aktif (Y, /) dan E a), diserap oleh permukaan penerima perangkat yang menghitam, menghadap ke atas, dan semua jenis radiasi meninggalkan permukaan aktif (/? k, /? l dan E 3), diserap oleh pelat yang menghadap ke bawah. Setiap pelat penerima itu sendiri juga memancarkan radiasi gelombang panjang, selain itu, ada pertukaran panas dengan udara sekitar dan badan perangkat. Namun, karena konduktivitas termal yang tinggi dari rumahan, perpindahan panas yang besar terjadi, yang tidak memungkinkan pembentukan perbedaan suhu yang signifikan antara pelat penerima. Untuk alasan ini, radiasi sendiri dari kedua pelat dapat diabaikan, dan perbedaan pemanasannya dapat digunakan untuk menentukan nilai keseimbangan radiasi dari setiap permukaan pada bidang di mana meteran keseimbangan berada.

Karena permukaan penerima meteran keseimbangan tidak ditutupi dengan kubah kaca (jika tidak, tidak mungkin untuk mengukur radiasi gelombang panjang), pembacaan perangkat ini bergantung pada kecepatan angin, yang mengurangi perbedaan suhu antara permukaan penerima. Untuk alasan ini, pembacaan meter keseimbangan menyebabkan kondisi tenang, setelah sebelumnya mengukur kecepatan angin pada tingkat perangkat.

Untuk pendaftaran otomatis pengukuran, arus termoelektrik yang timbul dalam perangkat yang dijelaskan di atas diumpankan ke potensiometer elektronik yang merekam sendiri. Perubahan kekuatan arus dicatat pada pita kertas yang bergerak, sedangkan aktinometer harus berputar secara otomatis sehingga bagian penerimanya mengikuti Matahari, dan piranometer harus selalu dinaungi dari radiasi langsung dengan pelindung cincin khusus.

Pengamatan aktinometrik, berbeda dengan pengamatan meteorologi utama, dilakukan enam kali sehari pada waktu berikut: 00:30, 06:30, 09:30, 12:30, 15:30, dan 18:30. Karena intensitas semua jenis radiasi gelombang pendek tergantung pada ketinggian Matahari di atas cakrawala, waktu pengamatan diatur menurut berarti waktu matahari stasiun.

nilai-nilai karakteristik. Nilai fluks radiasi langsung dan total memainkan salah satu dari peran penting dalam analisis arsitektur dan iklim. Dengan pertimbangan mereka, orientasi bangunan di sisi cakrawala, perencanaan ruang dan solusi warna mereka, tata letak internal, dimensi bukaan cahaya dan sejumlah fitur arsitektur lainnya terhubung. Oleh karena itu, variasi nilai karakteristik harian dan tahunan akan dipertimbangkan untuk nilai radiasi matahari ini.

Penerangan energi radiasi matahari langsung di langit tak berawan tergantung pada ketinggian matahari, sifat-sifat atmosfer di jalur sinar matahari, yang dicirikan oleh: faktor transparansi(nilai yang menunjukkan berapa fraksi radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi selama pancaran sinar matahari) dan panjang lintasan ini.

Radiasi matahari langsung dengan langit tak berawan memiliki variasi harian yang cukup sederhana dengan maksimum sekitar tengah hari (Gbr. 1.9). Sebagai berikut dari gambar, pada siang hari, fluks radiasi matahari pertama dengan cepat, kemudian meningkat lebih lambat dari matahari terbit hingga tengah hari dan perlahan pada awalnya, kemudian menurun dengan cepat dari siang hingga matahari terbenam. Perbedaan penyinaran siang hari yang cerah pada bulan Januari dan Juli terutama disebabkan oleh perbedaan ketinggian siang hari, yang lebih rendah di musim dingin daripada di musim panas. Pada saat yang sama, di wilayah benua, asimetri variasi diurnal sering diamati, karena perbedaan transparansi atmosfer pada pagi dan sore hari. Transparansi atmosfer juga mempengaruhi perjalanan tahunan nilai rata-rata bulanan radiasi matahari langsung. Radiasi maksimum di langit tak berawan dapat bergeser sebesar bulan-bulan musim semi, karena di musim semi kadar debu dan kadar air di atmosfer lebih rendah daripada di musim gugur.

5 1 , kW/m 2

b", kW / m 2

Beras. 1.9.

dan di bawah kondisi kekeruhan rata-rata (b):

7 - di permukaan tegak lurus terhadap sinar pada bulan Juli; 2 - pada permukaan horizontal pada bulan Juli; 3 - pada permukaan tegak lurus pada bulan Januari; 4 - pada permukaan horizontal pada bulan Januari

Kekeruhan mengurangi kedatangan radiasi matahari dan secara signifikan dapat mengubah arah hariannya, yang dimanifestasikan dalam rasio jumlah jam sebelum dan sesudah tengah hari. Jadi, di sebagian besar wilayah benua Rusia pada bulan-bulan musim semi-musim panas, jumlah radiasi langsung per jam pada jam-jam sebelum tengah hari lebih besar daripada di sore hari (Gbr. 1.9, b). Hal ini terutama ditentukan oleh perjalanan harian tutupan awan, yang mulai berkembang pada pukul 9-10 pagi dan mencapai maksimum pada sore hari, sehingga mengurangi radiasi. Penurunan umum masuknya radiasi matahari langsung di bawah kondisi mendung yang sebenarnya bisa sangat signifikan. Misalnya, di Vladivostok, dengan iklim musonnya, kerugian di musim panas ini mencapai 75%, dan di St. Petersburg, bahkan rata-rata per tahun, awan tidak mentransmisikan 65% radiasi langsung ke permukaan bumi, di Moskow - sekitar setengah.

Distribusi jumlah tahunan radiasi matahari langsung di bawah kekeruhan rata-rata di atas wilayah Rusia ditunjukkan pada gambar. 1.10. Untuk sebagian besar, faktor ini, yang mengurangi jumlah radiasi matahari, tergantung pada sirkulasi atmosfer, yang mengarah pada pelanggaran distribusi latitudinal radiasi.

Seperti dapat dilihat dari gambar, secara keseluruhan, jumlah tahunan radiasi langsung yang tiba di permukaan horizontal meningkat dari lintang tinggi ke lintang rendah dari 800 menjadi hampir 3000 MJ/m 2 . Sejumlah besar awan di bagian Eropa Rusia menyebabkan penurunan total tahunan dibandingkan dengan wilayah Siberia Timur, di mana, terutama karena pengaruh antisiklon Asia, total tahunan meningkat di musim dingin. Pada saat yang sama, monsun musim panas menyebabkan penurunan masuknya radiasi tahunan di daerah pesisir di Timur Jauh. Kisaran perubahan intensitas radiasi matahari langsung tengah hari di wilayah Rusia bervariasi dari 0,54-0,91 kW / m 2 di musim panas hingga 0,02-0,43 kW / m 2 di musim dingin.

radiasi tersebar, tiba di permukaan horizontal juga berubah pada siang hari, meningkat sebelum tengah hari dan menurun setelahnya (Gbr. 1.11).

Seperti halnya radiasi matahari langsung, datangnya radiasi hambur tidak hanya dipengaruhi oleh ketinggian matahari dan panjang hari, tetapi juga oleh transparansi atmosfer. Namun, penurunan yang terakhir menyebabkan peningkatan radiasi yang tersebar (berbeda dengan radiasi langsung). Selain itu, radiasi yang tersebar sangat bergantung pada kekeruhan: di bawah kekeruhan rata-rata, kedatangannya lebih dari dua kali lipat nilai yang diamati di langit yang cerah. Pada beberapa hari, keadaan mendung meningkatkan angka ini sebanyak 3-4 kali lipat. Dengan demikian, radiasi hamburan dapat secara signifikan melengkapi garis lurus, terutama pada posisi Matahari yang rendah.

Beras. 1.10. Radiasi matahari langsung tiba di permukaan horizontal di bawah kekeruhan rata-rata, MJ / m 2 per tahun (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kW h / m 2)

/), kW / m 2 0,3 g

• 0,2 -
• 0,1 -

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 jam

Beras. 1.11.

dan di bawah kondisi berawan rata-rata (b)

Nilai radiasi matahari yang tersebar di daerah tropis adalah dari 50 hingga 75% langsung; pada garis lintang 50-60 ° dekat dengan garis lurus, dan pada garis lintang tinggi melebihi radiasi matahari langsung selama hampir sepanjang tahun.

Faktor yang sangat penting yang mempengaruhi fluks radiasi hamburan adalah albedo permukaan yang mendasari. Jika albedo cukup besar, maka radiasi yang dipantulkan dari permukaan di bawahnya, yang dihamburkan oleh atmosfer dalam arah yang berlawanan, dapat menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam kedatangan radiasi yang dihamburkan. Efeknya paling menonjol dengan adanya lapisan salju, yang memiliki reflektifitas tertinggi.

Total radiasi di langit tak berawan (kemungkinan radiasi) tergantung pada garis lintang tempat, ketinggian matahari, sifat optik atmosfer dan sifat permukaan di bawahnya. dalam kondisi langit cerah memiliki kursus harian sederhana dengan maksimum pada siang hari. Asimetri variasi diurnal, karakteristik radiasi langsung, sedikit dimanifestasikan dalam radiasi total, karena penurunan radiasi langsung karena peningkatan kekeruhan atmosfer di paruh kedua hari dikompensasi oleh peningkatan radiasi yang tersebar karena faktor yang sama. Dalam kursus tahunan, intensitas maksimum radiasi total dengan langit tak berawan di sebagian besar wilayah

Wilayah Rusia diamati pada bulan Juni karena ketinggian matahari tengah hari maksimum. Namun, di beberapa wilayah pengaruh ini tumpang tindih dengan pengaruh transparansi atmosfer, dan maksimum digeser ke Mei (misalnya, di Transbaikalia, Primorye, Sakhalin, dan di sejumlah wilayah di Siberia Timur). Distribusi total radiasi matahari bulanan dan tahunan di langit tak berawan diberikan dalam Tabel. 1.9 dan dalam gambar. 1,12 sebagai nilai rata-rata garis lintang.

Dari tabel dan gambar di atas dapat dilihat bahwa pada semua musim dalam setahun, baik intensitas maupun jumlah radiasi meningkat dari utara ke selatan sesuai dengan perubahan ketinggian matahari. Pengecualian adalah periode dari Mei hingga Juli, ketika kombinasi hari yang panjang dan ketinggian matahari memberikan nilai radiasi total yang agak tinggi di utara dan, secara umum, di wilayah Rusia, medan radiasi adalah kabur, yaitu tidak memiliki gradien yang jelas.

Tabel 1.9

Total radiasi matahari pada permukaan horizontal

dengan langit tak berawan (kW h / m 2)

	Garis lintang geografis, ° N
September

Beras. 1.12. Total radiasi matahari ke permukaan horizontal dengan langit tak berawan pada garis lintang yang berbeda (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kWh / m 2)

Di hadapan awan radiasi matahari total ditentukan tidak hanya oleh jumlah dan bentuk awan, tetapi juga oleh keadaan piringan matahari. Dengan piringan matahari tembus melalui awan, radiasi total, dibandingkan dengan kondisi tanpa awan, bahkan dapat meningkat karena pertumbuhan radiasi yang tersebar.

Untuk kondisi berawan sedang, radiasi total harian yang benar-benar teratur diamati: peningkatan bertahap dari matahari terbit hingga siang dan penurunan dari siang hingga matahari terbenam. Pada saat yang sama, jalur harian mendung melanggar simetri jalur relatif terhadap siang hari, yang merupakan karakteristik langit tak berawan. Jadi, di sebagian besar wilayah Rusia, selama periode hangat, nilai pra-siang dari total radiasi 3-8% lebih tinggi daripada nilai sore hari, dengan pengecualian wilayah monsun di Timur Jauh, di mana rasionya terbalik. Dalam perjalanan tahunan jumlah rata-rata bulanan multi-tahun dari total radiasi, bersama dengan faktor astronomi yang menentukan, faktor sirkulasi dimanifestasikan (melalui pengaruh kekeruhan), sehingga maksimum dapat bergeser dari Juni hingga Juli dan bahkan hingga Mei ( Gambar 1.13).

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

m. Chelyuskin

Salehard

Arkhangelsk

St. Petersburg

Petropavlovsk

Kamchatsky

Khabarovsk

Astrakhan

Beras. 1.13. Total radiasi matahari pada permukaan horizontal di masing-masing kota Rusia dalam kondisi mendung yang nyata (1 MJ / m 2 \u003d 0,278 kWh / m 2)

5", MJ/m 2 700

Jadi, kedatangan bulanan dan tahunan yang sebenarnya dari total radiasi hanyalah sebagian dari kemungkinan. Penyimpangan terbesar dari jumlah nyata dari yang mungkin terjadi di musim panas dicatat di Timur Jauh, di mana kekeruhan mengurangi total radiasi sebesar 40-60%. Secara umum, pendapatan tahunan total radiasi total bervariasi di seluruh wilayah Rusia dalam arah garis lintang, meningkat dari 2800 MJ/m 2 di pantai laut utara menjadi 4800-5000 MJ/m 2 di wilayah selatan Rusia - Kaukasus Utara, wilayah Volga Bawah, Transbaikalia dan Primorsky Krai (Gbr. 1.14).

Beras. 1.14. Total radiasi yang memasuki permukaan horizontal, MJ / m 2 per tahun

Di musim panas, perbedaan total radiasi matahari di bawah kondisi mendung nyata antara kota-kota yang terletak di garis lintang yang berbeda tidak "dramatis" seperti yang terlihat pada pandangan pertama. Untuk bagian Eropa Rusia dari Astrakhan hingga Tanjung Chelyuskin, nilai ini berada pada kisaran 550-650 MJ/m 2 . Di musim dingin, di sebagian besar kota, kecuali Kutub Utara, di mana malam kutub, total radiasi adalah 50-150 MJ / m 2 per bulan.

Sebagai perbandingan: nilai panas rata-rata untuk Januari untuk 1 wilayah perkotaan (dihitung menurut data aktual untuk Moskow) berkisar dari 220 MJ/m2 per bulan di pusat pengembangan perkotaan perkotaan hingga 120-150 MJ/m2 di area antar-utama dengan pembangunan perumahan dengan kepadatan rendah. Di wilayah zona penyimpanan industri dan komunal, indeks panas pada bulan Januari adalah 140 MJ/m 2 . Total radiasi matahari di Moskow pada bulan Januari adalah 62 MJ/m 2 . Jadi, dalam waktu musim dingin karena penggunaan radiasi matahari, dimungkinkan untuk menutupi tidak lebih dari 10-15% (dengan mempertimbangkan efisiensi panel surya 40%) dari perkiraan nilai kalor bangunan kepadatan sedang bahkan di Irkutsk dan Yakutsk, terkenal dengan cuaca musim dinginnya yang cerah, bahkan jika wilayah mereka sepenuhnya tertutup panel fotovoltaik.

Di musim panas, total radiasi matahari meningkat 6-9 kali, dan konsumsi panas berkurang 5-7 kali dibandingkan musim dingin. Nilai kalor pada bulan Juli turun menjadi 35 MJ/m 2 atau kurang di kawasan pemukiman dan 15 MJ/m 2 atau kurang di kawasan industri, yaitu hingga nilai yang merupakan tidak lebih dari 3-5% dari total radiasi matahari. Oleh karena itu, di musim panas, ketika permintaan untuk pemanas dan penerangan minimal, ada kelebihan sumber daya alam terbarukan di seluruh Rusia yang tidak dapat dimanfaatkan, yang sekali lagi meragukan kelayakan penggunaan panel fotovoltaik, setidaknya di kota-kota dan bangunan apartemen.

Konsumsi listrik (tanpa pemanas dan pasokan air panas), juga terkait dengan distribusi yang tidak merata dari total luas bangunan, kepadatan penduduk, dan tujuan fungsional berbagai wilayah, berada di

Kehangatan - indikator rata-rata konsumsi semua jenis energi (listrik, pemanas, pasokan air panas) per 1 m 2 luas bangunan.

kasus dari 37 MJ / m 2 per bulan (dihitung sebagai 1/12 dari jumlah tahunan) di daerah padat bangunan dan hingga 10-15 MJ / m 2 per bulan di daerah dengan kepadatan bangunan rendah. Pada siang hari dan musim panas, konsumsi listrik turun secara alami. Kepadatan konsumsi listrik pada bulan Juli di sebagian besar wilayah perumahan dan pengembangan campuran adalah 8-12 MJ/m 2 dengan total radiasi matahari dalam kondisi mendung nyata di Moskow sekitar 600 MJ/m 2 . Dengan demikian, untuk memenuhi kebutuhan pasokan listrik di daerah perkotaan (misalnya, Moskow), hanya perlu menggunakan sekitar 1,5-2% radiasi matahari. Sisa radiasi, jika dibuang, akan berlebihan. Pada saat yang sama, masalah akumulasi dan pelestarian radiasi matahari siang hari untuk penerangan di sore dan malam hari, ketika beban pada sistem catu daya maksimum, dan matahari hampir atau tidak bersinar, masih harus diselesaikan. Ini akan membutuhkan transmisi listrik jarak jauh antara daerah di mana Matahari masih cukup tinggi, dan di mana Matahari telah terbenam di bawah cakrawala. Pada saat yang sama, kerugian listrik dalam jaringan akan sebanding dengan penghematannya melalui penggunaan panel fotovoltaik. Atau akan memerlukan penggunaan baterai berkapasitas tinggi, yang produksi, pemasangan, dan pembuangan selanjutnya akan memerlukan biaya energi yang tidak mungkin dapat ditutupi oleh penghematan energi yang terakumulasi selama seluruh periode operasinya.

Faktor lain yang tidak kalah penting yang membuat ragu untuk beralih ke panel surya sebagai sumber alternatif catu daya pada skala kota adalah bahwa, pada akhirnya, pengoperasian fotosel akan menyebabkan peningkatan signifikan dalam radiasi matahari yang diserap di kota, dan akibatnya, pada peningkatan suhu udara di kota di waktu musim panas. Jadi, bersamaan dengan pendinginan karena panel foto dan AC yang ditenagai olehnya, lingkungan internal akan peningkatan umum suhu di kota, yang pada akhirnya akan meniadakan semua manfaat ekonomi dan lingkungan dari penghematan listrik melalui penggunaan panel fotovoltaik yang masih sangat mahal.

Oleh karena itu, pemasangan peralatan untuk mengubah radiasi matahari menjadi listrik dibenarkan dalam daftar kasus yang sangat terbatas: hanya di musim panas, hanya di daerah iklim dengan cuaca kering, panas, berawan, hanya di kota-kota kecil atau individu. desa pondok dan hanya jika listrik ini digunakan untuk pengoperasian instalasi AC dan ventilasi untuk lingkungan internal bangunan. Dalam kasus lain - daerah lain, kondisi perkotaan lainnya dan pada waktu lain dalam setahun - penggunaan panel fotovoltaik dan kolektor surya untuk kebutuhan listrik dan pasokan panas bangunan biasa di kota-kota menengah dan besar yang terletak di iklim sedang tidak efisien.

Signifikansi bioklimatik radiasi matahari. Peran yang menentukan dari dampak radiasi matahari pada organisme hidup direduksi menjadi partisipasi dalam pembentukan radiasi dan keseimbangan panasnya karena energi panas di bagian spektrum matahari yang terlihat dan inframerah.

Sinar tampak sangat penting bagi organisme. Kebanyakan hewan, seperti manusia, pandai membedakan komposisi spektral cahaya, dan beberapa serangga bahkan dapat melihat dalam kisaran ultraviolet. Kehadiran penglihatan cahaya dan orientasi cahaya merupakan faktor kelangsungan hidup yang penting. Misalnya, pada manusia, adanya penglihatan warna adalah salah satu faktor kehidupan yang paling psiko-emosional dan optimal. Tetap dalam kegelapan memiliki efek sebaliknya.

Seperti yang Anda ketahui, tumbuhan hijau mensintesis bahan organik dan, akibatnya, menghasilkan makanan untuk semua organisme lain, termasuk manusia. Proses terpenting bagi kehidupan ini terjadi selama asimilasi radiasi matahari, dan tanaman menggunakan rentang spektrum tertentu dalam rentang panjang gelombang 0,38-0,71 mikron. Radiasi ini disebut radiasi aktif fotosintesis(PAR) dan sangat penting untuk produktivitas tanaman.

Bagian cahaya yang terlihat menciptakan cahaya alami. Sehubungan dengan itu, semua tanaman dibagi menjadi suka cahaya dan toleran naungan. Penerangan yang tidak memadai menyebabkan kelemahan batang, melemahkan pembentukan tongkol dan tongkol pada tanaman, mengurangi kandungan gula dan jumlah minyak pada tanaman budidaya, serta menyulitkan mereka untuk menggunakan nutrisi mineral dan pupuk.

Tindakan biologis sinar infra merah terdiri dari efek termal ketika mereka diserap oleh jaringan tumbuhan dan hewan. Pada saat yang sama, itu berubah energi kinetik molekul, ada percepatan proses listrik dan kimia. Karena radiasi infra merah, kurangnya panas (terutama di daerah pegunungan tinggi dan di lintang tinggi) yang diterima oleh tumbuhan dan hewan dari ruang sekitarnya dikompensasi.

Radiasi ultraviolet pada sifat biologis dan dampaknya pada manusia biasanya dibagi menjadi tiga area: area A - dengan panjang gelombang 0,32 hingga 0,39 mikron; wilayah B, dari 0,28 hingga 0,32 m, dan wilayah C, dari 0,01 hingga 0,28 m. Area A dicirikan oleh efek biologis yang diekspresikan secara relatif lemah. Ini hanya menyebabkan fluoresensi sejumlah zat organik, pada manusia itu berkontribusi pada pembentukan pigmen di kulit dan eritema ringan (kemerahan pada kulit).

Sinar area B jauh lebih aktif. Beragam reaksi organisme terhadap radiasi ultraviolet, perubahan pada kulit, darah, dll. sebagian besar karena mereka. Efek pembentukan vitamin yang terkenal dari sinar ultraviolet adalah bahwa ergosteron nutrisi diubah menjadi vitamin O, yang memiliki efek stimulasi yang kuat pada pertumbuhan dan metabolisme.

Sinar daerah C memiliki efek biologis paling kuat pada sel hidup.Efek bakterisida sinar matahari terutama disebabkan oleh mereka. Dalam dosis kecil sinar ultraviolet diperlukan untuk tanaman, hewan dan manusia, terutama anak-anak. Namun, di dalam jumlah besar Sinar daerah C merusak semua makhluk hidup, dan kehidupan di Bumi hanya mungkin terjadi karena radiasi gelombang pendek ini hampir sepenuhnya terhalang oleh lapisan ozon di atmosfer. Pemecahan masalah dampak dosis radiasi ultraviolet yang berlebihan pada biosfer dan manusia menjadi sangat relevan di dekade terakhir akibat menipisnya lapisan ozon di atmosfer bumi.

Pengaruh radiasi ultraviolet (UVR) yang sampai ke permukaan bumi terhadap organisme hidup sangat beragam. Seperti disebutkan di atas, dalam dosis sedang, ia memiliki efek menguntungkan: meningkatkan vitalitas, meningkatkan daya tahan tubuh terhadap penyakit menular. Kurangnya UVR menyebabkan fenomena patologis, yang disebut defisiensi UV atau kelaparan UV dan memanifestasikan dirinya dalam kekurangan vitamin E, yang mengarah pada pelanggaran metabolisme fosfor-kalsium dalam tubuh.

Kelebihan UVR dapat menyebabkan konsekuensi yang sangat serius: pembentukan kanker kulit, perkembangan formasi onkologis lainnya, munculnya fotokeratitis ("kebutaan salju"), fotokonjungtivitis dan bahkan katarak; pelanggaran sistem kekebalan organisme hidup, serta proses mutagenik pada tanaman; perubahan sifat dan penghancuran bahan polimer yang banyak digunakan dalam konstruksi dan arsitektur. Misalnya, UVR dapat menghitamkan cat fasad atau menyebabkan kerusakan mekanis pada produk akhir polimer dan bangunan struktural.

Signifikansi arsitektur dan konstruksi radiasi matahari. Data energi surya digunakan dalam perhitungan keseimbangan panas bangunan dan sistem pemanas dan pendingin udara, dalam analisis proses penuaan berbagai bahan, dengan mempertimbangkan efek radiasi pada keadaan termal seseorang, memilih komposisi spesies ruang hijau yang optimal untuk menanam tanaman hijau di area tertentu, dan banyak tujuan lainnya. Radiasi matahari menentukan mode penerangan alami permukaan bumi, pengetahuan yang diperlukan ketika merencanakan konsumsi listrik, merancang berbagai struktur dan mengatur pengoperasian transportasi. Dengan demikian, rezim radiasi adalah salah satu faktor perencanaan kota dan arsitektur dan konstruksi terkemuka.

Insolasi bangunan adalah salah satu kondisi penting kebersihan bangunan, oleh karena itu penyinaran permukaan dengan sinar matahari langsung mendapat perhatian khusus sebagai hal yang penting faktor lingkungan. Pada saat yang sama, Matahari tidak hanya memiliki efek higienis pada lingkungan internal, membunuh patogen, tetapi juga memengaruhi seseorang secara psikologis. Efek iradiasi tersebut tergantung pada durasi proses paparan sinar matahari, sehingga insolasi diukur dalam jam, dan durasinya dinormalisasi oleh dokumen yang relevan dari Kementerian Kesehatan Rusia.

Radiasi matahari minimum yang diperlukan, menyediakan kondisi nyaman lingkungan internal bangunan, kondisi untuk bekerja dan istirahat seseorang, terdiri dari penerangan yang diperlukan untuk tempat tinggal dan tempat kerja, jumlah radiasi ultraviolet yang diperlukan untuk tubuh manusia, jumlah panas yang diserap oleh pagar eksternal dan dipindahkan ke bangunan, memberikan kenyamanan termal dari lingkungan internal. Berdasarkan persyaratan ini, keputusan arsitektur dan perencanaan dibuat, orientasi ruang tamu, dapur, utilitas, dan ruang kerja ditentukan. Dengan kelebihan radiasi matahari, pemasangan loggia, kerai, daun jendela, dan perangkat pelindung matahari lainnya disediakan.

Disarankan untuk menganalisis jumlah radiasi matahari (langsung dan difus) yang tiba di berbagai permukaan dengan orientasi berbeda (vertikal dan horizontal) menurut skala berikut:

• kurang dari 50 kW h / m 2 per bulan - radiasi tidak signifikan;
• 50-100 kW h / m 2 per bulan - radiasi rata-rata;
• 100-200 kW h / m 2 per bulan - radiasi tinggi;
• lebih dari 200 kW h / m 2 per bulan - radiasi berlebih.

Dengan radiasi yang tidak signifikan, yang diamati di garis lintang sedang terutama pada bulan-bulan musim dingin, kontribusinya terhadap keseimbangan panas bangunan sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Dengan radiasi rata-rata di garis lintang sedang, ada transisi ke wilayah nilai negatif dari keseimbangan radiasi permukaan bumi dan bangunan, struktur, pelapis buatan, dll. yang terletak di atasnya. Dalam hal ini, mereka mulai kehilangan lebih banyak energi panas dalam perjalanan sehari-hari daripada menerima panas dari matahari di siang hari. Kerugian dalam keseimbangan panas bangunan ini tidak tercakup oleh sumber panas internal (peralatan listrik, pipa air panas, pelepasan panas metabolik orang, dll.), Dan mereka harus dikompensasi dengan pengoperasian sistem pemanas - periode pemanasan dimulai .

Pada radiasi tinggi dan dalam kondisi mendung yang nyata, latar belakang termal daerah perkotaan dan lingkungan internal bangunan berada di zona nyaman tanpa menggunakan sistem buatan pemanasan dan pendinginan.

Dengan radiasi berlebih di kota-kota dengan garis lintang sedang, terutama yang terletak di benua beriklim sedang dan iklim benua yang tajam, bangunan yang terlalu panas, lingkungan internal dan eksternalnya dapat diamati di musim panas. Dalam hal ini, arsitek dihadapkan pada tugas melindungi lingkungan arsitektur dari insolasi yang berlebihan. Mereka menerapkan solusi perencanaan ruang yang tepat, memilih orientasi optimal bangunan di sisi cakrawala, elemen pelindung matahari arsitektur dari fasad dan bukaan cahaya. Jika sarana arsitektur untuk melindungi dari panas berlebih tidak cukup, maka ada kebutuhan untuk pengkondisian buatan dari lingkungan internal bangunan.

Rezim radiasi juga mempengaruhi pilihan orientasi dan dimensi lubang cahaya. Pada radiasi rendah, ukuran bukaan cahaya dapat ditingkatkan ke ukuran berapa pun, asalkan kehilangan panas melalui pagar eksternal dipertahankan pada tingkat yang tidak melebihi standar. Dalam kasus radiasi yang berlebihan, bukaan cahaya dibuat dalam ukuran minimal, memenuhi persyaratan untuk insolasi dan penerangan alami bangunan.

Kecerahan fasad, yang menentukan reflektifitasnya (albedo), juga dipilih berdasarkan persyaratan perlindungan matahari atau, sebaliknya, dengan mempertimbangkan kemungkinan penyerapan maksimum radiasi matahari di daerah dengan iklim lembab yang sejuk dan dingin dan dengan rata-rata atau rendahnya tingkat radiasi matahari pada bulan-bulan musim panas. Untuk memilih bahan hadap berdasarkan reflektifitasnya, perlu diketahui berapa banyak radiasi matahari yang masuk ke dinding bangunan dengan berbagai orientasi dan bagaimana kemampuan berbagai bahan untuk menyerap radiasi ini. Karena kedatangan radiasi ke dinding tergantung pada garis lintang tempat dan bagaimana dinding diorientasikan dalam kaitannya dengan sisi cakrawala, pemanasan dinding dan suhu di dalam bangunan yang berdekatan dengannya akan tergantung pada ini.

Kapasitas penyerapan berbagai bahan finishing fasad tergantung pada warna dan kondisinya (Tabel 1.10). Jika jumlah bulanan radiasi matahari yang memasuki dinding dengan berbagai orientasi 1 dan albedo dinding ini diketahui, maka jumlah panas yang diserapnya dapat ditentukan.

Tabel 1.10

daya serap bahan bangunan

Data jumlah radiasi matahari yang masuk (langsung dan difus) di langit tak berawan pada permukaan vertikal dengan berbagai orientasi diberikan dalam "Klimatologi Konstruksi" Joint Venture.

Nama bahan dan pemrosesan	Ciri permukaan	permukaan	Radiasi yang diserap,%
Konkret	Kasar
		biru muda
		Abu-abu gelap
		kebiruan
	Yg dipotong
		kekuning-kuningan cokelat
	dipoles
	bersih dipahat	Abu-abu muda
	Yg dipotong
Atap
ruberoid		cokelat
Baja galvanis		Abu-abu muda
ubin atap

Memilih bahan dan warna yang sesuai untuk membuat amplop, mis. dengan mengubah albedo dinding, dimungkinkan untuk mengubah jumlah radiasi yang diserap oleh dinding dan, dengan demikian, mengurangi atau meningkatkan pemanasan dinding oleh panas matahari. Teknik ini secara aktif digunakan dalam arsitektur tradisional. berbagai negara. Semua orang tahu itu kota selatan berbeda dalam warna terang umum (putih dengan dekorasi berwarna) dari sebagian besar bangunan tempat tinggal, sementara, misalnya, kota-kota Skandinavia sebagian besar adalah kota yang dibangun dari bata gelap atau menggunakan tesa berwarna gelap untuk melapisi bangunan.

Dihitung bahwa 100 kWh/m2 radiasi yang diserap menaikkan suhu permukaan luar sekitar 4°C. Dinding bangunan di sebagian besar wilayah Rusia menerima rata-rata jumlah radiasi per jam jika berorientasi ke selatan dan timur, serta barat, barat daya, dan tenggara jika terbuat dari batu bata gelap dan tidak diplester atau memiliki plester berwarna gelap.

Untuk berpindah dari suhu dinding rata-rata selama sebulan tanpa memperhitungkan radiasi ke karakteristik yang paling umum digunakan dalam perhitungan teknik termal - suhu udara luar, aditif suhu tambahan diperkenalkan Pada, tergantung pada jumlah bulanan radiasi matahari yang diserap oleh dinding VK(Gbr. 1.15). Dengan demikian, mengetahui intensitas radiasi matahari total yang datang ke dinding dan albedo permukaan dinding ini, adalah mungkin untuk menghitung suhunya dengan memperkenalkan koreksi yang tepat untuk suhu udara.

VK, kWh/m2

Beras. 1.15. Peningkatan suhu permukaan luar dinding karena penyerapan radiasi matahari

PADA kasus umum penambahan suhu karena radiasi yang diserap ditentukan dalam kondisi lain yang sama, yaitu. pada suhu udara, kelembaban dan ketahanan termal yang sama dari selubung bangunan, terlepas dari kecepatan angin.

Pada cuaca cerah pada siang hari, bagian selatan, sebelum tengah hari - tenggara dan pada sore hari - dinding barat daya dapat menyerap hingga 350-400 kWh / m 2 panas matahari dan memanas sehingga suhunya dapat melebihi 15-20 ° C udara luar suhu. Hal ini menciptakan suhu yang besar con-

kepercayaan antara dinding gedung yang sama. Kontras ini di beberapa daerah menjadi signifikan tidak hanya di musim panas, tetapi juga di musim dingin dengan cuaca cerah, angin rendah, bahkan pada suhu udara yang sangat rendah. Struktur logam mengalami panas berlebih yang sangat parah. Jadi, menurut pengamatan yang tersedia, di Yakutia, yang terletak di iklim benua sedang, ditandai dengan cuaca berawan di musim dingin dan musim panas, pada tengah hari dengan langit cerah, bagian aluminium dari struktur penutup dan atap panas HPP Yakutskaya naik 40-50 ° C di atas suhu udara, bahkan pada nilai rendah yang terakhir.

Pemanasan berlebih pada dinding yang diisolasi karena penyerapan radiasi matahari harus disediakan pada tahap desain arsitektur. Efek ini tidak hanya membutuhkan perlindungan dinding dari insolasi berlebihan dengan metode arsitektur, tetapi juga yang tepat keputusan perencanaan bangunan, penggunaan sistem pemanas dengan berbagai kapasitas untuk fasad dengan orientasi berbeda, peletakan proyek jahitan untuk menghilangkan stres pada struktur dan pelanggaran kekencangan sambungan karena deformasi suhunya, dll.

Di meja. 1.11 sebagai contoh, jumlah bulanan radiasi matahari yang diserap pada bulan Juni diberikan untuk beberapa objek geografis bekas Uni Soviet pada nilai albedo yang diberikan. Tabel ini menunjukkan bahwa jika albedo dinding utara bangunan adalah 30%, dan dinding selatan adalah 50%, maka di Odessa, Tbilisi, dan Tashkent akan memanas hingga tingkat yang sama. Jika di wilayah utara kurangi albedo dinding utara menjadi 10%, maka ia akan menerima hampir 1,5 kali lebih banyak panas daripada dinding dengan albedo 30%.

Tabel 1.11

Jumlah bulanan radiasi matahari yang diserap oleh dinding bangunan pada bulan Juni di nilai yang berbeda albedo (kW j / m 2)

Contoh-contoh di atas, berdasarkan data radiasi matahari total (langsung dan difus) yang dimuat dalam "Klimatologi Konstruksi" Joint Venture dan buku referensi iklim, tidak memperhitungkan radiasi matahari yang dipantulkan dari permukaan bumi dan benda-benda di sekitarnya (misalnya, bangunan yang ada) tiba di berbagai dinding bangunan. Itu kurang tergantung pada orientasi mereka, oleh karena itu, itu tidak diberikan dalam dokumen peraturan untuk konstruksi. Namun, radiasi yang dipantulkan ini bisa sangat kuat dan sebanding dengan kekuatan radiasi langsung atau difus. Oleh karena itu, dalam desain arsitektur, harus diperhitungkan, dihitung untuk setiap kasus tertentu.

Jawaban dari bule[anak baru]
Radiasi total - bagian dari yang dipantulkan dan bagian dari radiasi langsung. Tergantung pada awan dan tutupan awan.

Jawaban dari Arman Shaysultanov[anak baru]
nilai radiasi matahari di saryarka

Jawaban dari Vova Vasiliev[anak baru]
Radiasi matahari - radiasi elektromagnetik dan sel-sel Matahari

Jawaban dari nasofaring[aktif]
Radiasi matahari - radiasi elektromagnetik dan sel-sel Matahari. radiasi elektromagnetik merambat dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan kecepatan cahaya dan menembus ke dalam atmosfer bumi. Radiasi matahari mencapai permukaan bumi dalam bentuk radiasi langsung dan difus.
Radiasi sinar matahari - sumber utama energi untuk semua proses fisik dan geografis yang terjadi di permukaan bumi dan di atmosfer. Radiasi matahari biasanya diukur dengan aksi termal dan dinyatakan dalam kalori per satuan permukaan per satuan waktu. Secara total, Bumi menerima dari Matahari kurang dari satu dua miliar radiasinya.
Total radiasi matahari diukur dalam kilokalori per sentimeter persegi.
Saat bergerak dari utara ke selatan, jumlah radiasi matahari yang diterima oleh wilayah itu meningkat.
Radiasi matahari adalah radiasi cahaya dan panas dari Matahari.

TUGAS-RES

Bagaimana jumlah total energi yang dipancarkan oleh 1 m 2 permukaan dalam 1 detik ditentukan.JAWABAN Bagaimana jumlah total energi yang dipancarkan oleh 1 m 2 permukaan dalam 1 detik ditentukan E (T) \u003d pada 4

di mana a \u003d 5,67 10 -8 W / (m 2 K 4), T- suhu mutlak benda yang benar-benar hitam pada skala Kelvin. Pola ini disebut oleh hukum radiasi Stefan-Boltzmann didirikan pada abad terakhir atas dasar banyak pengamatan eksperimental dan Stefan, secara teoritis dibuktikan oleh L. Boltzmann, berdasarkan hukum klasik termodinamika dan elektrodinamika radiasi kesetimbangan, dan kemudian, pada awal abad kita, ditemukan bahwa keteraturan ini mengikuti hukum kuantum distribusi energi dalam spektrum radiasi kesetimbangan, yang diturunkan oleh M. Planck.

Metode perhitungan untuk menentukan panjang gelombang m , yang menjelaskan energi radiasi maksimum benda hitam Menurut hukum perpindahan Wien, panjang gelombang m, yang menjelaskan energi radiasi maksimum benda hitam, berbanding terbalik dengan suhu absolut T:

Hukum distribusi kekuatan spektral radiasi benda yang benar-benar hitam ditetapkan oleh Planck, oleh karena itu disebut hukum radiasi Planck. Hukum ini menetapkan bahwa daya radiasi dalam interval satuan panjang gelombang ditentukan oleh suhu T tubuh benar-benar hitam: Lebih-lebih lagi, Penurunan rumus ini, selain asumsi kesetimbangan termodinamika radiasi, didasarkan pada sifat kuantumnya, yaitu energi radiasi dijumlahkan dari energi foton individu dengan energi E h \u003d hv. Perhatikan bahwa itu mewakili energi total yang dipancarkan oleh satu unit permukaan benda yang benar-benar hitam menjadi sudut padat 2π dalam 1 detik, di seluruh rentang frekuensi, dan itu bertepatan dengan hukum Stefan-Boltzmann

Metode perhitungan untuk menentukan massa optik sinar matahari langsung melalui atmosfer Jarak yang ditempuh oleh sinar matahari langsung melalui atmosfer tergantung pada sudut datang (sudut zenith) dan ketinggian pengamat di atas permukaan laut. langit tanpa awan, debu atau polusi udara. Karena batas atas atmosfer tidak ditentukan secara pasti, yang lebih penting daripada jarak yang ditempuh adalah interaksi radiasi dengan gas dan uap atmosfer.Aliran langsung yang biasanya melewati atmosfer pada tekanan normal berinteraksi dengan massa udara tertentu. Meningkatkan panjang jalan dengan insiden miring balok.

Aliran langsung, biasanya melewati atmosfer pada tekanan normal, berinteraksi dengan massa udara tertentu. Meningkatkan panjang jalan dengan insiden miring balok.

massa optik m = detikθz:1-panjang lari, bertambah satu faktor t; 2-kejadian normal Pada sudut z , dibandingkan dengan jalur kejadian normal, disebut massa optik dan dilambangkan dengan simbol t. Dari gambar tersebut, tanpa memperhitungkan kelengkungan permukaan bumi, kita peroleh m=secθz .

Metode perhitungan untuk menentukan intensitas radiasi matahari kosmik (konstanta matahari) S Hai diterima dari Matahari radius bumi R, dan intensitas radiasi matahari kosmik (konstanta matahari) S Hai, maka energi yang diterima dari Matahari adalah R2 (1 - 0)Jadi. Energi ini sama dengan energi yang dipancarkan dalam ruang angkasa Bumi dengan emisivitas = 1 dan suhu rata-rata T e, Karena itu .

Distribusi spektral radiasi panjang gelombang panjang permukaan bumi, diamati dari luar angkasa, kira-kira sesuai dengan distribusi spektral benda hitam mutlak pada suhu 250 K. Radiasi atmosfer menyebar baik menuju permukaan bumi dan di berlawanan arah. Suhu efektif benda hitam bumi sebagai radiator setara dengan suhu di mana lapisan luar atmosfer memancar, dan bukan permukaan bumi.

Metode perhitungan untuk menentukan fluks dan kerapatan energi radiasi matahari Dalam meteorologi, fluks energi radiasi dibagi lagi menjadi radiasi gelombang pendek dengan panjang gelombang 0,2 hingga 5,0 m dan radiasi gelombang panjang dengan panjang gelombang 5,0 hingga 100 m. Aliran radiasi matahari gelombang pendek dibagi menjadi:- lurus;

- tersebar (diffuse); - total Energi matahari W- disebut energi yang dibawa oleh gelombang elektromagnetik. Satuan energi radiasi W dalam sistem internasional satuan SI adalah 1 joule. aliran pancaran e - yang ditentukan oleh rumus: F e \u003d W / t,

di mana W- energi radiasi dari waktu ke waktu t.

Asumsi W = 1 j, t=1 s, kita mendapatkan: 1 SI (F e) \u003d 1 J / 1 detik \u003d 1 W. Kerapatan fluks radiasi radiasi ( fluks radiasi I) yang didefinisikan oleh rumus: di mana F e adalah fluks radiasi yang datang secara seragam pada permukaan S.

Asumsi F e \u003d 1 W, S \u003d 1 m 2, kita menemukan: 1 SI (E e) \u003d 1 W / 1 m 2 \u003d 1 W / m 2.

Rumus perhitungan radiasi matahari langsung dan total

Radiasi matahari langsung-I p mewakili fluks radiasi yang datang dari piringan matahari dan diukur dalam bidang yang tegak lurus terhadap sinar matahari. Radiasi langsung yang datang ke permukaan horizontal (S") dihitung dengan rumus:

S" \u003d saya p sin h, di mana h adalah ketinggian matahari di atas cakrawala. Aktinometer Savinov-Yanishevsky digunakan untuk mengukur radiasi matahari langsung. Radiasi matahari yang tersebar (D) - disebut radiasi yang tiba di permukaan horizontal dari semua titik cakrawala, kecuali piringan Matahari dan zona dekat-matahari dengan radius 5 0, sebagai akibat dari hamburan radiasi matahari oleh molekul gas atmosfer, tetesan air atau awan kristal es dan partikel padat tersuspensi di atmosfer. Total radiasi matahari Q- termasuk insiden radiasi pada bidang horizontal, dari dua jenis: langsung dan menyebar. Q=S"+D(4.7) Radiasi total yang telah mencapai permukaan bumi sebagian besar diserap di lapisan atas, lapisan tanah atau air yang tipis dan diteruskan menjadi panas, dan sebagian dipantulkan.

Tentukan titik-titik utama bola langit Bola surgawi adalah bola imajiner dengan radius sewenang-wenang. Pusatnya, tergantung pada masalah yang dipecahkan, digabungkan dengan satu atau lain titik dalam ruang. Garis tegak lurus memotong permukaan bola langit di dua titik: di atas Z - zenith - dan di bawah Z "- nadir Titik dasar dan lingkaran di bola langit

Tentukan Koordinat Langit SunBasic lingkaran yang relatif terhadap tempat Matahari (penemu) ditentukan adalah cakrawala sejati dan langit koordinat meridian adalah Tinggi matahari (h) dan azimutnya (A) .Posisi Matahari yang tampak di setiap titik di Bumi ditentukan oleh dua sudut ini Sistem koordinat horizontal Ketinggian h Matahari di atas cakrawala – sudut antara arah ke Matahari dari titik pengamatan dan bidang horizontal yang melalui titik ini. Azimuth A dari Matahari - sudut antara bidang meridian dan bidang vertikal yang ditarik melalui titik pengamatan dan Matahari. Sudut zenithZ - sudut antara arah ke zenit (Z) dan arah ke Matahari. Sudut ini melengkapi ketinggian titik balik matahari. h + z = 90. Saat bumi menghadap matahari sisi selatan, azimuth adalah nol, dan tingginya maksimum. Dari sinilah muncul konsep siang, yang diambil sebagai awal dari waktu hitung mundur hari itu (atau paruh kedua hari itu).

Teknik perhitungan penentuan waktu sudut matahari (jam sudut matahari) Waktu matahari sudut (sudut jam Matahari) - mewakili perpindahan sudut Matahari dari tengah hari (1 jam sesuai dengan /12 senang, atau perpindahan sudut 15°). Pergeseran ke Timur dari Selatan (yaitu, nilai pagi) dianggap positif Sudut per jam Matahari bervariasi antara bidang meridian lokal dan meridian matahari. Setiap 24 jam sekali, Matahari memasuki bidang meridional rotasi harian Sudut jam bumi τ berubah pada siang hari dari 0 menjadi 360 o atau 2π rad (radian), dalam 24 jam, dengan demikian, Bumi, bergerak di sepanjang Orbit, berputar pada porosnya dengan kecepatan sudut Jika kita mengambil waktu matahari dari siang yang benar, sesuai dengan momen perjalanan Matahari melalui bidang meridian lokal, maka kita dapat menulis: , hujan es atau senang

Metode Perhitungan untuk Menentukan Deklinasi Matahari deklinasi matahari - Sudut antara arah Matahari dan bidang ekuator disebut deklinasi δ dan merupakan ukuran perubahan musim. Deklinasi biasanya dinyatakan dalam radian (atau derajat) utara atau selatan khatulistiwa. Diukur dari 0 ° hingga 90 ° (positif utara khatulistiwa, negatif selatan).Bumi berputar mengelilingi matahari dalam setahun. Arah poros bumi tetap dalam ruang dengan sudut 0 \u003d 23,5 ° ke normal ke pesawat rotasi, Utara belahan bumi berubah dengan mulus dari 0 = + 23,5 ° selama titik balik matahari musim panas menjadi 0 = -23,5 ° selama titik balik matahari musim dingin. Diperoleh secara analitis hujan es

di mana P- hari dalam setahun ( n= 1 sesuai dengan 1 Januari.Pada ekuinoks δ = 0 , dan titik-titik matahari terbit dan terbenam terletak persis di garis cakrawala timur-barat. Dengan demikian, lintasan Matahari di sepanjang bola langit bukanlah kurva tertutup, tetapi semacam spiral bola, isian permukaan samping bola dalam band - .

Selama setengah tahun musim panas dari 21 Maret hingga 23 September, Matahari berada di atas bidang ekuator di belahan langit utara. Selama setengah tahun musim dingin dari 23 September hingga 21 Maret, Matahari berada di bawah bidang ekuator di belahan langit selatan.

Sumber terpenting dari mana permukaan Bumi dan atmosfer menerima energi panas adalah Matahari. Ini mengirimkan sejumlah besar energi radiasi ke ruang dunia: termal, cahaya, ultraviolet. Gelombang elektromagnetik yang dipancarkan Matahari merambat dengan kecepatan 300.000 km/s.

Pemanasan permukaan bumi bergantung pada sudut datangnya sinar matahari. Semua sinar matahari mengenai permukaan bumi sejajar satu sama lain, tetapi karena bumi memiliki bentuk bola, sinar matahari jatuh pada bagian permukaan yang berbeda pada sudut yang berbeda. Saat Matahari berada di puncaknya, sinarnya jatuh secara vertikal dan Bumi semakin panas.

Totalitas energi radiasi yang dikirim oleh Matahari disebut radiasi sinar matahari, biasanya dinyatakan dalam kalori per luas permukaan per tahun.

Radiasi matahari menentukan rezim suhu troposfer udara bumi.

Perlu dicatat bahwa jumlah total radiasi matahari lebih dari dua miliar kali jumlah energi yang diterima oleh Bumi.

Radiasi yang sampai ke permukaan bumi terdiri dari radiasi langsung dan difus.

Radiasi yang datang ke Bumi langsung dari Matahari dalam bentuk sinar matahari langsung di langit yang tidak berawan disebut lurus. Ini membawa jumlah panas dan cahaya terbesar. Jika planet kita tidak memiliki atmosfer, permukaan bumi hanya akan menerima radiasi langsung.

Namun, melewati atmosfer, sekitar seperempat dari radiasi matahari disebarkan oleh molekul gas dan kotoran, menyimpang dari jalur langsung. Beberapa dari mereka mencapai permukaan bumi, membentuk radiasi matahari yang tersebar. Berkat radiasi yang tersebar, cahaya juga menembus ke tempat-tempat di mana sinar matahari langsung (radiasi langsung) tidak menembus. Radiasi ini menciptakan siang hari dan memberi warna pada langit.

Radiasi matahari total

Semua sinar matahari yang mengenai bumi adalah total radiasi matahari yaitu, totalitas radiasi langsung dan difus (Gbr. 1).

Beras. 1. Total radiasi matahari per tahun

Distribusi radiasi matahari di atas permukaan bumi

Radiasi matahari tersebar tidak merata di seluruh bumi. Tergantung:

1. pada kepadatan dan kelembaban udara - semakin tinggi, semakin sedikit radiasi yang diterima permukaan bumi;

2. dari garis lintang geografis daerah tersebut - jumlah radiasi meningkat dari kutub ke khatulistiwa. Jumlah radiasi matahari langsung tergantung pada panjang jalur yang dilalui sinar matahari melalui atmosfer. Ketika Matahari berada di puncaknya (sudut datangnya sinar adalah 90 °), sinarnya mengenai Bumi dengan cara terpendek dan secara intensif mengeluarkan energinya ke area kecil. Di Bumi, ini terjadi di pita antara 23° LU. SH. dan 23°S sh., yaitu antara daerah tropis. Saat Anda menjauh dari zona ini ke selatan atau utara, panjang jalur sinar matahari meningkat, yaitu, sudut datangnya di permukaan bumi berkurang. Sinar mulai jatuh di Bumi pada sudut yang lebih kecil, seolah-olah meluncur, mendekati garis singgung di wilayah kutub. Akibatnya, aliran energi yang sama didistribusikan ke area yang lebih luas, sehingga jumlah energi yang dipantulkan meningkat. Jadi, di daerah khatulistiwa, di mana sinar matahari jatuh di permukaan bumi dengan sudut 90 °, jumlah radiasi matahari langsung yang diterima oleh permukaan bumi lebih tinggi, dan ketika Anda bergerak ke arah kutub, jumlah ini adalah berkurang tajam. Selain itu, panjang hari pada waktu yang berbeda dalam setahun juga tergantung pada garis lintang daerah tersebut, yang juga menentukan jumlah radiasi matahari yang masuk ke permukaan bumi;

3. dari pergerakan tahunan dan harian Bumi - di lintang tengah dan tinggi, masuknya radiasi matahari sangat bervariasi selama musim, yang dikaitkan dengan perubahan tinggi tengah hari Matahari dan panjang hari;

4. pada sifat permukaan bumi - semakin cerah permukaannya, semakin banyak sinar matahari yang dipantulkan. Kemampuan suatu permukaan untuk memantulkan radiasi disebut albedo(dari lat. putih). Salju memantulkan radiasi dengan sangat kuat (90%), pasir lebih lemah (35%), chernozem bahkan lebih lemah (4%).

Permukaan bumi, menyerap radiasi matahari (radiasi yang diserap), memanas dan memancarkan panas ke atmosfer (radiasi pantul). Lapisan bawah atmosfer sebagian besar menunda radiasi terestrial. Radiasi yang diserap oleh permukaan bumi dihabiskan untuk memanaskan tanah, udara, dan air.

Bagian dari radiasi total yang tersisa setelah pemantulan dan radiasi termal permukaan bumi disebut keseimbangan radiasi. Keseimbangan radiasi permukaan bumi bervariasi selama hari dan musim dalam setahun, tetapi rata-rata untuk tahun itu memiliki nilai positif di mana-mana, dengan pengecualian gurun es di Greenland dan Antartika. Keseimbangan radiasi mencapai nilai maksimumnya pada garis lintang rendah (antara 20°LU dan 20°S) - lebih dari 42*10 2 J/m 2 , pada garis lintang sekitar 60° di kedua belahan berkurang menjadi 8*10 2 - 13 * 10 2 J / m 2.

Sinar matahari memberikan hingga 20% energinya ke atmosfer, yang didistribusikan ke seluruh ketebalan udara, dan oleh karena itu pemanasan udara yang disebabkan olehnya relatif kecil. Matahari memanaskan permukaan bumi, yang mentransfer panas udara atmosfer atas biaya konveksi(dari lat. konveksi- pengiriman), yaitu, gerakan vertikal udara yang dipanaskan di permukaan bumi, di mana lebih dari udara dingin. Ini adalah bagaimana atmosfer menerima sebagian besar panasnya - rata-rata, tiga kali lebih banyak daripada langsung dari Matahari.

Kehadiran karbon dioksida dan uap air tidak memungkinkan panas yang dipantulkan dari permukaan bumi bebas lepas ke luar angkasa. Mereka menciptakan efek rumah kaca, karena itu penurunan suhu di Bumi pada siang hari tidak melebihi 15 ° C. Dengan tidak adanya karbon dioksida di atmosfer, permukaan bumi akan mendingin 40-50 °C dalam semalam.

Sebagai hasil dari pertumbuhan skala aktivitas ekonomi manusia - pembakaran batu bara dan minyak di pembangkit listrik termal, emisi perusahaan industri, peningkatan emisi mobil - kandungan karbon dioksida di atmosfer meningkat, yang mengarah pada peningkatan efek rumah kaca dan mengancam perubahan iklim global.

Sinar matahari, setelah melewati atmosfer, jatuh di permukaan bumi dan memanaskannya, dan, pada gilirannya, melepaskan panas ke atmosfer. Ini menjelaskan fitur yang menonjol troposfer: penurunan suhu udara dengan ketinggian. Tetapi ada kalanya lapisan atas atmosfer lebih hangat daripada lapisan bawah. Fenomena seperti itu disebut inversi suhu(dari lat. inversio - membalik).