Surse de căldură. În viața atmosferei, energia termică joacă un rol decisiv. Principala sursă a acestei energii este Soarele. În ceea ce privește radiația termică a lunii, a planetelor și a stelelor, este atât de nesemnificativ pentru Pământ încât practic nu poate fi luat în considerare. Energia termică mult mai dă căldură internă a Pământului. Conform calculelor geofizicilor, fluxul constant de căldură din interiorul pământului ridică temperatura suprafeței pământului cu 0 °, 1. Dar un astfel de influx de căldură este încă atât de mic încât nu este necesar să se țină seama de el. Astfel, numai Soarele poate fi considerat singura sursă de energie termică pe suprafața Pământului.
Radiația solară. Soarele, care are o temperatură a fotosferei (suprafață radiantă) de aproximativ 6000 °, radiază energia în spațiu în toate direcțiile. O parte din această energie, sub forma unui fascicul imens de raze solare paralele, lovește Pământul. Energia solară, care a ajuns pe suprafața Pământului sub formă de raze directe ale Soarelui, se numește radiație solară directă. Dar nu toate radiația solară este îndreptată spre pământ, ajunge la suprafața pământului, deoarece razele solare care trec printr-un strat gros de atmosferă, este parțial absorbit, parțial împrăștiate de molecule și particule suspendate în aer, unele dintre nori reflectate. Acea parte a energiei solare care este împrăștiată în atmosferă se numește radiație împrăștiată. Rezistența radiațiilor solare se răspândește în atmosferă și ajunge la suprafața Pământului. Avem acest tip de radiații este perceput ca lumina zilei uniformă atunci când Soarele este complet acoperit de nori sau pur și simplu a dispărut în spatele orizontului.
Radiația solară directă și împrăștiată, ajungând la suprafața Pământului, nu este complet absorbită de ea. O parte din radiația solară se reflectă din suprafața pământului înapoi în atmosferă și există sub forma unui flux de raze, așa-numita radiație solară reflectată.
Compoziția radiației solare este foarte complexă, care este asociată cu o temperatură foarte ridicată a suprafeței radiative a Soarelui. Condiționată de-a lungul lungimilor de undă, spectrul radiației solare este împărțit în trei părți: ultraviolete (# 951;<0,4<μ видимую глазом ( η от 0,4μ до 0,76μ) и инфракрасную часть (η>0,76 # 956;). În plus față de temperatura fotosferei solare, compoziția radiației solare în apropierea suprafeței pământului este, de asemenea, afectată de absorbția și dispersia unei părți a razelor soarelui în timp ce acestea trec prin plicul de aer al Pământului. În acest sens, compoziția radiației solare la limita superioară a atmosferei și la suprafața Pământului va fi diferită. Pe baza calculelor teoretice și a observațiilor, se constată că la limita atmosferei, fracția de radiații ultraviolete reprezintă 5%, pentru grinzile vizibile 52% și pentru razele infraroșii 43%. La suprafața pământului (la o altitudine solară de 40 °), razele ultraviolete reprezintă doar 1%, vizibil - 40%, iar razele infraroșii - 59%.
Intensitatea radiației solare. Intensitatea radiației solare directe este cantitatea de căldură în calorii primită în 1 min. din energia radiantă a Soarelui de o suprafață de 1 cm2 situată perpendicular pe razele soarelui.
Pentru a măsura intensitatea radiației solare directe se utilizează instrumente speciale - actinometre și piroliometre; Mărimea radiației împrăștiate este determinată de piramometru. Înregistrarea automată a duratei acțiunii radiației solare se realizează prin actinografe și heliografe. Intensitatea spectrală a radiației solare este determinată de spectrobolograf.
La limita atmosferei, în cazul în care efectul de absorbție și împrăștiere a plicului de aer al Pământului este exclus, intensitatea radiației solare directe este de aproximativ 2 cal / 1 cm2 suprafață per 1 min. Această cantitate se numește constanta solară. Intensitatea radiației solare în 2 calorii pe 1 cm 2 în 1 min. dă atâta căldură pe parcursul întregului an încât ar fi suficient să se topească un strat de gheață în grosime de 35 de metri, dacă un astfel de strat acoperă întreaga suprafață a pământului.
Numeroasele măsurători ale intensității radiației solare dau motive să creadă că cantitatea de energie solară care ajunge la limita superioară a atmosferei Pământului are fluctuații de câteva procente. Oscilațiile sunt periodice și neperiodice, aparent legate de procesele care apar pe Soare însuși.
Fluctuația intensității radiației solare din acest motiv este foarte mică și poate fi doar de interes teoretic. (Cantitatea de energie la distanța maximă se referă la cantitatea de energie la o distanță minimă, cum ar fi 100. 107, adică diferența este complet nesemnificativă.)
dacă la ecuator cantitatea de radiație primită este luată ca 1, apoi pe paralela 60 va fi de 0,5 și la pol va fi 0.
În plus, globul are o mișcare zilnică și anuală, cu axa Pământului înclinată la planul orbitei cu 66 °, 5. În virtutea acestei înclinații între planul ecuatorial și planul orbital 23 formează un unghi de 30 ° F. Acest fapt conduce la faptul că unghiurile de incidență a luminii solare pentru aceleași latitudini vor varia între 47 ° (+ 23.5 23.5) .
Suprafața terestră, în absența atmosferei la diverse latitudini, va primi următoarea cantitate de căldură pe zi, exprimată în calorii pe 1 cm2 (vezi tabelul de la pagina 92).
Distribuția radiației pe suprafața Pământului dată în tabel este denumită de obicei climatul solar. Repetăm că această distribuție a radiației nu există decât la limita superioară a atmosferei.
Slăbirea radiației solare în atmosferă. Până acum, am vorbit despre condițiile de distribuire a căldurii solare deasupra pământului, fără a ține seama de atmosferă. Între timp, atmosfera în acest caz are o mare importanță. Radiația solară, care trece prin atmosferă, are difuzie și, în plus, absorbția. Ambele procese împreună slăbesc în mare măsură radiațiile solare.
Razele soarelui, care trec prin atmosferă, în primul rând difuză experiența (difuzie). Dispersia este creată de faptul că razele de lumină, refractate și reflectate din moleculele de aer și particulele de corpuri solide și lichide care se află în aer, se abate de la calea directă spre într-adevăr "disipată".
Dispersia atenuează puternic radiațiile solare. Cu cantități crescute de vapori de apă și în special particule de praf, dispersia crește și radiația este slăbită. În orașele mari și în zonele de deșert, unde conținutul de praf din aer este mai mare, dispersia slăbește puterea radiațiilor cu 30-45%. Prin difuzie, se obține lumina zilei care luminează obiecte, chiar dacă razele soarelui nu cad direct asupra lor. Dispersia determină chiar culoarea cerului.
Să trecem acum la capacitatea atmosferei de a absorbi energia radiantă a soarelui. Gazele principale care alcătuiesc atmosfera absorb energie relativ puțin radiantă. Impuritățile (vaporii de apă, ozonul, dioxidul de carbon și praful), dimpotrivă, se caracterizează printr-o capacitate mare de absorbție.
În troposferă, cea mai importantă adiție este vaporii de apă. Acestea absorb în special infraroșu (cu undă lungă), adică, raze termice predominant. Și cu cât mai multă vapori de apă în atmosferă, cu atât mai natural și mai natural. absorbție. Cantitatea de vapori de apă din atmosferă este supusă unor mari schimbări. În condiții naturale, acesta variază de la 0,01 la 4% (în volume).
Ozonul este foarte absorbant. Un amestec semnificativ de ozon, așa cum sa menționat deja, se află în straturile inferioare ale stratosferei (deasupra tropopauzei). Ozonul absoarbe aproape complet razele ultraviolete (de scurtă durată).
O mare capacitate de absorbție se distinge de dioxidul de carbon. Acesta absoarbe în principal razele termice cu lungimi lungi, adică, predominant termice.
De asemenea, praful din aer absoarbe o anumită cantitate de radiație solară. Încălzirea prin expunerea la lumina soarelui poate crește în mod semnificativ temperatura aerului.
Din cantitatea totală de energie solară care vine pe Pământ, atmosfera absoarbe doar aproximativ 15%.
Atenuarea radiației solare prin împrăștiere și absorbție de către atmosferă pentru diferite latitudini ale Pământului este foarte diferită. Această diferență depinde în primul rând de unghiul de incidență al razelor. La poziția zenită a soarelui, razele, care coboară vertical, traversează atmosfera în cel mai scurt mod posibil. Cu o scădere a unghiului de incidență, calea razele se prelungește, iar slăbirea radiației solare devine mai semnificativă. Acesta din urmă este văzut clar din desen (tabelul 31) și tabelul atașat (în tabel, magnitudinea căii razei solare la poziția zenit a soarelui este luată ca una).
În funcție de unghiul de incidență al razei, nu numai numărul de raze se schimbă, ci și calitatea acestora. Într-un moment în care Soarele se află la zenit (deasupra capului), razele ultraviolete reprezintă 4% din
vizibil - 44% și infraroșu - 52%. În poziția de soare la orizont, nu există absolut nici o raze ultraviolete, 28% vizibile și infraroșu 72%.
Cu toate acestea, trebuie spus că căldura absorbită de nori duce parțial la încălzirea atmosferei și parțial indirect ajunge la suprafața pământului.
Variații zilnice și anuale ale intensității radiației solare. Intensitatea radiației solare directe la suprafața Pământului depinde de înălțimea Soarelui deasupra orizontului și de starea atmosferei (de praf). Dacă numai. transparența atmosferei în timpul zilei a fost constantă, intensitatea maximă a radiației solare ar fi observată la prânz și minimul la răsărit și la apus. În acest caz, graficul intensității zilnice a radiației solare ar fi simetric în jur de o jumătate de zi.
Suma de căldură a radiației solare. Suprafața Pământului în timpul zilei primește în mod continuu căldură de la radiația solară directă și împrăștiată sau numai de la radiațiile împrăștiate (în vremea tulbure). Determinați valoarea zilnică a căldurii pe baza observațiilor actinometrice: luând în considerare cantitatea de radiații directe și împrăștiate primite pe suprafața pământului. Determinarea cantității de căldură pentru fiecare zi, calculați cantitatea de căldură primită de suprafața pământului pentru o lună sau un an.
Cantitatea zilnică de căldură primită de suprafața pământului de radiația solară depinde de intensitatea radiației și de durata acțiunii sale în timpul zilei. În acest sens, fluxul minim de căldură este în timpul iernii, iar maximul pentru vară. În distribuția geografică a radiației totale pe glob, se observă creșterea acesteia cu latitudinea descrescătoare a terenului. Această poziție este confirmată de următorul tabel.
Rolul radiațiilor directe și împrăștiate în cantitatea anuală de căldură primită de suprafața pământului la diferite latitudini ale globului nu este aceeași. La latitudini mari, radiația împrăștiată predomină în suma anuală a căldurii. Cu o scădere a latitudinii, valoarea predominantă trece la radiația solară directă. De exemplu, în Golful Tikhaya, radiația solară împrăștiată oferă 70% din cantitatea anuală de căldură, iar radiația directă este de numai 30%. În Tashkent, dimpotrivă, radiația solară directă oferă 70%, împrăștiate doar cu 30%.
Reflectivitatea Pământului. Albedo. După cum sa arătat deja, suprafața Pământului absoarbe doar o parte a energiei solare, venind la ea sub formă de radiații directe și împrăștiate. Cealaltă parte se reflectă în atmosferă. Raportul dintre cantitatea de radiație solară reflectată de o suprafață dată și valoarea fluxului de energie radiantă care intră pe această suprafață se numește albedo. Albedo-ul este exprimat în procente și caracterizează reflexia unei suprafețe date.
Albedo depinde de natura suprafeței (proprietățile solului, prezența zăpezii, vegetației, apei etc.) și magnitudinea unghiului de incidență a razelor soarelui de pe suprafața Pământului. De exemplu, dacă razele cad pe suprafața pământului la un unghi de 45 °, atunci:
Din exemplele date, se poate observa că reflexia diferitelor obiecte nu este aceeași. Este mai mult decât zăpadă și, cel mai puțin, aproape de apă. Cu toate acestea, exemplele pe care le-am luat se referă numai la cazurile în care înălțimea soarelui deasupra orizontului este de 45 °. Pe măsură ce unghiul scade, reflectivitatea crește. De exemplu, în funcție de înălțimea Soarelui la 90 °, apa reflectă numai 2%, la 50 ° - 4%, la 20 ° -12%, la 5 ° -35-70% (în funcție de starea suprafeței apei).
În medie, cu un cer neclar, suprafața globului reflectă 8% din radiația solară. În plus, 9% reflectă atmosfera. Astfel, globul în ansamblu, cu un cer fără furtună, reflectă 17% din energia radiantă a soarelui care a survenit asupra lui. Dacă cerul este acoperit de nori, atunci 78% din radiații se reflectă din ele. Dacă luăm în considerare condițiile naturale, bazate pe relația dintre cerul neclintit și cerul acoperit de nori, care este de fapt observat, atunci reflectanța Pământului în ansamblu este de 43%.
Pământ și radiații atmosferice. Pământ, care primește energie solară, se încălzește și devine o sursă de radiație de căldură în spațiul mondial. Cu toate acestea, razele emise de suprafața pământului sunt puternic diferite de razele solare. Pământul radiază doar undă lungă (# 955; 8-14 # 956; invizibile în raze infraroșii (termice). Energia radiată de suprafața pământului se numește radiație terestră. Radiația Pământului apare și. zi și noapte. Intensitatea radiației este mai mare cu cât este mai mare temperatura corpului radiant. Radiația terestră este determinată în aceleași unități ca radiația solară, adică în calorii de la 1 cm2 de suprafață în 1 min. Observațiile au arătat că magnitudinea radiațiilor terestre este mică. De obicei ajunge la 15-18 sute de calorii. Dar, acționând în mod continuu, poate produce un efect termic semnificativ.
Cea mai puternică radiație terestră este obținută cu un cer neclar și o bună transparență a atmosferei. Nori (în special nori mici) reduc în mod semnificativ radiațiile terestre și adesea o reduc la zero. Aici puteți spune că atmosfera cu norii este o "pătură" bună, protejând Pământul de răcirea excesivă. Părți ale atmosferei, ca părți ale suprafeței pământului, radiază energia în funcție de temperatura lor. Această energie se numește radiație atmosferică. Intensitatea radiației atmosferice depinde de temperatura porțiunii radiative a atmosferei, precum și de cantitatea de vapori de apă și de dioxid de carbon conținute în aer. Radiația atmosferică aparține trupei de radiații cu unde lungi. Se răspândește în atmosferă în toate direcțiile; o parte dintre ele ajunge la suprafața pământului și este absorbită de ea, cealaltă parte intră în spațiul interplanetar.
La sosirea și consumul energiei Soarelui de pe Pământ. Suprafața Pământului, pe de o parte, primește energie solară sub formă de radiații directe și împrăștiate și, pe de altă parte, pierde o parte din această energie sub formă de radiații terestre. Ca urmare a sosirii și consumului de energie solară, se obține un rezultat. În unele cazuri, acest rezultat poate fi pozitiv, în altele negativ. Dăm exemple din ambele.
Din exemplele de mai sus, printre altele, este destul de clar de ce în latitudinile temperate este rece în timpul iernii și cald vara.
Utilizarea radiației solare în scopuri tehnice și casnice. Radiația solară este o sursă naturală de energie inepuizabilă. La valoarea energiei solare din lume poate fi văzut în acest exemplu: dacă, de exemplu, pentru a utiliza căldura de radiație solară, numai 1/10 din Union Square Sovietice care se încadrează, puteți obține o energie egală cu activitatea de 30 de mii de DnieproGES ..
Oamenii au căutat mult timp să folosească energia liberă a radiației solare pentru nevoile lor. Până în prezent, a creat o mulțime de diferite unități geliotehnicheskih de lucru cu privire la utilizarea radiației solare și mai mult utilizate în industrie și pentru a satisface nevoile casnice. În servicii industriale și municipale URSS din sud, bazate pe utilizarea largă a radiației solare funcționează de încălzire a apei solare, boilere, desalinizarea apei sărate, geliosushilki (pentru uscare de fructe), bucatarie, baie, sere, aparate pentru scopuri terapeutice. utilizate pe scară largă în stațiunile de radiații solare pentru tratament și promovarea sănătății.
Trimiteți-le prietenilor: