Evaluación de la energía solar de radiación. Edificio, radiación y evolución del sol Agregue su precio al comentario de la base de datos.
La Tierra obtiene de las heces de fuego de 1,36 * 10V24 por año. En comparación con esta cantidad de energía el resto. energía radiante En la superficie de la tierra es insignificante pequeño. Entonces, la energía radiante de las estrellas es de cien estaca. energía solar, radiación espacial - Dos mil millones de dólares, el calor interior de la Tierra en su superficie es igual a uno de cinco milésimas de calor solar.
Radiación del sol - radiación solar - Es la principal fuente de energía de casi todos los procesos que se producen en la atmósfera, la hidrosfera y en las capas superiores de la litosfera.
Para una unidad de medición de la intensidad de la radiación solar, la cantidad de calorías de calor, absorbe 1 cm2 de una superficie absolutamente negra, perpendicular a la dirección de la luz solar, por 1 minuto (Cal / CM2 * min).
El flujo de energía radiante del sol, alcanzando. atmósfera terrenalDiferentes con gran consistencia. Su intensidad se llama constante solar (IO) y toma en promedio igual a 1.88 kcal / cm2 min.
El valor de la constante solar varía según la distancia de la Tierra desde el sol y de la actividad solar. Sus fluctuaciones durante un año son de 3.4-3.5%.
Si los rayos del sol se detuvieron en todas partes en la superficie del suelo, luego en ausencia de una atmósfera y en la constante solar 1.88 kal / cm2 * min, cada centímetro cuadrado lo recibiría por año 1000 kcal. Debido al hecho de que la Tierra es un interruptor de bolas, esta cantidad disminuye 4 veces y 1 kV. CM recibe un promedio de 250 kcal por año.
La cantidad de radiación solar obtenida por la superficie depende del ángulo de gotas de los rayos.
La cantidad máxima de radiación toma la superficie perpendicular a la dirección de los rayos del sol, porque en este caso toda la energía se distribuye al sitio con una sección transversal igual a la sección transversal de los rayos de haz - a. Con la caída inclinada del mismo haz de rayos, la energía se distribuye a un área grande (sección B) y la unidad de superficie recibe una cantidad menor. Cuanto menos el ángulo de gotas de los rayos, menor será la intensidad de la radiación solar.
La dependencia de la intensidad de la radiación solar en el ángulo de la caída de los rayos se expresa por la fórmula:
I1 \u003d i0 * sin h
donde I0 es la intensidad de la radiación solar durante un rayo cayendo. Fuera de la atmósfera - constante solar;
I1 es la intensidad de la radiación solar en la caída de los rayos del sol en ángulo H.
I1 en tantas veces menos que i0, cuántas veces la sección transversal es menor que la sección transversal.
La Figura 27 muestra que A / B \u003d pecado A.
El ángulo de caer la luz del sol (la altura del sol) es igual a 90 ° solo en latitudes de 23 ° 27 "con. Hasta 23 ° 27" Yu. (es decir, entre los trópicos). En las otras latitudes, siempre es inferior a 90 ° (Tabla 8). Por consiguiente, la intensidad de la radiación solar que ingresa a la superficie en diferentes latitudes debe disminuir, respectivamente, la intensidad de la caída en los rayos debe reducirse. Dado que durante el año y durante el día, la altura del sol no permanece constante, la cantidad de calor solar obtenido por la superficie está cambiando continuamente.
La cantidad de radiación solar obtenida por la superficie es directamente dependiente. desde la duración de la iluminación con sus rayos solares.
EN zona ecuatorial Fuera de la atmósfera, la cantidad de calor solar durante el año no experimenta grandes oscilaciones, mientras que en latitudes altas estas oscilaciones son muy altas (ver Tabla 9). EN invierno Las diferencias en la llegada del calor solar entre latitudes altas y bajas son particularmente significativas. En el verano, en condiciones de iluminación continuas, las áreas polares obtienen la cantidad máxima de calor solar por día en la Tierra. En un día solsticio de verano En el hemisferio norte, es un 36% más alto que las cantidades diarias de calor en el ecuador. HO Dado que la duración del día en el ecuador no es las 24 horas (como en ese momento en el polo), y 12 horas, la cantidad de radiación solar por unidad de tiempo en el ecuador sigue siendo la más grande. El máximo de verano de la cantidad diaria de calor solar, observado alrededor de 40-50 ° de latitud, se asocia con una duración relativamente grande del día (más de 10-20 ° de latitud en ese momento) a una altura considerable del sol. Diferencias en la cantidad de calor obtenido por los distritos ecuatoriales y polares, en verano menos que en invierno.
El hemisferio sur en el verano recibe más calor que el norte, en invierno, por el contrario (afecta el cambio en la distancia de la tierra desde el sol). Y si la superficie de ambos hemisferios fue completamente homogénea, las amplitudes anuales de las fluctuaciones de temperatura en el hemisferio sur serían más que en el norte.
Radiación solar En la atmósfera subyacta cambios cuantitativos y cualitativos.
Incluso lo perfecto, seco y limpio, la atmósfera absorbe y disipa los rayos, reduciendo la intensidad de la radiación solar. El efecto de debilitamiento de la atmósfera real que contiene vapor de agua y impurezas sólidas, tanta radiación es mucho más grande que la perfecta. La atmósfera (oxígeno, ozono, dióxido de carbono, polvo y vapor de agua) absorbe principalmente los rayos ultravioleta e infrarrojos. La energía radiante del sol pasó a otros tipos de energía: térmica, química, etc. En general, la absorción debilita la radiación solar en un 17-25%.
Las moléculas de la atmósfera son disipadas por los rayos con ondas relativamente cortas, púrpura, azul. Esto se explica por el color azul del cielo. Impurezas igualmente dispersas de rayos con olas de diversas longitudes. Por lo tanto, con un contenido significativo de ellos, el cielo adquiere un tono de puta.
Gracias a la dispersión y el reflejo de la atmósfera de la luz solar, hay una iluminación de luz del día en días nublados, los objetos en la sombra son visibles, se produce el fenómeno crepuscular.
Cuanto más largo sea el camino del haz en la atmósfera, mayor será el grosor de ella, debe pasar y cuanto más significativamente se debilite la radiación solar. Por lo tanto, con la elevación del efecto de la atmósfera en la radiación disminuye. La longitud de los rayos solares en la atmósfera depende de la altura del sol. Si toma la longitud del camino de la viga solar en la atmósfera a una altura de 90 ° (m), la relación entre la altura del sol y la longitud de la trayectoria del haz en la atmósfera será la misma que se muestra en la tabla. diez.
El debilitamiento general de la radiación en la atmósfera a cualquier altura del sol puede expresarse por la Fórmula BUGA: IM \u003d I0 * PM, donde soy la intensidad de la radiación solar en la superficie de la Tierra en la atmósfera; I0 - constante solar; M - El camino de la viga en la atmósfera; A la altura del sol, 90 ° es igual a 1 (la masa de la atmósfera), P es el coeficiente de transparencia (número fraccional que indica qué proporción de radiación alcanza la superficie en m \u003d 1).
Con la altura del sol, 90 °, con m \u003d 1, la intensidad de la radiación solar en la superficie de la Tierra I1 en r veces menos que IO, es decir, I1 \u003d io * p.
Si la altura del sol es inferior a 90 °, entonces t Siempre más grande 1. La ruta del haz solar puede consistir en segmentos de cojeración, cada uno de los cuales es 1. La intensidad de la radiación solar en el límite entre la primera (AA1). y el segundo (A1A2) Los segmentos I1 son iguales, obviamente, IO * P, intensidad de radiación después de pasar el segundo segmento I2 \u003d i1 * p \u003d i0 p * p \u003d i0 p2; I3 \u003d i0p3 a t. D.
La transparencia de la atmósfera es inconstante y desigual en diferentes condiciones. La relación de la transparencia de la atmósfera real a la transparencia del ambiente ideal es un factor de turbidez, siempre más unidades. Depende del contenido de vapor de agua y polvo en el aire. Con incremento latitud geográfica Disminución del factor de la turbidez: en latitudes de 0 a 20 ° C. sh. Es igual a un promedio de 4.6, en latitudes de 40 a 50 ° C. sh. - 3.5, en latitudes de 50 a 60 ° C. sh. - 2.8 y en latitudes de 60 a 80 ° C. sh. - 2.0. En latitudes moderadas, el factor de turbidez en el invierno es menor que en el verano, en la mañana menos que el día. Con una altura, disminuye. Cuanto mayor sea el factor de la turbidez, mayor será el debilitamiento de la radiación solar.
Distinguir radiación soleada recta, dispersa y total.
Una porción de radiación solar que penetra a través de la atmósfera a la superficie de la Tierra es la radiación directa. Una parte de la dispersión de la radiación La atmósfera se convierte en radiación dispersada. Toda la radiación solar que viene a la superficie de la Tierra, recta y dispersada, se llama radiación total.
La relación entre la radiación recta y dispersa varía en grandes límites, dependiendo de la nubosidad, el polvo de la atmósfera, así como de la altura del sol. Con un cielo despejado, la proporción de radiación dispersada no supera el 0,1%, con el cielo de la nube, la radiación dispersa puede ser más directa.
A una altura baja del sol, la radiación total consiste casi completamente en dispersos. Con la altura del sol, 50 ° y el cielo claro, la proporción de radiación dispersada no supera el 10-20%.
Los mapas de valores promedio anuales y mensuales de la radiación total le permiten notar las leyes básicas en su distribución geográfica. Las cantidades anuales de radiación total se distribuyen principalmente en la zona. La mayor cantidad anual de radiación total toma la superficie en los desiertos intra-motores tropicales (azúcar oriental y parte central de Arabia). Una notable disminución en la radiación total en el ecuador es causada por alta humedad y gran nubosidad. En el Ártico, la radiación total es de 60-70 kcal / cm2 por año; En la Antártida debido a la repetibilidad frecuente. días claros Y la mayor transparencia de la atmósfera es algo más.
En junio, las mayores cantidades de radiación reciben el hemisferio norte, y especialmente las áreas intracrópicas tropicales y subtropicales. La suma de la radiación solar obtenida por la superficie en latitudes moderadas y polares. hemisferio norte, hay poca diferencia debido a la duración principal del día en las zonas polares. Zonalidad en la distribución de la radiación total sobre. Continentes en el hemisferio norte y latitudes tropicales. hemisferio sur Casi no se expresa. Se manifiesta mejor en el hemisferio norte sobre el océano y se pronuncia claramente en las latitudes incentrópicas del hemisferio sur. En el círculo polar sur, la cantidad de radiación solar total se acerca a 0.
En diciembre, las mayores cantidades de radiación vienen al hemisferio sur. La superficie de hielo altamente mentira de la Antártida con gran transparencia del aire recibe significativamente más que la radiación total que la superficie del Ártico en junio. Muchos calidez en los desiertos (calahari, gran australiano), pero debido a la mayor oceeguridad del hemisferio sur (el efecto de la alta humedad del aire y la nubesidad), la cantidad de ella es algo menos que en junio en las mismas latitudes del norte. hemisferio. En las latitudes ecuatoriales y tropicales del hemisferio norte, la radiación total varía relativamente poco, y la zonalidad en su distribución se expresa claramente solo al norte del norte del trópico. Con la creciente latitud, la radiación total se reduce rápidamente, su aislamiento cero pasa varios al norte del círculo polar norte.
La radiación solar total, cayendo sobre la superficie de la tierra, se refleja parcialmente a la atmósfera. Se llama la proporción de la cantidad de radiación reflejada de la superficie a la cantidad de radiación que cae en esta superficie se llama albedo. Albedo caracteriza la reflectividad de la superficie.
El albedo de la superficie de la Tierra depende de su estado y de propiedades: colores, humedad, rugosidad, etc. La mayor reflectividad tiene la mayor nieve (85-95%). Una superficie de agua tranquila con una caída escarcha con rayos solares, refleja solo el 2-5%, y con un sol bajo de pie, casi todos los rayos cayendo en él (90%). Albedo de Chernozem seco - 14%, mojado - 8, bosques - 10-20, vegetación del prado - 18-30, superficie desierto de arena - 29-35, superficies hielo marino - 30-40%.
Gran superficie de hielo Albedo, especialmente cubierta con nieve fresca (hasta el 95%) - Causa temperaturas bajas En las áreas polares en el verano, cuando la llegada de la radiación solar es significativa allí.
Radiación de la superficie y la atmósfera de la Tierra. Cualquier cuerpo, que tiene una temperatura por encima de cero absoluto (más menos 273 °), emite energía radiante. La capacidad de difusión total de un cuerpo absolutamente negro es proporcional al cuarto grado de su temperatura absoluta (T):
E \u003d σ * T4 KCAL / CM2 por minuto (Ley de Stephen - Boltzmann), donde σ es un coeficiente permanente.
Cuanto mayor sea la temperatura cuerpo emisorCuanto más corta la longitud de las olas de los rayos nm emitidos. Sol hablado envía al espacio radiación de onda corta. La superficie de la tierra que absorbe la radiación solar de onda corta que absorbe la superficie y también se convierte en la fuente de radiación (radiación de la Tierra). HO, ya que la temperatura de la superficie de la Tierra no excede varias docenas de grados, su la radiación es de onda larga, invisible.
La radiación de la Tierra se retrasa en gran medida por una atmósfera (vapor de agua, dióxido de carbono, ozono), pero los rayos con una longitud de onda de 9-12 MK están dejando libremente la atmósfera, y por lo tanto la tierra pierde parte del calor.
La atmósfera, absorbiendo una porción de radiación solar que pasa a través de ella y más de la mitad de la tierra, sí emite energía y en espacio mundialy a la superficie de la tierra. La radiación atmosférica, dirigida hacia la superficie de la Tierra hacia la tierra, se llama contador de radiación. Esta es la radiación, como la tierra terrenal, larga, invisible.
En la atmósfera hay dos flujos de radiación de onda larga: la radiación de la superficie de la tierra y la radiación de la atmósfera. La diferencia entre ellos, determinando la pérdida real del calor de la superficie de la Tierra, se llama radiación efectiva. La radiación efectiva es mayor, cuanto mayor sea la temperatura de la superficie radiante. La humedad del aire reduce la radiación eficiente, sus nubes reducen enormemente.
El mayor valor de las cantidades anuales de radiación efectiva se observa en desiertos tropicales - 80 kcal / cm2 por año - gracias altas temperaturas Superficies, sequedad de aire y claridad del cielo. En el ecuador, con una gran humedad del aire, la radiación efectiva es de solo 30 kcal / cm2 por año, y su valor para sushi y para el océano es muy diferente. La radiación más alta eficiente en las zonas polares. En latitudes moderadas, la superficie de la Tierra pierde aproximadamente la mitad de la cantidad de calor que recibe de la absorción de radiación total.
La capacidad de la atmósfera para saltar la radiación de onda corta del sol (radiación directa y dispersada) y retrasar la radiación de onda larga de la tierra se denomina efecto invernadero (invernadero). Gracias al efecto de orangene. temperatura media La superficie de la Tierra es de + 16 °, en ausencia de la atmósfera, sería -22 ° (38 ° a continuación).
Saldo de la radiación (radiación residual). La superficie de la Tierra al mismo tiempo recibe radiación y la da. La llegada de la radiación es la radiación solar total y la radiación que se aproxima de la atmósfera. El consumo es un reflejo de la luz solar de la superficie (albedo) y su propia radiación de la superficie de la tierra. La diferencia entre la llegada y el caudal. balance de radiación o radiación residual. La magnitud del balance de radiación está determinada por la ecuación.
R \u003d q * (1-α) - i,
donde P es la radiación solar total que viene por una unidad de la superficie; α - albedo (fracción); I - Radiación efectiva.
Si la llegada es más cara, el saldo de la radiación es positivo, si la llegada es menor consumo, el saldo es negativo. Por la noche, en todas las latitudes, el saldo de la radiación es negativo, por la tarde hasta mediodía, positivo en todas partes, excepto por altas latitudes en invierno; Después del mediodía, de nuevo negativo. En promedio, el balance de radiación puede ser positivo y negativo (Tabla 11).
En el mapa de las sumas anuales del balance de radiación de la superficie de la Tierra, un cambio brusco en la posición del aislamiento es visible cuando los mueven desde sushi hasta el océano. Como regla general, el balance de radiación de la superficie del océano excede el balance de radiación de sushi (el efecto del albedo y la radiación eficiente). Distribución del saldo de la radiación en general zonal. En el océano en latitudes tropicales, las magnitudes anuales del balance de radiación alcanzan 140 kcal / cm2 (mar árabe) y no exceden 30 kcal / cm2 en la frontera hielo flotante. Las desviaciones de la distribución zonal del equilibrio de radiación en el océano son insignificantes y causadas por la distribución de las nubes.
En la tierra en latitudes ecuatoriales y tropicales, los valores anuales de balance de radiación se cambian de 60 a 90 kcal / cm2, dependiendo de las condiciones de humedad. Las mayores cantidades anuales de balance de radiación se observan en áreas donde el albedo y la radiación eficiente son relativamente pequeños (bosques tropicales húmedos, sabana). La menor importancia está muy húmeda (más nublada) y en áreas muy secas (radiación de gran eficiencia). En latitudes moderadas y altas, la magnitud anual del balance de radiación disminuye con la creciente latitud (el efecto de reducir la radiación total).
Las cantidades anuales de balance de radiación sobre las áreas centrales de la Antártida son negativas (varias calorías por 1 cm2). En el Ártico, los valores de estos valores están cerca de cero.
En julio, el balance de radiación de la superficie de la Tierra en una parte significativa del hemisferio sur es negativo. La línea de balance de cero pasa entre 40 y 50 °. sh. El valor más alto de la magnitud del balance de radiación se alcanza en la superficie del océano en las latitudes tropicales del hemisferio norte y en la superficie de algunos mar marino, por ejemplo, negro (14-16 kcal / cm2 por mes).
En enero, la línea de balance de cero se encuentra entre 40 y 50 ° C. sh. (Sobre los océanos, se eleva ligeramente hacia el norte, sobre los continentes, desciende hacia el sur). Una parte significativa del hemisferio norte tiene un saldo de radiación negativa. Los mayores valores del balance de radiación están limitados a las latitudes tropicales del hemisferio sur.
En promedio, durante el año, el balance de radiación de la superficie de la Tierra es positivo. En este caso, la temperatura de la superficie no aumenta, pero permanece aproximadamente constante, lo que se puede explicar solo por el gasto continuo de exceso de calor.
El balance de radiación de la atmósfera está formado por radiación solar y tierra absorbida por ella, por un lado, y la radiación atmosférica en la otra. Siempre es negativo, ya que la atmósfera absorbe solo una parte menor de la radiación solar, y se irradia casi tanto como la superficie.
El balance de radiación de la superficie y la atmósfera juntos, en su conjunto, para toda la tierra para el año es igual al cero promedio, pero en las latitudes puede ser positivo y negativo.
La consecuencia de dicha distribución del balance de radiación debe ser la transferencia de calor en la dirección del ecuador a los polos.
Balance térmico. El saldo de la radiación es el componente más importante del balance térmico. La ecuación de equilibrio térmico de la superficie muestra cómo la energía entrante de la radiación solar se convierte en la superficie de la Tierra:
donde r es el saldo de la radiación; Le - Costos de calor para la evaporación (L - Calor oculto de la vaporización, E - Evaporación);
P es un intercambio de calor turbulento entre la superficie y la atmósfera;
A es el intercambio de calor entre la superficie y las capas subyacentes del suelo o el agua.
El balance de radiación de la superficie se considera positivo si la radiación absorbida por la superficie excede la pérdida de peso, y negativa, si no los llena. Todos los demás miembros del balance de calor se consideran positivos si la pérdida de calor se debe a su superficie (si corresponden al consumo de calor). Porque. Todos los miembros de la ecuación pueden variar, el balance de calor se rompe todo el tiempo y vuelve a restaurar.
La superficie del balance térmico de la superficie se discute anteriormente, ya que algunos no se toman en cuenta a algunos menores, pero en condiciones específicas adquieren importante Factores, como la liberación de calor durante la congelación, su consumo para fusión, etc.
El balance de calor de la atmósfera consiste en el equilibrio de la radiación de la ARTPOSPEMENTA AR, el calor proveniente de la superficie, PA, el calor liberado en la atmósfera durante la condensación, LE y la transferencia horizontal de calor (advección) AA. El balance de radiación de la atmósfera es siempre negativo. La afluencia de calor como resultado de la condensación de la humedad y la magnitud del intercambio de calor turbulento es positivo. La advección de calor conduce en promedio para el año en transferirlo desde bajas latitudes a altas: por lo tanto, significa consumo de calor en latitudes bajas y su llegada a lo alto. En una salida a largo plazo, el balance de calor puede expresarse por la Ecuación RA \u003d PA + Le.
El balance térmico de la superficie y la atmósfera, en conjunto, en el promedio a largo plazo es 0 (Fig. 35).
Para el 100% adoptó el valor de la radiación solar que llega a la atmósfera del año (250 kcal / cm2). La radiación solar, penetrante en la atmósfera, que se refleja parcialmente de las nubes y las hojas que más allá de los límites de la atmósfera, 38%, absorbida parcialmente por la atmósfera, 14% y parcialmente en forma de radiación solar directa alcanza la superficie del suelo - 48% . De 48%, que se han reducido a la superficie, se absorben el 44%, y se refleja el 4%. Por lo tanto, el albedo de la tierra es del 42% (38 + 4).
La radiación absorbida por la superficie de la Tierra se consume de la siguiente manera: el 20% se pierde a través de una radiación eficiente, el 18% se gasta en la evaporación de la superficie, del 6%, para calentar el aire en el intercambio de calor turbulento (total del 24%). El consumo de calor con saldos de superficie su llegada. El calor obtenido por la atmósfera (14% directamente desde el sol, el 24% de la superficie de la Tierra), junto con la radiación efectiva de la Tierra, se envía al espacio mundial. El albedo de la Tierra (42%) y la radiación (58%) equilibran el flujo de radiación solar a la atmósfera.
RADIACIÓN SOLAR
RADIACIÓN SOLAR - Radiación electromagnética y corpuscular del sol. La radiación electromagnética se propaga en forma de ondas electromagnéticas a la velocidad de la luz y penetra en la atmósfera de la Tierra. Hasta la superficie de la Tierra, la radiación solar alcanza en forma de radiación directa y dispersada.
La radiación solar es la principal fuente de energía para todos los procesos físico-geográficos que se producen en la superficie de la Tierra y en la atmósfera (ver insolación). La radiación solar generalmente se mide por su acción térmica y se expresa en calorías por unidad de superficie por unidad de tiempo. En total, la Tierra recibe menos de una radiación de dos mil millones del sol.
El rango espectral de la radiación electromagnética del sol es muy amplia, desde las ondas de radio hasta las radiografías, sin embargo, el máximo de su intensidad cae en la parte visible (verde amarillo) del espectro.
También hay una porción corpuscular de radiación solar, que consiste principalmente en los protones que se mueven del sol con una velocidad de 300-1500 km / s (viento solar). Durante las llamaradas solares, también se forman partículas de energías grandes (principalmente protones y electrones) que forman el componente solar de los rayos cósmicos.
La contribución de energía del componente corpuscular de la radiación solar en su intensidad general es pequeña en comparación con el electromagnético. Por lo tanto, en una serie de aplicaciones, el término "radiación solar" se usa en un sentido estrecho, lo que significa solo su parte electromagnética.
La cantidad de radiación solar depende de la altura del sol, la época del año, la transparencia de la atmósfera. Para medir la radiación solar, se sirven actinometres y pyglemetes. La intensidad de la radiación solar generalmente se mide por su acción térmica y se expresa en calorías por unidad de superficie por unidad de tiempo.
La radiación soleada afecta firmemente al suelo solo durante el día, definitivamente, cuando el sol está por encima del horizonte. Además, la radiación solar es muy fuerte cerca de los polos, durante el período de los días polares, cuando el sol incluso a la medianoche está por encima del horizonte. Sin embargo, en el invierno en los mismos lugares, el sol no se eleva por encima del horizonte, y por lo tanto no afecta a la región. La radiación solar no está bloqueada por las nubes, y por lo tanto, la aeronave se ingresa igualmente en el suelo (con la adición inmediata del sol sobre el horizonte). La radiación soleada es una combinación del color amarillo brillante del sol y el calor, el calor pasa y a través de las nubes. La radiación solar se transmite a la Tierra por radiación, y no por el método de conductividad térmica.
La cantidad de radiación obtenida por el cuerpo celestial depende de la distancia entre el planeta y la estrella, con un aumento en la distancia por la mitad de la cantidad de radiación que proviene de la estrella al planeta disminuye de la cuarta (en proporción a la distancia cuadrada entre el Planeta y la estrella). Por lo tanto, incluso pequeños cambios en la distancia entre el planeta y la estrella (dependerán del excentrista de la órbita) conducen a un cambio significativo en la cantidad de radiación entrante en el planeta. Las excéntricas de la órbita terrestre tampoco son permanentes, en el Milenio, cambian, formando periódicamente el círculo casi perfecto, a veces un excéntrico alcanza el 5% (ahora es igual al 1,67%), es decir, en los periheliales recibe la tierra. Actualmente, 1.033 más radiación solar que en Aflia, y con la mayor excentritis, más de 1.1 veces. Sin embargo, mucho más fuerte, la radiación solar entrante dependerá del turno de la época del año, actualmente, la cantidad total de radiación solar que viene a la tierra permanece casi sin cambios, pero en las latitudes de 65 S.sh (la latitud de la Ciudades del norte de Rusia, Canadá) En verano, el número de radiación solar entrante más del 25% más que en invierno. Esto se debe al hecho de que la Tierra hacia el sol se inclina en un ángulo de 23.3 grados. Los cambios de invierno y verano se compensan mutuamente, pero sin embargo, el ancho del lugar de observación se está convirtiendo cada vez más en una brecha entre el invierno y el verano, por lo que no hay diferencia en el ecuador entre el invierno y en el verano. Para el verano circular polar, el flujo de radiación solar es muy alta, y en invierno es muy pequeño. Forma el clima en la Tierra. Además, los cambios periódicos en la excentrencia de la Tierra pueden llevar a varias épocas geológicas: por ejemplo,
Conferencia 2.
RADIACIÓN SOLAR.
Plan:
1. El valor de la radiación solar para la vida en la Tierra.
2. Tipos de radiación solar.
3. Composición espectral de la radiación solar.
4. Absorción y dispersión de la radiación.
5.Far (radiación fotosintéticamente activa).
6. Saldo de la radiación.
1. La principal fuente de energía en la Tierra para todos los vivos (plantas, animales y humanos) es la energía del sol.
El sol es una bola de gas con un radio de 695300 km. El radio del sol es 109 veces mayor que el radio de la Tierra (Ecuatorial 6378,2 km, el Polar 6356.8km). El sol consiste principalmente en hidrógeno (64%) y helio (32%). El resto del resto representa solo el 4% de sus masas.
La energía solar es la condición principal para la existencia de la biosfera y uno de los principales factores que forman el clima. Debido a la energía del sol, las masas de aire en la atmósfera se mueven continuamente, lo que garantiza la constancia de la composición de gas de la atmósfera. Bajo la influencia de la radiación solar, se evapora una gran cantidad de agua de la superficie de los cuerpos de agua, los suelos, las plantas. El vapor de agua, transferido por el viento de los océanos y los mares en el continente, es la principal fuente de precipitación para sushi.
La energía solar es una condición indispensable para la existencia de plantas verdes que transforman la energía solar en sustancias orgánicas de alta energía en el proceso de fotosentésis.
El crecimiento y desarrollo de las plantas es el proceso de asimilación y procesamiento de la energía solar, por lo que la producción agrícola es posible solo bajo la condición de la energía solar a la superficie de la tierra. Científico ruso escribió: "Dale al mejor cocinero tanto como quieras aire fresco, la luz del sol, un río entero agua limpia, Pídete que te hagas azúcar, almidón, grasas y grasas de todo esto, y él decidirá que te ríes de él. Pero lo que parece ser una persona completamente fantástica, realizada libremente en las hojas verdes de las plantas bajo la acción de la energía del sol ". Se estima que 1 kV. El medidor de las hojas por hora produce gramos de azúcar. Debido al hecho de que la tierra está rodeada por una funda sólida de la atmósfera, los rayos del sol antes de alcanzar la superficie de la tierra, pasan toda la multitud de la atmósfera, que los refleja parcialmente, disipados parcialmente, es decir, cambia la cantidad y Calidad de la luz del sol entrando en la superficie de la tierra. Los organismos vivos son sensibles a cambiar la intensidad de la iluminación creados por la radiación solar. Debido a las diferentes reacciones a la intensidad de la iluminación, todas las formas de vegetación se dividen en ligeras y sombrías. La iluminación insuficiente en los cultivos causa, por ejemplo, una diferenciación débil de los tejidos de los cultivos de grano de solomín. Como resultado, la fortaleza y elasticidad de los tejidos se reducen, lo que a menudo conduce a la siembra de cultivos. En cultivos engrosados, el maíz debido a la iluminación débil radiación solar debilitó la formación de las mazorcas en las plantas.
La radiación solar afecta composición química Productos agrícolas. Por ejemplo, la remolacha azucarera y el azúcar de la fruta, el contenido de proteínas en grano de trigo depende directamente del número días soleados. La cantidad de aceite en las semillas de girasol, el lino también aumenta con el aumento de la llegada de la radiación solar.
La iluminación de la parte de las plantas anteriormente afecta significativamente la absorción de las raíces de nutrientes. Con la luz débil, la traducción de asimilar en las raíces se ralentiza, y los procesos biosintéticos que se producen en las células vegetales están frenadas.
La iluminación afecta la apariencia, la distribución y el desarrollo de enfermedades de las plantas. El período de infección consiste en dos fases, que se diferencian entre sí por reacción al factor de luz. El primero de ellos está realmente germinando la disputa y la penetración del comienzo infeccioso en el tejido de la cultura afectada, en la mayoría de los casos no depende de la presencia y la intensidad de la luz. La segunda, después de la germinación, la disputa, la mayoría pasa activamente con la alta luz.
El efecto positivo de la luz también afecta la tasa de desarrollo del patógeno en la planta huésped. Esto se manifiesta especialmente claramente por hongos de óxido. Cuanto más luz, más corta. periodo de incubación En el trigo de óxido lineal, la cebada de óxido amarillo, el lino de óxido y los frijoles, etc., y esto aumenta el número de generaciones de hongos y aumenta la intensidad de la lesión. En las condiciones de iluminación intensiva, el patógeno aumenta la fertilidad.
Algunas enfermedades se desarrollan más activamente con iluminación insuficiente, lo que provoca el debilitamiento de las plantas y reduce su resistencia a las enfermedades (agentes causales de diversos tipos de podredumbre, especialmente en cultivos vegetales).
Duración de la iluminación y las plantas. El ritmo de la radiación solar (alternancia de la parte brillante y oscura del día) es la más estable y se repite de año a otro por un factor ambiente externo. Como resultado de la investigación perenne por los fisiólogos, se estableció la dependencia de la transición de las plantas al desarrollo generativo en cierta proporción de la duración del día y la noche. En este sentido, las culturas en la reacción fotoperiódica pueden ser clasificadas por grupos: día corto, El desarrollo de los cuales se retrasa durante la duración del día más de 10h. Un día corto contribuye a la colocación de flores, y un largo día lo previene. Tales culturas incluyen soja, arroz, mijo, sorgo, maíz, etc.;
día largo Hasta el 12-13., Requerir iluminación a largo plazo para su desarrollo. Su desarrollo se acelera cuando la duración del día es de aproximadamente 20 horas. Estas culturas incluyen centeno, avena, trigo, long, guisante, espinacas, trébol, etc.;
neutral en relación a la duración del día.El desarrollo de los cuales no depende de la duración del día, como el tomate, el alforfón, las legumbres, el ruibarbo.
Se ha establecido que para comenzar la floración de las plantas, es necesario un predominio en una corriente radiante de cierta composición espectral. Las plantas de un día corta se están desarrollando más rápido cuando la radiación máxima cae en los rayos azul-púrpura, y las plantas de larga diaria están en el rojo. La duración de la parte brillante del día (longitud astronómica del día) depende de la época del año y la latitud geográfica. En el ecuador, la duración del día durante todo el año es de 12 horas ± 30 minutos. Cuando se mueve del ecuador a los polos después de equinoccio de primavera (21.03) La duración del día aumenta al norte y disminuye al sur. Después del equinoccio otoñal (09/23), la distribución de la duración del día lo contrario. En el hemisferio norte, los 22.06 cuentan por el día más largo, la duración del norte del círculo polar es las 24 horas. El día más corto en el hemisferio norte es de 22,12, y el sol no se está elevando en el círculo polar durante los meses de invierno. en todo el horizonte. En las latitudes medias, por ejemplo, en Moscú, la duración del día cambia de 7 a 17.5 horas.
2. Tipos de radiación solar.
La radiación solar consiste en tres componentes: radiación solar directa, dispersos y totales.
Radiación solar directaS -la radiación provenga del sol a la atmósfera y luego a la superficie de la tierra en forma de un haz de rayos paralelos. Su intensidad se mide en calorías en CM2 por minuto. Depende de la altura del sol y de la atmósfera (nubosidad, polvo, vapor de agua). La cantidad anual de radiación solar directa en la superficie horizontal del territorio del territorio Stavropol es de 65-76 kcal / cm2 / min. En el nivel del mar con posición alta Sol (verano, mediodía) y buena transparencia La radiación solar directa es de 1.5 kcal / cm2 / min. Esta es una parte de onda corta del espectro. Cuando el flujo de radiación solar directa se pasa a través de la atmósfera, es la atenuación causada por la absorción (aproximadamente 15%) y la dispersión (aproximadamente el 25%) de energía con gases, aerosoles, nubes.
La radiación solar directa de la corriente, cayendo en la superficie horizontal se llama insolación S.= S. pecado. hO. - Componente vertical de la radiación solar directa.
S. – la cantidad de calor obtenido perpendicular a la superficie del haz. ,
hO. – altura del sol, es decir, ángulo formado por un haz de sol con una superficie horizontal. .
En la frontera de la atmósfera, la intensidad de la radiación solar esASI QUE.= 1,98 kcal / cm2 / min. - por acuerdo internacional 1958 Y llamado constante solar. Estaría en la superficie si el ambiente fuera absolutamente transparente.
Higo. 2.1. El camino del haz solar en la atmósfera a diferentes alturas del sol.
Radiación dispersadaD. – una porción de la radiación solar como resultado de la atmósfera de dispersión deja de nuevo al espacio, pero una parte significativa de la misma entra en la forma en forma de radiación dispersada. Radiación máxima dispersa + 1 KCAL / CM2 / MIN. Notas para cielo puroSi son nubes altas. Con un cielo nublado, un espectro de radiación dispersos es similar al soleado. Esta es una parte de onda corta del espectro. Longitud de onda 0.17-4mk.
Radiación totalP.- consiste en radiación dispersada y directa en la superficie horizontal. P.= S.+ D..
La relación entre la radiación recta y dispersada en la composición de la radiación total depende de la altura del sol, la nubosidad y la contaminación de la atmósfera, la altura de la superficie sobre el nivel del mar. Con un aumento en la altura del sol, la proporción de radiación dispersada durante el cielo sin nubes disminuye. Cuanto más transparente atmósfera y mayor sea el sol, más pequeño la proporción de radiación dispersada. Con la nubosidad densa continua, la radiación total consiste completamente en radiación dispersada. En invierno, debido a la reflexión de la radiación de la cubierta de nieve y su dispersión secundaria en la atmósfera, la proporción de radiación dispersada en los aumentos totales aumenta significativamente.
La luz y el calor obtenido por las plantas del sol son el resultado de la radiación solar total. Por lo tanto, los datos sobre las cantidades de radiación obtenidas por la superficie por día, mes, la temporada de crecimiento, son de gran importancia para la agricultura.
Radiación solar reflejada. Albedo. La radiación total que ha bajado a la superficie de la Tierra se refleja parcialmente a partir de ella, crea radiación solar reflejada (RK) dirigida de la superficie de la Tierra a la atmósfera. El valor de la radiación reflejada depende en gran medida de las propiedades y el estado de la superficie reflectante: colores, rugosidad, humedad, etc. La reflectividad de cualquier superficie se puede caracterizar por su valor de albedo (CA), bajo el cual la relación de solar reflejada Radiación al total. Albedo generalmente se expresa como un porcentaje:
Las observaciones muestran que el albedo de varias superficies varía en un límites relativamente estrechos (10 ... 30%), la excepción es la nieve y el agua.
Albedo depende de la humedad del suelo, con un aumento en el que disminuye, lo que es importante en el proceso de cambio. régimen térmico campos irrigados. Debido a la disminución en el albedo, la radiación absorbida aumenta con la humectación del suelo. Albedo de varias superficies tiene un movimiento diario y anual bien pronunciado debido a la dependencia del albedo de la altura del sol. El valor más pequeño del albedo se observa en el reloj cercano, y durante el año, en el verano.
La propia radiación de la Tierra y la contra-radiación de la atmósfera. Radiación efectiva. La superficie de la Tierra como un cuerpo físico que tiene una temperatura por encima de cero absoluto (-273 ° C) es una fuente de radiación, que se llama la radiación equivalente de la Tierra (E3). Se dirige a la atmósfera y está casi completamente absorbida por vapor de agua, gotitas de agua y dióxido de carbono contenido en el aire. La radiación de la tierra depende de la temperatura de su superficie.
La atmósfera, absorber una pequeña cantidad de radiación solar y casi toda la energía emitida por la superficie de la Tierra, se calienta y, a su vez, también emite energía. Alrededor del 30% de la radiación atmosférica se produce en el espacio exterior, y aproximadamente el 70% llega a la superficie de la tierra y se llama la radiación que se aproxima de la atmósfera (EA).
La cantidad de energía emitida por la atmósfera es directamente proporcional a su temperatura, dióxido de carbono, ozono y nubes.
La superficie de la Tierra absorbe esta radiación que se aproxima es casi enteramente (por 90 ... 99%). Por lo tanto, es una fuente importante de calor para la superficie de la Tierra además de la radiación solar absorbida. Este efecto de la atmósfera en el régimen térmico de la Tierra se llama invernadero o invernadero debido a la analogía externa con la acción de las gafas en invernaderos y invernaderos. El vidrio salta los rayos solares, calentando el suelo y las plantas, pero retrasa la radiación térmica del suelo y las plantas calentadas.
La diferencia entre su propia radiación de la superficie de la Tierra y la contra-radiación de la atmósfera se llama radiación eficiente: EEF.
Eef \u003d. E3-EA
En las noches claras y sin nubes, la radiación efectiva es mucho más que en la nublada, por lo tanto, más y enfriamiento de la superficie de la tierra. Por la tarde, se superpone por la radiación total absorbida por la radiación total, como resultado de la cual aumenta la temperatura de la superficie. En este caso, la radiación eficiente está creciendo. La superficie de la Tierra en latitudes medianas está perdiendo debido a la radiación efectiva de 70 ... 140 w / m2, que es aproximadamente la mitad de la cantidad de calor que recibe de la absorción de la radiación solar.
3. La composición espectral de la radiación.
El sol, como fuente de radiación, tiene una variedad de ondas emitidas. Las corrientes de energía radiante a lo largo de la longitud de onda se divide condicionalmente por onda corta (X. < 4 мкм) и длинноволновую (А. > 4 μm) radiación. El espectro de radiación solar en el límite de la atmósfera de la Tierra casi se encuentra entre las longitudes de onda de 0,17 y 4 micrones, y la tierra y la radiación atmosférica, de 4 a 120 μm. En consecuencia, las corrientes de radiación solar (S, D, RK) se refieren a la radiación de onda corta y la radiación de la Tierra (£ 3) y la atmósfera (EA) a la onda larga.
El espectro de radiación solar se puede dividir en tres partes cualitativamente diferentes: ultravioleta (y< 0,40 мкм), видимую (0,40 мкм < Y < 0.75 μm) e infrarrojos (0.76 micrones < Y < 4 μm). A la parte ultravioleta del espectro de radiación solar se encuentra rayos X, y para infrarrojos, la emisión de radio del sol. En el límite superior de la atmósfera en la parte ultravioleta del espectro representa aproximadamente el 7% de la energía de radiación solar, 46, en visible y 47%, a infrarrojos.
La radiación irradiada por la tierra y la atmósfera se llaman. radiación de infrarrojos lejanos.
El efecto biológico de los diferentes tipos de radiación en las plantas es diferente. Radiación ultravioletaralentiza los procesos de crecimiento, pero acelera el paso de las etapas de la formación de órganos reproductivos en las plantas.
El significado de la radiación infrarroja.Lo que es absorbido activamente por el agua de hojas y los tallos de las plantas, consiste en su efecto térmico, lo que afecta significativamente al crecimiento y desarrollo de las plantas.
Radiación infrarroja lejana Produce solo efecto térmico en las plantas. Su influencia en el crecimiento y desarrollo de las plantas es irrelevante.
Parte visible del espectro solar.Primero, crea luz. En segundo lugar, con la región de radiación visible casi coincide (capturando parcialmente la región de radiación ultravioleta) la llamada radiación fisiológica (A, \u003d \u003d 0,35 ... 0,75 μm), que es absorbida por pigmentos de hojas. Su energía tiene una importante importancia regulatoria y de energía en la vida de las plantas. Dentro de esta sección del espectro, se distingue la región de la radiación fotosintéticamente activa.
4. Absorción y dispersión de la radiación en la atmósfera.
Pasando por la atmósfera de la Tierra, la radiación solar se debilita debido a la absorción y la dispersión por los gases atmosféricos y los aerosoles. En este caso, su composición espectral cambia. En varias alturas del sol y la diferente altura del punto de observación sobre la superficie de la Tierra, la longitud del camino que pasa por el haz solar en la atmósfera, no EtinaKov. A medida que la altura disminuye, la parte ultravioleta de la radiación se reduce particularmente, un poco menos visible y solo ligeramente infrarroja.
La dispersión de la radiación en la atmósfera ocurre principalmente como resultado de las oscilaciones continuas (fluctuaciones) de la densidad del aire en cada punto de la atmósfera causada por la formación y destrucción de algunos "grupos" (coágulos) de moléculas de gas atmosféricas. La radiación soleada también disipa las partículas de aerosol. La intensidad de dispersión se caracteriza por el coeficiente de dispersión.
K \u003d Añadir una fórmula.
La intensidad de dispersión depende de la cantidad de partículas de dispersión en una unidad de volumen, en su tamaño y naturaleza, así como en las longitudes de onda de la radiación más dispersada.
Los rayos disipan lo más fuerte que la longitud de onda más pequeña. Por ejemplo, los rayos púrpuras se dispersan 14 veces más fuertes que los rojos, esto explica el cielo azul. Como se señaló anteriormente (consulte la Sección 2.2), la radiación solar directa, pasando a través de la atmósfera, parcialmente disipada. En aire puro y seco, la intensidad del coeficiente de dispersión molecular está sujeta a la ley del relé:
k \u003d c /Y4 ,
donde C es un coeficiente dependiendo del número de moléculas de gas por unidad de volumen; X es la longitud de la onda dispersa.
Dado que la longitud de las ondas distantes de la luz roja es casi dos veces largo Ondas de luz púrpura, las primeras moléculas de aire de dispersión 14 veces menos que el segundo. Dado que la energía inicial (antes de la dispersión) es menos que azul y azul, entonces la energía máxima en la luz dispersa (radiación solar dispersa) se desplaza en los rayos azules azules, que causa el cielo azul. Por lo tanto, la radiación dispersada se está volviendo más rica en los rayos fotosintéticamente activos que directamente.
En el aire que contiene impurezas (pequeñas gotitas de agua, cristalina de hielo, polvo, etc.), la dispersión es igualmente para todas las secciones de radiación visible. Por lo tanto, el cielo adquiere un tono de batalla (Aparece una bruma). Los elementos de la nube (gotitas y cristales grandes) no disipen los rayos del sol, y los difunden. Como resultado, las nubes iluminadas por el sol tienen el color blanco.
5. Faros (radiación fotosintéticamente activa)
Radiación fotosintéticamente activa. En el proceso de fotosíntesis, no se usa todo el espectro de la radiación solar, pero solo
una parte que está en el rango de longitud de onda de 0.38 ... 0.71 Microns, - radiación fotosintéticamente activa (faros).
Se sabe que la radiación visible percibida por el ojo humano a medida que el color blanco consiste en rayos de colores: rojo, naranja, amarillo, verde, azul, azul y púrpura.
La absorción de energía solar de radiación por las hojas de las plantas es selectivamente (selectivamente). Las hojas más intensas absorben el azul-púrpura (x \u003d 0,48 ... 0.40 μm) y los rayos de color naranja-rojo (x \u003d 0,68 micras), menos - verde amarillo (A. \u003d 0.58 ... 0.50 μm) y rojo lejano ( A.\u003e 0.69 μm) Rayos.
La superficie de la Tierra tiene una energía máxima en el espectro de radiación solar directa, cuando el sol es alto, cae en la región de los rayos amarillos (esfera amarilla). Cuando el sol se encuentra en el horizonte, la energía máxima tiene rayos rojos de largo alcance (el disco solar es rojo). Por lo tanto, la energía de la luz solar directa se involucra poco en el proceso de fotosíntesis.
Como los faros es uno de de factores esenciales La productividad de las plantas agrícolas, la información sobre el número de faros entrantes, que contabiliza su distribución en el territorio y, a tiempo, tiene un gran valor práctico.
La intensidad de los faros se puede medir, pero para esto requiere filtros de luz especiales que transmiten solo ondas en el rango de 0.38 ... 0.71 micrones. Dichos dispositivos son, pero no lo aplican en la red de estaciones actinométricas, y se mide la intensidad del espectro integral de la radiación solar. Los faros se pueden calcular de acuerdo con los datos sobre la llegada de la radiación directa, dispersa o total utilizando los coeficientes propuestos, X. G. Tooming y:
Qfar \u003d 0.43. S."+0.57 d);
se compilan los mapas de distribución de cantidades mensuales y anuales de faros en Rusia.
Para caracterizar el grado de uso de los cultivos de faros, use el uso beneficioso de los faros:
Cpifar \u003d (sumaP./ faros / sumaP./ faros) 100%,
dónde sumaP./ lejos - la cantidad de faros que se gastaron en la fotosíntesis para la temporada de vegetación de las plantas; sumaP./ lejos - la cantidad de faros que llegan a la siembra durante este período;
Las siembras en sus valores promedio de la CPIFAR se dividen en grupos (software): comúnmente observado - 0.5 ... 1.5%; Buena-1.5 ... 3.0; Registro - 3.5 ... 5.0; Teóricamente posible - 6.0 ... 8.0%.
6. Balance de radiación de la superficie de la tierra.
La diferencia entre los flujos de venida y escape de la energía radiante se llama el balance de radiación de la superficie del suelo (B).
La parte de llegada del balance de radiación de la superficie del suelo durante el día consiste en la radiación solar y dispersada directa, así como la radiación de la atmósfera. La parte de gastos del equilibrio es la radiación de la superficie de la Tierra y la radiación solar reflejada:
B.= S. / + D.+ EA.- e3-Rk
La ecuación se puede registrar en otra forma: B. = P.- Rucia - EEF.
Para la noche, la ecuación de balance de radiación tiene la siguiente forma:
B \u003d ea - e3, o b \u003d -eef.
Si la llegada de la radiación es mayor que el flujo, entonces el balance de radiación es una superficie positiva y activa * se calienta. Con un equilibrio negativo, se enfría. En el verano, el saldo de la radiación es positivo durante el día, y por la noche, negativa. La transición a través de cero se produce en la mañana, aproximadamente 1 hora después del amanecer, y por la noche para 1 ... 2 horas antes del atardecer.
El saldo anual de radiación en áreas donde se establece la cubierta de nieve estable, en la temporada fría tiene valores negativos, Cálido - positivo.
El balance de radiación de la superficie de la Tierra afecta significativamente la distribución de la temperatura en el suelo y capa superficial Atmosférico, así como sobre los procesos de evaporación y nevado, la formación de nieblas y heladas, un cambio en las propiedades de las masas de aire (su transformación).
El conocimiento del régimen de radiación de la tierra agrícola le permite calcular la cantidad de radiación absorbida por los cultivos y el suelo, dependiendo de la altura del sol, la estructura de la siembra, la fase del desarrollo de la planta. Los datos sobre el modo son necesarios para la evaluación de diferentes métodos para regular la temperatura y la humedad del suelo, la evaporación, sobre la cual el crecimiento y el desarrollo de las plantas dependen de la formación de la cosecha, su cantidad y calidad.
Las técnicas agronómicas efectivas para el impacto en la radiación, y, por lo tanto, en el régimen térmico de la superficie de la actividad se acumulan (recubrimiento de suelo con una capa delgada de miga de turba, abrumador, aserrín de madera, etc.), refugio de suelo por película de polietileno, riego. Todo esto cambia la capacidad reflectante y de absorción de la superficie activa.
* La superficie activa es la superficie del suelo, agua o vegetación, que absorbe directamente la radiación solar y atmosférica y da la radiación a la atmósfera que ajusta el modo térmico de las capas de aire adyacentes y las capas subyacentes del suelo, el agua, la vegetación.
La fuente más importante de la cual recibe la superficie de la tierra y la atmósfera. energía térmicaes el sol. Envía una cantidad colosal de energía radiante al espacio mundial: calor, luz, ultravioleta. Vaciado por las ondas electromagnéticas del sol se aplican a una velocidad de 300,000 km / s.
El calentamiento de la superficie de la Tierra depende del tamaño del ángulo de la luz solar cayendo. Todas las luces del sol vienen a la superficie de la tierra paralelas entre sí, pero como la Tierra tiene una forma esférica, los rayos del sol caen en diferentes secciones de su superficie en diferentes ángulos. Cuando el sol en el cenit, sus rayos cayendo empinados y la tierra se calienta más fuerte.
Toda la totalidad de la energía radiante enviada por el sol se llama. radiación solar Generalmente se expresa en calorías por unidad de superficie por año.
La radiación solar determina modo de temperatura Air troposférico tierra.
Cabe señalar que la cantidad total de radiación solar es más de dos mil millones de veces más que la cantidad de energía obtenida por la Tierra.
La radiación que llega a la superficie de la Tierra consiste en directa y dispersa.
La radiación viene a la tierra directamente del sol en forma de luz solar directa con un cielo sin nubes, llamado derecho. Ella lleva el mayor número Calor y luz. Si nuestro planeta no tuvo atmósfera, la superficie de la Tierra se obtuvo solo la radiación directa.
Sin embargo, pasar a través de la atmósfera, aproximadamente la cuarta parte de la radiación solar se dispersa con gases e impurezas, se desvía del camino directo. Parte de su parte llega a la superficie de la tierra, formando Radiación solar dispersada.Debido a la radiación dispersa, la luz penetra en aquellos lugares donde los rayos solares directos (radiación recta) no penetran. Esta radiación crea luz del día y da el color del cielo.
Radiación solar total
Todas las luces del sol entrando en la tierra maquillaje. radiación solar total, I.E. El agregado de radiación directa y dispersada (Fig. 1).
Higo. 1. Radiación solar total por año.
Distribución de la radiación solar en la superficie de la Tierra.
La radiación solar se distribuye sobre el suelo de manera desigual. Eso depende:
1. De la densidad y la humedad del aire, cuanto más alto, la radiación menos obtiene la superficie de la Tierra;
2. De la latitud geográfica del área: la cantidad de radiación aumenta de los polos al ecuador. El número de radiación solar directa depende de la longitud del camino que pase los rayos del sol en la atmósfera. Cuando el sol está en el cenit (el ángulo de caer de los rayos de 90 °), sus rayos caen en el suelo con la forma más corta e intensivamente dan su energía a una plaza pequeña. En la Tierra, esto sucede en la tira entre 23 ° C. sh. y 23 ° sh., es decir, entre los trópicos. Como se eliminó de esta zona al sur o al norte, la longitud del camino de los rayos del sol aumenta, es decir, el ángulo de su caída a la superficie de la Tierra disminuye. Los rayos comienzan a caer en el suelo en un ángulo más pequeño, sin importar cuán se resbalen, acercándose al área de la pole a la línea tangente. Como resultado, el mismo flujo de energía se distribuye a un área grande, por lo que aumenta la cantidad de energía reflejada. Por lo tanto, en el área del ecuador, donde los rayos solares caen en la superficie de la tierra en un ángulo de 90 °, el número de radiación solar directa obtenida por la superficie de la Tierra es mayor y, a medida que se mueve a los polos, este La cantidad se reduce bruscamente. Además, la duración del día depende de la latitud del área. tiempos diferentes año, que también determina la cantidad de radiación solar que surge sobre la superficie de la Tierra;
3. Desde el movimiento anual y diario de la Tierra, en latitudes medianas y altas, el flujo de radiación solar cambia en gran medida en la época del año, que se asocia con un cambio en el mediodía de la altura del sol y la duración. del día;
4. Desde la naturaleza de la superficie de la Tierra, la superficie más ligera, mayor es los rayos del sol que refleja. Se llama la capacidad de la superficie para reflejar la radiación. albedo (de lat. blanco). Especialmente ilustra la radiación de la nieve (90%), la arena más débil (35%), un suelo negro más débil más débil (4%).
Superficie del suelo que absorbe la radiación solar (Radiación absorbida), calienta y ella misma irradia el calor en la atmósfera (Radiación reflejada). Las capas más bajas de la atmósfera en una mers significativa detengan la radiación terrenal. La radiación absorbida por la superficie de la Tierra se pasa en el calentamiento del suelo, el aire, el agua.
La parte de la radiación total, que permanece después de la reflexión y la radiación térmica de la superficie de la Tierra, se llama saldo de la radiación. El saldo de la radiación de la superficie de la Tierra está cambiando durante el día y por temporada del año, pero en promedio durante el año tiene valor positivo En todas partes, con la excepción de los desiertos helados de Groenlandia y Antártida. Los valores máximos del balance de radiación alcanzan en latitudes bajas (entre 20 ° C sh. Y 20 ° J. sh.) - Más de 42 * 10 2 J / m 2, en la latitud de aproximadamente 60 ° de ambos hemisferios. disminuye a 8 * 10 2 - 13 * 10 2 j / m 2.
Los rayos del sol dan una atmósfera al 20% de su energía, que se distribuye durante todo el grosor del aire, y por lo tanto, la calefacción por aire es relativamente pequeña. El sol calienta la superficie del suelo que transmite calor. aire atmosférico Debido a Convección (de lat. convectio.- Entrega), es decir, el movimiento vertical del aire se calentó en la superficie de la Tierra, cuyo lugar se reduce más aire frio. Así es como se obtiene la atmósfera. más Calor: en promedio tres veces más que directamente desde el sol.
La presencia en dióxido de carbono y par de agua no permite el calor reflejado de la superficie de la Tierra, para dejar fácilmente el espacio exterior. Ellos crean Efecto invernadero, Gracias a la cual la diferencia de temperatura en el suelo no excede los 15 ° C sobre el curso. En ausencia de dióxido de carbono en la atmósfera, la superficie de la Tierra se enfriaría durante la noche en 40-50 ° C.
Como resultado del crecimiento. actividad económica Hombre: quema de carbón y aceite en TPP, emisiones empresas industriales, aumentar las emisiones automotrices: el contenido de dióxido de carbono en la atmósfera aumenta, lo que conduce al fortalecimiento efecto invernadero Y amenazante cambio global clima.
Los rayos del sol, habiendo pasado la atmósfera, caen sobre la superficie de la tierra y lo calentaron, y eso, a su vez, da el calor de la atmósfera. Esto se explica característica distintiva Troposfesos: bajar la temperatura del aire con altura. Pero hay casos en que las capas atmosféricas más altas son más cálidas que las más bajas. Tal fenómeno se llama Inversión de temperatura (de Lat. Inversio - Turning).
La intensidad de la luz solar, que llega a la Tierra varía según la época del día, el año, la ubicación y las condiciones climáticas. Total La energía calculada por día o para el año se llama irradiación (u otra "venida de la radiación solar") y muestra cuán poderosa ha sido la radiación solar. La irradiación se mide en W * h / m² por día, u otro período.
La intensidad de la radiación solar en el espacio libre en la eliminación, igual a la distancia promedio entre el suelo y el sol, se llama constante solar. Su valor es 1353 W / m². Al pasar por la atmósfera. luz de sol Está relajado principalmente debido a la absorción de radiación infrarroja con vapor de agua, radiación ultravioleta: ozono y dispersión de la radiación por partículas de polvo atmosférico y aerosoles. Indicador influencia atmosférica Sobre la intensidad de la radiación solar, alcanzar la superficie de la Tierra, se llama "masa aérea" (s). AM se define como una sesión de ángulo entre el sol y el cenit.
La Figura 1 muestra la distribución espectral de la intensidad de la radiación solar en diversas condiciones. La curva superior (AM0) corresponde al espectro solar fuera de la atmósfera de la Tierra (por ejemplo, a bordo astronave), es decir. Con cero masa de aire. Se aproxima mediante la distribución de la intensidad de la radiación del cuerpo absolutamente negro a una temperatura de 5800 K. Las curvas AM1 y AM2 ilustran la distribución espectral de la radiación solar en la superficie de la tierra cuando el sol en el cenit y en la esquina entre el Sol y Zenith 60 °, respectivamente. Donde poder completo Radiación: respectivamente, aproximadamente 925 y 691 W / m². La intensidad promedio de radiación en la Tierra coincide aproximadamente con la intensidad de la radiación en la AM \u003d 1.5 (el sol, en un ángulo de 45 ° hasta el horizonte).
Cerca de la superficie de la tierra se puede tomar valor medio Intensidades de radiación solar 635 w / m². En un día soleado muy claro, este valor fluctúa desde 950 p / m² hasta 1220 W / m². El valor promedio es de aproximadamente 1000 W / m². Ejemplo: la intensidad de la radiación total en Zurich (47 ° 30 's. SH., 400 m sobre el nivel del mar) en la superficie, perpendicular a la radiación: 1 de mayo, 12 h 00 min 1080 w / m²; 21 de diciembre de 12 Horas 00 min 930 W / m².
Para simplificar el cálculo para la llegada de la energía solar, generalmente se expresa en un reloj de brillo solar con una intensidad de 1000 p / m². Aquellos. 1 hora corresponde a la llegada de la radiación solar en 1000 W * h / m². Se corresponde aproximadamente al período en que el sol brilla en medio de un día soleado sin nubes a la superficie perpendicular al sol.
Ejemplo
El sol brillante brilla con una intensidad de 1000 W / m² en la superficie perpendicular al sol. Durante 1 hora, 1 kW * h gotas de energía (la energía es igual a la capacidad de potencia en ese momento). De manera similar, la llegada promedio de la radiación solar a 5 kW * h / m² durante el día corresponde a 5 pico de sol por día. No confunda el reloj máximo con la duración real de la luz del día. Para el día de la luz, el sol brilla con diferente intensidad, pero en suma, da la misma cantidad de energía que si brilló 5 horas con la máxima intensidad. Es el reloj máximo del resplandor solar que se utilizan en los cálculos de las plantas de energía solar.
La llegada de los cambios de radiación solar durante el día y del lugar al lugar, especialmente en las zonas montañosas. Los cambios en la irradiación en promedio de 1000 kW * h / m² por año para los países del norte de Europa, hasta 2000-2500 kW * h / m² por año para los desiertos. Las condiciones climáticas y la disminución del Sol (que dependen de la latitud del terreno), también conduce a diferencias en la llegada de la radiación solar.
En Rusia, contrariamente a la creencia popular, muchos lugares donde es ventajoso transformar la energía solar en electricidad utilizando. A continuación se muestra un mapa de los recursos de energía solar en Rusia. Como puede ver, la mayoría de Rusia se puede usar con éxito en modo de temporada, y en áreas con el número de horas de brillo solar de más de 2000 horas / año. año redondo. Naturalmente, en invierno, generación de energía. paneles soleados Se reduce significativamente, pero aún así el costo de la electricidad de la planta de energía solar sigue siendo significativamente menor que desde un generador diesel o de gasolina.
Aplicación especialmente rentable donde no hay redes eléctricas centralizadas y los generadores diesel proporcionan un suministro de energía. Y hay muchos de estos distritos en Rusia.
Además, incluso cuando la red está ahí, el uso de trabajadores en paralelo con la red solar le permite reducir significativamente el costo de la electricidad. Con una tendencia existente al aumentar las tarifas de los monopolios de energía natural de Rusia, la instalación de células solares se convierte en una inversión inteligente.
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