Sunčevo zračenje ili jonizujuće zračenje sunca. §21. Sunčevo zračenje

ATMOSFERA

Atmosfera. Struktura, sastav, porijeklo, značaj za GO. Toplotni procesi u atmosferi. Sunčevo zračenje, njegove vrste, geografska širina i transformacija zemljine površine.

Atmosfera- vazdušna ljuska Zemlje, koju drži sila gravitacije i koja učestvuje u rotaciji planete. Sila gravitacije drži atmosferu blizu Zemljine površine. Najveći pritisak i gustina atmosfere se primećuju na površini zemlje; kako se dižete prema gore, pritisak i gustina se smanjuju. Na visini od 18 km, pritisak se smanjuje za 10 puta, na visini od 80 km - za 75.000 puta. Donja granica atmosfere je površina Zemlje, a za gornju se konvencionalno pretpostavlja da je visina od 1000-1200 km. Masa atmosfere je 5,13 x 10 15 tona, pri čemu se 99% ove količine nalazi u donjem sloju do visine od 36 km.

Dokazi za postojanje visokih slojeva atmosfere su sljedeći:

Na nadmorskoj visini od 22-25 km, biserni oblaci se nalaze u atmosferi;

Na nadmorskoj visini od 80 km vidljivi su bliječni oblaci;

Na visini od oko 100-120 km uočava se sagorevanje meteorita, tj. ovdje je atmosfera još uvijek prilično gusta;

Na visini od oko 220 km počinje rasipanje svjetlosti atmosferskim plinovima (fenomen sumraka);

Aurore počinju na otprilike 1000-1200 km nadmorske visine; ovaj fenomen se objašnjava jonizacijom zraka korpuskularnim strujanjima koja dolaze sa Sunca. Veoma razrijeđena atmosfera proteže se do visine od 20.000 km; ona formira zemljinu koronu, neprimjetno se pretvarajući u međuplanetarni plin.

Atmosfera, kao i planeta u cjelini, rotira se u smjeru suprotnom od kazaljke na satu od zapada prema istoku. Zbog rotacije poprima oblik elipsoida, tj. Atmosfera je gušća blizu ekvatora nego blizu polova. Ima izbočinu u pravcu suprotnom od Sunca, ovaj „gasni rep“ Zemlje, razrijeđen poput komete, ima dužinu od oko 120 hiljada km. Atmosfera je povezana sa drugim geosferama razmenom toplote i vlage. Energija atmosferskih procesa je elektromagnetno zračenje Sunca.

Razvoj atmosfere. Budući da su vodonik i helijum najčešći elementi u svemiru, oni su nesumnjivo bili dio protoplanetarnog oblaka plina i prašine iz kojeg je nastala Zemlja. Zbog veoma niske temperature ovog oblaka, prva Zemljina atmosfera mogla se sastojati samo od vodonika i helijuma, jer svi ostali elementi supstance od koje je sastavljen oblak bili su u čvrstom stanju. Takva atmosfera se uočava kod divovskih planeta; očigledno, zbog velike privlačnosti planeta i njihove udaljenosti od Sunca, one su zadržale svoju primarnu atmosferu.

Nakon toga uslijedilo je zagrijavanje Zemlje: toplina je nastala gravitacijskom kompresijom planete i raspadom radioaktivnih elemenata unutar nje. Zemlja je izgubila svoju vodikovo-helijumsku atmosferu i stvorila sopstvenu sekundarnu atmosferu od gasova ispuštenih iz njenih dubina (ugljični dioksid, amonijak, metan, sumporovodik). Prema A.P. Vinogradov (1959), u ovoj atmosferi bilo je najviše H 2 O, zatim CO 2, CO, HCl, HF, H 2 S, N 2, NH 4 Cl i CH 4 (sastav savremenih vulkanskih gasova je približno isti ). V. Sokolov (1959) je verovao da ovde ima i H 2 i NH 3. Nije bilo kiseonika, a u atmosferi su vladali redukcioni uslovi. Sada su slične atmosfere uočene na Marsu i Veneri; one su 95% ugljičnog dioksida.

Sljedeća faza u razvoju atmosfere bila je prijelazna - od abiogenih do biogenih, od redukcijskih do oksidirajućih. Glavne komponente gasovitog omotača Zemlje su N 2, CO 2, CO. Kao nusproizvodi - CH 4, O 2. Kiseonik je nastao iz molekula vode u gornjoj atmosferi pod uticajem ultraljubičastih zraka sa Sunca; Mogao se također osloboditi iz oksida koji su činili zemljinu koru, ali je ogromna većina opet izgubljena zbog oksidacije minerala u zemljinoj kori ili oksidacije vodika i njegovih spojeva u atmosferi.

Posljednja faza u razvoju azotno-kiseoničke atmosfere povezana je s pojavom života na Zemlji i s pojavom mehanizma fotosinteze. Sadržaj kiseonika – biogenog – počeo je da raste. Istovremeno, atmosfera je gotovo potpuno izgubila ugljični dioksid, od kojih je dio ušao u ogromne naslage uglja i karbonata.

Ovo je put od vodikovo-helijumske atmosfere do moderne, u kojoj sada glavnu ulogu imaju dušik i kisik, a kao nečistoće prisutni su argon i ugljični dioksid. Savremeni azot je takođe biogenog porekla.

Sastav atmosferskih gasova.

Atmosferski vazduh– mehanička mješavina plinova koja sadrži prašinu i vodu u suspenziji. Čist i suh vazduh na nivou mora je mešavina više gasova, a odnos između glavnih atmosferskih gasova - azota (volumenska koncentracija 78,08%) i kiseonika (20,95%) je konstantan. Osim njih, atmosferski zrak sadrži argon (0,93%) i ugljični dioksid (0,03%). Količina ostalih gasova - neona, helijuma, metana, kriptona, ksenona, vodonika, joda, ugljen-monoksida i azotnih oksida - je zanemarljiva (manje od 0,1%) (tabela).

tabela 2

Gasni sastav atmosfere

	kiseonik
	ugljen-dioksid

U visokim slojevima atmosfere, sastav vazduha se menja pod uticajem tvrdog zračenja Sunca, što dovodi do raspada (disocijacije) molekula kiseonika na atome. Atomski kiseonik je glavna komponenta visokih slojeva atmosfere. Konačno, u slojevima atmosfere najudaljenijim od Zemljine površine, glavne komponente su najlakši gasovi - vodonik i helijum. U gornjim slojevima atmosfere otkriveno je novo jedinjenje - hidroksil OH. Prisustvo ovog spoja objašnjava stvaranje vodene pare na velikim visinama u atmosferi. Budući da je najveći dio tvari koncentrisan na udaljenosti od 20 km od površine Zemlje, promjene u sastavu zraka s visinom nemaju primjetan utjecaj na ukupni sastav atmosfere.

Najvažnije komponente atmosfere su ozon i ugljični dioksid. Ozon je troatomski kiseonik ( O 3 ), prisutan u atmosferi od Zemljine površine do visine od 70 km. U prizemnim slojevima vazduha nastaje uglavnom pod uticajem atmosferskog elektriciteta i u procesu oksidacije organskih materija, au višim slojevima atmosfere (stratosfera) - kao rezultat uticaja ultraljubičastog zračenja Sunca. na molekulu kiseonika. Najveći dio ozona nalazi se u stratosferi (iz tog razloga se stratosfera često naziva ozonosfera). Sloj maksimalne koncentracije ozona na visini od 20-25 km naziva se ozonski ekran. Sve u svemu, ozonski omotač apsorbuje oko 13% sunčeve energije. Smanjenje koncentracije ozona u određenim područjima naziva se "ozonske rupe".

Ugljični dioksid, zajedno s vodenom parom, uzrokuje efekat staklene bašte u atmosferi. Efekat staklenika– zagrijavanje unutrašnjih slojeva atmosfere, što se objašnjava sposobnošću atmosfere da prenosi kratkovalno zračenje sa Sunca, a ne oslobađa dugovalno zračenje sa Zemlje. Da je u atmosferi duplo više ugljičnog dioksida, prosječna temperatura Zemlje dostigla bi 18 0 C, sada je 14-15 0 C.

Ukupna težina atmosferskih gasova je približno 4,5 10 15 tona, tako da je „težina“ atmosfere po jedinici površine, odnosno atmosferski pritisak, oko 10,3 tona/m 2 na nivou mora.

U vazduhu ima mnogo čestica čiji je prečnik delić mikrona. Oni su kondenzaciona jezgra. Bez njih bi bilo nemoguće stvaranje magle, oblaka i padavina. Mnogi optički i atmosferski fenomeni povezani su sa česticama u atmosferi. Načini na koji ulaze u atmosferu su različiti: vulkanski pepeo, dim od sagorevanja goriva, polen biljaka, mikroorganizmi. Nedavno su industrijske emisije i proizvodi radioaktivnog raspada služili kao kondenzaciona jezgra.

Važna komponenta atmosfere je vodena para, njena količina u vlažnim ekvatorijalnim šumama dostiže 4%, u polarnim područjima opada na 0,2%. Vodena para ulazi u atmosferu zbog isparavanja sa površine tla i vodenih tijela, kao i transpiracije vlage od strane biljaka. Vodena para je gas staklene bašte i zajedno sa ugljen-dioksidom zadržava većinu dugotalasnog zračenja Zemlje, sprečavajući da se planeta ohladi.

Atmosfera nije savršen izolator; ima sposobnost da provodi električnu energiju zbog uticaja jonizatora - ultraljubičastog zračenja Sunca, kosmičkih zraka, zračenja radioaktivnih supstanci. Maksimalna električna provodljivost se opaža na nadmorskoj visini od 100-150 km. Kao rezultat kombinovanog djelovanja atmosferskih jona i naboja zemljine površine, stvara se električno polje atmosfere. U odnosu na površinu zemlje, atmosfera je pozitivno nabijena. Istaknite neutrosfera– sloj neutralnog sastava (do 80 km) i jonosfera– jonizovani sloj.

Struktura atmosfere.

Postoji nekoliko glavnih slojeva atmosfere. Donji, uz površinu zemlje, naziva se troposfera(visina 8-10 km na polovima, 12 km u umjerenim geografskim širinama i 16-18 km iznad ekvatora). Temperatura vazduha postepeno opada sa visinom - u proseku za 0,6°C na svakih 100 m uspona, što se primetno manifestuje ne samo u planinskim predelima, već i na nadmorskim visinama Belorusije.

Troposfera sadrži do 80% ukupne mase zraka, najveći dio atmosferskih nečistoća i gotovo svu vodenu paru. Upravo u ovom dijelu atmosfere na visini od 10-12 km nastaju oblaci, grmljavine, kiše i drugi fizički procesi koji oblikuju vrijeme i određuju klimatske prilike u različitim područjima naše planete. Donji sloj troposfere, koji se nalazi neposredno uz površinu zemlje, naziva se prizemni sloj.

Utjecaj zemljine površine proteže se do otprilike 20 km visine, a zatim se zrak zagrijava direktno od Sunca. Dakle, granica GO, koja se nalazi na nadmorskoj visini od 20-25 km, određena je, između ostalog, toplinskim efektom zemljine površine. Na ovoj nadmorskoj visini nestaju geografske razlike u temperaturi zraka, a geografska zonalnost je zamagljena.

Što više počinje stratosfera, koji se proteže do visine od 50-55 km od površine okeana ili kopna. Ovaj sloj atmosfere se značajno razrjeđuje, smanjuje se količina kisika i dušika, a povećava količina vodonika, helijuma i drugih lakih plinova. Ovdje formirani ozonski omotač apsorbira ultraljubičasto zračenje i u velikoj mjeri utiče na termičke uslove Zemljine površine i fizičke procese u troposferi. U donjem dijelu stratosfere temperatura zraka je konstantna, ovdje se nalazi izotermni sloj. Počevši od visine od 22 km, temperatura zraka raste, na gornjoj granici stratosfere dostiže 0 0 C (povećanje temperature se objašnjava prisustvom ozona ovdje, koji apsorbira sunčevo zračenje). U stratosferi se dešavaju intenzivna horizontalna kretanja vazduha. Brzina strujanja zraka dostiže 300-400 km/h. Stratosfera sadrži manje od 20% atmosferskog vazduha.

Na nadmorskoj visini od 55-80 km nalazi se mezosfera(u ovom sloju temperatura vazduha opada sa visinom i blizu gornje granice pada na –80 0 C), između 80-800 km nalazi se termosfera, u kojem dominiraju helijum i vodonik (temperatura vazduha brzo raste sa visinom i dostiže 1000 0 C na visini od 800 km). Mezosfera i termosfera zajedno čine debeli sloj tzv jonosfera(oblast naelektrisanih čestica - joni i elektroni).

Najgornji, vrlo razrijeđeni dio atmosfere (od 800 do 1200 km) je egzosfera. U njemu dominiraju gasovi u atomskom stanju, temperatura raste do 2000°C.

U životu civilnog društva atmosfera je od velikog značaja. Atmosfera blagotvorno djeluje na klimu Zemlje, štiteći je od pretjeranog hlađenja i zagrijavanja. Dnevne temperaturne fluktuacije na našoj planeti bez atmosfere dostizale bi 200°C: danju +100°C i više, noću -100°C. Trenutno je prosječna temperatura zraka na površini Zemlje +14°C. Atmosfera ne dozvoljava da meteori i jako zračenje stignu do Zemlje. Bez atmosfere ne bi bilo ni zvuka, ni aurore, ni oblaka, ni padavina.

Procesi formiranja klime uključuju cirkulaciju toplote, cirkulaciju vlage i cirkulaciju atmosfere.

Promjene topline u atmosferi. Promet toplote obezbeđuje toplotni režim atmosfere i zavisi od bilansa zračenja, tj. prilivi toplote koji dolaze na površinu zemlje (u obliku energije zračenja) i napuštaju je (energija zračenja koju apsorbuje Zemlja pretvara se u toplotu).

Sunčevo zračenje– protok elektromagnetnog zračenja koje dolazi sa Sunca. Na gornjoj granici atmosfere, intenzitet (gustina toka) sunčevog zračenja je 8,3 J/(cm 2 /min). Količina toplote koju emituje 1 cm 2 crne površine za 1 minut sa okomitim upadom sunčeve svetlosti naziva se solarna konstanta.

Količina sunčevog zračenja koju prima Zemlja zavisi od:

1. na udaljenosti između Zemlje i Sunca. Zemlja je najbliža Suncu početkom januara, najdalje početkom jula; razlika između ove dvije udaljenosti je 5 miliona km, zbog čega Zemlja u prvom slučaju prima 3,4% više, au drugom 3,5% manje zračenja nego sa prosječnom udaljenosti od Zemlje do Sunca (početkom aprila i početkom oktobra);

2. o kutu upada sunčevih zraka na zemljinu površinu, koji opet ovisi o geografskoj širini, visini sunca iznad horizonta (mijenjajući se tijekom dana i s godišnjim dobima) i prirodi topografije zemljine površine;

3. od transformacije energije zračenja u atmosferi (rasipanje, apsorpcija, refleksija natrag u svemir) i na površini zemlje. Prosječni albedo Zemlje je 43%.

Oko 17% sveg zračenja se apsorbira; Ozon, kiseonik i azot apsorbuju uglavnom kratkotalasne ultraljubičaste zrake, vodena para i ugljen dioksid apsorbuju dugotalasno infracrveno zračenje. Atmosfera raspršuje 28% radijacije; 21% dospijeva na površinu zemlje, 7% odlazi u svemir. Zove se onaj dio zračenja koji iz cijelog nebeskog svoda dopire do površine zemlje rasejanog zračenja . Suština raspršenja je da čestica, apsorbirajući elektromagnetne valove, sama postaje izvor svjetlosnog zračenja i emituje iste valove koji padaju na nju. Molekuli zraka su vrlo male, veličine uporedive s talasnom dužinom plavog dijela spektra. U čistom vazduhu prevladava molekularno rasipanje, pa je boja neba plava. Kada je zrak prašnjav, boja neba postaje bjelkasta. Boja neba zavisi od sadržaja nečistoća u atmosferi. Sa visokim sadržajem vodene pare, koja raspršuje crvene zrake, nebo poprima crvenkastu nijansu. Pojave sumraka i bijelih noći povezuju se sa raspršenim zračenjem, jer Nakon što sunce zađe ispod horizonta, gornji slojevi atmosfere nastavljaju biti osvijetljeni.

Vrhovi oblaka odbijaju oko 24% radijacije. Posljedično, oko 31% cjelokupnog sunčevog zračenja koje stiže na gornju granicu atmosfere približava se zemljinoj površini u obliku toka zraka; to se naziva direktno zračenje . Zove se zbroj direktnog i raspršenog zračenja (52%) totalno zračenje. Odnos između direktnog i difuznog zračenja varira u zavisnosti od oblačnosti, zaprašenosti atmosfere i visine Sunca. Raspodjela ukupnog sunčevog zračenja po površini zemlje je zonalna. Najveća ukupna sunčeva radijacija od 840-920 kJ/cm 2 godišnje uočava se u tropskim geografskim širinama sjeverne hemisfere, što se objašnjava malom oblačnošću i velikom prozirnošću zraka. Na ekvatoru se ukupna radijacija smanjuje na 580-670 kJ/cm2 godišnje zbog velike oblačnosti i smanjene prozirnosti zbog visoke vlažnosti. U umjerenim geografskim širinama količina ukupne radijacije je 330-500 kJ/cm2 godišnje, u polarnim širinama - 250 kJ/cm2 godišnje, a na Antarktiku je zbog velike nadmorske visine kontinenta i niske vlažnosti zraka neznatno viši.

Ukupno sunčevo zračenje koje dopire do Zemljine površine djelimično se odbija nazad. Odnos reflektovanog zračenja i ukupnog zračenja, izražen u procentima, naziva se albedo. Albedo karakterizira refleksivnost površine i ovisi o njenoj boji, vlažnosti i drugim svojstvima.

Tek pali snijeg ima najveću refleksivnost - do 90%. Albedo pijeska je 30-35%, trave – 20%, listopadne šume – 16-27%, četinara – 6-19%; suvi černozem ima albedo od 14%, vlažni černozem - 8%. Smatra se da je albedo Zemlje kao planete 35%.

Apsorbirajući zračenje, sama Zemlja postaje izvor zračenja. Termičko zračenje Zemlje - zemaljsko zračenje– je dugotalasna, jer Talasna dužina zavisi od temperature: što je temperatura tela koje emituje viša, to je kraća talasna dužina zraka koje ono emituje. Zračenje sa zemljine površine zagreva atmosferu i ona sama počinje da emituje zračenje u svemir ( protiv radijacije iz atmosfere) i na površinu zemlje. Protivstrujna radijacija iz atmosfere je takođe dugotalasna. U atmosferi postoje dva toka dugovalnog zračenja - površinsko zračenje (terestrično zračenje) i atmosfersko zračenje. Razlika između njih, koja određuje stvarni gubitak topline na zemljinoj površini, naziva se efektivno zračenje , usmjeren je u Svemir, jer zemaljsko zračenje je veće. Efikasno zračenje je veće danju i ljeti, jer zavisi od površinskog grijanja. Učinkovito zračenje ovisi o vlažnosti zraka: što je više vodene pare ili vodenih kapljica u zraku, to je manje zračenja (dakle, zimi je oblačno vrijeme uvijek toplije od vedrog vremena). Općenito, za Zemlju, efektivno zračenje je jednako 190 kJ/cm2 godišnje (najviše u tropskim pustinjama je 380, najmanje u polarnim geografskim širinama je 85 kJ/cm2 godišnje).

Zemlja istovremeno prima zračenje i oslobađa ga. Razlika između primljenog i utrošenog zračenja naziva se bilans zračenja, ili zaostalo zračenje. Dolazak ravnoteže površinskog zračenja je ukupno zračenje (Q) i protuzračenje atmosfere. Potrošnja – reflektovano zračenje (R k) i zemaljsko zračenje. Razlika između zemaljskog zračenja i kontraatmosferskog zračenja - efektivno zračenje (E eff) ima predznak minus i dio je brzine protoka u bilansu zračenja:

R b =Q-E eff -R k

Ravnoteža zračenja je raspoređena po zonama: smanjuje se od ekvatora do polova. Najveći bilans zračenja karakterističan je za ekvatorijalne geografske širine i iznosi 330-420 kJ/cm2 godišnje, u tropskim širinama opada na 250-290 kJ/cm2 godišnje (objašnjava se povećanjem efektivnog zračenja), u umjerenim širinama radijacija ravnoteža se smanjuje na 210-85 kJ/cm 2 godišnje, u polarnim geografskim širinama njegova vrijednost se približava nuli. Opšta karakteristika radijacijske ravnoteže je da je nad okeanima na svim geografskim širinama balans zračenja veći za 40-85 kJ/cm 2, jer Albedo vode i efektivna radijacija okeana su niži.

Dolazni dio atmosferskog radijacijskog bilansa (R b) sastoji se od efektivnog zračenja (E ef) i apsorbovanog sunčevog zračenja (R p), a izlazni dio je određen atmosferskim zračenjem koje izlazi u svemir (E a):

R b = E ef - E a + R p

Radijacijski bilans atmosfere je negativan, a površinski radijacijski bilans pozitivan. Ukupni radijacijski bilans atmosfere i zemljine površine je nula, tj. Zemlja je u stanju radijantne ravnoteže.

Toplotni bilans – algebarski zbir toplotnih tokova koji dolaze na površinu zemlje u obliku radijacije i napuštaju je. Sastoji se od toplotne ravnoteže površine i atmosfere. U ulaznom delu toplotnog bilansa zemljine površine postoji bilans zračenja, u izlaznom delu je utrošak toplote za isparavanje, za zagrevanje atmosfere sa Zemlje, za zagrevanje tla. Toplota se takođe koristi za fotosintezu. Formiranje tla, ali ti troškovi ne prelaze 1%. Treba napomenuti da je iznad okeana veća potrošnja topline za isparavanje, u tropskim geografskim širinama - za zagrijavanje atmosfere.

U toplotnoj ravnoteži atmosfere, ulazni deo je toplota koja se oslobađa tokom kondenzacije vodene pare i prenosi sa površine u atmosferu; brzina protoka se sastoji od negativnog bilansa zračenja. Toplotni bilans zemljine površine i atmosfere je nula, tj. Zemlja je u stanju termičke ravnoteže.

Toplotni režim zemljine površine.

Zemljina površina se zagrijava direktno sunčevim zracima, a od njega se zagrijava atmosfera. Površina koja prima i odaje toplotu naziva se aktivna površina . U režimu površinske temperature razlikuju se dnevne i godišnje temperaturne varijacije. Dnevna varijacija površinskih temperatura – promjena površinske temperature tokom dana. Dnevne varijacije temperatura površine kopna (suhe i bez vegetacije) karakteriziraju jedan maksimum oko 13:00 sati i jedan minimum prije izlaska sunca. Maksimalne dnevne temperature površine kopna mogu doseći 80 0 C u suptropima i oko 60 0 C u umjerenim geografskim širinama.

Razlika između maksimalne i minimalne dnevne površinske temperature naziva se dnevni temperaturni raspon. Dnevna temperaturna amplituda ljeti može doseći 40 0 ​​C, a zimi je dnevna amplituda temperature najmanja - do 10 0 C.

Godišnja varijacija površinske temperature – promjena prosječne mjesečne površinske temperature tokom cijele godine određena je tokom sunčevog zračenja i zavisi od geografske širine mjesta. U umjerenim geografskim širinama, maksimalna temperatura kopnene površine bilježi se u julu, a minimalna u januaru; na okeanu, maksimumi i minimumi kasne za mjesec dana.

Godišnji raspon površinskih temperatura jednaka razlici između maksimalne i minimalne prosječne mjesečne temperature; raste sa povećanjem geografske širine, što se objašnjava povećanjem fluktuacija sunčevog zračenja. Godišnja temperaturna amplituda dostiže najveće vrijednosti na kontinentima; mnogo manje na okeanima i morskim obalama. Najmanja godišnja temperaturna amplituda uočena je u ekvatorijalnim širinama (2-3 0), najveća u subarktičkim širinama na kontinentima (više od 60 0).

Toplotni režim atmosfere. Atmosferski zrak se blago zagrijava direktno sunčevim zracima. Jer vazdušna školjka slobodno prenosi sunčeve zrake. Atmosferu zagrijava donja površina. Toplota se u atmosferu prenosi konvekcijom, advekcijom i kondenzacijom vodene pare. Slojevi zraka, zagrijani zemljom, postaju lakši i dižu se prema gore, dok hladniji, dakle teži zrak tone prema dolje. Kao rezultat termičke konvekcija Visoki slojevi zraka se zagrijavaju. Drugi proces prenosa toplote je advekcija– horizontalni prenos vazduha. Uloga advekcije je prenošenje toplote sa niskih na visoke geografske širine; u zimskom periodu toplota se prenosi sa okeana na kontinente. Kondenzacija vodene pare- važan proces koji prenosi toplotu na visoke slojeve atmosfere - prilikom isparavanja toplota se uzima sa površine koja isparava, a prilikom kondenzacije u atmosferi ta toplota se oslobađa.

Temperatura opada sa visinom. Promjena temperature zraka po jedinici udaljenosti naziva se vertikalni temperaturni gradijent, u prosjeku iznosi 0,6 0 na 100 m. Istovremeno, tok ovog smanjenja u različitim slojevima troposfere je različit: 0,3-0,4 0 do visine od 1,5 km; 0,5-0,6 – između visina od 1,5-6 km; 0,65-0,75 – od 6 do 9 km i 0,5-0,2 – od 9 do 12 km. U prizemnom sloju (debljine 2 m), nagibi, kada se preračunavaju na 100 m, izračunavaju se u stotinama stepeni. U rastućem vazduhu temperatura se menja adijabatski. Adijabatski proces – proces promene temperature vazduha tokom njegovog vertikalnog kretanja bez razmene toplote sa okolinom (u jednoj masi, bez razmene toplote sa drugim medijima).

Izuzeci se često primjećuju u opisanoj vertikalnoj raspodjeli temperature. Dešava se da su gornji slojevi zraka topliji od donjih slojeva koji se nalaze uz tlo. Ovaj fenomen se zove temperaturna inverzija (temperatura raste sa visinom) . Najčešće je inverzija posljedica jakog hlađenja površinskog sloja zraka, uzrokovanog snažnim hlađenjem zemljine površine u vedrim, mirnim noćima, uglavnom zimi. Sa neravnim terenom, hladne vazdušne mase polako teku po padinama i stagniraju u kotlinama, depresijama itd. Inverzije mogu nastati i kada se vazdušne mase kreću iz toplih u hladne oblasti, jer kada zagrejani vazduh struji na hladnu podlogu, njegovi donji slojevi se primetno hlade (kompresiona inverzija).

Dnevna i godišnja varijacija temperature zraka.

Dnevna varijacija temperature zraka naziva se promjena temperature zraka tokom dana - općenito odražava tok temperature zemljine površine, ali trenuci nastupanja maksimuma i minimuma su donekle odgođeni, maksimum se javlja u 14:00, minimum nakon izlazak sunca.

Dnevni raspon temperature zraka (razlika između maksimalne i minimalne temperature vazduha tokom dana) veća je na kopnu nego iznad okeana; smanjuje se pri prelasku na visoke geografske širine (najviša u tropskim pustinjama - do 40 0 ​​C) i povećava se na mjestima s golim tlom. Dnevna amplituda temperature zraka jedan je od pokazatelja kontinentalnosti klime. U pustinjama je mnogo veći nego u područjima s primorskom klimom.

Godišnja varijacija temperature zraka (promjena prosječne mjesečne temperature tokom cijele godine) je prvenstveno određena geografskom širinom mjesta. Godišnji raspon temperature zraka - razlika između maksimalne i minimalne prosječne mjesečne temperature.

Geografska distribucija temperature zraka prikazana je pomoću izoterma – linije koje povezuju tačke na karti sa istim temperaturama. Distribucija temperature zraka je zonalna, godišnje izoterme uglavnom imaju subširinski opseg i odgovaraju godišnjoj raspodjeli radijacijskog bilansa.

U prosjeku za godinu, najtoplija paralela je 10 0 S geografske širine. sa temperaturom od 27 0 C – to je termalni ekvator. Ljeti se termalni ekvator pomjera na 20 0 N geografske širine, a zimi se približava ekvatoru na 5 0 N geografske širine. Pomeranje toplotnog ekvatora na severnoj teritoriji objašnjava se činjenicom da je na severnoj teritoriji kopnena površina koja se nalazi na niskim geografskim širinama veća u odnosu na UP, i ima više temperature tokom cele godine.

1. Šta je sunčevo zračenje? U kojim jedinicama se mjeri? Od čega zavisi njegova veličina?

Ukupna količina energije zračenja koju šalje Sunce naziva se sunčevo zračenje, obično se izražava u kalorijama ili džulima po kvadratnom centimetru u minuti. Sunčevo zračenje je neravnomjerno raspoređeno po zemlji. Zavisi:

Od gustine i vlažnosti zraka - što su one veće, Zemljina površina prima manje zračenja;

U zavisnosti od geografske širine područja, količina zračenja raste od polova do ekvatora. Količina direktnog sunčevog zračenja zavisi od dužine puta kojim sunčeve zrake prolaze kroz atmosferu. Kada je Sunce u zenitu (ugao upada zraka je 90°), njegovi zraci najkraćim putem udaraju u Zemlju i intenzivno odaju svoju energiju na malo područje;

Od godišnjeg i dnevnog kretanja Zemlje - u srednjim i visokim geografskim širinama, priliv sunčevog zračenja uveliko varira prema godišnjim dobima, što je povezano sa promenama podnevne nadmorske visine Sunca i dužine dana;

Priroda zemljine površine - što je površina svjetlija, to više sunčeve svjetlosti reflektira.

2. Na koje se vrste sunčevog zračenja dijele?

Postoje sljedeće vrste sunčevog zračenja: zračenje koje dopire do površine Zemlje sastoji se od direktnog i difuznog. Zračenje koje dolazi na Zemlju direktno sa Sunca u obliku direktne sunčeve svjetlosti ispod neba bez oblaka naziva se direktno. Nosi najveću količinu topline i svjetlosti. Da naša planeta nema atmosferu, Zemljina površina bi primala samo direktno zračenje. Međutim, prolazeći kroz atmosferu, otprilike četvrtina sunčevog zračenja se raspršuje molekulama plina i nečistoćama i skreće s direktnog puta. Neki od njih dopiru do površine Zemlje, formirajući raspršeno sunčevo zračenje. Zahvaljujući rasejanom zračenju, svetlost prodire na mesta gde direktna sunčeva svetlost (direktno zračenje) ne prodire. Ovo zračenje stvara dnevnu svjetlost i daje boju nebu.

3. Zašto se snabdevanje sunčevim zračenjem menja u zavisnosti od godišnjih doba?

Rusija se, uglavnom, nalazi u umjerenim geografskim širinama, između tropa i arktičkog kruga; na ovim geografskim širinama Sunce izlazi i zalazi svaki dan, ali nikada nije u zenitu. Zbog činjenice da se ugao nagiba Zemlje ne mijenja tokom cijele njene revolucije oko Sunca, u različitim godišnjim dobima količina ulazne topline u umjerenim geografskim širinama je različita i ovisi o kutu Sunca iznad horizonta. Dakle, na geografskoj širini od 450 max, ugao upada sunčevih zraka (22. jun) je približno 680, a min (22. decembar) je približno 220. Što je manji upadni ugao sunčevih zraka, to je manje toplote. donose, stoga postoje značajne sezonske razlike u primljenom sunčevom zračenju u različito doba godine: zima, proljeće, ljeto, jesen.

4. Zašto je potrebno znati visinu Sunca iznad horizonta?

Visina Sunca iznad horizonta određuje količinu toplote koja dolazi na Zemlju, stoga postoji direktna veza između upadnog ugla sunčevih zraka i količine sunčevog zračenja koje stiže na površinu zemlje. Od ekvatora do polova, općenito, dolazi do smanjenja kuta upada sunčevih zraka, a kao rezultat toga, od ekvatora do polova, količina sunčevog zračenja se smanjuje. Dakle, znajući visinu Sunca iznad horizonta, možete saznati količinu topline koja dolazi na površinu zemlje.

5. Odaberite tačan odgovor. Ukupna količina zračenja koja dospe do površine Zemlje naziva se: a) apsorbovana radijacija; b) ukupno sunčevo zračenje; c) rasejano zračenje.

6. Odaberite tačan odgovor. Prilikom kretanja prema ekvatoru, količina ukupnog sunčevog zračenja: a) raste; b) smanjuje; c) se ne mijenja.

7. Odaberite tačan odgovor. Najveća stopa reflektovanog zračenja je: a) snijeg; b) černozem; c) pijesak; d) voda.

8. Mislite li da je moguće pocrniti po oblačnim ljetnim danima?

Ukupno sunčevo zračenje se sastoji od dvije komponente: difuzne i direktnog. Istovremeno, sunčeve zrake, bez obzira na njihovu prirodu, nose ultraljubičasto zračenje koje utiče na tamnjenje.

9. Koristeći mapu na slici 36, odredite ukupno sunčevo zračenje za deset gradova u Rusiji. Kakav ste zaključak izveli?

Ukupna radijacija u različitim gradovima Rusije:

Murmansk: 10 kcal/cm2 godišnje;

Arkhangelsk: 30 kcal/cm2 godišnje;

Moskva: 40 kcal/cm2 godišnje;

Perm: 40 kcal/cm2 godišnje;

Kazan: 40 kcal/cm2 godišnje;

Čeljabinsk: 40 kcal/cm2 godišnje;

Saratov: 50 kcal/cm2 godišnje;

Volgograd: 50 kcal/cm2 godišnje;

Astrakhan: 50 kcal/cm2 godišnje;

Rostov na Donu: više od 50 kcal/cm2 godišnje;

Opšti obrazac u raspodjeli sunčevog zračenja je sljedeći: što je objekt (grad) bliži polu, to manje sunčevog zračenja pada na njega (grad).

10. Opišite kako se godišnja doba razlikuju u vašem području (prirodni uslovi, životi ljudi, njihove aktivnosti). U koje godišnje doba je život najaktivniji?

Složen teren i velika širina od sjevera prema jugu omogućavaju razlikovanje 3 zone u regiji, koje se razlikuju kako po reljefnim tako i po klimatskim karakteristikama: planinsko-šumsko, šumsko-stepsko i stepsko. Klima planinsko-šumske zone je hladna i vlažna. Temperaturni uvjeti variraju ovisno o topografiji. Ovu zonu karakterišu kratka, prohladna ljeta i duge, snježne zime. Trajni snježni pokrivač formira se u periodu od 25. oktobra do 5. novembra i zadržava se do kraja aprila, a u pojedinim godinama snježni pokrivač se zadržava do 10.-15. maja. Najhladniji mjesec je januar. Prosečna temperatura zimi je minus 15-16°C, apsolutni minimum 44-48°C. Najtopliji mesec je jul sa prosečnom temperaturom vazduha od plus 15-17°C, apsolutna maksimalna temperatura vazduha tokom leta u ovo područje je dostiglo plus 37-38 ° C Klima šumsko-stepske zone je topla, sa prilično hladnim i snježnim zimama. Prosečna januarska temperatura je minus 15,5-17,5°C, apsolutna minimalna temperatura vazduha dostigla je minus 42-49°C. Prosečna temperatura vazduha u julu je plus 18-19°C. Apsolutna maksimalna temperatura je plus 42,0°C Klima stepskog pojasa je veoma toplo i suvo. Zima je ovdje hladna, sa jakim mrazevima i snježnim mećavama koje se javljaju 40-50 dana, uzrokujući obilan prijenos snijega. Prosečna januarska temperatura je minus 17-18°C. U teškim zimama minimalna temperatura vazduha pada na minus 44-46°C.

Zemlja prima 1,36*10,24 cal toplote godišnje od Sunca. U poređenju sa ovom količinom energije, preostala količina energije zračenja koja dopire do površine Zemlje je zanemarljiva. Dakle, energija zračenja zvijezda je stomilioni dio sunčeve energije, kosmičko zračenje je dvije milijarde, unutrašnja toplina Zemlje na njenoj površini jednaka je jednoj pethiljadinoj sunčevoj toplini.
Sunčevo zračenje - sunčevo zračenje- je glavni izvor energije za gotovo sve procese koji se odvijaju u atmosferi, hidrosferi iu gornjim slojevima litosfere.
Jedinica mjerenja intenziteta sunčevog zračenja je broj kalorija topline koje apsorbira 1 cm2 apsolutno crne površine okomite na smjer sunčevih zraka u 1 minuti (cal/cm2*min).

Protok energije zračenja od Sunca koja stiže do Zemljine atmosfere veoma je konstantan. Njegov intenzitet se naziva solarna konstanta (Io) i uzima se u prosjeku da iznosi 1,88 kcal/cm2 min.
Vrijednost solarne konstante varira ovisno o udaljenosti Zemlje od Sunca i sunčevoj aktivnosti. Njegove fluktuacije tokom cijele godine iznose 3,4-3,5%.
Kada bi sunčeve zrake padale okomito svuda po površini zemlje, onda bi u odsustvu atmosfere i sa solarnom konstantom od 1,88 cal/cm2*min svaki kvadratni centimetar dobio 1000 kcal godišnje. Zbog činjenice da je Zemlja sferna, ova količina je smanjena za 4 puta, a 1 sq. cm prima u prosjeku 250 kcal godišnje.
Količina sunčevog zračenja koju prima neka površina zavisi od upadnog ugla zraka.
Maksimalnu količinu zračenja prima površina okomita na pravac sunčevih zraka, jer se u tom slučaju sva energija raspoređuje na površinu čiji je poprečni presjek jednak poprečnom presjeku snopa zraka - a. Kada isti snop zraka pada koso, energija se raspoređuje na veću površinu (sekcija b) i jedinična površina prima manje od nje. Što je manji upadni ugao zraka, to je niži intenzitet sunčevog zračenja.
Ovisnost intenziteta sunčevog zračenja od upadnog kuta zraka izražava se formulom:

I1 = I0 * sin h,

gdje je I0 intenzitet sunčevog zračenja pri vertikalnom upadu zraka. Izvan atmosfere - solarna konstanta;
I1 je intenzitet sunčevog zračenja kada sunčevi zraci padaju pod uglom h.
I1 je onoliko puta manji od I0 koliko je presjek a manji od poprečnog presjeka b.
Slika 27 pokazuje da je a/b = sin A.
Ugao upada sunčevih zraka (visina Sunca) jednak je 90° samo na geografskim širinama od 23°27"N do 23°27"J. (tj. između tropskih krajeva). Na drugim geografskim širinama uvijek je manji od 90° (tabela 8). U skladu sa smanjenjem ugla upada zraka, trebalo bi da se smanji i intenzitet sunčevog zračenja koje dolazi na površinu na različitim geografskim širinama. Budući da visina Sunca ne ostaje konstantna tokom cijele godine i tokom dana, količina sunčeve topline koju prima površina neprestano se mijenja.

Količina sunčevog zračenja koju prima neka površina direktno je povezana sa ovisno o trajanju izlaganja sunčevoj svjetlosti.

U ekvatorijalnoj zoni van atmosfere količina sunčeve toplote tokom godine ne doživljava velike fluktuacije, dok su u visokim geografskim širinama ove fluktuacije veoma velike (vidi tabelu 9). Zimi su posebno značajne razlike u dobivanju sunčeve topline između visokih i niskih geografskih širina. Ljeti, u uvjetima kontinuiranog osvjetljenja, polarni regioni primaju maksimalnu količinu sunčeve topline dnevno na Zemlji. Na dan ljetnog solsticija na sjevernoj hemisferi ona je 36% veća od dnevne količine toplote na ekvatoru. Ali pošto dužina dana na ekvatoru nije 24 sata (kao u ovom trenutku na polu), već 12 sati, količina sunčevog zračenja po jedinici vremena na ekvatoru ostaje najveća. Ljetni maksimum dnevne količine sunčeve topline, uočen oko 40-50° geografske širine, povezan je sa relativno dugom dužinom dana (dužom nego u ovo vrijeme na 10-20° geografske širine) sa značajnom solarnom visinom. Razlike u količini topline koju primaju ekvatorijalne i polarne regije manje su ljeti nego zimi.
Južna hemisfera ljeti prima više topline nego sjeverna, a zimi - obrnuto (pod utjecajem promjena udaljenosti Zemlje od Sunca). A kada bi površine obje hemisfere bile potpuno homogene, godišnje amplitude temperaturnih fluktuacija na južnoj hemisferi bile bi veće nego na sjevernoj.
Sunčevo zračenje u atmosferi trpi kvantitativne i kvalitativne promjene.
Čak i idealna, suha i čista atmosfera apsorbuje i raspršuje zrake, smanjujući intenzitet sunčevog zračenja. Efekt slabljenja stvarne atmosfere koja sadrži vodenu paru i čvrste nečistoće na sunčevo zračenje je mnogo veći od efekta idealne atmosfere. Atmosfera (kiseonik, ozon, ugljen-dioksid, prašina i vodena para) apsorbuje uglavnom ultraljubičaste i infracrvene zrake. Energija zračenja Sunca koju apsorbuje atmosfera pretvara se u druge vrste energije: toplotnu, hemijsku itd. Generalno, apsorpcija slabi sunčevo zračenje za 17-25%.
Molekuli atmosferskih gasova rasipaju zrake relativno kratkim talasima - ljubičastim, plavim. To je ono što objašnjava plavu boju neba. Zraci različitih talasnih dužina se podjednako raspršuju nečistoćama. Stoga, kada je njihov sadržaj značajan, nebo poprima bjelkastu nijansu.
Zbog raspršivanja i refleksije sunčeve svjetlosti atmosferom, dnevna svjetlost se posmatra u oblačnim danima, vidljivi su objekti u sjeni, a javlja se i fenomen sumraka.
Što je duži put snopa u atmosferi, to je veća debljina kroz koju mora proći i to je značajnije oslabljeno sunčevo zračenje. Stoga se s nadmorskom visinom smanjuje utjecaj atmosfere na zračenje. Dužina putanje sunčeve svetlosti u atmosferi zavisi od visine Sunca. Ako uzmemo dužinu putanje sunčevog zraka u atmosferi kao jedan na solarnoj visini od 90° (m), odnos između visine Sunca i dužine putanje zraka u atmosferi će biti kao što je prikazano u tabeli. . 10.

Opšte slabljenje radijacije u atmosferi na bilo kojoj visini Sunca može se izraziti Bouguerovom formulom: Im= I0*pm, gdje je Im intenzitet sunčevog zračenja na površini zemlje promijenjen u atmosferi; I0 - solarna konstanta; m je putanja zraka u atmosferi; na solarnoj visini od 90° jednak je 1 (masa atmosfere), p je koeficijent transparentnosti (razlomak koji pokazuje koliki dio radijacije dopire do površine pri m=1).
Na solarnoj visini od 90°, sa m=1, intenzitet sunčevog zračenja na zemljinoj površini I1 je p puta manji od Io, tj. I1=Io*p.
Ako je visina Sunca manja od 90°, tada je m uvijek veći od 1. Putanja sunčevog zraka može se sastojati od nekoliko segmenata, od kojih je svaki jednak 1. Intenzitet sunčevog zračenja na granici između prvi (aa1) i drugi (a1a2) segment I1 je očigledno jednak Io *p, intenzitet zračenja nakon prolaska drugog segmenta I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2; I3=I0p3 itd.

Prozirnost atmosfere je promjenjiva i varira u različitim uvjetima. Omjer transparentnosti stvarne atmosfere i transparentnosti idealne atmosfere - faktor zamućenosti - uvijek je veći od jedan. Zavisi od sadržaja vodene pare i prašine u zraku. Sa povećanjem geografske širine, faktor zamućenosti opada: na geografskim širinama od 0 do 20° N. w. u proseku iznosi 4,6 na geografskim širinama od 40 do 50° S. w. - 3,5, na geografskim širinama od 50 do 60° S. w. - 2,8 i na geografskim širinama od 60 do 80° S. w. - 2.0. U umjerenim geografskim širinama faktor zamućenosti zimi je manji nego ljeti, a manji je ujutro nego tokom dana. S visinom se smanjuje. Što je veći faktor zamućenosti, veće je slabljenje sunčevog zračenja.
Razlikovati sunčevo zračenje direktno, difuzno i ​​ukupno.
Dio sunčevog zračenja koji prodire kroz atmosferu do površine Zemlje je direktno zračenje. Dio zračenja raspršenog atmosferom pretvara se u difuzno zračenje. Svo sunčevo zračenje koje dolazi na površinu zemlje, direktno i difuzno, naziva se totalno zračenje.
Odnos između direktnog i difuznog zračenja značajno varira u zavisnosti od oblačnosti, zaprašenosti atmosfere, kao i od nadmorske visine Sunca. Pod vedrim nebom, udio raspršene radijacije ne prelazi 0,1%; pod oblačnom nebom, raspršeno zračenje može biti veće od direktnog zračenja.
Na maloj solarnoj visini, ukupno zračenje se gotovo u potpunosti sastoji od raspršenog zračenja. Sa solarnom visinom od 50° i vedrim nebom, udio raspršenog zračenja ne prelazi 10-20%.
Karte prosječnih godišnjih i mjesečnih vrijednosti ukupnog zračenja omogućavaju nam da uočimo glavne obrasce u njegovoj geografskoj distribuciji. Godišnje vrijednosti ukupnog zračenja raspoređene su uglavnom po zonama. Najveću godišnju količinu ukupne radijacije na Zemlji prima površina u tropskim kopnenim pustinjama (Istočna Sahara i Centralna Arabija). Primjetno smanjenje ukupne radijacije na ekvatoru uzrokovano je visokom vlažnošću zraka i velikim oblacima. Na Arktiku, ukupno zračenje je 60-70 kcal/cm2 godišnje; na Antarktiku je zbog učestalosti vedrih dana i veće transparentnosti atmosfere nešto viša.

U junu, sjeverna hemisfera, a posebno unutrašnji tropski i suptropski regioni, primaju najveće količine zračenja. Količine sunčevog zračenja koje prima površina u umjerenim i polarnim geografskim širinama sjeverne hemisfere malo se razlikuju, uglavnom zbog duge dužine dana u polarnim područjima. Zoniranje u raspodjeli ukupnog zračenja iznad. kontinenata na sjevernoj hemisferi iu tropskim geografskim širinama južne hemisfere gotovo da nije izražen. Bolje se manifestira na sjevernoj hemisferi iznad okeana i jasno je izražen u vantropskim geografskim širinama južne hemisfere. U blizini južnog polarnog kruga, ukupno sunčevo zračenje se približava 0.
U decembru najveće količine radijacije ulaze u južnu hemisferu. Visoko ležeća ledena površina Antarktika, s visokom transparentnošću zraka, prima znatno više ukupne radijacije od površine Arktika u junu. U pustinjama (Kalahari, Velika Australija) ima dosta vrućine, ali zbog veće okeanske prirode južne hemisfere (uticaj visoke vlažnosti vazduha i oblačnosti), količina toplote je ovde nešto manja nego u junu na iste geografske širine sjeverne hemisfere. U ekvatorijalnim i tropskim geografskim širinama sjeverne hemisfere, ukupna radijacija se relativno malo mijenja, a zonalnost u njenoj distribuciji jasno je izražena samo na sjeveru sjevernog tropa. Sa povećanjem geografske širine, ukupna radijacija opada prilično brzo, njena nulta izolinija leži nešto sjeverno od arktičkog kruga.
Ukupna sunčeva radijacija koja pogađa Zemljinu površinu djelimično se reflektuje nazad u atmosferu. Omjer količine zračenja reflektovane od površine i količine zračenja koja pada na tu površinu naziva se albedo. Albedo karakterizira refleksivnost površine.
Albedo zemljine površine zavisi od njenog stanja i svojstava: boje, vlažnosti, hrapavosti itd. Najveću refleksivnost (85-95%) ima svježe pali snijeg. Mirna vodena površina, kada sunčevi zraci padaju okomito na nju, odbija samo 2-5%, a kada je sunce nisko, skoro sve zrake koje padaju na nju (90%). Albedo suvog černozema - 14%, vlažnog - 8, šuma - 10-20, livadske vegetacije - 18-30, pješčane pustinjske površine - 29-35, površine morskog leda - 30-40%.
Veliki albedo površine leda, posebno kada je prekrivena svježe palim snijegom (do 95%), razlog je niskih temperatura u polarnim područjima u ljetnim mjesecima, kada je priliv sunčevog zračenja tamo značajan.
Radijacija sa zemljine površine i atmosfere. Svako tijelo čija je temperatura iznad apsolutne nule (veća od minus 273°) emituje energiju zračenja. Ukupna emisivnost crnog tijela proporcionalna je četvrtom stepenu njegove apsolutne temperature (T):
E = σ*T4 kcal/cm2 po minuti (Stefan-Boltzmann zakon), gdje je σ konstantan koeficijent.
Što je temperatura tijela koje emituje viša, to je kraća talasna dužina emitovanih nm zraka. Vruće Sunce šalje u svemir kratkotalasnog zračenja. Zemljina površina, apsorbirajući kratkotalasnu sunčevu radijaciju, zagrijava se i također postaje izvor zračenja (zemaljsko zračenje). Ali pošto temperatura zemljine površine ne prelazi nekoliko desetina stepeni, to je dugotalasno zračenje, nevidljivo.
Zemljino zračenje u velikoj mjeri zadržava atmosfera (vodena para, ugljični dioksid, ozon), ali zraci valne dužine od 9-12 mikrona slobodno izlaze izvan atmosfere, te stoga Zemlja gubi dio svoje topline.
Atmosfera, apsorbirajući dio sunčevog zračenja koje prolazi kroz nju i više od polovine zemaljskog zračenja, sama zrači energiju kako u svemir tako i na površinu zemlje. Atmosfersko zračenje usmjereno prema zemljinoj površini prema zemljinoj naziva se protiv zračenja. Ovo zračenje, kao i zemaljsko zračenje, je dugotalasno i nevidljivo.
U atmosferi postoje dva toka dugovalnog zračenja - zračenje sa površine Zemlje i zračenje iz atmosfere. Razlika između njih, koja određuje stvarni gubitak toplote na zemljinoj površini, naziva se efektivno zračenje.Što je viša temperatura površine koja emituje, to je veće efektivno zračenje. Vlažnost vazduha smanjuje efektivno zračenje, a oblaci ga u velikoj meri smanjuju.
Najveće godišnje količine efektivne radijacije uočene su u tropskim pustinjama - 80 kcal/cm2 godišnje - zbog visokih površinskih temperatura, suvog vazduha i vedrog neba. Na ekvatoru, sa visokom vlažnošću vazduha, efektivno zračenje je samo oko 30 kcal/cm2 godišnje, a njegova vrijednost za kopno i za okean se vrlo malo razlikuje. Najmanje efektivno zračenje u polarnim područjima. U umjerenim geografskim širinama, Zemljina površina gubi otprilike polovinu količine topline koju prima apsorpcijom ukupnog zračenja.
Sposobnost atmosfere da prenosi kratkovalno zračenje sa Sunca (direktno i difuzno zračenje) i zadržava dugovalno zračenje sa Zemlje naziva se efektom staklene bašte. Zahvaljujući efektu staklene bašte, prosječna temperatura zemljine površine je +16°, u nedostatku atmosfere bila bi -22° (38° niža).
Bilans zračenja (preostalo zračenje). Zemljina površina istovremeno prima zračenje i oslobađa ga. Priliv radijacije se sastoji od ukupnog sunčevog zračenja i protuzračenja iz atmosfere. Potrošnja je refleksija sunčeve svjetlosti od površine (albedo) i vlastito zračenje zemljine površine. Razlika između dolaznog i izlaznog zračenja - bilans zračenja, ili zaostalo zračenje. Vrijednost ravnoteže zračenja određena je jednadžbom

R = Q*(1-α) - I,

gdje je Q ukupno sunčevo zračenje koje dolazi po jedinici površine; α - albedo (frakcija); I - efektivno zračenje.
Ako je prihod veći od protoka, saldo zračenja je pozitivan; ako je prihod manji od protoka, saldo je negativan. Noću na svim geografskim širinama bilans zračenja je negativan, tokom dana prije podne je svugdje pozitivan osim na visokim geografskim širinama zimi; popodne - opet negativan. U prosjeku dnevno, bilans zračenja može biti pozitivan ili negativan (tabela 11).


Mapa godišnjih suma radijacijske ravnoteže zemljine površine pokazuje oštru promjenu položaja izolinija kako se kreću od kopna do oceana. Po pravilu, radijaciona ravnoteža površine okeana premašuje radijacionu ravnotežu kopna (uticaj albeda i efektivnog zračenja). Raspodjela radijacijske ravnoteže je općenito zonalna. Na okeanu u tropskim geografskim širinama, godišnje vrijednosti bilansa zračenja dostižu 140 kcal/cm2 (Arapsko more) i ne prelaze 30 kcal/cm2 na granici plutajućeg leda. Odstupanja od zonske distribucije radijacijske ravnoteže na okeanu su neznatna i uzrokovana su raspodjelom oblačnosti.
Na kopnu u ekvatorijalnim i tropskim geografskim širinama, godišnje vrijednosti radijacijske ravnoteže variraju od 60 do 90 kcal/cm2 u zavisnosti od uslova vlage. Najveće godišnje sume radijacijskog bilansa zapažaju se u onim područjima gdje su albedo i efektivna radijacija relativno niski (tropske prašume, savane). Njihove vrijednosti su najniže u vrlo vlažnim (velika oblačnost) i vrlo suvim (visoko efektivno zračenje) područjima. U umjerenim i visokim geografskim širinama, godišnja vrijednost bilansa zračenja opada sa povećanjem geografske širine (efekat smanjenja ukupne radijacije).
Godišnji iznosi radijacijskog bilansa nad centralnim regijama Antarktika su negativni (nekoliko kalorija po 1 cm2). Na Arktiku su vrijednosti ovih veličina blizu nule.
U julu je radijacijski bilans zemljine površine u značajnom dijelu južne hemisfere negativan. Linija nulte ravnoteže ide između 40 i 50° J. w. Najveću vrijednost radijacijskog bilansa postiže se na površini okeana u tropskim geografskim širinama sjeverne hemisfere i na površini nekih unutrašnjih mora, poput Crnog mora (14-16 kcal/cm2 mjesečno).
U januaru se linija nulte ravnoteže nalazi između 40 i 50° N. w. (nad okeanima se uzdiže nešto na sjever, preko kontinenata se spušta na jug). Značajan dio sjeverne hemisfere ima negativan bilans zračenja. Najviše vrijednosti radijacijske ravnoteže ograničene su na tropske geografske širine južne hemisfere.
U prosjeku godišnje, radijacijski bilans zemljine površine je pozitivan. U tom slučaju temperatura površine se ne povećava, već ostaje približno konstantna, što se može objasniti samo kontinuiranom potrošnjom viška topline.
Radijacijski balans atmosfere sastoji se od sunčevog i zemaljskog zračenja koje apsorbira, s jedne strane, i atmosferskog zračenja, s druge strane. Ona je uvijek negativna, jer atmosfera apsorbira samo mali dio sunčevog zračenja i emituje skoro onoliko koliko i površina.
Radijacijski bilans površine i atmosfere zajedno u cjelini za cijelu Zemlju godišnje je u prosjeku nula, ali na geografskim širinama može biti i pozitivan i negativan.
Posljedica ove distribucije radijacijske ravnoteže bi trebao biti prijenos topline u smjeru od ekvatora prema polovima.
Toplotni bilans. Radijacijska ravnoteža je najvažnija komponenta toplotne ravnoteže. Jednačina površinske toplinske ravnoteže pokazuje kako se energija sunčevog zračenja pretvara na zemljinu površinu:

gdje je R bilans zračenja; LE - potrošnja toplote za isparavanje (L - latentna toplota isparavanja, E - isparavanje);
P - turbulentna izmjena toplote između površine i atmosfere;
A - izmjena topline između površinskih i donjih slojeva tla ili vode.
Bilans zračenja površine smatra se pozitivnim ako zračenje koje apsorbira površina premašuje gubitak topline, a negativnim ako ga ne nadoknađuje. Svi ostali pojmovi toplotnog bilansa smatraju se pozitivnim ako rezultiraju gubitkom topline sa površine (ako odgovaraju potrošnji topline). Jer. svi članovi jednadžbe se mogu promijeniti, toplinska ravnoteža se stalno poremeti i ponovo obnavlja.
Jednačina površinskog toplotnog bilansa o kojoj smo gore govorili je približna, jer ne uzima u obzir neke manje, ali u specifičnim uslovima faktore koji postaju bitni, na primjer, oslobađanje topline tokom smrzavanja, njena potrošnja za odmrzavanje itd.
Toplotni bilans atmosfere sastoji se od radijativne ravnoteže atmosfere Ra, toplote koja dolazi sa površine, Pa, toplote koja se oslobađa u atmosferi pri kondenzaciji, LE i horizontalnog prenosa toplote (advekcije) Aa. Radijacijski bilans atmosfere je uvijek negativan. Priliv topline kao rezultat kondenzacije vlage i veličina turbulentnog prijenosa topline su pozitivni. Advekcija toplote dovodi, u proseku godišnje, do njenog prelaska sa niskih geografskih širina na visoke: dakle, to znači gubitak toplote u niskim geografskim širinama i dobijanje toplote na visokim geografskim širinama. U dugoročnom izvođenju, toplotna ravnoteža atmosfere može se izraziti jednačinom Ra=Pa+LE.
Toplotni bilans površine i atmosfere zajedno u cjelini je u dugom prosjeku jednak 0 (Sl. 35).

Količina sunčevog zračenja koja ulazi u atmosferu godišnje (250 kcal/cm2) uzima se kao 100%. Sunčevo zračenje, prodirući u atmosferu, djelimično se odbija od oblaka i vraća se van atmosfere - 38%, djelomično apsorbira atmosfera - 14% i djelomično u obliku direktnog sunčevog zračenja dopire do površine Zemlje - 48%. Od 48% koji dosegnu površinu, 44% se apsorbira, a 4% se reflektira. Dakle, Zemljin albedo je 42% (38+4).
Zračenje koje apsorbuje zemljina površina troši se na sledeći način: 20% se gubi efektivnim zračenjem, 18% se troši na isparavanje sa površine, 6% se troši na zagrevanje vazduha tokom turbulentne razmene toplote (ukupno 24%). Potrošnja topline površine balansira njen dolazak. Toplota koju prima atmosfera (14% direktno od Sunca, 24% od zemljine površine), zajedno sa efektivnim zračenjem Zemlje, usmerava se u svemir. Zemljin albedo (42%) i radijacija (58%) balansiraju ulaz sunčevog zračenja u atmosferu.

Sunčevo zračenje

Sunčevo zračenje

elektromagnetno zračenje koje dolazi sa Sunca i ulazi u Zemljinu atmosferu. Talasna dužina sunčevog zračenja koncentrirana je u rasponu od 0,17 do 4 µm sa maks. na talasnoj dužini od 0,475 µm. UREDU. 48% energije sunčevog zračenja otpada na vidljivi dio spektra (talasna dužina od 0,4 do 0,76 mikrona), 45% na infracrveni (više od 0,76 mikrona), a 7% na ultraljubičasti (manje od 0,4 µm). Sunčevo zračenje je glavno izvor energije za procese u atmosferi, okeanu, biosferi itd. Mjeri se u jedinicama energije po jedinici površine u jedinici vremena, na primjer. W/m². Sunčevo zračenje na gornjoj granici atmosfere u srijedu. naziva se udaljenost Zemlje od Sunca solarna konstanta i iznosi cca. 1382 W/m². Prolazeći kroz Zemljinu atmosferu, sunčevo zračenje mijenja intenzitet i spektralni sastav zbog apsorpcije i raspršivanja na česticama zraka, plinovitim nečistoćama i aerosolu. Na površini Zemlje, spektar sunčevog zračenja je ograničen na 0,29–2,0 μm, a intenzitet je značajno smanjen u zavisnosti od sadržaja nečistoća, nadmorske visine i oblačnosti. Direktno zračenje, oslabljeno pri prolasku kroz atmosferu, kao i raspršeno zračenje, nastalo kada se direktna linija rasprši u atmosferi, dopire do površine Zemlje. Dio direktnog sunčevog zračenja odbija se od zemljine površine i oblaka i odlazi u svemir; rasejano zračenje takođe delimično izlazi u svemir. Ostatak sunčevog zračenja je uglavnom pretvara u toplinu, zagrijavajući površinu zemlje i dijelom zrak. Sunčevo zračenje, tj. jedno je od glavnih. komponente radijacijske ravnoteže.

Geografija. Moderna ilustrovana enciklopedija. - M.: Rosman. Uredio prof. A. P. Gorkina. 2006 .

Pogledajte šta je "sunčevo zračenje" u drugim rječnicima:

Elektromagnetno i korpuskularno zračenje Sunca. Elektromagnetno zračenje pokriva opseg talasnih dužina od gama zračenja do radio talasa, njegov energetski maksimum pada u vidljivom delu spektra. Korpuskularna komponenta solarne ... ... Veliki enciklopedijski rječnik

sunčevo zračenje- Ukupan protok elektromagnetnog zračenja koje emituje Sunce i pada na Zemlju... Geografski rječnik

Ovaj izraz ima druga značenja, pogledajte Zračenje (značenja). U ovom članku nedostaju veze do izvora informacija. Informacije moraju biti provjerljive, inače mogu biti dovedene u pitanje... Wikipedia

Svi procesi na površini zemaljske kugle, kakvi god oni bili, imaju sunčevu energiju kao izvor. Da li se proučavaju čisto mehanički procesi, hemijski procesi u vazduhu, vodi, tlu, fiziološki procesi ili bilo šta... Enciklopedijski rječnik F.A. Brockhaus i I.A. Efron

Elektromagnetno i korpuskularno zračenje Sunca. Elektromagnetno zračenje pokriva opseg talasnih dužina od gama zračenja do radio talasa, njegov energetski maksimum pada u vidljivom delu spektra. Korpuskularna komponenta solarne ... ... enciklopedijski rječnik

sunčevo zračenje- Saulės spinduliuotė statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. solarno zračenje vok. Sonnenstrahlung, f rus. sunčevo zračenje, n; sunčevo zračenje, f; sunčevo zračenje, n pranc. rayonnement solaire, m … Fizikos terminų žodynas

sunčevo zračenje- Saulės spinduliuotė statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Saulės atmosferos elektromagnetinė (infraraudonoji 0,76 nm sudaro 45%, matomoji 0,38–0,76 nm %), m zračenjem 38% – 0,76 nm – 48% ultraviolet – 48% ų, gama kvantų ir… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

Zračenje Sunca elektromagnetne i korpuskularne prirode. S. r. glavni izvor energije za većinu procesa koji se odvijaju na Zemlji. Corpuscular S. r. sastoji se uglavnom od protona, koji imaju brzine od 300-1500 u blizini Zemlje… … Velika sovjetska enciklopedija

Email mag. i korpuskularno zračenje Sunca. Email mag. zračenje pokriva raspon talasnih dužina od gama zračenja do radio talasa, njegove energije. maksimum pada na vidljivi dio spektra. Korpuskularna komponenta S. r. sastoji se od pogl. arr. od… … Prirodna nauka. enciklopedijski rječnik

direktno sunčevo zračenje- Sunčevo zračenje koje dolazi direktno iz solarnog diska... Geografski rječnik

Knjige

• Sunčevo zračenje i klima Zemlje, Fedorov Valerij Mihajlovič. U knjizi su predstavljeni rezultati istraživanja varijacija Zemljine insolacije u vezi sa nebesko-mehaničkim procesima. Analiziraju se niskofrekventne i visokofrekventne promjene solarne klime...

Izvori toplote. Toplotna energija je od presudnog značaja u životu atmosfere. Glavni izvor ove energije je Sunce. Što se tiče toplotnog zračenja Mjeseca, planeta i zvijezda, ono je toliko beznačajno za Zemlju da se praktično ne može uzeti u obzir. Značajno više toplotne energije daje unutrašnja toplota Zemlje. Prema proračunima geofizičara, stalni protok toplote iz unutrašnjosti Zemlje povećava temperaturu zemljine površine za 0°.1. Ali takav priliv topline je još uvijek toliko mali da ga ni ne treba uzimati u obzir. Dakle, jedinim izvorom toplotne energije na površini Zemlje može se smatrati samo Sunce.

Sunčevo zračenje. Sunce, koje ima temperaturu fotosfere (površine zračenja) od oko 6000°, zrači energiju u svemir u svim smjerovima. Dio ove energije, u obliku ogromnog snopa paralelnih sunčevih zraka, pogađa Zemlju. Sunčeva energija koja dospijeva na površinu Zemlje u obliku direktnih sunčevih zraka naziva se direktno sunčevo zračenje. Ali ne dopire svo sunčevo zračenje usmjereno na Zemlju do površine Zemlje, budući da se sunčeve zrake, prolazeći kroz debeli sloj atmosfere, njome djelomično apsorbiraju, dijelom raspršuju molekulama i suspendiranim česticama zraka, a neke se odbijaju od oblaka. Taj dio sunčeve energije koji se raspršuje u atmosferi naziva se rasejanog zračenja. Raspršeno sunčevo zračenje putuje kroz atmosferu i stiže do površine Zemlje. Ovu vrstu zračenja doživljavamo kao jednoličnu dnevnu svjetlost, kada je Sunce potpuno prekriveno oblacima ili je tek nestalo ispod horizonta.

Direktno i difuzno sunčevo zračenje, došavši do površine Zemlje, ono se ne apsorbira u potpunosti. Dio sunčevog zračenja reflektira se sa zemljine površine natrag u atmosferu i tamo se nalazi u obliku struje zraka, tzv. reflektovano sunčevo zračenje.

Sastav sunčevog zračenja je veoma složen, što je povezano sa veoma visokom temperaturom zračeće površine Sunca. Uobičajeno, prema talasnoj dužini, spektar sunčevog zračenja se deli na tri dela: ultraljubičasto (η<0,4<μ видимую глазом (η od 0,4μ do 0,76μ) i infracrveni deo (η >0,76μ). Osim temperature solarne fotosfere, na sastav sunčevog zračenja na površini zemlje utiče i apsorpcija i raspršivanje dijela sunčevih zraka pri prolasku kroz zračni omotač Zemlje. U tom smislu, sastav sunčevog zračenja na gornjoj granici atmosfere i na površini Zemlje bit će različit. Na osnovu teorijskih proračuna i zapažanja, utvrđeno je da na granici atmosfere ultraljubičasto zračenje čini 5%, vidljivo zračenje 52% i infracrveno 43%. Na površini Zemlje (na solarnoj visini od 40°) ultraljubičasti zraci čine samo 1%, vidljivi zraci čine 40%, a infracrveni 59%.

Intenzitet sunčevog zračenja. Intenzitet direktnog sunčevog zračenja podrazumijeva se kao količina topline u kalorijama primljenim u minuti. od energije zračenja Sunčeve površine u 1 cm 2, lociran okomito na sunčeve zrake.

Za mjerenje intenziteta direktnog sunčevog zračenja koriste se posebni instrumenti - aktinometri i pirheliometri; Količina raspršenog zračenja određuje se piranometrom. Automatsko registrovanje trajanja sunčevog zračenja vrši se aktinografima i heliografima. Spektralni intenzitet sunčevog zračenja određuje se spektrobolografom.

Na granici atmosfere, gdje su isključeni efekti apsorpcije i raspršenja Zemljine zračne ljuske, intenzitet direktnog sunčevog zračenja je približno 2 feces od 1 cm 2 površine za 1 min. Ova količina se zove solarna konstanta. Intenzitet sunčevog zračenja u 2 feces od 1 cm 2 za 1 min. pruža tako veliku količinu toplote tokom godine da bi bila dovoljna da se otopi sloj leda 35 m debeo ako je takav sloj pokrivao cijelu površinu zemlje.

Brojna mjerenja intenziteta sunčevog zračenja daju razlog za vjerovanje da količina sunčeve energije koja stiže na gornju granicu Zemljine atmosfere fluktuira za nekoliko posto. Oscilacije su periodične i neperiodične, očigledno povezane sa procesima koji se dešavaju na samom Suncu.

Osim toga, tokom godine dolazi do neke promjene intenziteta sunčevog zračenja zbog činjenice da se Zemlja, u svojoj godišnjoj rotaciji, ne kreće u krug, već po elipsi, u jednom od žarišta u kojima se nalazi Sunce. . S tim u vezi, udaljenost od Zemlje do Sunca se mijenja i, posljedično, intenzitet sunčevog zračenja fluktuira. Najveći intenzitet se zapaža oko 3. januara, kada je Zemlja najbliža Suncu, a najmanji oko 5. jula, kada je Zemlja na maksimalnoj udaljenosti od Sunca.

Iz tog razloga, fluktuacije u intenzitetu sunčevog zračenja su vrlo male i mogu biti samo teoretski interesantne. (Količina energije na maksimalnoj udaljenosti povezana je s količinom energije na minimalnoj udaljenosti kao 100:107, tj. razlika je potpuno zanemarljiva.)

Uslovi zračenja površine zemaljske kugle. Sam sferni oblik Zemlje dovodi do činjenice da je energija zračenja Sunca vrlo neravnomjerno raspoređena na površini Zemlje. Dakle, u dane prolećne i jesenje ravnodnevice (21. marta i 23. septembra), samo na ekvatoru u podne upadni ugao zraka iznosiće 90° (slika 30), a kako se približava polovima će smanjiti sa 90 na 0°. dakle,

ako se na ekvatoru količina primljenog zračenja uzme kao 1, onda će na 60. paraleli biti izražena kao 0,5, a na polu će biti jednaka 0.

Globus, osim toga, ima dnevno i godišnje kretanje, a Zemljina osa je nagnuta prema orbitalnoj ravni za 66°.5. Zbog ove inklinacije između ekvatorijalne i orbitalne ravni nastaje ugao od 23°30. Ova okolnost dovodi do činjenice da će uglovi upada sunčevih zraka za iste geografske širine varirati unutar 47° (23,5 + 23,5 ) .

U zavisnosti od doba godine, ne menja se samo ugao upada zraka, već i trajanje osvetljenja. Ako je u tropskim zemljama dužina dana i noći približno jednaka u svako doba godine, onda je u polarnim zemljama, naprotiv, vrlo različita. Tako, na primjer, na 70° N. w. ljeti Sunce ne zalazi 65 dana na 80° S. š. - 134, a na stubu -186. Zbog toga je zračenje na Sjevernom polu na dan ljetnog solsticija (22. juna) 36% veće nego na ekvatoru. Što se tiče cijele ljetne polovine godine, ukupna količina topline i svjetlosti koju prima pol je samo 17% manja nego na ekvatoru. Tako se ljeti u polarnim zemljama trajanjem osvjetljenja u velikoj mjeri nadoknađuje nedostatak zračenja što je posljedica malog upadnog ugla zraka. U zimskoj polovini godine slika je potpuno drugačija: količina zračenja na istom severnom polu biće jednaka 0. Kao rezultat toga, tokom godine prosečna količina zračenja na polu je 2,4 manja nego na polu. ekvator. Iz svega rečenog proizilazi da je količina sunčeve energije koju Zemlja prima zračenjem određena upadnim uglom zraka i trajanjem zračenja.

U nedostatku atmosfere na različitim geografskim širinama, Zemljina površina bi primila sljedeću količinu toplote dnevno, izraženu u kalorijama po 1 cm 2(pogledajte tabelu na stranici 92).

Raspodjela zračenja po zemljinoj površini data u tabeli obično se naziva solarna klima. Ponavljamo da takvu raspodjelu zračenja imamo samo na gornjoj granici atmosfere.

Slabljenje sunčevog zračenja u atmosferi. Do sada smo govorili o uslovima za distribuciju sunčeve toplote po površini zemlje, ne vodeći računa o atmosferi. U međuvremenu, atmosfera u ovom slučaju je od velike važnosti. Sunčevo zračenje, prolazeći kroz atmosferu, doživljava disperziju i, pored toga, apsorpciju. Oba ova procesa zajedno u značajnoj mjeri umanjuju sunčevo zračenje.

Sunčeve zrake, prolazeći kroz atmosferu, prvo doživljavaju raspršivanje (difuziju). Rasipanje nastaje činjenicom da svetlosne zrake, prelomljene i odbijene od molekula vazduha i čestica čvrstih i tečnih tela u vazduhu, skreću sa pravog puta. To zaista "raspršiti".

Rasipanje u velikoj meri umanjuje sunčevo zračenje. Sa povećanjem količine vodene pare, a posebno čestica prašine, disperzija se povećava i zračenje slabi. U velikim gradovima i pustinjskim područjima, gdje je sadržaj prašine u zraku najveći, disperzija slabi jačinu zračenja za 30-45%. Zahvaljujući rasipanju, dobija se dnevna svetlost koja osvetljava predmete, čak i ako sunčeve zrake ne padaju direktno na njih. Rasipanje takođe određuje boju neba.

Zaustavimo se sada na sposobnosti atmosfere da apsorbuje energiju zračenja Sunca. Glavni gasovi koji čine atmosferu apsorbuju relativno malo energije zračenja. Nečistoće (vodena para, ozon, ugljični dioksid i prašina), naprotiv, imaju visoku sposobnost apsorpcije.

U troposferi, najznačajnija nečistoća je vodena para. Posebno snažno apsorbuju infracrvene (dugotalasne), odnosno pretežno toplotne zrake. I što je više vodene pare u atmosferi, to je prirodno više i. apsorpcija. Količina vodene pare u atmosferi podložna je velikim promjenama. U prirodnim uslovima varira od 0,01 do 4% (po zapremini).

Ozon ima veoma visok kapacitet apsorpcije. Značajna primjesa ozona, kao što je već spomenuto, nalazi se u nižim slojevima stratosfere (iznad tropopauze). Ozon skoro u potpunosti apsorbuje ultraljubičaste (kratkotalasne) zrake.

Ugljični dioksid također ima visok kapacitet apsorpcije. Apsorbuje uglavnom dugotalasne, odnosno pretežno toplotne zrake.

Prašina u vazduhu takođe apsorbuje nešto sunčevog zračenja. Kada se zagrije sunčevim zracima, može značajno povećati temperaturu zraka.

Od ukupne količine sunčeve energije koja dolazi na Zemlju, atmosfera apsorbuje samo oko 15%.

Slabljenje sunčevog zračenja rasipanjem i apsorpcijom atmosfere je veoma različito za različite geografske širine Zemlje. Ova razlika prvenstveno zavisi od upadnog ugla zraka. U zenitnom položaju Sunca, zraci, padajući okomito, prelaze atmosferu najkraćim putem. Kako se upadni ugao smanjuje, putanja zraka se produžava i slabljenje sunčevog zračenja postaje značajnije. Ovo drugo je jasno vidljivo sa crteža (sl. 31) i priložene tabele (u tabeli je putanja sunčeve zrake u zenitnoj poziciji Sunca uzeta kao jedna).

Ovisno o kutu upada zraka mijenja se ne samo broj zraka, već i njihov kvalitet. U periodu kada je Sunce u zenitu (iznad glave), ultraljubičasti zraci čine 4%

vidljivo - 44% i infracrveno - 52%. Kada je Sunce pozicionirano blizu horizonta, ultraljubičastih zraka uopšte nema, vidljivih 28% i infracrvenih 72%.

Složenost uticaja atmosfere na sunčevo zračenje dodatno je otežana činjenicom da njen prenosni kapacitet uveliko varira u zavisnosti od doba godine i vremenskih uslova. Dakle, ako je nebo cijelo vrijeme ostalo bez oblaka, onda bi se godišnji tok priliva sunčevog zračenja na različitim geografskim širinama mogao grafički izraziti na sljedeći način (Sl. 32). Na crtežu se jasno vidi da je nebo bez oblaka u Moskvi u maju, U junu i julu, toplinu bi više primalo sunčevo zračenje nego na ekvatoru. Slično, u drugoj polovini maja, junu i prvoj polovini jula više toplote bi se primilo na severnom polu nego na ekvatoru i u Moskvi. Ponavljamo da bi to bio slučaj sa nebom bez oblaka. Ali u stvarnosti to ne funkcionira, jer oblačnost značajno slabi sunčevo zračenje. Dajemo primjer prikazan na grafikonu (Sl. 33). Grafikon pokazuje koliko sunčevog zračenja ne dopire do Zemljine površine: značajan dio odlaže atmosfera i oblaci.

Međutim, mora se reći da toplina koju apsorbuju oblaci dijelom ide na zagrijavanje atmosfere, a dijelom indirektno dopire do površine zemlje.

Dnevne i godišnje varijacije sunčevog intenzitetasvetlosnog zračenja. Intenzitet direktnog sunčevog zračenja na površini Zemlje zavisi od visine Sunca iznad horizonta i od stanja atmosfere (sadržaja prašine). Ako. Kada bi prozirnost atmosfere bila konstantna tokom cijelog dana, tada bi se maksimalni intenzitet sunčevog zračenja uočavao u podne, a minimalan pri izlasku i zalasku sunca. U ovom slučaju, grafik dnevnog intenziteta sunčevog zračenja bio bi simetričan u odnosu na pola dana.

Sadržaj prašine, vodene pare i drugih nečistoća u atmosferi se stalno mijenja. S tim u vezi, narušena je transparentnost promjena zraka i simetrija grafika intenziteta sunčevog zračenja. Često, posebno ljeti, u podne, kada se zemljina površina intenzivno zagrijava, nastaju snažne uzlazne struje zraka, a količina vodene pare i prašine u atmosferi se povećava. Ovo rezultira značajnim smanjenjem sunčevog zračenja u podne; Maksimalni intenzitet zračenja u ovom slučaju se opaža u predpodnevnim ili popodnevnim satima. Godišnja varijacija u intenzitetu sunčevog zračenja povezana je i sa promjenama visine Sunca iznad horizonta tokom cijele godine i sa stanjem prozirnosti atmosfere u različitim godišnjim dobima. U zemljama sjeverne hemisfere najveća visina Sunca iznad horizonta se javlja u mjesecu junu. Ali istovremeno se uočava najveća zaprašenost atmosfere. Stoga se maksimalni intenzitet obično ne javlja usred ljeta, već u proljetnim mjesecima, kada se Sunce diže prilično visoko* iznad horizonta, a atmosfera nakon zime ostaje relativno bistra. Da bismo ilustrirali godišnju varijaciju intenziteta sunčevog zračenja na sjevernoj hemisferi, predstavljamo podatke o prosječnim mjesečnim vrijednostima podnevnog intenziteta zračenja u Pavlovsku.

Količina toplote od sunčevog zračenja. Zemljina površina tokom dana kontinuirano prima toplinu od direktnog i difuznog sunčevog zračenja ili samo od difuznog zračenja (po oblačnom vremenu). Dnevna količina toplote utvrđuje se na osnovu aktinometrijskih opažanja: uzimajući u obzir količinu direktnog i difuznog zračenja primljenog na zemljinu površinu. Nakon utvrđivanja količine topline za svaki dan, izračunava se količina topline koju primi Zemljina površina mjesečno ili godišnje.

Dnevna količina toplote koju Zemljina površina primi od sunčevog zračenja zavisi od intenziteta zračenja i trajanja njegovog delovanja tokom dana. S tim u vezi, minimalni priliv topline javlja se zimi, a maksimum ljeti. U geografskoj distribuciji ukupne radijacije širom svijeta, njeno povećanje se uočava sa smanjenjem geografske širine. Ovaj stav potvrđuje sljedeća tabela.

Uloga direktnog i difuznog zračenja u godišnjoj količini toplote koju prima zemaljska površina na različitim geografskim širinama je različita. Na visokim geografskim širinama, godišnjom količinom toplote dominira rasejano zračenje. Sa smanjenjem geografske širine, direktno sunčevo zračenje postaje dominantno. Na primjer, u zaljevu Tikhaya, difuzno sunčevo zračenje daje 70% godišnje količine topline, a direktno zračenje samo 30%. U Taškentu, naprotiv, direktno sunčevo zračenje daje 70%, a raspršeno samo 30%.

Reflektivnost Zemlje. Albedo. Kao što je već navedeno, Zemljina površina apsorbira samo dio sunčeve energije koja do nje stigne u obliku direktnog i difuznog zračenja. Drugi dio se reflektuje u atmosferu. Omjer količine sunčevog zračenja reflektovanog od date površine i količine zračnog toka energije koji pada na ovu površinu naziva se albedo. Albedo se izražava u procentima i karakteriše reflektivnost date površine.

Albedo zavisi od prirode površine (svojstva tla, prisustvo snijega, vegetacije, vode itd.) i od kuta upada sunčevih zraka na površinu Zemlje. Tako, na primjer, ako zraci padaju na površinu zemlje pod uglom od 45°, tada:

Iz gornjih primjera jasno je da reflektivnost različitih objekata nije ista. Najveća je u blizini snijega, a najmanje u blizini vode. Međutim, primjeri koje smo uzeli odnose se samo na one slučajeve kada je visina Sunca iznad horizonta 45°. Kako se ovaj ugao smanjuje, reflektivnost se povećava. Tako, na primjer, na solarnoj visini od 90°, voda reflektira samo 2%, na 50° - 4%, na 20° - 12%, na 5° - 35-70% (u zavisnosti od stanja vodene površine ).

U prosjeku, s nebom bez oblaka, površina globusa odražava 8% sunčevog zračenja. Osim toga, 9% se odražava na atmosferu. Dakle, globus kao cjelina, s nebom bez oblaka, reflektira 17% zračeće energije Sunca koja pada na njega. Ako je nebo prekriveno oblacima, tada se 78% zračenja odbija od njih. Ako uzmemo prirodne uslove, na osnovu odnosa između neba bez oblaka i neba pokrivenog oblacima, koji se posmatra u stvarnosti, onda je reflektivnost Zemlje u celini jednaka 43%.

Zemaljsko i atmosfersko zračenje. Zemlja se, primajući sunčevu energiju, zagrijava i sama postaje izvor toplinskog zračenja u svemir. Međutim, zraci koje emituje Zemljina površina su veoma različiti od sunčevih zraka. Zemlja emituje samo dugotalasne (λ 8-14 μ) nevidljive infracrvene (termalne) zrake. Energija koju emituje Zemljina površina naziva se zemaljsko zračenje. Radijacija sa Zemlje se javlja... dan i noć. Što je temperatura tela koje emituje viša, to je veći intenzitet zračenja. Zemaljsko zračenje se određuje u istim jedinicama kao i sunčevo zračenje, odnosno u kalorijama od 1 cm 2 površine za 1 min. Zapažanja su pokazala da je količina zemaljskog zračenja mala. Obično dostiže 15-18 stotinki kalorija. Ali, djelujući kontinuirano, može dati značajan toplinski učinak.

Najjače zemaljsko zračenje se dobija uz nebo bez oblaka i dobru providnost atmosfere. Oblačnost (posebno niski oblaci) značajno smanjuje zemaljsko zračenje i često ga dovodi na nulu. Ovdje možemo reći da je atmosfera, zajedno sa oblacima, dobar “pokrivač” koji štiti Zemlju od pretjeranog hlađenja. Dijelovi atmosfere, poput područja zemljine površine, emituju energiju u skladu sa svojom temperaturom. Ova energija se zove atmosfersko zračenje. Intenzitet atmosferskog zračenja zavisi od temperature zračećeg dela atmosfere, kao i od količine vodene pare i ugljen-dioksida sadržanih u vazduhu. Atmosfersko zračenje pripada dugotalasnoj grupi. Širi se u atmosferi na sve strane; određena količina dospijeva na površinu zemlje i ona se apsorbira, drugi dio odlazi u međuplanetarni prostor.

O dolazak i potrošnja sunčeve energije na Zemlju. Zemljina površina, s jedne strane, prima sunčevu energiju u obliku direktnog i difuznog zračenja, a s druge strane gubi dio te energije u obliku zemaljskog zračenja. Kao rezultat dolaska i potrošnje sunčeve energije, dobije se neki rezultat.U nekim slučajevima ovaj rezultat može biti pozitivan, u drugim negativan.Navedimo primjere i jednog i drugog.

8. januara. Dan je bez oblaka. Dana 1 cm 2 Zemljina površina primljena za 20 dana feces direktno sunčevo zračenje i 12 feces rasejano zračenje; ukupno, ovo daje 32 cal. U isto vrijeme, zbog zračenja 1 cm? Zemljina površina izgubljena 202 cal. Kao rezultat toga, računovodstveno rečeno, bilans stanja ima gubitak od 170 feces(negativan bilans).

6. jul. Nebo je gotovo bez oblaka. 630 primljeno od direktnog sunčevog zračenja izmet, od raspršenog zračenja 46 cal. Ukupno, dakle, Zemljina površina je dobila 1 cm 2 676 cal. 173 izgubljeno zbog zemaljske radijacije cal. Bilans stanja pokazuje dobit od 503 feces(bilans je pozitivan).

Iz navedenih primjera, između ostalog, potpuno je jasno zašto su umjerene geografske širine hladne zimi, a tople ljeti.

Upotreba sunčevog zračenja u tehničke i kućne svrhe. Sunčevo zračenje je nepresušan prirodni izvor energije. O količini sunčeve energije na Zemlji može se suditi na ovom primjeru: ako, na primjer, koristimo toplinu sunčevog zračenja koja pada na samo 1/10 površine SSSR-a, tada možemo dobiti energiju jednaku radu od 30 hiljada Dnjepar hidroelektrana.

Ljudi su dugo pokušavali iskoristiti besplatnu energiju sunčevog zračenja za svoje potrebe. Do danas je stvoreno mnogo različitih solarnih elektrana koje rade koristeći sunčevo zračenje i koje se široko koriste u industriji i za zadovoljavanje domaćih potreba stanovništva. U južnim regijama SSSR-a solarni bojleri, bojleri, postrojenja za desalinizaciju slane vode, solarne sušare (za sušenje voća), kuhinje, kupatila, staklenici i uređaji u medicinske svrhe rade na osnovu široke upotrebe sunčevog zračenja u industrija i javna komunalna preduzeća. Sunčevo zračenje se široko koristi u odmaralištima za liječenje i poboljšanje zdravlja ljudi.