Celkové sluneční záření. Sluneční záření: druhy

Jasné světlo nás spálí horkými paprsky a přemýšlí o významu radiace v našem životě, jeho výhodách a škodách. Co je sluneční záření? Lekce školní fyziky nám umožňuje začít se seznámit s pojetím elektromagnetického záření obecně. Tento termín odkazuje na jinou formu hmoty - odlišnou od podstaty. To zahrnuje viditelné světlo a spektrum není vnímáno oko. To znamená, rentgenové záření, záření gama, ultrafialové záření a infračervené záření.

Elektromagnetické vlny

V přítomnosti zdroje záření emitoru elektromagnetické vlny šířit ve všech směrech pomocí rychlost světla. Tyto vlny, stejně jako jiné, mají určité vlastnosti. Patří sem vibrační frekvence a vlnová délka. Vlastnost vyzařovat záření má jakékoliv tělo, jehož teplota se liší od absolutní nuly.

Slunce je hlavní a nejvýkonnější zdroj záření v blízkosti naší planety. Na druhé straně Země (její atmosféra a povrch) sama vyzařuje záření, ale v jiném rozsahu. Pozorování teplotních podmínek na planetě po delší dobu vedlo k hypotéze o rovnováze množství tepla přijatého ze slunce a vypuštěného do vesmíru.

Sluneční záření: Spektrální složení

Absolutní většina (asi 99%) sluneční energie v spektru leží v rozsahu vlnových délek od 0,1 do 4 mikronů. Zbývající 1% jsou paprsky větší a menší délky, včetně rádiových vln a rentgenové záření Asi polovina zářivé energie slunce spadá na spektrum, které vnímáme s pohledem, přibližně 44% - na infračervené záření, 9% - na ultrafialové záření. Jak víme, jak je sluneční záření rozděleno? Výpočet jeho distribuce je možný díky výzkumu z vesmírných družic.

Existují látky, které mohou přicházet ve zvláštním stavu a vyzařovat další záření o jiném rozsahu vlnových délek. Například při nízkých teplotách svítí, což není typické pro emise světla touto látkou. Tento typ záření, nazývaný luminiscenční, nepodléhá obvyklým principům tepelného záření.

Fenomén luminiscence nastává po absorpci určitého množství energie a přechodu na jiný stav (tzv. Excitovaný), který je energeticky vyšší než při vlastní teplotě látky. Na opačném přechodu se objevuje luminiscence - od vzrušeného do obvyklého stavu. V přírodě jej můžeme pozorovat ve formě noční záře oblohy a aurory.

Naše světlo

Energie slunečních paprsků je téměř jediným zdrojem tepla pro naši planetu. Vnitřní záření vycházející z hloubky na povrch má intenzitu asi 5 tisíckrát méně. Zároveň viditelné světlo - jeden z nejdůležitějších faktorů života na planetě - je jen součástí slunečního záření.

Energie slunečních paprsků prochází do tepla v menší části - v atmosféře, více - na povrchu Země. Tam se vynakládá na topnou vodu a půdu (horní vrstvy), které pak odvádějí teplo do ovzduší. Když je ohříváno, atmosféra a zemský povrch vyzařují infračervené paprsky do prostoru, zatímco se ochlazují.

Sluneční záření: definice

Radiace, které jde na povrch naší planety přímo ze solárního disku, se běžně označují jako přímé sluneční záření. Slunce se šíří všemi směry. Vzhledem k obrovské vzdálenosti Země od Slunce může být přímé sluneční záření v jakémkoli bodě povrchu Země reprezentováno jako paprsek paralelních paprsků, jehož zdroj je prakticky nekonečný. Oblast, která je kolmá na paprsky slunečního světla, získává největší množství.

Hustota toku záření (nebo energetického osvětlení) je měřítkem jeho množství, které klesá na určitý povrch. Jedná se o množství sálavé energie, která spadá do jednotky času na jednotku plochy. Tato hodnota je měřena - energetické osvětlení - v W / m ² . Naše Země, jak všichni ví, obíhá kolem Slunce v elipsoidní oběžné dráze. Slunce je v jednom z ohnisek této elipsy. Proto každý rok v určitém čase (na začátku ledna) Země zaujímá nejbližší místo k Slunci a druhému (počátkem července) - tomu nejvíce vzdálenému. V takovém případě se velikost energetického osvětlení mění v obráceném poměru k čtverci vzdálenosti k hvězdě.

Kde sluneční záření dosáhne Země? Jejich typy jsou určeny mnoha faktory. V závislosti na zeměpisné zeměpisné šířce, vlhkosti, oblačnosti, část je rozptýlena v atmosféře, část je absorbována, ale většina dosáhne povrchu planety. V tomto případě se odráží malé množství a hlavní je absorbováno zemským povrchem, pod jehož působením je ohříváno. Rozptýlené sluneční záření částečně spadne na zemský povrch, je částečně absorbováno a částečně odraženo. Zbytek to jde do vesmíru.

Jaká je distribuce

Je solární záření jednotné? Její typy po všech "ztrátách" v atmosféře se mohou lišit v jejich spektrálním složení. Koneckonců, paprsky různých délek jsou rozptýleny a absorbovány různými způsoby. V průměru atmosféra absorbuje přibližně 23% své původní hodnoty. Přibližně 26% celkového toku se přemění na rozptýlené záření, z nichž 2/3 vstoupí do země. V podstatě je to jiný druh záření, odlišný od původního záření. Rozptýlené záření je posláno na Zemi nejen na disku Slunce, ale na nebeské obloze. Má jinou spektrální složení.

Radiace absorbuje především ozon - viditelné spektrum a ultrafialové paprsky. Infračervené záření je absorbováno oxidem uhličitým (oxid uhličitý), což je mimořádně málo v atmosféře.

Rozptýlení záření, které je oslabuje, se vyskytuje u jakékoliv vlnové délky spektra. Při procesu jeho částeček, které spadají pod elektromagnetický vliv, přerozdělujte energii incidentní vlny ve všech směrech. To znamená, že částice jsou bodovými zdroji energie.

Denní světlo

Vzhledem k rozptylu se světlo přicházející ze slunce změní barvy, když atmosféra projde. Praktický význam rozptylu vytváří denní světlo. Pokud by země byla zbavena atmosféry, osvětlení by existovalo pouze v místech, kde sluneční paprsky dopadly na povrch nebo se odrazily na povrchu. To znamená, že atmosféra - zdroj světla odpoledne. Díky tomu je světlo a v místech nepřístupných k přímému působení paprsků a poté, když se slunce skrývá za mraky. Je to rozptyl, který dává barvu vzduchu - vidíme modrou oblohu.

A na čem záleží sluneční záření? Nepřehlédněte faktor zákalu. Koneckonců, útlum záření nastává dvěma způsoby - samotnou atmosférou a vodní párou, stejně jako různými nečistotami. Prachová hladina se zvyšuje v létě (stejně jako obsah vodní páry v atmosféře).

Celkové záření

Tím se rozumí celkové množství záření, které dopadá na zemský povrch, a to jak přímé, tak difúzní. Celkové sluneční záření klesá s oblačným počasím.

Z tohoto důvodu je v létě celková radiace v průměru vyšší než před polednem, než po něm. A v první polovině roku - více než ve druhém.

Co se stane s celkovým zářením na povrchu Země? Jakmile je tam převážně absorbován horní vrstvou půdy nebo vody a přemění se na teplo, část se odráží. Stupeň odrazu závisí na povaze zemského povrchu. Indikátor vyjadřující procento odraženého slunečního záření k celkovému množství, které klesá na povrch, se nazývá povrchové albedo.

Termínem samo-záření zemského povrchu se rozumí dlouhé vlnové záření vyzařované vegetací, sněhem, vrchními vrstvami vody a půdy. Radiální rovnováha povrchu se vztahuje k rozdílu mezi jeho absorbovaným množstvím a vyzařovaným množstvím.

Efektivní záření

Je dokázáno, že protiběžné záření je téměř vždy méně než pozemské. Z tohoto důvodu způsobuje povrch země tepelné ztráty. Rozdíl mezi hodnotami vnitřního záření povrchu a atmosféry se nazývá efektivní záření. Jedná se vlastně o čistou ztrátu energie a v důsledku toho o teplo v noci.

Je to ve dne. Během dne je však částečně kompenzováno nebo dokonce zablokováno absorbovaným zářením. Proto je povrch země teplejší během dne než v noci.

O geografickém rozložení radiace

Sluneční záření na Zemi po celý rok je nerovnoměrně rozloženo. Jeho rozložení je zónové povahy a izolace (spojovací body shodných hodnot) záření toku nejsou vůbec totožné s kružnicemi. Tento rozpor je způsoben různými úrovněmi zákalu a průhlednosti atmosféry v různých částech světa.

Nejvyšší hodnota celkového slunečního záření v průběhu roku je v subtropických pouštích s oblačnou atmosférou. Mnohem méně je v lesních oblastech rovníkového pásu. Důvodem - zvýšená zácpa. U obou pólů se tento indikátor snižuje. Ale v oblasti pólů se znovu zvětšuje - na severní polokouli méně, v oblasti zasněžené a zamračené Antarktidy - více. Nad hladinou oceánů je průměr slunečního záření menší než nad kontinenty.

Téměř všude na Zemi má povrch pozitivní radiační rovnováhu, to znamená, že příliv radiace je zároveň větší než efektivní záření. Výjimkou jsou oblasti Antarktidy a Grónska s ledovými plošinami.

Ohrozí nás globální oteplování?

Ale výše uvedené neznamená roční oteplování zemského povrchu. Nadměrně absorbované záření je kompenzováno únikem tepla z povrchu do atmosféry, k němuž dochází při změně vodní fáze (odpařování, kondenzace v cloud view).

Takže radiační rovnováha jako taková neexistuje na povrchu Země. Existuje však tepelná rovnováha - dodávka a ztráta tepla je vyvážena různými způsoby, včetně radiace.

Rozložení zůstatku kartou

Ve stejných zeměpisných šířkách je radiační rovnováha větší na povrchu oceánu než na zemi. To lze vysvětlit skutečností, že vrstva, která pohlcuje záření v oceánech, je silnější a současně je účinnější záření méně v důsledku chladného povrchu moře ve srovnání s půdou.

Významné fluktuace amplitudy jeho rozložení jsou pozorovány v pouštích. Vyvážení je nižší kvůli vysokému účinnému záření v suchém vzduchu a nízkých mracích. V menší míře se snižuje v oblastech monzunového klimatu. Během teplé sezóny se zde rozšiřuje oblačnost a absorbované sluneční záření je menší než v jiných oblastech stejné zeměpisné šířky.

Samozřejmě, hlavní faktor, z něhož závisí průměrná roční sluneční záření, je zeměpisná šířka jednoho nebo druhého regionu. Nahrajte "části" ultrafialového záření do zemí ležících v blízkosti rovníku. Jedná se o severovýchodní Afriku, její východní pobřeží, Arabský poloostrov, severní a západní části Austrálie, část ostrovů Indonésie, západní část pobřeží jižní Ameriky.

V Evropě, Turecku, na jihu Španělska, na Sicílii, na Sardinii, na ostrově Řecka, na pobřeží Francie (v jižní části), jakož i na částech Itálie, Kypru a Kréty, se v Evropě odehrává nejvyšší dávka světla i záření.

A co nás?

Celkové sluneční záření v Rusku je na první pohled neočekávaně distribuováno. Na území naší země je zvláštní, že vůbec ne v černomořských střediscích drží dlaň. Nejvyšší dávky slunečního záření spadají na území hraničící s Čínou a Severnaya Zemlya. Celkově se sluneční záření v Rusku nijak zvlášť nelíbí, což je zcela vysvětleno naší severní geografickou polohou. Minimální množství slunečního světla jde do severozápadního regionu - Petrohradu, spolu s okolními oblastmi.

Sluneční záření v Rusku je horší než na Ukrajině. Tam je nejvíce ultrafialové jde na Krymu a území za Dunajem, na druhém místě jsou Karpaty s jižními oblastmi Ukrajiny.

Celkové (jak přímé, tak difúzní) sluneční záření, které klesá na vodorovném povrchu, jsou měsíčně uvedeny pro každý zvlášť navržené tabulky pro různá území a jsou měřeny v MJ / m ² . Například sluneční záření v Moskvě má ​​ukazatele od 31-58 v zimních měsících na 568-615 v létě.

O sluneční sluneční záření

Izolace nebo množství užitečného radiačního incidentu na povrchu osvětleném sluncem se v různých geografických bodech značně liší. Roční sluneční záření se vypočítá na metr čtvereční v megawatech. Například v Moskvě tato hodnota je 1,01, v Arkhangelsku - 0,85, v Astrachanu - 1,38 MW.

Při určování je třeba zohlednit faktory, jako je sezóna (nižší osvětlení a délka v zimě), terénní charakter (hory mohou slunce blokovat), typické povětrnostní podmínky pro oblast - mlha, časté deště a zákal. Plocha pro příjem světla může být orientována svisle, vodorovně nebo nakloněna. Množství slunečního záření a rozložení slunečního záření v Rusku jsou údaje seskupené v tabulce podle města a regionu, což udává zeměpisnou zeměpisnou šířku.