Что такое солнечная радиация. Как меняется солнечная радиация по сезонам года.
Что такое солнечная радиация?
Солнечная радиация, — источник и двигатель всех процессов на Земле, в том числе климатообразующих. Солнечная радиация включает все виды солнечного излучения — световое, тепловое, ультрафиолетовое. Она измеряется в килокалориях на 1 см 2 (ккал/см 2 ) или в мегаджоулях на 1 м 2 (МДж/м 2 ) в год.
Прямая радиация поступает на поверхность Земли в ясный солнечный день. В облачную погоду значительная часть солнечных лучей, проходя через атмосферу и сталкиваясь с молекулами газа и пара, беспорядочно изменяет направление движения и углы падения на земную поверхность, т. е. рассеивается. Рассеянная радиация создаёт сплошную освещённость в дневное время даже там, куда не проникают прямые лучи солнца, например под пологом леса. Вместе прямая и рассеянная радиация составляют суммарную солнечную радиацию.
Суммарная солнечная радиация — общее количество солнечной энергии, достигшей поверхности Земли.
Не вся суммарная радиация поглощается земной поверхностью, часть её отражается. Количество отражённой радиации зависит от характера подстилающей поверхности. Наибольшую отражательную способность имеет снег (70—90%), наименьшую — влажный чернозём (5%). Поскольку поглощённая радиация меньше, чем суммарная, возникает разница (баланс).
Радиационный баланс, в отличие от суммарной солнечной радиации, поступление которой на земную поверхность зависит только от широты места, изменяется от места к месту иначе. На карте (рис. 36) видно, что при примерно одинаковой суммарной радиации (на одной широте) в Якутии радиационный баланс меньше, чем в тайге Европейского Севера. В Якутии зимой почти всегда ясная и сухая погода, земная поверхность быстро отдаёт тепло, выхолаживается, и от неё охлаждается воздух.
Радиационный баланс — разница между поступлением суммарной солнечной радиации и её потерями на отражение и тепловое излучение.
Радиационный баланс определяет распределение температур в почве и нижних слоях тропосферы, интенсивность испарения и таяния снега. Радиационный баланс в России в среднем за год положительный, по зимой он повсеместно отрицательный, а летом положительный.
СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ — ЭТО ИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦЕМ ТЕПЛА И СВЕТА. ДЛЯ КЛИМАТА ОСОБОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИМЕЕТ РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС.
Как меняется солнечная радиация по сезонам года?
На экваторе и в тропиках высота Солнца над горизонтом по сезонам года меняется незначительно (часто говорят, что там не бывает зимы, или выделяют только два сезона: сухой и влажный). Чем выше широта места, тем больше различий между летом и зимой. Максимальны эти различия на полюсе, где зимой солнце вообще не светит. А в умеренном поясе выделяются четыре времени года.
Летом на севере солнце поднимается не так высоко, как на юге, зато продолжительность дня там больше. Поэтому летом в высоких широтах поступление солнечной радиации больше, чем даже на экваторе! Например, в целом за июль суммарная солнечная радиация на земном шаре максимальна на Северном полюсе, где она почти на 40% больше, чем на экваторе (правда, на Северном полюсе большая её часть отражается снегом), и на 20% больше, чем на параллели 60° с. ш.
С приближением холодов всё резко меняется. В сентябре па параллели 60° с. ш. суммарная радиация уже вдвое меньше, чем на экваторе, а в декабре — почти в 20 раз меньше! (На Северном полюсе с 24 сентября её поступление уже равно нулю.) Для наших широт характерны огромные колебания в поступлении солнечной радиации по сезонам года (летом — почти как на экваторе, зимой — в десятки раз меньше, а за полярным кругом — почти ничего). Поэтому значимость короткого лета (когда наша территория получает основную часть солнечной радиации) в России, в отличие от других стран, особенно велика. За эго время нужно не только сделать все основные работы в сельском хозяйстве, но и подготовиться к суровой зиме.
В какой части земли самая большая суммарная радиация июля
Метеорология и климатология развитие науки, географические факторы климата
e-mail:
office@matrixplus.ru tender@matrixplus.ru
icq:
613603564
skype:
matrixplus2012
телефон
+79173107414 +79173107418
г. С аратов
Как отмыть лодку от тины и водорослей.
Купить эффективную химию для мойки катеров и яхт.
Географическое распределение суммарной радиации
Итак, рассмотрим распределение годовых и месячных количеств (сумм) суммарной (прямой плюс рассеянной) солнечной радиации по земному шару. Видно, что оно не вполне зонально: изолинии (т. е. линии равных значений) потока радиации на картах не совпадают с широтными кругами. Отклонения эти объясняются тем, что на распределение радиации по земному шару оказывают влияние прозрачность атмосферы и облачность.
Над океанами суммы радиации ниже, чем над сушей.
Карта I. Годовое количество суммарной солнечной радиации (ккал/см2) (1 ккал/см2 = 41,9 МДж/м2).
Карта II. Суммарная радиация, декабрь (ккал/см2).
Карта III. Суммарная радиация, июнь (ккал/см2).
В июне (карта III) наибольшие суммы радиации, свыше 9-Ю2 МДж/м2, наблюдаются над Северо-Восточной Африкой, Аравией, Иранским нагорьем. До 8-Ю2 МДж/м2 и выше они в Средней Азии; значительно меньше, до 6-Ю2 МДж/м2, в тропических частях материков южного полушария. В облачных приэкваториальных областях они, как и в декабре, снижены до 3-102-5-Ю2 МДж/м2. В летнем северном полушарии суммы радиации убывают от субтропиков к северу медленно, а севернее 50° с. ш. возрастают, достигая 8-102 МДж/м2 и более в Арктическом бассейне. В зимнем южном полушарии они быстро убывают к югу, до нуля за полярным кругом.
В Советском Союзе годовые количества суммарной радиации изменяются от 25-102 МДж/м2 на Северной Земле до 67-102 МДж/м2 на юге Туранской низменности и на Памире. Под одной и той же широтой они больше в азиатской части, чем j европейской (вследствие меньшей облачности), и особенно велики в малооблачной Средней Азии. Однако на Дальнем Востоке, где летом большая облачность, они уменьшены.
Не вся суммарная радиация поглощается земной поверхностью. В какой-то части она отражается. Путем отражения теряется в общем от 5 до 20 % суммарной радиации. В пустынях и особенно в областях со снежным и ледяным покровом потеря путем отражения больше.
форсунок в ультразвуковых ваннах и на стендах
Дезинфицирующие средства
широкого применения для дезинфекции на объектах железнодорожного транспорта, пищевой промышленности, ЛПУ, ветеринарного надзора
Моющие средства
для железнодорожного транспорта, сертифицированные ВНИИЖТ- «Фаворит К» и «Фаворит Щ», внутренняя и наружная замывка вагонов.
Широта местности определяет зональность и сезонность распределения солнечной радиации. Зональный характер изменения солнечной радиации по земной поверхности обусловлен шарообразной формой нашей планеты. Понятие «климат» буквально означает наклон. Подразумевается наклон земной поверхности к солнечным лучам. От экватора к полюсам в целом наблюдается уменьшение угла падения солнечных лучей. Между углом падения солнечных лучей и количеством солнечной радиации, приходящей на земную поверхность, существует прямая зависимость. Поэтому от экватора к полюсам уменьшается величина солнечной радиации.
Освещение Земли солнечными лучами в дни солнцестояний и равноденствий.
Земля находится ближе к Солнцу зимой северного полушария (перигелий, в настоящее время 3 января), чем летом (афелий, в настоящее время 3 июля). Поэтому, хотя зима северного полушария и лето южного полушария в связи с этим короче, облучение в эти сезоны оказывается интенсивнее (на 6,9 %), чем северным летом и южной зимой. В богатых солнцем, засушливых областях Австралии этот эффект является вполне измеримым и чувствительным.
Летом, в момент наиболее высокого положения Солнца, продолжительность дня на широте северного полярного круга совпадает с длительностью суток (24 часа). В направлении к полюсу число суток с незаходящим солнцем возрастает вплоть до непрерывного полугодового «полярного дня». Зимой почти на такой же срок Солнце уходит за горизонт.
Над каждым из тропиков Солнце один раз в году стоит в зените: летом северного полушария – над северным тропиком (Рака), летом южного полушария – над южным тропиком (Козерога). В пределах лежащей между ними тропической зоны (жаркого пояса освещенности) Солнце достигает зенита дважды в году. Непосредственно над экватором эти моменты отстоят друг от друга на полгода: здесь Солнце бывает в зените 21 марта и 23 сентября. По мере удаления от экватора и приближения к тропикам, даты наиболее высокого стояния Солнца все больше сближаются – исключительно важное обстоятельство, определяющее продолжительность дождливых и засушливых сезонов в тропиках. В низких широтах К. в течение года достаточно однороден, что обусловлено, главным образом, постоянством поступления больших доз солнечной радиации в приэкваториальные области земного шара.
Перечисленные особенности в освещенности земной поверхности, отражаются в количестве получаемой солнечной радиации отдельными широтами. Показатели суммарной солнечной радиации максимальны в тропических широтах, где они могут достигать 200-220 ккал/см 2 /год, а минимальны полярных широтах – 60 и менее ккал/см 2 /год.
Поступающая на Землю солнечная радиация предопределяет распределение температуры и других, уже косвенно зависящих от нее элементов. Поэтому солнечная радиация рассматривается как самый главный фактор климатообразования. В соответствии с широтой и связанной с ней температурой воздуха, формируются зональные типы К. – экваториальный, субэкваториальный, тропический, субтропический, умеренный, субарктический, арктический, субантарктический, антарктический.
Годовое количество суммарной солнечной радиации в ккал/см 2 год (по Т.В. Власовой).
Зональноераспределение солнечной радиации у земной поверхности.
До земной поверхности солнечная радиация доходит ослабленной атмосферным поглощением и рассеянием. Кроме того, в атмосфере всегда есть облака, и прямая солнечная радиация часто не достигает земной поверхности, поглощаясь, рассеиваясь и отражаясь обратно облаками. Облачность может уменьшать приток прямой радиации в широких пределах. Например, в зоне пустыни теряется вследствие наличия облаков всего 20% прямой солнечной радиации. Но в муссонном климате потеря прямой радиации вследствие облачности составляет 75%. В Петербурге, даже в среднем за год, облака не пропускают к земной поверхности 65% прямой радиации.
Распределение прямой солнечной радиации по Земному шару носит сложный характер, так как степень прозрачности атмосферы и условия облачности весьма изменчивы в зависимости от географической обстановки. Наибольший приток прямой радиации летом не в полярных широтах, как на границе атмосферы, а под 30-40° широты. В полярных широтах слишком велико ослабление радиации вследствие небольших высот солнца. Весной и осенью максимум прямой радиации не у экватора, как на границе атмосферы, а на 10-20° весной и на 20-30° осенью: у экватора слишком велика облачность. Только зимой данного полушария приэкваториальная зона получает радиации на земную поверхность, так же как и на верхнюю границу атмосферы, больше, чем все другие зоны.
Солнечная радиация является основным источником тепловой энергии почти для всех природных процессов, происходящих в атмосфере и на поверхности земли, а также одним из главных климатообразующих факторов. Приход солнечной радиации к любой точке земной поверхности определяется прежде всего астрономическими факторами — продолжительностью дня и высотой солнца. Продолжительность дня зависит от широты места и вычисляется по времени восхода и захода солнца. За время восхода (захода) солнца принимается момент появления над горизонтом (исчезновения под горизонтом) верхнего края диска солнца.
На рис. 2 продолжительность дня и ночи в Вологде представлена графически, а в табл. 1 приложения приведено время восхода и захода солнца и продолжительность дня. Самый продолжительный день в Вологде 22 июня (день летнего солнцестояния) длится 18 ч 37 мин, самый короткий 22 декабря — 6 ч 04 мин (день зимнего солнцестояния). В период весеннего (21 м а р та ) и осеннего (23 сентября) равноденствий день равен ночи.
Переход ото дня к ночи (от света к тьме) и обратно совершается постепенно и называется сумерками. Период сумеречного освещения, достаточного для производства работ на открытом воздухе и в помещении у окна, называется гражданским и сумерками. Границами гражданских сумерек являются, с одной стороны, моменты восхода и заход а солнца, с другой — глубина погружения солнца за горизонт на 6— 7° (табл. 1 приложения). Продолжительность сумерек изменяется в течение года, увеличиваясь от 49 мин в марте до 137 мин в июне, к сентябрю продолжительность их снова уменьшается до 48 мин. С середины первой декады июня и до конца месяца вечерние и утренние сумерки сливаются и наблюдаются так называемые «белые ночи».
На рис. 3 схематически (сплошными линиями) изображен путь солнца по небу на 15-е число каждого месяца. Азимут солнца отложен на окружности влево и вправо от направления на юг, высота — по радиусу к центру. С рисунков можно снять приближенные значения высоты и азимута в любой момент времени и в любой день. Например, 15 июня в 13 ч высота солнца равна 53°, азимут 24°, 15 сентября в 9 ч — высота 41°, а азимут 60°. Н а рис. 3 также можно проследить, что место восхода и захода солнца смещается в летние месяцы на север, а в зимние на юг. Так, в июле солнце всходит на северо-востоке, а заходит на северо-западе, в декабре всходит на юго-востоке, а заходит на юго-западе.
2.1. Продолжительность солнечного сияния
Одной из важнейших характеристик радиационного режима является продолжительность солнечного сияния.
Для записи солнечного сияния служит гелиограф универсальной (полярной) модели. Этот прибор несколько преуменьшает данные о солнечном сиянии, так как не всегда регистрирует сияние при малой высоте солнца над горизонтом из-за слабого напряжения радиации.
При безоблачном небе возможная продолжительность солнечного сияния за год на широте Вологды составила бы 4129 ч. Фактически же солнце светит здесь в среднем 1693 ч в году, что составляет 41 % возможной продолжительности солнечного сияния (табл. 2, см. стр. 16). Отношение (в процентах) наблюдавшейся продолжительности сияния к возможной дает представление о сравнительной ясности неба в данном пункте.
В Вологде минимальная продолжительность солнечного сияния наблюдается в декабре (13 ч), что объясняется наименьшей продолжительностью дня и наибольшей повторяемостью пасмурного неба. С января продолжительность солнечного сияния начинает увеличиваться, особенно резко она увеличивается весной. В апреле солнце уже светит в среднем 187 ч, а в мае 264 ч. Летом, в июле, продолжительность солнечного сияния достигает наибольших значений (292 ч), но нередко максимум смещается на май или июнь, а в отдельные годы — на апрель или август. Осенью с уменьшением продолжительности дня и увеличением повторяемости пасмурной погоды продолжительность солнечного сияния заметно уменьшается: до 124 ч в сентябре и 55 ч в октябре. В отдельные годы количество часов солнечного сияния может значительно отличаться от среднего значения (см. табл. 2).
Число дней без солнца, т. е. таких дней, в которые солнечные лучи в дневное время не достигают поверхности из-за облачности, характеризует условия освещенности. Наибольшее число дней без солнца (25) наблюдается в декабре, наименьшее (1)— в июле.
Летом при безоблачной погоде солнце светит с 3 ч утра до 21 ч вечера, зимой с 8 ч до 15— 16 ч (табл. 2 приложения ). В суточном ходе отмечается увеличение количества солнечного сияния от утра к полудню с максимумом в период с 12 до 14 ч. В мае и августе максим ум смещается на 9— 10 ч, в июне — на 10— 12 ч, что связано с характером суточного распределения облачности. Наиболее часто солнце светит непрерывно по 2— 6 ч. Весной нередко возможна непрерывная продолжительность солнечного сияния до 8— 12 ч, а летом до 14— 18 ч.
2.2. Солнечная радиация
Данные о радиационном режиме города приводятся по материалам актинометрических наблюдений ст. Вологда, Молочное за период 1953— 1958 гг.
Суммы радиации до недавнего времени выражали в калориях на квадратный сантиметр в час, сутки, месяц и год. В новой Международной системе СИ сумма радиации выражается в килоджоулях и мегаджоулях на квадратный метр ( к Дж / м2, МДж / м2). Переход от прежних единиц к единицам системы СИ производится при помощи следующих соотношений:
К земле солнечная энергия приходит в виде прямой S и рассеянной D солнечной радиации и излучения атмосферы.
Прямая радиация поступает на земную поверхность параллельным пучком лучей, идущих непосредственно от диска солнца. Она измеряется на поверхности, перпендикулярной направлению солнечных лучей. Прямая радиация, приходящая на горизонтальную поверхность, вычисляется по формуле.
где h — высота солнца над горизонтом.
Возможный годовой приход суммарной радиации в Вологде составляет 5543 МДж / м2, из них на прямую радиацию приходится 4345 МДж / м2 (табл. 3). Облачность снижает количество прямой радиации в 2,7 раза и увеличивает количество рассеянной более чем в 1,5 раза. В результате при реальных условиях облачности приход суммарной радиации составляет в среднем 3352 М Дж / м 2, что на 40% меньше возможной годовой суммы (табл. 4). Доли прямой и рассеянной радиации в суммарной радиации в течение года могут меняться в широких пределах. В течение большей части года преобладает рассеянная радиация, и только с мая по июль вклады прямой и рассеянной радиации в суммарную выравниваются (табл. 5).
За летний сезон поступает почти половина (47 %) годового значения суммарной радиации, а в центральные зимние месяцы (ноябрь — январь) — всего 3 %
Значение отраженной радиации зависит в основном от суммарной радиации, а также от характера подстилающей поверхности. В годовом ходе суммарной радиации отмечается один максимум — летом, альбедо же имеет обратный ход, поэтому годовой ход отраженной радиации имеет более сложный характер. С января количество отраженной радиации увеличивается, достигая максимума (189 МДж / м2) в марте. Весной в период таяния снега оно резко уменьшается, несмотря на рост суммарной радиации. С мая количество отраженной радиации снова увеличивается, так как суммарная радиация продолжает расти, а альбедо изменяется очень мало. В июле наблюдается вторичный максимум (134 МДж / м2), который несколько меньше первого. Затем количество отраженной радиации постепенно уменьшается, достигая минимума в декабре. В среднем за год отраженная радиация составляет 31 % суммарной.
Поглощенная радиация определяется по формуле Вк= Q ( 1 —Ак). О на так же зависит от суммарной радиации и альбедо подстилающей поверхности. Годовой ход поглощенной радиации повторяет годовой ход суммарной радиации с максимумом (453 МДж / м2) в июне и минимумом (8 МДж / м2) в декабре.
Разность между приходом и расходом солнечной радиации называется радиационным балансом. Радиационный баланс может быть положительным или отрицательным. При положительном балансе (апрель — октябрь) земная поверхность получает больше тепла, чем отдает излучением. Полученное тепло расходуется на нагревание почвы, воздуха, испарение. При отрицательном радиационном балансе (ноябрь — март) преобладает излучение и земная поверхность охлаждается. Период наблюдений над радиационным балансом в Вологде так короток, что в табл. 4 приведены сведения только о его составляющих.
Суточный ход солнечной радиации определяется прежде всего изменением высоты солнца в течение дня. Поэтом у максим ум солнечной радиации как при наличии облачности, так и при ясном небе наблюдается в полдень.
2.3. Радиационный режим вертикальных поверхностей
Важное значение при оценке как энергетических потребностей города, так и инсоляции помещений имеет учет количества радиационного тепла, поступающего на стены зданий. Закономерности поступления солнечной радиации на стены зданий в различных районах СССР исследованы 3. И. Пивоваровой [22]. Д ля условий Вологды возможную продолжительность облучения стен каждой основной ориентации (С, Ю, В и 3 ) можно определить по табл. 8, в которой приведено время начала и конца облучения прямой солнечной радиацией южных и северных стен для открытого горизонта в случае безоблачного неба на 15-е число каждого месяца.
Стены южной, восточной и западной ориентации освещаются прямыми солнечными лучам и в течение всего года, стены северной ориентации — только с апреля по сентябрь (табл. 9).
Большую часть года доля рассеянной и отраженной радиации в суммарной, поступающей на южные стены, соизмерима с прямой, только в июне — июле она преобладает, а в ноябре — декабре — меньше прямой.
На вертикальные стены одновременно с прямой солнечной радиацией поступает рассеянная и отраженная от земной поверхности радиация. Вместе они составляют суммарный приход радиации. Вклад рассеянной радиации особенно значителен в осенне-зимнее время, а в сентябре — марте северные стены и в ноябре — феврале северо-восточные (северо-западные) стены освещены только за счет рассеянной и отраженной радиации.
2011dnevnoe
