Güneş'in ışıma enerjisi, pratik olarak Dünya'nın yüzeyi ve atmosferi için tek ısı kaynağıdır. Yıldızlardan ve Ay'dan gelen radyasyon, güneş radyasyonundan 30-106 kat daha azdır. Dünyanın derinliklerinden yüzeye ısı akışı, Güneş'ten alınan ısıdan 5000 kat daha azdır.

Güneş radyasyonunun bir kısmı görünür ışıktır. Böylece Güneş, Dünya için sadece bir ısı kaynağı değil, aynı zamanda gezegenimizdeki yaşam için önemli olan ışık kaynağıdır.

Güneşin radyan enerjisi, kısmen atmosferin kendisinde, ancak esas olarak toprağın ve suyun üst katmanlarını ve onlardan - havayı ısıtmak için kullanıldığı dünyanın yüzeyinde ısıya dönüştürülür. Isıtılmış dünya yüzeyi ve ısıtılmış atmosfer sırayla görünmez kızılötesi radyasyon yayar. Dünya uzayına radyasyon vererek, dünyanın yüzeyi ve atmosferi soğutulur.

Deneyimler, dünyanın herhangi bir noktasında dünya yüzeyinin ve atmosferin ortalama yıllık sıcaklıklarının yıldan yıla çok az değiştiğini göstermektedir. Dünya üzerindeki sıcaklık koşullarını çok yıllık uzun dönemler boyunca düşünürsek, Dünya'nın termal dengede olduğu hipotezini kabul edebiliriz: Güneş'ten gelen ısı akışı, uzaya kaybıyla dengelenir. Ancak Dünya (atmosferle birlikte) güneş radyasyonunu emerek ısı aldığından ve ısıyı kendi radyasyonuyla kaybettiğinden, termal denge hipotezi aynı zamanda Dünya'nın radyasyon dengesinde olduğu anlamına gelir: kısa dalga radyasyon akışı uzun dalga radyasyonun dünya uzayına geri dönmesiyle dengelenir.

doğrudan güneş radyasyonu

Güneş diskinden doğrudan yeryüzüne gelen radyasyona denir. doğrudan güneş radyasyonu. Güneş radyasyonu Güneş'ten her yöne yayılır. Ancak Dünya'dan Güneş'e olan mesafe o kadar büyük ki, Dünya üzerindeki herhangi bir yüzeye doğrudan radyasyon, sanki sonsuzluktan yayılan bir paralel ışın demeti şeklinde düşüyor. Bir bütün olarak tüm dünya bile, Güneş'e olan mesafesiyle karşılaştırıldığında o kadar küçüktür ki, üzerine düşen tüm güneş radyasyonu, gözle görülür bir hata olmaksızın bir paralel ışın demeti olarak kabul edilebilir.

Belirli koşullar altında mümkün olan maksimum radyasyon miktarının, güneş ışınlarına dik yerleştirilmiş bir alan birimi tarafından alındığını anlamak kolaydır. Yatay alan birimi başına daha az radyant enerji olacaktır. Doğrudan güneş radyasyonunu hesaplamak için temel denklem, güneş ışınlarının geliş açısıyla, daha doğrusu güneşin yüksekliğiyle üretilir ( H): S" = S günah H; Nerede S"- yatay bir yüzeye gelen güneş radyasyonu, S- paralel ışınlarla doğrudan güneş radyasyonu.

Doğrudan güneş ışınımının yatay bir yüzeye akışına güneşlenme denir.

Atmosferdeki ve dünya yüzeyindeki güneş radyasyonundaki değişiklikler

Dünya üzerindeki doğrudan güneş radyasyonu olayının yaklaşık %30'u uzaya geri yansır. Geri kalan %70 ise atmosfere girer. Atmosferden geçen güneş radyasyonu, atmosferik gazlar ve aerosoller tarafından kısmen dağılır ve özel bir dağınık radyasyon formuna geçer. Kısmen doğrudan güneş radyasyonu atmosferik gazlar ve safsızlıklar tarafından emilir ve ısıya geçer, yani. havayı ısıtmaya gider.

Atmosferde dağılmayan ve soğurulmayan doğrudan güneş radyasyonu yeryüzüne ulaşır. Küçük bir kısmı ondan yansır ve radyasyonun çoğu dünya yüzeyi tarafından emilir ve bunun sonucunda dünya yüzeyi ısınır. Saçılan radyasyonun bir kısmı da dünyanın yüzeyine ulaşır, kısmen ondan yansır ve kısmen onun tarafından emilir. Dağınık radyasyonun başka bir kısmı gezegenler arası uzaya çıkıyor.

Radyasyonun atmosferde soğurulması ve saçılması sonucunda yeryüzüne ulaşan doğrudan radyasyon, atmosferin sınırına gelen radyasyondan farklıdır. Farklı dalga boylarındaki ışınlar atmosferde farklı şekillerde emilip saçıldığından, güneş radyasyonunun akısı azalır ve spektral bileşimi değişir.

En iyi ihtimalle, yani Güneş'in en yüksek konumunda ve yeterli hava saflığında, Dünya yüzeyinde yaklaşık 1,05 kW / m 2'lik bir doğrudan radyasyon akışı gözlemlenebilir. 4–5 km rakımlardaki dağlarda 1,2 kW/m 2 veya daha fazla radyasyon akıları gözlendi. Güneş ufka yaklaştıkça ve güneş ışınlarının kat ettiği havanın kalınlığı arttıkça, doğrudan radyasyon akışı giderek daha fazla azalır.

Direkt güneş radyasyonunun yaklaşık %23'ü atmosfer tarafından emilir. Ayrıca, bu absorpsiyon seçicidir: farklı gazlar radyasyonu spektrumun farklı bölümlerinde ve farklı derecelerde emer.

Azot, spektrumun ultraviyole kısmında sadece çok kısa dalga boylarında radyasyonu emer. Spektrumun bu kısmında güneş radyasyonunun enerjisi tamamen ihmal edilebilir düzeydedir, bu nedenle nitrojen tarafından absorpsiyonun pratikte güneş radyasyonu akışı üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Oksijen, biraz daha büyük ölçüde, ancak yine de çok az olarak, güneş radyasyonunu - spektrumun görünür kısmının iki dar bölümünde ve ultraviyole kısmında - emer.

Ozon, güneş radyasyonunun daha güçlü bir soğurucusudur. Ultraviyole ve görünür güneş radyasyonunu emer. Havadaki içeriği çok küçük olmasına rağmen, üst atmosferdeki ultraviyole radyasyonu o kadar güçlü bir şekilde emer ki, dünya yüzeyine yakın güneş spektrumunda 0,29 mikrondan daha kısa dalgalar hiç görülmez. Güneş radyasyonunun ozon tarafından toplam absorpsiyonu, doğrudan güneş radyasyonunun %3'üne ulaşır.

Karbon dioksit (karbon dioksit), spektrumun kızılötesi bölgesindeki radyasyonu güçlü bir şekilde emer, ancak atmosferdeki içeriği hala küçüktür, bu nedenle doğrudan güneş radyasyonunu emmesi genellikle küçüktür. Gazlardan atmosferdeki radyasyonun ana soğurucusu, troposferde ve özellikle onun alt kısmında yoğunlaşan su buharıdır. Güneş radyasyonunun toplam akışından su buharı, spektrumun görünür ve yakın kızılötesi bölgelerindeki dalga boyu aralıklarında radyasyonu emer. Bulutlar ve atmosferik safsızlıklar da güneş radyasyonunu emer, örn. atmosferde asılı kalan aerosol partikülleri. Genel olarak, su buharı ve aerosol absorpsiyonu ile absorpsiyon yaklaşık %15'ini oluşturur ve %5'i bulutlar tarafından emilir.

Her bir yerde soğurma, hem havadaki emici maddelerin, özellikle su buharı, bulutlar ve toz gibi değişken içeriğine hem de Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliğine bağlı olarak zamanla değişir. ışınların Dünya'ya gelirken geçtiği hava tabakasının kalınlığına bağlıdır.

Doğrudan güneş radyasyonu atmosferden geçerken sadece absorpsiyonla değil, aynı zamanda saçılmayla da zayıflatılır ve daha önemli ölçüde zayıflatılır. Saçılma, ışığın madde ile etkileşiminin temel bir fiziksel olgusudur. Saçılan parçacıkların boyutunun gelen radyasyonun dalga boyuna oranına bağlı olarak elektromanyetik spektrumun tüm dalga boylarında meydana gelebilir.Saçıldığında, bir elektromanyetik dalganın yayılma yolunda olan bir parçacık sürekli olarak “çıkarır”. gelen dalgadan enerji alır ve onu her yöne yeniden yayar. Bu nedenle, bir parçacık dağınık enerjinin bir nokta kaynağı olarak düşünülebilir. saçılma saçılmadan önce belirli bir yönde paralel ışınlar şeklinde yayılan doğrudan güneş ışınımının bir kısmının her yöne giden ışınım haline dönüşümü denir. Saçılma, en küçük sıvı ve katı safsızlık parçacıklarını içeren optik olarak homojen olmayan atmosferik havada meydana gelir - damlalar, kristaller, en küçük aerosoller, yani. kırılma indisinin noktadan noktaya değiştiği bir ortamda. Ancak optik olarak homojen olmayan bir ortam aynı zamanda saf havadır, safsızlık içermez, çünkü içinde moleküllerin termal hareketi, yoğunlaşmalar ve seyrelmeler nedeniyle yoğunluk dalgalanmaları sürekli olarak meydana gelir. Atmosferdeki moleküller ve safsızlıklarla karşılaşan güneş ışınları, doğrusal yayılma ve dağılma yönlerini kaybederler. Radyasyon, saçılan parçacıklardan sanki kendileri yayıcıymış gibi yayılır.

Saçılma yasalarına göre, özellikle Rayleigh yasasına göre, saçılan radyasyonun spektral bileşimi düz çizginin spektral bileşiminden farklıdır. Rayleigh yasası, ışınların saçılmasının dalga boyunun 4. kuvveti ile ters orantılı olduğunu belirtir:

S ? = 32? 3 (M-1) / 3n? 4

Nerede S? – katsayı. saçılma; M gazdaki kırılma indisidir; N birim hacimdeki molekül sayısıdır; ? dalga boyudur.

Toplam güneş radyasyonu akısının enerjisinin yaklaşık %26'sı atmosferde dağınık radyasyona dönüştürülür. Saçılan radyasyonun yaklaşık 2/3'ü daha sonra dünya yüzeyine gelir. Ancak bu, doğrudan radyasyondan önemli ölçüde farklı olan özel bir radyasyon türü olacaktır. İlk olarak, dağınık radyasyon dünyanın yüzeyine güneş diskinden değil, tüm gökkubbeden gelir. Bu nedenle, akışını yatay bir yüzeye ölçmek gerekir. Ayrıca W/m2 (veya kW/m2) cinsinden ölçülür.

İkinci olarak, farklı dalga boylarındaki ışınlar farklı derecelerde dağıldığından, dağınık radyasyon spektral bileşiminde doğrudan radyasyondan farklıdır. Dağınık radyasyon spektrumunda, farklı dalga boylarının enerjisinin doğrudan radyasyon spektrumuna kıyasla oranı, daha kısa dalga boylu ışınlar lehine değiştirilir. Saçılan parçacıkların boyutu ne kadar küçük olursa, kısa dalga boylu ışınlar, uzun dalga boylu ışınlara kıyasla o kadar güçlü saçılır.

Radyasyon Saçılma Olayları

Gökyüzünün mavi rengi, alacakaranlık ve şafağın yanı sıra görünürlük gibi olaylar radyasyonun saçılmasıyla ilişkilidir. Gökyüzünün mavi rengi, güneş ışınlarının saçılmasından dolayı havanın kendisinin rengidir. Su ince bir tabakada şeffaf olduğu gibi, hava da ince bir tabakada şeffaftır. Ancak atmosferin güçlü bir kalınlığında, havanın mavi bir rengi vardır, tıpkı nispeten küçük bir kalınlıktaki (birkaç metre) suyun yeşilimsi bir renge sahip olması gibi. Peki ışığın moleküler saçılması nasıl ters yönde gerçekleşir? 4 , daha sonra gökkubbe tarafından gönderilen dağınık ışık spektrumunda, maksimum enerji maviye kaydırılır. Yükseklikle, hava yoğunluğu azaldıkça, yani saçılan parçacıkların sayısı, gökyüzünün rengi koyulaşır ve koyu maviye ve stratosferde - siyah-mora dönüşür. Havadaki hava moleküllerinden daha büyük safsızlıklar ne kadar fazlaysa, güneş radyasyonu spektrumundaki uzun dalga ışınlarının oranı o kadar büyük olur ve gökkubbenin rengi o kadar beyazımsı olur. Sis, bulut ve aerosol parçacıklarının çapı 1-2 mikrondan fazla olduğunda, tüm dalga boylarındaki ışınlar artık dağılmaz, eşit şekilde dağılır; bu nedenle, sis ve tozlu pustaki uzaktaki nesnelerin üzeri artık mavi değil, beyaz veya gri bir perdeyle kaplanır. Bu nedenle, güneş (yani beyaz) ışığının düştüğü bulutlar beyaz görünür.

Güneş ışınımının atmosferde saçılması, gündüz saatlerinde saçılan ışık oluşturduğundan, büyük pratik öneme sahiptir. Dünya'da bir atmosferin olmaması durumunda, yalnızca doğrudan güneş ışığının veya yeryüzünün yüzeyinden ve üzerindeki nesnelerden yansıyan güneş ışığının düştüğü yerde ışık olacaktır. Saçılan ışığın bir sonucu olarak, gün boyunca tüm atmosfer bir aydınlatma kaynağı olarak hizmet eder: gün boyunca, güneş ışınlarının doğrudan düşmediği yerlerde ve hatta güneş bulutların arasında gizlendiğinde bile ışıktır.

Akşam güneş battıktan sonra karanlık hemen gelmez. Gökyüzü, özellikle ufkun Güneş'in battığı kısmında parlak kalır ve dünyanın yüzeyine kademeli olarak azalan dağınık radyasyon gönderir. Benzer şekilde, sabahları, gün doğumundan önce bile, gökyüzü en çok gün doğumu yönünde aydınlanır ve dünyaya dağınık ışık gönderir. Bu eksik karanlık olgusuna alacakaranlık - akşam ve sabah denir. Bunun nedeni, ufkun altındaki Güneş'in atmosferin yüksek katmanlarını aydınlatması ve güneş ışığını saçmasıdır.

Sözde astronomik alacakaranlık akşamları Güneş ufkun 18 derece altına batana kadar devam eder; bu noktada o kadar karanlık ki en sönük yıldızlar bile görülebiliyor. Astronomik sabah alacakaranlığı, güneş ufkun altında aynı konuma geldiğinde başlar. Akşam astronomik alacakaranlığının ilk kısmı veya sabahın son kısmı, güneşin ufkun en az 8 ° altında olduğu zamana sivil alacakaranlık denir. Astronomik alacakaranlığın süresi enlem ve yılın zamanına göre değişir. Orta enlemlerde 1,5 ila 2 saat, tropik bölgelerde daha az, ekvatorda bir saatten biraz fazla.

Yazın yüksek enlemlerde güneş ufkun altına hiç batmayabilir veya çok sığ batabilir. Güneş ufkun 18 o'dan daha az altına düşerse, o zaman tam karanlık hiç oluşmaz ve akşam alacakaranlığı sabahla birleşir. Bu fenomene beyaz geceler denir.

Alacakaranlığa, gökkubbenin renginde Güneş yönünde güzel, bazen çok muhteşem değişiklikler eşlik eder. Bu değişimler gün batımından önce başlar ve gün doğumundan sonra da devam eder. Oldukça düzenli bir karaktere sahipler ve şafak olarak adlandırılıyorlar. Şafağın karakteristik renkleri mor ve sarıdır. Ancak şafağın renk tonlarının yoğunluğu ve çeşitliliği, havadaki aerosol safsızlıklarının içeriğine bağlı olarak büyük ölçüde değişir. Alacakaranlıkta ışık bulutlarının tonları da çeşitlidir.

Gökyüzünün güneşin karşısındaki bölümünde, mor ve mor-mor ağırlıklı, renk tonlarında da değişiklik olan bir anti-şafak vardır. Gün batımından sonra, Dünya'nın gölgesi gökyüzünün bu bölümünde belirir: grimsi mavi bir bölüm, yüksekliği ve yanları büyür. Şafak fenomeni, ışığın atmosferik aerosollerin en küçük parçacıkları tarafından saçılması ve ışığın daha büyük parçacıklar tarafından kırınımı ile açıklanır.

Uzaktaki nesneler, yakın olanlardan daha kötü görülür ve bunun nedeni yalnızca görünen boyutlarının küçülmesi değildir. Gözlemciden şu veya bu mesafedeki çok büyük nesneler bile, görülebildikleri atmosferin bulanıklığı nedeniyle zayıf bir şekilde ayırt edilebilir hale gelir. Bu bulanıklık, ışığın atmosferde saçılmasından kaynaklanmaktadır. Havadaki aerosol safsızlıklarının artmasıyla arttığı açıktır.

Birçok pratik amaç için, hava perdesinin arkasındaki nesnelerin ana hatlarının hangi mesafeden ayırt edilemeyeceğini bilmek çok önemlidir. Atmosferde nesnelerin ana hatlarının ayırt edilemediği mesafeye görüş mesafesi veya kısaca görünürlük denir. Görünürlük aralığı, çoğunlukla, mesafenin bilindiği belirli, önceden seçilmiş nesneler (gökyüzüne karşı karanlık) üzerindeki gözle belirlenir. Görünürlüğü belirlemek için bir dizi fotometrik araç da vardır.

Örneğin Kuzey Kutbu kökenli çok temiz havada, görüş mesafesi yüzlerce kilometreye ulaşabilir, çünkü bu tür havadaki nesnelerden gelen ışığın zayıflaması, esas olarak hava molekülleri üzerindeki saçılma nedeniyle oluşur. Çok fazla toz veya yoğuşma ürünü içeren havada görüş mesafesi birkaç kilometreye, hatta metreye kadar düşebilir. Bu nedenle, hafif siste görüş mesafesi 500–1000 m'dir ve yoğun siste veya güçlü kum burkulmalarında onlarca hatta birkaç metreye kadar düşebilir.

Toplam radyasyon, yansıyan güneş radyasyonu, soğurulan radyasyon, PAR, Dünya'nın albedo'su

Dünya yüzeyine gelen - doğrudan ve dağınık - tüm güneş radyasyonuna toplam radyasyon denir. Böylece, toplam radyasyon

Q = S* günah H + D,

Nerede S– doğrudan radyasyonla enerji aydınlatması,

D– dağınık radyasyonla enerji aydınlatması,

H- güneşin yüksekliği.

Bulutsuz bir gökyüzü ile toplam radyasyon, öğlen saatlerinde maksimum olan günlük bir değişime ve yaz aylarında maksimum olan yıllık bir değişime sahiptir. Güneş diskini kapsamayan kısmi bulutluluk, bulutsuz bir gökyüzüne kıyasla toplam radyasyonu artırır; tam bulutluluk ise tam tersine onu azaltır. Ortalama olarak, bulutluluk toplam radyasyonu azaltır. Bu nedenle, yaz aylarında, öğlen öncesi saatlerde toplam radyasyonun gelişi, öğleden sonraya göre ortalama olarak daha fazladır. Aynı nedenle yılın ilk yarısında ikinci yarısından daha büyüktür.

SP Khromov ve A.M. Petrosyantlar, bulutsuz bir gökyüzü ile Moskova yakınlarındaki yaz aylarında gün ortası toplam radyasyon değerlerini verir: ortalama 0,78 kW / m2, Güneş ve bulutlarla - 0,80, sürekli bulutlarla - 0,26 kW / m2.

Dünya yüzeyine düşen toplam radyasyon, çoğunlukla toprağın ince üst tabakası veya daha kalın bir su tabakası tarafından emilerek ısıya dönüşür ve kısmen yansır. Güneş radyasyonunun dünya yüzeyinden yansıma miktarı, bu yüzeyin doğasına bağlıdır. Yansıtılan radyasyon miktarının, belirli bir yüzey üzerine düşen toplam radyasyon miktarına oranı, yüzey albedo olarak adlandırılır. Bu oran yüzde olarak ifade edilir.

Yani, toplam radyasyonun toplam akısından ( S günah H + D) bir kısmı dünyanın yüzeyinden yansıtılır ( S günah H + D)Ve nerede A yüzey albedosudur. Toplam radyasyonun geri kalanı ( S günah H + D) (1 – A) dünyanın yüzeyi tarafından emilir ve toprağın ve suyun üst katmanlarını ısıtmak için gider. Bu kısma soğurulan radyasyon denir.

Toprak yüzeyinin albedo'su %10-30 arasında değişir; ıslak çernozemde% 5'e düşer ve kuru hafif kumda% 40'a çıkabilir. Toprak nemi arttıkça albedo azalır. Bitki örtüsünün - ormanlar, çayırlar, tarlalar - albedo'su %10-25'tir. Yeni yağmış karın yüzey albedo'su %80-90'dır ve uzun süredir devam eden karın yaklaşık %50'si ve daha düşüktür. Düz bir su yüzeyinin doğrudan radyasyon için albedosu yüzde birkaç (Güneş yüksekteyse) ila %70 (düşükse) arasında değişir; aynı zamanda heyecana da bağlıdır. Dağınık radyasyon için, su yüzeylerinin albedosu %5-10'dur. Ortalama olarak, Dünya Okyanusu yüzeyinin albedosu% 5-20'dir. Bulutların üst yüzeyinin albedosu, bulut örtüsünün tipine ve kalınlığına bağlı olarak yüzde birkaç ila %70-80 arasında değişir, ortalama olarak %50-60'tır (S.P. Khromov, M.A. Petrosyants, 2004).

Bu rakamlar, güneş radyasyonunun sadece görünür değil, aynı zamanda tüm spektrumundaki yansımasını ifade eder. Fotometrik araçlar, albedoyu yalnızca görünür radyasyon için ölçer; bu, tabii ki, tüm radyasyon akısı için albedodan biraz farklı olabilir.

Dünya yüzeyinden ve bulutların üst yüzeyinden yansıyan radyasyonun baskın kısmı atmosferin ötesine dünya uzayına gider. Saçılan radyasyonun bir kısmı (yaklaşık üçte biri) de dünya uzayına gider.

Uzaydan yansıyan ve saçılan güneş ışınımının atmosfere giren toplam güneş ışınımı miktarına oranı, Dünya'nın gezegensel albedo'su olarak adlandırılır veya basitçe Dünya'nın albedosu.

Genel olarak, Dünya'nın gezegen albedosu% 31 olarak tahmin edilmektedir. Dünyanın gezegensel albedosunun ana kısmı, güneş radyasyonunun bulutlar tarafından yansımasıdır.

Doğrudan ve yansıyan radyasyonun bir kısmı bitki fotosentezi sürecinde yer alır, bu nedenle buna denir. fotosentetik olarak aktif radyasyon (UZAK). UZAK - fotosentez ve bitkilerin üretim süreci ile ilgili olarak en aktif olan kısa dalga radyasyonunun (380 ila 710 nm) kısmı, hem doğrudan hem de dağınık radyasyon ile temsil edilir.

Bitkiler doğrudan güneş ışınımını tüketebilir ve 380 ila 710 nm dalga boyu aralığında göksel ve karasal nesnelerden yansıtılır. Fotosentetik olarak aktif radyasyonun akışı, güneş akışının yaklaşık yarısı kadardır, yani toplam radyasyonun yarısı ve pratik olarak hava koşulları ve konumdan bağımsız olarak. Avrupa koşulları için 0,5 değeri tipik olsa da, İsrail koşulları için biraz daha yüksektir (yaklaşık 0,52). Ancak bitkilerin PAR'ı yaşamları boyunca ve farklı koşullar altında aynı şekilde kullandıkları söylenemez. PAR kullanımının etkinliği farklıdır, bu nedenle PAR kullanımının etkinliğini ve "Fitosinozların etkinliğini" yansıtan "PAR kullanım katsayısı" göstergeleri önerilmiştir. Fitosenozların verimliliği, bitki örtüsünün fotosentetik aktivitesini karakterize eder. Bu parametre, orman fitosenozlarını değerlendirmek için ormancılar arasında en geniş uygulamayı bulmuştur.

Bitki örtüsünde bitkilerin kendilerinin PAR oluşturabildikleri vurgulanmalıdır. Bu, yaprakların güneş ışınlarına doğru konumu, yaprakların dönüşü, farklı fitosenoz seviyelerinde farklı boyut ve açılardaki yaprakların dağılımı, yani. sözde gölgelik mimarisi aracılığıyla. Bitki örtüsünde, güneş ışınları tekrar tekrar kırılarak yaprak yüzeyinden yansır ve böylece kendi iç radyasyon rejimlerini oluşturur.

Bitki örtüsü içinde saçılan radyasyon, bitki örtüsünün yüzeyine giren direkt ve diffüz radyasyon ile aynı fotosentetik değere sahiptir.

Dünya yüzeyinin radyasyonu

Toprağın ve suyun üst katmanları, kar örtüsü ve bitki örtüsünün kendisi uzun dalga radyasyonu yayar; bu karasal radyasyona daha yaygın olarak dünya yüzeyinin içsel radyasyonu denir.

Kendinden radyasyon, dünya yüzeyinin mutlak sıcaklığı bilinerek hesaplanabilir. Stefan-Boltzmann yasasına göre, Dünya'nın tamamen siyah bir cisim olmadığını ve dolayısıyla katsayıyı ortaya koyduğunu dikkate alarak? (genellikle 0,95'e eşittir), yer radyasyonu E formül tarafından belirlenir

E s = ?? T 4 ,

Nerede? Stefan-Boltzmann sabitidir, T sıcaklık, K

288 K'de, E s \u003d 3,73 10 2 W / m2. Dünya yüzeyinden böylesine büyük bir radyasyon dönüşü, ters işlemle - güneş ve atmosferik radyasyonun dünya yüzeyi tarafından emilmesi - engellenmezse, hızlı soğumasına yol açacaktır. Dünya yüzeyinin mutlak sıcaklıkları 190 ile 350 K arasındadır. Bu sıcaklıklarda, yayılan radyasyon pratik olarak 4–120 µm aralığında dalga boylarına sahiptir ve maksimum enerjisi 10–15 µm'dir. Bu nedenle, tüm bu radyasyon göz tarafından algılanmayan kızılötesidir.

Karşı radyasyon veya karşı radyasyon

Atmosfer ısınır, hem güneş radyasyonunu (nispeten küçük bir oranda, Dünya'ya gelen toplam miktarının yaklaşık% 15'i olmasına rağmen) hem de dünya yüzeyinin kendi radyasyonunu emer. Ek olarak, ısıyı dünyanın yüzeyinden iletim yoluyla ve ayrıca dünya yüzeyinden buharlaşan su buharının yoğunlaşmasıyla alır. Isınan atmosfer kendiliğinden ışıma yapar. Tıpkı dünyanın yüzeyi gibi, aynı dalga boyu aralığında görünmez kızılötesi radyasyon yayar.

Atmosferik radyasyonun çoğu (% 70) dünya yüzeyine gelir, geri kalanı dünya uzayına gider. Dünyanın yüzeyine ulaşan atmosferik radyasyona karşı radyasyon denir. E a, çünkü dünya yüzeyinin kendi radyasyonuna yöneliktir. Dünyanın yüzeyi, karşı radyasyonu neredeyse tamamen (% 95-99 oranında) emer. Bu nedenle, karşı radyasyon, emilen güneş radyasyonuna ek olarak dünya yüzeyi için önemli bir ısı kaynağıdır. Bulutların kendisi güçlü bir şekilde yayıldığı için, artan bulutlulukla birlikte karşı radyasyon da artar.

Atmosferdeki karasal radyasyonu emen ve radyasyonu geri gönderen ana madde su buharıdır. Spektrumun geniş bir bölgesinde kızılötesi radyasyonu emer - 8,5 ila 12 mikron arasındaki aralık hariç, 4,5 ila 80 mikron.

Karbon monoksit (karbon dioksit), kızılötesi radyasyonu güçlü bir şekilde emer, ancak yalnızca spektrumun dar bir bölgesinde; ozon daha zayıftır ve aynı zamanda spektrumun dar bir bölgesindedir. Doğru, karbondioksit ve ozon tarafından absorpsiyon, karasal radyasyon spektrumundaki enerjisi maksimuma (7-15 μm) yakın olan dalgalara düşer.

Karşı radyasyon her zaman karasal olandan biraz daha azdır. Bu nedenle, dünyanın yüzeyi, kendi radyasyonu ile karşı radyasyon arasındaki pozitif fark nedeniyle ısı kaybeder. Dünya yüzeyinin kendi kendine radyasyonu ile atmosferin karşı radyasyonu arasındaki farka etkin radyasyon denir. E e:

E e = E S- E A.

Etkili radyasyon, geceleri dünya yüzeyinden radyan enerjinin ve dolayısıyla ısının net kaybıdır. Kendi kendine radyasyon, dünya yüzeyinin sıcaklığı bilinerek Stefan-Boltzmann yasasına göre belirlenebilir ve karşı radyasyon yukarıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir.

Açık gecelerde etkili radyasyon, ılıman enlemlerdeki ova istasyonlarında yaklaşık 0,07–0,10 kW/m 2'dir ve yüksek rakımlı istasyonlarda (karşı radyasyonun daha az olduğu yerlerde) 0,14 kW/m 2'ye kadar çıkar. Karşı ışımayı artıran bulutluluğun artmasıyla, etkili radyasyon azalır. Bulutlu havalarda, açık havaya göre çok daha azdır; sonuç olarak, dünya yüzeyinin gece soğuması da daha azdır.

Etkili radyasyon elbette gündüz saatlerinde de mevcuttur. Ancak gün boyunca emilen güneş radyasyonu tarafından bloke edilir veya kısmen telafi edilir. Bu nedenle, dünyanın yüzeyi gündüzleri geceden daha sıcaktır, ancak gündüzleri etkili radyasyon daha fazladır.

Ortalama olarak, dünyanın orta enlemlerdeki yüzeyi, emilen radyasyondan aldığı ısı miktarının yaklaşık yarısını etkili radyasyon yoluyla kaybeder.

Atmosfer, karasal radyasyonu emerek ve dünyanın yüzeyine karşı radyasyon göndererek, böylece dünyanın gece soğumasını azaltır. Gün boyunca, güneş radyasyonu ile dünya yüzeyinin ısınmasını önlemek için çok az şey yapar. Atmosferin dünya yüzeyinin termal rejimi üzerindeki bu etkisi, sera camlarının etkisiyle dışsal benzetme nedeniyle sera etkisi veya sera etkisi olarak adlandırılır.

Dünya yüzeyinin radyasyon dengesi

Soğurulan radyasyon ile etkili radyasyon arasındaki farka dünya yüzeyinin radyasyon dengesi denir:

İÇİNDE=(S günah H + D)(1 – A) – E e.

Geceleri toplam radyasyon olmadığında, negatif radyasyon dengesi efektif radyasyona eşittir.

Güneş doğduktan sonra 10–15° yükseklikte radyasyon dengesi gece negatif değerlerden gündüz pozitif değerlere değişir. Pozitiften negatif değerlere, gün batımından önce ufkun üzerinde aynı yükseklikte geçer. Kar örtüsünün varlığında, radyasyon dengesi yalnızca yaklaşık 20-25 o'luk bir güneş yüksekliğinde pozitif değerlere dönüşür, çünkü büyük bir kar albedo ile toplam radyasyonun emilimi küçüktür. Gün boyunca, radyasyon dengesi güneş yüksekliğinin artmasıyla artar ve azalmasıyla azalır.

S.P. Khromov ve M.A. Petrosyantlar (2004) yaklaşık 0,51 kW/m 2 , kışın sadece 0,03 kW/m 2 , yazın ortalama bulutluluk koşullarında 0,3 kW/m 2 ve kışın sıfıra yakındır.

Şekil 1 - Güneş tuzu havuzunun sıcak tuzlu suyuna giden yolda güneş radyasyonunun (enerji) yoğunluğundaki değişikliklerin histogramı.

Çeşitli güneş radyasyonu türlerinin aktif kullanımının etkinliğini değerlendirmek için, havuza güneş radyasyonunun konsantrasyonu (akıştaki artış) üzerinde hangi doğal, teknolojik ve operasyonel faktörlerin olumlu ve hangilerinin olumsuz etkisi olduğunu belirleyeceğiz ve sıcak tuzlu su ile birikmesi.

Dünya ve atmosfer, Güneş'ten yılda 1.3∙1024 cal ısı alır. Yoğunluk ile ölçülür, yani. Güneş ışınlarına dik yüzey alanına birim zamanda Güneş'ten gelen radyant enerji miktarı (kalori olarak).

Güneş'in radyan enerjisi, Dünya'ya doğrudan ve dağınık radyasyon şeklinde ulaşır, yani. Toplam. Dünyanın yüzeyi tarafından emilir ve tamamen ısıya dönüştürülmez, bir kısmı yansıyan radyasyon şeklinde kaybolur.

Direkt ve dağınık (toplam), yansıyan ve emilen radyasyon, spektrumun kısa dalga kısmına aittir. Kısa dalga radyasyonla birlikte, atmosferden gelen uzun dalga radyasyon (karşı radyasyon) dünya yüzeyine girer, bunun karşılığında dünya yüzeyi uzun dalga radyasyon (kendi kendine radyasyon) yayar.

Doğrudan güneş radyasyonu, bir güneş tuzu havuzunun su yüzeyine enerji tedarikindeki ana doğal faktörü ifade eder. Aktif yüzeye doğrudan güneş diskinden yayılan paralel ışın demeti şeklinde gelen güneş radyasyonuna doğrudan güneş radyasyonu denir. Doğrudan güneş radyasyonu, spektrumun kısa dalga kısmına aittir (0,17 ila 4 mikron dalga boyları ile, aslında, 0,29 mikron dalga boyuna sahip ışınlar dünyanın yüzeyine ulaşır)

Güneş spektrumu üç ana alana ayrılabilir:

Ultraviyole radyasyon (- görünür radyasyon (0,4 µm) - kızılötesi radyasyon (> 0,7 µm) - %46 yoğunluk. , böylece bu güneş enerjisi aralığının sadece küçük bir kısmı Dünya yüzeyine ulaşır.

Güneş radyasyonunun uzak kızılötesi (>12 µm) Dünya'ya zar zor ulaşır.

Güneş enerjisinin Dünya'da kullanımı açısından bakıldığında sadece 0,29 - 2,5 μm dalga boyu aralığındaki radyasyon dikkate alınmalıdır / Atmosfer dışındaki güneş enerjisinin çoğu 0,2 - 4 μm dalga boyu aralığında düşer, ve Dünya yüzeyinde - 0,29 - 2,5 µm aralığında.

Genel anlamda Güneş'in Dünya'ya verdiği enerji akışlarının nasıl yeniden dağıtıldığını görelim. Dünya'ya düşen 100 rastgele güneş enerjisi birimini (1,36 kW/m2) alalım ve atmosferdeki yollarını izleyelim. Güneş spektrumunun kısa ultraviyolesi olan yüzde bir (13,6 W/m2), ekzosfer ve termosferdeki moleküller tarafından emilerek onları ısıtır. Ultraviyoleye yakın diğer yüzde üç (40,8 W/m2) stratosferik ozon tarafından emilir. Güneş spektrumunun kızılötesi kuyruğu (%4 veya 54,4 W/m2), su buharı içeren troposferin üst katmanlarında kalır (yukarıda neredeyse hiç su buharı yoktur).

Geriye kalan 92 kısım güneş enerjisi (1,25 kW/m2) atmosferin 0,29 µm/m2'lik "saydamlık penceresi" içine düşer ve geri kalanı Dünya yüzeyi ile uzay arasında dağılır. Yüzeye çarpandan daha fazlası uzaya gidiyor, 30 pay (408 W/m2) yukarı, 8 pay (108,8 W/m2) aşağı.

Bu, güneş enerjisinin Dünya atmosferindeki yeniden dağılımının genel, ortalama resmiydi. Ancak, bir kişinin ikamet ettiği ve çalıştığı belirli bir alanda ihtiyaçlarını karşılamak için güneş enerjisini kullanmanın belirli sorunlarının çözülmesine izin vermez ve işte nedeni budur.

Dünyanın atmosferi eğik güneş ışınlarını daha iyi yansıtır, bu nedenle ekvatorda ve orta enlemlerde saatlik güneşlenme yüksek enlemlerden çok daha fazladır.

Güneşin yükseklikleri (ufkun üzerindeki yükseklikler) 90, 30, 20 ve 12 ⁰ (atmosferin hava (optik) kütlesi (m) 1, 2, 3 ve 5'e karşılık gelir) bulutsuz bir atmosfere karşılık gelir yaklaşık 900, 750, 600 ve 400 W / m2'lik bir yoğunluğa (42 ⁰ - m = 1,5 ve 15 ⁰ - m = 4'te). Gerçekte, gelen radyasyonun toplam enerjisi, yalnızca doğrudan bileşeni değil, aynı zamanda hava kütleleri 1, 2, 3'te dağılmış yatay yüzeydeki radyasyon yoğunluğunun saçılan bileşeninin değerini de içerdiğinden, belirtilen değerleri aşmaktadır. ve 5, bu koşullar altında sırasıyla 110, 90, 70 ve 50 W/m2'ye eşittir (gökyüzünün sadece yarısı göründüğü için dikey düzlem için 0,3 - 0,7 faktörü ile). Ek olarak, gökyüzünün Güneş'e yakın bölgelerinde, ≈ 5⁰ yarıçapında bir "güneşi çevreleyen hale" vardır.

Günlük güneş radyasyonu miktarı ekvatorda değil, 40 ⁰ civarında maksimumdur. Benzer bir gerçek, dünyanın ekseninin yörünge düzlemine olan eğiminin de bir sonucudur. Yaz gündönümü boyunca, tropik bölgelerdeki Güneş neredeyse tüm gün yukarıdadır ve gündüz saatleri 13,5 saattir, ekinoks gününde ekvatorda olduğundan daha fazladır. Artan enlem ile günün uzunluğu artar ve güneş radyasyonunun yoğunluğu azalsa da gündüz güneşlenmenin maksimum değeri yaklaşık 40 ⁰ enlemde meydana gelir ve Kuzey Kutup Dairesi'ne kadar (bulutsuz gökyüzü koşulları için) neredeyse sabit kalır.

Dünyanın birçok ülkesi için tipik olan endüstriyel atıklardan kaynaklanan bulutluluk ve atmosferik kirlilik dikkate alındığında, tabloda verilen değerler en az yarıya indirilmelidir. Örneğin, 20. yüzyılın 70'li yıllarında İngiltere için, çevre koruma mücadelesi başlamadan önce, yıllık güneş radyasyonu miktarı 1700 kWh/m2 yerine sadece 900 kWh/m2 idi.

Baykal Gölü'ndeki atmosferin şeffaflığına ilişkin ilk veriler V.V. 1964 yılında Bufalom Baykal üzerinden doğrudan güneş radyasyonu değerlerinin Irkutsk'takinden ortalama% 13 daha yüksek olduğunu gösterdi. Yaz aylarında Kuzey Baykal'daki atmosferin ortalama spektral şeffaflık katsayısı kırmızı, yeşil ve mavi filtreler için sırasıyla 0,949, 0,906, 0,883'tür. Yaz aylarında atmosfer, kışa göre optik olarak daha kararsızdır ve bu istikrarsızlık, öğle öncesi saatlerden öğleden sonraya kadar önemli ölçüde değişir. Su buharı ve aerosollerin yıllık zayıflama seyrine bağlı olarak, güneş radyasyonunun toplam zayıflamasına katkıları da değişir. Aerosoller yılın soğuk döneminde ana rolü, su buharı ise yılın sıcak bölümünde ana rolü oynar. Baykal Havzası ve Baykal Gölü, atmosferin nispeten yüksek bütünsel şeffaflığı ile ayırt edilir. Optik kütle m = 2 ile, şeffaflık katsayısının ortalama değerleri 0,73 (yazın) ile 0,83 (kışın) arasında değişir. Aerosoller, doğrudan güneş radyasyonunun havuz suyu alanına akışını önemli ölçüde azaltır ve esas olarak, havuzun taze tabakasından serbestçe geçen dalga boyu ile görünür spektrumun radyasyonunu emer ve bu, güneş birikimi için büyük önem taşır. gölet tarafından enerji. (1 cm kalınlığındaki bir su tabakası, dalga boyu 1 mikrondan fazla olan kızılötesi radyasyona pratik olarak opaktır). Bu nedenle, ısı koruyucu filtre olarak birkaç santimetre kalınlığında su kullanılır. Cam için, uzun dalga boylu kızılötesi iletim limiti 2,7 µm'dir.

Bozkır boyunca serbestçe taşınan çok sayıda toz parçacığı da atmosferin şeffaflığını azaltır.

Elektromanyetik radyasyon tüm ısıtılmış cisimler tarafından yayılır ve vücut ne kadar soğuksa, radyasyonun yoğunluğu o kadar düşük olur ve spektrumunun maksimumu o kadar uzun dalga bölgesine kaydırılır. Çok basit bir ilişki vardır [ = 0.2898 cm∙deg. (Wien yasası)], yardımıyla bir cismin maksimum radyasyonunun sıcaklığa (⁰K) sahip olduğu yeri belirlemenin kolay olduğu. Örneğin, 37 + 273 = 310 ⁰K sıcaklığa sahip bir insan vücudu, maksimum değeri = 9,3 µm olan kızılötesi ışınlar yayar. Ve örneğin, 90 ⁰С sıcaklığa sahip bir güneş kurutucusunun duvarları, maksimum = 8 mikron değerine yakın kızılötesi ışınlar yayar. Görünür güneş radyasyonu (0,4 mikron) Bir zamanlar, karbon filamanlı bir elektrikli akkor lambadan tungsten filamanlı modern bir lambaya geçiş büyük bir ilerlemeydi.Mesele şu ki, bir karbon filaman 2100 °C sıcaklığa getirilebilir. ⁰K ve bir tungsten filaman - 2500 ⁰K'ya kadar "Bunlar 400 ⁰K neden bu kadar önemli? Bütün mesele, bir akkor lambanın amacının ısıtmak değil, ışık vermesidir. Bu nedenle, böyle bir değere ulaşmak gerekir. İdeal olan, Güneş yüzeyinin sıcaklığına dayanabilecek bir ipliğe sahip olmaktır, ancak 2100'den 2500 ⁰K'ye geçiş bile görünür radyasyona atfedilebilen enerji fraksiyonunu artırır. %0,5 ila %1,6.

Herkes avuç içi aşağıdan getirilerek (termal konveksiyonu ortadan kaldırmak için) sadece 60 - 70 ⁰С'ye ısıtılmış bir vücuttan yayılan kızılötesi ışınları hissedebilir. Doğrudan güneş ışınımının havuzun su alanına gelişi, yatay ışınım yüzeyine gelişine karşılık gelir. Aynı zamanda, yukarıdaki, hem mevsimsel hem de günlük olarak belirli bir zamanda varışın niceliksel özelliklerinin belirsizliğini göstermektedir. Yalnızca Güneş'in yüksekliği (atmosferin optik kütlesi) sabit bir özelliktir.

Güneş radyasyonunun dünya yüzeyi ve gölet tarafından birikmesi önemli ölçüde farklılık gösterir.

Dünyanın doğal yüzeyleri farklı yansıtma (emme) yeteneklerine sahiptir. Bu nedenle, koyu renkli yüzeyler (chernozem, turbalıklar) yaklaşık %10 gibi düşük bir albedo değerine sahiptir. (Bir yüzeyin albedo'su, bu yüzey tarafından çevredeki boşluğa yansıtılan radyasyon akısının üzerine düşen akıya oranıdır).

Hafif yüzeyler (beyaz kum) %35 - 40 gibi büyük bir albedoya sahiptir. Çimenli yüzeylerin albedosu %15 ila %25 arasında değişir. Yaz aylarında yaprak döken bir ormanın taç albedo'su %14–17 ve iğne yapraklı bir ormanınki %12–15'tir. Yüzey albedosu, artan güneş yüksekliği ile azalır.

Su yüzeylerinin albedosu, Güneş'in yüksekliğine ve heyecan derecesine bağlı olarak %3-45 aralığındadır.

Sakin bir su yüzeyinde, albedo yalnızca Güneş'in yüksekliğine bağlıdır (Şekil 2).

Şekil 2 - Sakin bir su yüzeyi için güneş radyasyonunun yansıma katsayısının Güneş'in yüksekliğine bağlılığı.

Güneş radyasyonunun girişi ve bir su tabakasından geçişi kendine has özelliklere sahiptir.

Genel olarak, güneş radyasyonunun görünür bölgesindeki suyun (çözeltilerinin) optik özellikleri Şekil 3'te gösterilmektedir.

Şekil 3 - Güneş radyasyonunun görünür bölgesindeki suyun (çözeltilerinin) optik özellikleri

İki ortamın düz sınırında, hava - su, ışığın yansıması ve kırılması olayları gözlenir.

Işık yansıtıldığında, gelen ışın, yansıyan ışın ve ışının geliş noktasında geri yüklenen yansıtıcı yüzeye dik olan ışın aynı düzlemde bulunur ve yansıma açısı geliş açısına eşittir. Kırılma durumunda, gelen ışın, ışının geliş noktasında iki ortam arasındaki arayüze dik olarak geri yüklenen ve kırılan ışın aynı düzlemde bulunur. Geliş açısı ve kırılma açısı (Şekil 4) ilişkilidir /, burada ikinci ortamın mutlak kırılma indisi, - birinci. Hava için olduğundan, formül şu şekli alacaktır:

Şekil 4 - Havadan suya geçiş sırasında ışınların kırılması

Işınlar havadan suya giderken "geliş dikine" yaklaşırlar; örneğin, su yüzeyine dik bir açıyla suya gelen bir ışın, su içine zaten (Şekil 4a) 'dan daha küçük bir açıyla girer. Ancak, su yüzeyi üzerinde kayan bir gelen ışın, su yüzeyine dikeye neredeyse dik bir açıyla, örneğin 89 ⁰ veya daha az bir açıyla düştüğünde, suya şundan daha küçük bir açıyla girer: düz bir çizgi, yani sadece 48,5 ⁰ açıda. Dikeyle 48,5 ⁰'den daha büyük bir açıda, ışın suya giremez: bu, su için "sınırlayıcı" açıdır (Şekil 4, b).

Sonuç olarak, çeşitli açılarda suya düşen ışınlar, su altında 48,5 ⁰ + 48,5 ⁰ = 97 ⁰ açılma açısına sahip oldukça sıkı bir koni halinde sıkıştırılır (Şekil 4c). Ek olarak, suyun kırılması sıcaklığına bağlıdır, ancak bu değişiklikler o kadar önemli değildir ki, incelenen konuyla ilgili mühendislik uygulamaları için ilgi çekici olamazlar.

Şimdi (P noktasından) - sudan havaya - geri giden ışınların seyrini takip edelim (Şekil 5). Optik yasalarına göre yollar aynı olacak ve bahsedilen 97 derecelik koninin içerdiği tüm ışınlar, suyun üzerindeki 180 derecelik boşluğun tamamına yayılarak farklı açılardan havaya girecek. Bahsedilen açının (97 derece) dışında kalan su altı ışınları suyun altından çıkmayacak, ayna gibi yüzeyinden tamamen yansıyacaktır.

Şekil 5 - Sudan havaya geçiş sırasında ışınların kırılması

Yalnızca yansıyan ışın varsa, kırılan ışın yoktur (toplam iç yansıma olgusu).

Su yüzeyiyle "sınırlayıcı" olandan daha büyük bir açıyla (yani 48,5 ⁰'den büyük) buluşan herhangi bir su altı ışını kırılmaz, ancak yansıtılır: "tam iç yansıma" geçirir. Bu durumda yansıma toplam olarak adlandırılır, çünkü gelen ışınların tümü buraya yansırken, en iyi cilalanmış gümüş ayna bile üzerine düşen ışınların yalnızca bir kısmını yansıtırken geri kalanını emer. Bu koşullar altında su ideal bir aynadır. Bu durumda görünür ışıktan bahsediyoruz. Genel olarak konuşursak, diğer maddeler gibi suyun kırılma indisi de dalga boyuna bağlıdır (bu olguya dağılım denir). Bunun bir sonucu olarak, toplam iç yansımanın meydana geldiği sınırlayıcı açı, farklı dalga boyları için aynı değildir, ancak su-hava sınırında yansıtıldığında görünür ışık için bu açı 1⁰'den daha az değişir.

Dikeyle 48,5⁰'den daha büyük bir açıda güneş ışınının suya girememesi nedeniyle: bu, tüm değer aralığında su (Şekil 4, b), ardından su kütlesi için "sınırlayıcı" açıdır ​​​​​​Güneş'in yüksekliği, havadan çok önemsiz bir şekilde değişmez - her zaman daha azdır.

Ancak suyun yoğunluğu havanın yoğunluğundan 800 kat daha fazla olduğu için güneş radyasyonunun su tarafından soğurulması önemli ölçüde değişecektir. Ayrıca ışık ışıması saydam bir ortamdan geçiyorsa bu tür ışığın tayfının bazı özellikleri vardır. İçindeki belirli çizgiler güçlü bir şekilde zayıflatılmıştır, yani karşılık gelen uzunluktaki dalgalar, söz konusu ortam tarafından güçlü bir şekilde emilir. Bu tür spektrumlara absorpsiyon spektrumları denir. Absorpsiyon spektrumunun şekli, incelenmekte olan maddeye bağlıdır.

Bir güneş tuzu havuzunun tuz çözeltisi, farklı konsantrasyonlarda sodyum ve magnezyum klorürler ve bunların oranlarını içerebileceğinden, absorpsiyon spektrumları hakkında net bir şekilde konuşmak mantıklı değildir. Her ne kadar bu konuda araştırma ve veriler bol olsa da.

Bu nedenle, örneğin, SSCB'de (Yu. Usmanov) çeşitli dalga boylarındaki radyasyonun su ve çeşitli konsantrasyonlardaki bir magnezyum klorür çözeltisi için iletimini belirlemek için yapılan çalışmalar aşağıdaki sonuçları elde etti (Şekil 6). Ve B. J. Brinkworth, güneş radyasyonunun absorpsiyonunun ve güneş radyasyonunun (radyasyonun) monokromatik akı yoğunluğunun dalga boyuna bağlı olarak grafiksel bir bağımlılığını gösterir (Şekil 7).

Sonuç olarak, suya girdikten sonra havuzun sıcak tuzlu suyuna doğrudan güneş radyasyonunun kantitatif kaynağı şunlara bağlı olacaktır: güneş radyasyonu (radyasyon) akışının tek renkli yoğunluğu; güneşin yüksekliğinden. Ve ayrıca gölet yüzeyinin albedo'sundan, güneş tuzu havuzunun tatlı sudan oluşan üst tabakasının saflığından, genellikle 0,1 - 0,3 m kalınlığında, karışımın bastırılamadığı yerde, bileşim, konsantrasyon ve kalınlık gradyan tabakasındaki çözeltinin (tuzlu su konsantrasyonu aşağı doğru artan yalıtım tabakası), su ve tuzlu suyun saflığı üzerine.

Şekil 6 ve 7, suyun güneş spektrumunun görünür bölgesinde en yüksek iletim kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir. Bu, güneş ışınımının güneş tuzu havuzunun üst taze tabakasından geçmesi için çok elverişli bir faktördür.

Kaynakça

1 Osadchiy G.B. Güneş enerjisi, türevleri ve kullanımlarına yönelik teknolojiler (YEK enerjisine giriş) / G.B. Osadchy. Omsk: IPK Maksheeva E.A., 2010. 572 s.
2 Twydell J. Yenilenebilir enerji kaynakları / J. Twydell, A. Ware. M.: Energoatomizdat, 1990. 392 s.
3 Duffy J. A. Güneş enerjisi kullanan termal işlemler / J. A. Duffy, W. A. ​​​​Beckman. M.: Mir, 1977. 420 s.
4 Baykal ve havzasının iklimsel kaynakları /N. P. Ladeyshchikov, Novosibirsk, Nauka, 1976, 318s.
5 Pikin S. A. Sıvı kristaller / S. A. Pikin, L. M. Blinov. M.: Nauka, 1982. 208 s.
6 Kitaygorodsky A. I. Herkes için fizik: Fotonlar ve çekirdekler / A. I. Kitaygorodsky. M.: Nauka, 1984. 208 s.
7 Kuhling H. Handbook of Physics. / H. Kühling. M.: Mir, 1982. 520 s.
8 Enokhovich A. S. Fizik ve teknoloji el kitabı / A. S. Enokhovich. Moskova: Eğitim, 1989. 223 s.
9 Perelman Ya.I.Eğlenceli fizik. 2. Kitap / Ya.I. Perelman. M.: Nauka, 1986. 272 ​​​​s.

Isı kaynakları. Termal enerji, atmosferin yaşamında belirleyici bir rol oynar. Bu enerjinin ana kaynağı Güneş'tir. Ay'ın, gezegenlerin ve yıldızların termal radyasyonuna gelince, Dünya için o kadar önemsizdir ki pratikte dikkate alınamaz. Çok daha fazla termal enerji, Dünya'nın iç ısısı tarafından sağlanır. Jeofizikçilerin hesaplamalarına göre, Dünya'nın bağırsaklarından sürekli bir ısı akışı, dünya yüzeyinin sıcaklığını 0,1 artırır. Ancak böyle bir ısı akışı hala o kadar küçüktür ki, onu da hesaba katmaya gerek yoktur. Bu nedenle, Dünya yüzeyindeki tek termal enerji kaynağı yalnızca Güneş olarak kabul edilebilir.

Güneş radyasyonu. Fotosfer (ışıma yüzeyi) sıcaklığı yaklaşık 6000° olan güneş, uzaya her yöne enerji yayar. Büyük bir paralel güneş ışınları demeti şeklindeki bu enerjinin bir kısmı Dünya'ya çarpar. Güneşten gelen doğrudan ışınlar şeklinde yeryüzüne ulaşan güneş enerjisine güneş enerjisi denir. doğrudan güneş radyasyonu. Ancak Dünya'ya yönlendirilen tüm güneş radyasyonu dünyanın yüzeyine ulaşmaz, çünkü atmosferin güçlü bir katmanından geçen güneş ışınları kısmen onun tarafından emilir, kısmen moleküller ve asılı hava parçacıkları tarafından dağılır, bir kısmı yansıtılır. bulutlar. Güneş enerjisinin atmosferde dağılan kısmına denir. dağınık radyasyon Saçılan güneş radyasyonu atmosferde yayılır ve Dünya yüzeyine ulaşır. Bu tür radyasyonu, Güneş tamamen bulutlarla kaplandığında veya ufkun altında kaybolduğunda, tek tip gün ışığı olarak algılarız.

Dünya yüzeyine ulaşan doğrudan ve dağınık güneş radyasyonu, onun tarafından tamamen emilmez. Güneş radyasyonunun bir kısmı, dünyanın yüzeyinden atmosfere geri yansıtılır ve orada, sözde bir ışın akışı şeklinde bulunur. yansıyan güneş radyasyonu.

Güneş radyasyonunun bileşimi, Güneş'in yayılan yüzeyinin çok yüksek bir sıcaklığı ile ilişkili olan çok karmaşıktır. Geleneksel olarak, dalga boyuna göre, güneş radyasyonu spektrumu üç kısma ayrılır: ultraviyole (η<0,4<μ видимую глазом (η 0,4μ ila 0,76μ) ve kızılötesi (η >0,76μ). Güneş fotosferinin sıcaklığına ek olarak, dünya yüzeyine yakın güneş radyasyonunun bileşimi, Dünya'nın hava kabuğundan geçerken güneş ışınlarının bir kısmının soğurulması ve saçılmasından da etkilenir. Bu bağlamda, atmosferin üst sınırında ve Dünya yüzeyinin yakınında güneş radyasyonunun bileşimi farklı olacaktır. Teorik hesaplamalara ve gözlemlere dayanarak, atmosferin sınırında ultraviyole radyasyonun% 5, görünür ışınların -% 52 ve kızılötesi -% 43 olduğu tespit edilmiştir. Dünyanın yüzeyinde (40 ° Güneş yüksekliğinde), ultraviyole ışınları yalnızca% 1, görünür -% 40 ve kızılötesi -% 59'u oluşturur.

Güneş radyasyonunun yoğunluğu. Doğrudan güneş radyasyonunun yoğunluğu altında, 1 dakikada alınan kalorilerdeki ısı miktarını anlayın. 1'de yüzey tarafından Güneş'in radyan enerjisinden santimetre 2, güneşe dik olarak yerleştirilir.

Doğrudan güneş radyasyonunun yoğunluğunu ölçmek için özel aletler kullanılır - aktinometreler ve pirheliometreler; saçılan radyasyon miktarı bir piranometre ile belirlenir. Güneş radyasyonu etkisinin süresinin otomatik olarak kaydedilmesi, aktinograflar ve heliograflar tarafından gerçekleştirilir. Güneş radyasyonunun spektral yoğunluğu bir spektrobolograf ile belirlenir.

Dünya'nın hava kabuğunun soğurma ve saçılma etkilerinin hariç tutulduğu atmosfer sınırında, doğrudan güneş ışınımının yoğunluğu yaklaşık olarak 2'dir. dışkı 1 için santimetre 2 1 dakika içinde yüzeyler. Bu değer denir güneş sabiti. 2'deki güneş radyasyonunun yoğunluğu dışkı 1 için santimetre 2 1 dakikada yıl boyunca o kadar büyük miktarda ısı verir ki, bir buz tabakasını eritmek yeterlidir 35 M kalın, eğer böyle bir tabaka tüm dünya yüzeyini kaplıyorsa.

Güneş radyasyonunun yoğunluğunun çok sayıda ölçümü, Dünya atmosferinin üst sınırına gelen güneş enerjisi miktarının yüzde birkaç oranında dalgalanmalar yaşadığına inanmak için sebep verir. Salınımlar periyodiktir ve periyodik değildir, görünüşe göre Güneş'in kendisinde meydana gelen süreçlerle ilişkilidir.

Ek olarak, Dünya'nın yıllık dönüşünde bir daire içinde değil, odaklarından birinde Güneş olan bir elips üzerinde hareket etmesi nedeniyle yıl boyunca güneş radyasyonunun yoğunluğunda bir miktar değişiklik meydana gelir. Bu bağlamda, Dünya'dan Güneş'e olan mesafe değişir ve sonuç olarak güneş radyasyonunun yoğunluğunda bir dalgalanma olur. En büyük yoğunluk, Dünya'nın Güneş'e en yakın olduğu 3 Ocak civarında ve en düşük yoğunluk, Dünya'nın Güneş'ten maksimum uzaklığında olduğu 5 Temmuz civarında gözlemlenir.

Bu nedenle, güneş radyasyonunun yoğunluğundaki dalgalanma çok küçüktür ve yalnızca teorik olarak ilgi çekici olabilir. (Maksimum mesafedeki enerji miktarı, minimum mesafedeki enerji miktarı ile 100:107 olarak ilişkilidir, yani fark tamamen önemsizdir.)

Dünya yüzeyinin ışınlanması için koşullar. Zaten tek başına Dünya'nın küresel şekli, Güneş'in ışıma enerjisinin dünya yüzeyinde çok düzensiz bir şekilde dağılmasına yol açar. Yani ilkbahar ve sonbahar ekinokslarının olduğu günlerde (21 Mart ve 23 Eylül), sadece öğle saatlerinde ekvatorda ışınların geliş açısı 90° olacak (Şekil 30) ve kutuplara yaklaştıkça, 90'dan 0°'ye düşecektir. Böylece,

ekvatorda alınan radyasyon miktarı 1 olarak alınırsa, 60. paralelde 0,5 olarak ifade edilecek ve kutupta 0'a eşit olacaktır.

Ayrıca kürenin günlük ve yıllık bir hareketi vardır ve dünyanın ekseni yörünge düzlemine 66 °.5 eğimlidir. Bu eğim nedeniyle ekvator düzlemi ile yörünge düzlemi arasında 23 ° 30 g'lik bir açı oluşur, bu durum aynı enlemler için güneş ışınlarının geliş açılarının 47 ° C içinde değişmesine neden olur. ° (23,5 + 23,5) .

Yılın zamanına bağlı olarak sadece ışınların geliş açısı değil, aydınlatma süresi de değişir. Tropik ülkelerde yılın her döneminde gece ve gündüz süresi yaklaşık olarak aynıysa, kutup ülkelerinde tam tersine çok farklıdır. Örneğin, 70° N'de. Şş. yazın, Güneş 65 gün boyunca 80 ° N'de batmaz. sh.- 134 ve kutupta -186. Bu nedenle Kuzey Kutbu'nda yaz gündönümü gününde (22 Haziran) radyasyon ekvatora göre %36 daha fazladır. Tüm yaz yarıyılına gelince, kutbun aldığı toplam ısı ve ışık miktarı ekvatora göre yalnızca %17 daha azdır. Bu nedenle, yaz aylarında kutup ülkelerinde, aydınlatma süresi, ışınların küçük geliş açısının bir sonucu olan radyasyon eksikliğini büyük ölçüde telafi eder. Yılın kış yarısında tablo tamamen farklıdır: Aynı Kuzey Kutbu'ndaki radyasyon miktarı 0 olacaktır. Sonuç olarak, kutuptaki ortalama radyasyon miktarı ekvatora göre 2,4 kat daha azdır. Tüm söylenenlerden, Dünya'nın radyasyonla aldığı güneş enerjisi miktarının, ışınların geliş açısı ve maruz kalma süresi tarafından belirlendiği sonucu çıkar.

Farklı enlemlerde bir atmosferin yokluğunda, dünyanın yüzeyi, 1 kalori olarak ifade edilen, günlük aşağıdaki ısı miktarını alacaktır. santimetre 2(92. sayfadaki tabloya bakın).

Tabloda verilen radyasyonun dünya yüzeyi üzerindeki dağılımına genel olarak denir. güneş iklimi. Sadece atmosferin üst sınırında böyle bir radyasyon dağılımına sahip olduğumuzu tekrarlıyoruz.

Atmosferdeki güneş radyasyonunun zayıflaması. Şimdiye kadar, atmosferi hesaba katmadan güneş ısısının dünya yüzeyine dağılma koşullarından bahsettik. Bu arada, bu durumda atmosfer büyük önem taşımaktadır. Atmosferden geçen güneş radyasyonu, dağılma ve ek olarak absorpsiyon yaşar. Bu süreçlerin her ikisi de birlikte güneş radyasyonunu büyük ölçüde azaltır.

Atmosferden geçen güneş ışınları her şeyden önce saçılma (difüzyon) yaşar. Saçılma, hava moleküllerinden ve havadaki katı ve sıvı cisimlerin parçacıklarından kırılan ve yansıyan ışık ışınlarının doğrudan yoldan sapması gerçeğiyle yaratılır. İle gerçekten "yayıldı".

Saçılma, güneş radyasyonunu büyük ölçüde azaltır. Su buharı ve özellikle toz partiküllerinin miktarının artması ile dağılım artar ve radyasyon zayıflar. Havadaki toz içeriğinin en fazla olduğu büyük şehirlerde ve çöl bölgelerinde, dağılım radyasyonun gücünü %30-45 oranında zayıflatır. Saçılma sayesinde, güneş ışınları doğrudan üzerlerine düşmese bile nesneleri aydınlatan gün ışığı elde edilir. Saçılma, gökyüzünün rengini belirler.

Şimdi atmosferin Güneş'in parlak enerjisini emme yeteneği üzerinde duralım. Atmosferi oluşturan ana gazlar, ışıma enerjisini nispeten çok az emer. Safsızlıklar (su buharı, ozon, karbondioksit ve toz), aksine, yüksek bir emme kapasitesi ile ayırt edilir.

Troposferde en önemli karışım su buharıdır. Özellikle güçlü kızılötesi (uzun dalga), yani ağırlıklı olarak termal ışınları emerler. Ve atmosferde ne kadar çok su buharı varsa, doğal olarak o kadar çok ve. emilim. Atmosferdeki su buharı miktarı büyük değişikliklere tabidir. Doğal koşullarda %0,01 ile %4 (hacimce) arasında değişir.

Ozon çok emicidir. Daha önce de belirtildiği gibi, önemli bir ozon karışımı stratosferin alt katmanlarındadır (tropopozun üzerinde). Ozon, ultraviyole (kısa dalga) ışınları neredeyse tamamen emer.

Karbondioksit de çok emicidir. Esas olarak uzun dalgayı, yani ağırlıklı olarak termal ışınları emer.

Havadaki toz da güneş radyasyonunun bir kısmını emer. Güneş ışığının etkisi altında ısınarak havanın sıcaklığını önemli ölçüde artırabilir.

Atmosfer, Dünya'ya gelen toplam güneş enerjisi miktarının yalnızca yaklaşık %15'ini emer.

Güneş radyasyonunun atmosfer tarafından saçılma ve absorpsiyon yoluyla zayıflaması, Dünya'nın farklı enlemleri için çok farklıdır. Bu fark öncelikle ışınların geliş açısına bağlıdır. Güneş'in zenit konumunda dikey olarak düşen ışınlar atmosferi en kısa yoldan geçerler. Geliş açısı küçüldükçe ışınların yolu uzar ve güneş ışınımının zayıflaması daha belirgin hale gelir. İkincisi, çizimden (Şekil 31) ve ekli tablodan açıkça görülmektedir (tabloda, Güneş'in zenit konumundaki güneş ışınının yolu birlik olarak alınmıştır).

Işınların geliş açısına bağlı olarak sadece ışınların sayısı değil, kalitesi de değişir. Güneş'in zirvede olduğu dönemde (üstte) morötesi ışınlar %4,

görünür - %44 ve kızılötesi - %52. Güneş'in konumunda ufukta hiç ultraviyole ışın yoktur, görünür %28 ve kızılötesi %72'dir.

Atmosferin güneş radyasyonu üzerindeki etkisinin karmaşıklığı, iletim kapasitesinin yılın zamanına ve hava koşullarına bağlı olarak büyük ölçüde değişmesi gerçeğiyle daha da artmaktadır. Dolayısıyla, gökyüzü her zaman bulutsuz kalırsa, farklı enlemlerde güneş radyasyonu akışının yıllık seyri aşağıdaki gibi grafiksel olarak ifade edilebilir (Şekil 32). Mayıs, Haziran ve Temmuz güneş radyasyonu ekvatordakinden daha fazlasını üretecektir. Benzer şekilde Mayıs ayının ikinci yarısında, Haziran ayında ve Temmuz ayının ilk yarısında Kuzey Kutbu'nda ekvator ve Moskova'dan daha fazla ısı üretilecektir. Bulutsuz bir gökyüzünde durumun böyle olacağını tekrarlıyoruz. Ama aslında bu işe yaramıyor çünkü bulut örtüsü güneş radyasyonunu önemli ölçüde zayıflatıyor. Grafikte gösterilen bir örnek verelim (Şekil 33). Grafik, ne kadar güneş radyasyonunun Dünya yüzeyine ulaşmadığını gösterir: bunun önemli bir kısmı atmosfer ve bulutlar tarafından tutulur.

Ancak bulutların emdiği ısının kısmen atmosferi ısıtmaya gittiğini, kısmen de dolaylı olarak yeryüzüne ulaştığını söylemek gerekir.

Sol yoğunluğunun günlük ve yıllık seyrigece radyasyonu Dünya yüzeyinin yakınındaki doğrudan güneş ışınımının yoğunluğu, Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliğine ve atmosferin durumuna (tozluluğuna) bağlıdır. Eğer. gün boyunca atmosferin şeffaflığı sabitti, o zaman maksimum güneş radyasyonu yoğunluğu öğle saatlerinde ve minimum - gün doğumu ve gün batımında gözlemlenecekti. Bu durumda güneş ışınımının günlük yoğunluğunun seyrinin grafiği yarım güne göre simetrik olacaktır.

Atmosferdeki toz, su buharı ve diğer safsızlıkların içeriği sürekli değişmektedir. Bu bağlamda, havanın şeffaflığı değişir ve güneş radyasyonunun yoğunluğunun seyrinin grafiğinin simetrisi ihlal edilir. Çoğu zaman, özellikle yazın öğle vakti, yeryüzünün yoğun bir şekilde ısındığı zamanlarda, güçlü yükselen hava akımları meydana gelir ve atmosferdeki su buharı ve toz miktarı artar. Bu, öğle saatlerinde güneş radyasyonunda önemli bir azalmaya yol açar; bu durumda radyasyonun maksimum yoğunluğu öğlen öncesi veya öğleden sonra saatlerinde gözlenir. Güneş radyasyonunun yoğunluğunun yıllık seyri, yıl boyunca Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliğindeki değişikliklerle ve farklı mevsimlerde atmosferin şeffaflık durumuyla da ilişkilidir. Kuzey yarımküre ülkelerinde, Güneş'in ufuktan en yüksek yüksekliği Haziran ayında gerçekleşir. Ancak aynı zamanda atmosferin en büyük tozluluğu da gözlemleniyor. Bu nedenle, maksimum yoğunluk genellikle yaz ortasında değil, Güneş'in ufkun üzerinde oldukça yükseğe * yükseldiği ve kıştan sonra atmosferin nispeten temiz kaldığı bahar aylarında meydana gelir. Kuzey yarım küredeki güneş radyasyonu yoğunluğunun yıllık seyrini göstermek için, Pavlovsk'taki radyasyon yoğunluğunun ortalama aylık öğlen değerlerine ilişkin verileri sunuyoruz.

Güneş radyasyonundan kaynaklanan ısı miktarı. Gün boyunca Dünya'nın yüzeyi sürekli olarak doğrudan ve dağınık güneş radyasyonundan veya yalnızca dağınık radyasyondan (bulutlu havalarda) ısı alır. Günlük ısı değeri, aktinometrik gözlemlere dayanarak belirlenir: dünya yüzeyine giren doğrudan ve dağınık radyasyon miktarı dikkate alınarak. Her gün için ısı miktarı belirlendikten sonra, dünya yüzeyinin ayda veya yılda aldığı ısı miktarı da hesaplanır.

Dünya yüzeyinin güneş radyasyonundan aldığı günlük ısı miktarı, radyasyonun yoğunluğuna ve gün içindeki etkisinin süresine bağlıdır. Bu bağlamda, minimum ısı akışı kışın, maksimum ise yazın meydana gelir. Toplam radyasyonun dünya üzerindeki coğrafi dağılımında, alanın enleminde bir azalma ile artışı gözlenir. Bu pozisyon aşağıdaki tablo tarafından onaylanmıştır.

Dünyanın farklı enlemlerinde dünya yüzeyi tarafından alınan yıllık ısı miktarında doğrudan ve dağınık radyasyonun rolü aynı değildir. Yüksek enlemlerde, yıllık ısı toplamında dağınık radyasyon baskındır. Enlemde bir azalma ile, baskın değer doğrudan güneş radyasyonuna geçer. Örneğin, Tikhaya Körfezi'nde, dağınık güneş radyasyonu yıllık ısı miktarının %70'ini ve doğrudan radyasyon sadece %30'unu sağlar. Taşkent'te ise tam tersine, doğrudan güneş radyasyonu %70, dağınık sadece %30 verir.

Dünyanın yansıtıcılığı. Albedo. Daha önce de belirtildiği gibi, Dünya'nın yüzeyi, kendisine doğrudan ve dağınık radyasyon şeklinde gelen güneş enerjisinin yalnızca bir kısmını emer. Diğer kısım ise atmosfere yansır. Belirli bir yüzey tarafından yansıtılan güneş radyasyonu miktarının, bu yüzey üzerine gelen radyan enerji akısı miktarına oranı albedo olarak adlandırılır. Albedo yüzde olarak ifade edilir ve belirli bir yüzey alanının yansıtma özelliğini karakterize eder.

Albedo, yüzeyin doğasına (toprağın özellikleri, karın varlığı, bitki örtüsü, su vb.) ve Güneş ışınlarının Dünya yüzeyinde geliş açısına bağlıdır. Örneğin, ışınlar dünya yüzeyine 45 ° açıyla düşerse, o zaman:

Yukarıdaki örneklerden, çeşitli nesnelerin yansıtıcılığının aynı olmadığı görülebilir. En çok kara yakın ve en az suya yakındır. Bununla birlikte, aldığımız örnekler yalnızca Güneş'in ufuktan yüksekliğinin 45° olduğu durumlara atıfta bulunmaktadır. Bu açı küçüldükçe yansıma artar. Bu nedenle, örneğin, Güneş'in 90 ° yüksekliğinde, su yalnızca% 2, 50 ° -% 4, 20 ° -% 12, 5 ° -% 35-70 (duruma bağlı olarak) yansıtır. su yüzeyi).

Ortalama olarak, bulutsuz bir gökyüzü ile dünyanın yüzeyi güneş radyasyonunun %8'ini yansıtır. Ayrıca %9'u atmosferi yansıtır. Böylece, bulutsuz bir gökyüzü ile bir bütün olarak dünya, üzerine düşen Güneş'in ışıma enerjisinin% 17'sini yansıtır. Gökyüzü bulutlarla kaplıysa, radyasyonun %78'i bulutlardan yansır. Gerçekte gözlemlenen bulutsuz bir gökyüzü ile bulutlarla kaplı bir gökyüzü arasındaki orana dayalı olarak doğal koşulları ele alırsak, Dünya'nın bir bütün olarak yansıtma oranı %43'tür.

Karasal ve atmosferik radyasyon. Güneş enerjisi alan dünya ısınır ve kendisi dünya uzayına bir ısı radyasyonu kaynağı olur. Bununla birlikte, dünya yüzeyinden yayılan ışınlar, güneş ışınlarından keskin bir şekilde farklıdır. Dünya yalnızca uzun dalga (λ 8-14 μ) görünmez kızılötesi (termal) ışınlar yayar. Dünyanın yüzeyinden yayılan enerjiye denir toprak radyasyonu. Dünya radyasyonu oluşur ve. gündüz ve gece. Radyasyonun yoğunluğu arttıkça, yayılan cismin sıcaklığı da artar. Karasal radyasyon, güneş radyasyonu ile aynı birimlerde, yani 1'den gelen kalorilerde belirlenir. santimetre 2 1 dakika içinde yüzeyler. Gözlemler, karasal radyasyonun büyüklüğünün küçük olduğunu göstermiştir. Genellikle kalorinin yüzde 15-18'ine ulaşır. Ancak sürekli hareket ederek önemli bir termal etki verebilir.

En güçlü karasal radyasyon, bulutsuz bir gökyüzü ve atmosferin iyi şeffaflığı ile elde edilir. Bulutluluk (özellikle düşük bulutlar), karasal radyasyonu önemli ölçüde azaltır ve genellikle sıfıra getirir. Burada atmosferin, bulutlarla birlikte Dünya'yı aşırı soğumadan koruyan iyi bir "battaniye" olduğunu söyleyebiliriz. Atmosferin bazı bölümleri, dünya yüzeyindeki alanlar gibi, sıcaklıklarına göre enerji yayar. Bu enerji denir atmosferik radyasyon. Atmosferik radyasyonun yoğunluğu, atmosferin yayılan kısmının sıcaklığına ve ayrıca havada bulunan su buharı ve karbondioksit miktarına bağlıdır. Atmosferik radyasyon, uzun dalga radyasyon grubuna aittir. Atmosferde her yöne yayılır; bir kısmı dünya yüzeyine ulaşır ve onun tarafından emilir, diğer kısmı gezegenler arası uzaya gider.

HAKKINDA Güneş enerjisinin dünyadaki gelir ve giderleri. Dünya yüzeyi bir yandan güneş enerjisini doğrudan ve dağınık radyasyon şeklinde alırken, diğer yandan bu enerjinin bir kısmını karasal radyasyon şeklinde kaybeder. Güneş enerjisinin gelişi ve tüketimi sonucunda bir takım sonuçlar elde edilmektedir. Bazı durumlarda, bu sonuç olumlu, bazılarında olumsuz olabilir. Her ikisine de örnek verelim.

8 Ocak Gün bulutsuz. 1 için santimetre 2 günde alınan dünya yüzeyi 20 dışkı doğrudan güneş radyasyonu ve 12 dışkı dağınık radyasyon; toplamda, böylece alınan 32 kal. Aynı zamanda, radyasyon nedeniyle 1 santimetre? dünya yüzeyi kayıp 202 kal. Sonuç olarak muhasebe dilinde yüzde 170 zarar var. dışkı(negatif denge).

6 Temmuz Gökyüzü neredeyse bulutsuz. 630 doğrudan güneş radyasyonundan alındı kal, saçılan radyasyondan 46 kal. Toplamda, bu nedenle, dünyanın yüzeyi 1 aldı santimetre 2 676 kal. 173 karasal radyasyon nedeniyle kayboldu kal. Bilanço karında 503 dışkı(pozitif denge).

Yukarıdaki örneklerden, diğer şeylerin yanı sıra, ılıman enlemlerde neden kışın soğuk ve yazın sıcak olduğu oldukça açıktır.

Güneş radyasyonunun teknik ve evsel amaçlar için kullanılması. Güneş radyasyonu tükenmez bir doğal enerji kaynağıdır. Dünyadaki güneş enerjisinin büyüklüğü aşağıdaki örnekle değerlendirilebilir: örneğin, SSCB alanının yalnızca 1 / 10'una düşen güneş radyasyonunun ısısını kullanırsak, o zaman eşit enerji elde edebiliriz. 30 bin Dneproges'in çalışmasına.

İnsanlar uzun zamandır ihtiyaçları için güneş radyasyonunun serbest enerjisini kullanmaya çalıştılar. Bugüne kadar, güneş radyasyonu kullanımıyla çalışan ve endüstride yaygın olarak kullanılan ve nüfusun ev ihtiyaçlarını karşılamak için birçok farklı güneş enerjisi tesisi oluşturulmuştur. SSCB'nin güney bölgelerinde, güneş enerjili su ısıtıcıları, kazanlar, tuzlu su tuzdan arındırma tesisleri, güneş enerjisiyle kurutucular (meyveleri kurutmak için), mutfaklar, hamamlar, seralar ve tıbbi amaçlı aparatlar, güneş radyasyonunun yaygın kullanımı temelinde çalışır. sanayi ve kamu hizmetleri. Güneş radyasyonu, insanların sağlığının iyileştirilmesi ve iyileştirilmesi için tatil yerlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır.

- Kaynak-

Polovinkin, A.A. Genel coğrafyanın temelleri / A.A. Polovinkin.- M.: RSFSR Eğitim Bakanlığı Devlet Eğitim ve Pedagojik Yayınevi, 1958.- 482 s.

Gönderi Görüntülemeleri: 312

) , Şekil 1'e dönelim - Güneş ısısının paralel ve sıralı ilerlemesini gösteren sıcak tuzlu su güneş tuzu havuzu. Çeşitli güneş radyasyonu türlerinin değerlerinde ve yol boyunca toplam değerlerinde devam eden değişikliklerin yanı sıra.

Şekil 1 - Güneş tuzu havuzunun sıcak tuzlu suyuna giden yolda güneş radyasyonunun (enerji) yoğunluğundaki değişikliklerin histogramı.

Çeşitli güneş radyasyonu türlerinin aktif kullanımının etkinliğini değerlendirmek için, havuza güneş radyasyonunun konsantrasyonu (akıştaki artış) üzerinde hangi doğal, teknolojik ve operasyonel faktörlerin olumlu ve hangilerinin olumsuz etkisi olduğunu belirleyeceğiz ve sıcak tuzlu su ile birikmesi.

Dünya ve atmosfer, Güneş'ten yılda 1.3∙10 24 cal ısı alır. Yoğunluk ile ölçülür, yani. Güneş ışınlarına dik yüzey alanına birim zamanda Güneş'ten gelen radyant enerji miktarı (kalori olarak).

Güneş'in radyan enerjisi, Dünya'ya doğrudan ve dağınık radyasyon şeklinde ulaşır, yani. Toplam. Dünyanın yüzeyi tarafından emilir ve tamamen ısıya dönüştürülmez, bir kısmı yansıyan radyasyon şeklinde kaybolur.

Direkt ve dağınık (toplam), yansıyan ve emilen radyasyon, spektrumun kısa dalga kısmına aittir. Kısa dalga radyasyonunun yanı sıra, uzun dalga atmosferik radyasyon (yaklaşmakta olan) ile birlikte, dünyanın yüzeyi uzun dalga radyasyonu (içsel) yayar.

Doğrudan güneş radyasyonu, bir güneş tuzu havuzunun su yüzeyine enerji tedarikindeki ana doğal faktörü ifade eder.

Aktif yüzeye, doğrudan Güneş diskinden yayılan paralel ışın demeti şeklinde gelen güneş radyasyonu denir. doğrudan güneş radyasyonu.

Doğrudan güneş radyasyonu, spektrumun kısa dalga kısmına aittir (0,17 ila 4 mikron dalga boyları ile, aslında, 0,29 mikron dalga boyuna sahip ışınlar dünyanın yüzeyine ulaşır)

Güneş spektrumu üç ana alana ayrılabilir:

Ultraviyole radyasyon (λ< 0,4 мкм) - 9 % интенсивности.

Kısa dalga ultraviyole bölgesi (λ< 0,29 мкм) практически полностью отсутствует на уровне моря вследствие поглощения О 2 , О 3 , О, N 2 и их ионами.

Yakın ultraviyole aralığı (0,29 µm<λ < 0,4 мкм) достигает Земли малой долей излучения, но вполне достаточной для загара;

Görünür radyasyon (0,4 µm< λ < 0,7 мкм) - 45 % интенсивности.

Berrak atmosfer, görünür radyasyonun neredeyse tamamını iletir ve bu tür güneş enerjisinin Dünya'ya geçmesi için açık bir “pencere” olur. Aerosollerin ve atmosferik kirliliğin varlığı, bu spektrumda radyasyonun önemli ölçüde soğurulmasının nedenleri olabilir;

Kızılötesi radyasyon (λ> 0,7 µm) - %46 yoğunluk. Yakın kızılötesi (0,7 µm< < 2,5 мкм). На этот диапазон спектра приходится почти половина интенсивности солнечного излучения. Более 20 % солнечной энергии поглощается в атмосфере, в основном парами воды и СО 2 (диоксидом углерода). Концентрация СО 2 в атмосфере относительно постоянна и составляет 0,03 %, а концентрация паров воды меняется очень сильно - почти до 4 %.

2,5 mikrondan daha büyük dalga boylarında, zayıf dünya dışı radyasyon CO2 ve su tarafından yoğun bir şekilde emilir, böylece bu güneş enerjisi aralığının yalnızca küçük bir kısmı Dünya'nın yüzeyine ulaşır.

Güneş radyasyonunun uzak kızılötesi aralığı (λ> 12 µm) pratik olarak Dünya'ya ulaşmaz.

Dünya üzerinde güneş enerjisi kullanımı açısından bakıldığında, sadece 0,29 - 2,5 μm dalga boyu aralığındaki radyasyon dikkate alınmalıdır.

Atmosfer dışındaki güneş enerjisinin çoğu 0,2 - 4 mikron dalga boyu aralığında ve Dünya yüzeyinde - 0,29 - 2,5 mikron dalga boyu aralığındadır.

bakalım nasıl dağıtacaklar Genel olarak , Güneş'in Dünya'ya verdiği enerji akışları. Dünya'ya düşen rastgele 100 güneş enerjisi birimini (1,36 kW/m 2 ) alalım ve atmosferdeki yollarını izleyelim. Güneş spektrumunun kısa ultraviyolesi olan yüzde bir (13,6 W/m2), ekzosfer ve termosferdeki moleküller tarafından emilerek onları ısıtır. Yakın ultraviyolenin diğer yüzde üçü (40,8 W / m2) stratosferin ozonu tarafından emilir. Güneş spektrumunun kızılötesi kuyruğu (% 4 veya 54,4 W / m2), troposferin su buharı içeren üst katmanlarında kalır (yukarıda neredeyse hiç su buharı yoktur).

Kalan 92 güneş enerjisi payı (1,25 kW / m2), 0,29 mikronluk atmosferin "şeffaflık penceresine" düşer.< < 2,5 мкм. Они проникают в плотные приземные слои воздуха. Значительная часть их (45 единиц или 612 Вт/м 2), преимущественно в синей видимой части спектра, рассеиваются воздухом, придавая голубой цвет небу. Прямые солнечные лучи - оставшиеся 47 процентов (639,2 Вт/м 2) начального светового потока - достигают поверхности. Она отражает примерно 7 процентов (95,2 Вт/м 2) из этих 47 % (639,2 Вт/м 2) и этот свет по пути в космос отдает ещё 3 единицы (40,8 Вт/м 2) диффузному рассеянному свету неба. Güneş ışınlarının enerjisinin kırk payı ve atmosferden başka bir sekiz pay (toplam 48 veya 652,8 W / m2), karayı ve okyanusu ısıtarak Dünya yüzeyi tarafından emilir.

Atmosferde dağılan ışık gücü (yalnızca 48 pay veya 652,8 W / m2) kısmen emilir (10 pay veya 136 W / m2) ve geri kalanı Dünya'nın yüzeyi ile uzay arasında dağıtılır. Yüzeye çarpandan daha fazlası uzaya gidiyor, 30 pay (408 W/m2) yukarı, 8 pay (108,8 W/m2) aşağı.

Ortak olarak tarif edilmiştir, ortalama, güneş enerjisinin Dünya atmosferindeki yeniden dağılımının bir resmi. Ancak, bir kişinin ikamet ettiği ve çalıştığı belirli bir alanda ihtiyaçlarını karşılamak için güneş enerjisini kullanmanın belirli sorunlarının çözülmesine izin vermez ve işte nedeni budur.

Dünyanın atmosferi eğik güneş ışınlarını daha iyi yansıtır, bu nedenle ekvatorda ve orta enlemlerde saatlik güneşlenme yüksek enlemlerden çok daha fazladır.

Güneşin yükseklikleri (ufkun üzerindeki yükseklikler) 90, 30, 20 ve 12 ⁰ (atmosferin hava (optik) kütlesi (m) 1, 2, 3 ve 5'e karşılık gelir) bulutsuz bir atmosfere karşılık gelir yaklaşık 900, 750, 600 ve 400 W / m2'lik bir yoğunluğa (42 ⁰ - m = 1,5'te ve 15 ⁰ - m = 4'te). Gerçekte, gelen radyasyonun toplam enerjisi, yalnızca doğrudan bileşeni değil, aynı zamanda hava kütleleri 1, 2, 3'te dağılmış yatay yüzeydeki radyasyon yoğunluğunun saçılan bileşeninin değerini de içerdiğinden, belirtilen değerleri aşmaktadır. ve bu koşullar altında 5 sırasıyla 110, 90, 70 ve 50 W / m2'ye eşittir (gökyüzünün sadece yarısı göründüğü için dikey düzlem için 0,3 - 0,7 katsayısı ile). Ek olarak, gökyüzünün Güneş'e yakın bölgelerinde, ≈ 5⁰ yarıçapında bir "güneşi çevreleyen hale" vardır.

Tablo 1, Dünya'nın çeşitli bölgeleri için güneşlenme ile ilgili verileri göstermektedir.

Tablo 1 - Temiz bir atmosfer için doğrudan bileşenin bölgeye göre güneşlenmesi

Tablo 1, günlük güneş radyasyonu miktarının ekvatorda değil, 40 ⁰ civarında maksimum olduğunu göstermektedir. Benzer bir gerçek, dünyanın ekseninin yörünge düzlemine olan eğiminin de bir sonucudur. Yaz gündönümü boyunca, tropik bölgelerdeki Güneş neredeyse tüm gün yukarıdadır ve gündüz saatleri 13,5 saattir, ekinoks gününde ekvatorda olduğundan daha fazladır. Artan enlem ile günün uzunluğu artar ve güneş radyasyonunun yoğunluğu azalsa da gündüz güneşlenmenin maksimum değeri yaklaşık 40 ⁰ enlemde meydana gelir ve Kuzey Kutup Dairesi'ne kadar (bulutsuz gökyüzü koşulları için) neredeyse sabit kalır.

Tablo 1'deki verilerin sadece saf bir atmosfer için geçerli olduğu vurgulanmalıdır. Dünyanın birçok ülkesi için tipik olan endüstriyel atıklardan kaynaklanan bulutluluk ve atmosferik kirlilik dikkate alındığında, tabloda verilen değerler en az yarıya indirilmelidir. Örneğin, 20. yüzyılın 70'inde İngiltere için, çevre koruma mücadelesi başlamadan önce, yıllık güneş radyasyonu miktarı 1700 kWh/m2 yerine sadece 900 kWh/m2 idi.

Baykal Gölü'ndeki atmosferin şeffaflığına ilişkin ilk veriler V.V. 1964 yılında Bufalom Baykal üzerinden doğrudan güneş radyasyonu değerlerinin Irkutsk'takinden ortalama% 13 daha yüksek olduğunu gösterdi. Yaz aylarında Kuzey Baykal'daki atmosferin ortalama spektral şeffaflık katsayısı kırmızı, yeşil ve mavi filtreler için sırasıyla 0,949, 0,906, 0,883'tür. Yaz aylarında atmosfer, kışa göre optik olarak daha kararsızdır ve bu istikrarsızlık, öğle öncesi saatlerden öğleden sonraya kadar önemli ölçüde değişir. Su buharı ve aerosollerin yıllık zayıflama seyrine bağlı olarak, güneş radyasyonunun toplam zayıflamasına katkıları da değişir. Aerosoller yılın soğuk döneminde ana rolü, su buharı ise yılın sıcak bölümünde ana rolü oynar. Baykal Havzası ve Baykal Gölü, atmosferin nispeten yüksek bütünsel şeffaflığı ile ayırt edilir. Optik kütle m = 2 ile, şeffaflık katsayısının ortalama değerleri 0,73 (yazın) ile 0,83 (kışın) arasında değişir.

Aerosoller, doğrudan güneş radyasyonunun havuzun su alanına akışını önemli ölçüde azaltır ve esas olarak, havuzun taze tabakasından serbestçe geçen dalga boyu ile görünür spektrumun radyasyonunu emer ve bu güneş enerjisinin gölet tarafından biriktirilmesi için büyük önem taşımaktadır.(1 cm kalınlığındaki bir su tabakası, dalga boyu 1 mikrondan fazla olan kızılötesi radyasyona pratik olarak opaktır). Bu nedenle, ısı koruyucu filtre olarak birkaç santimetre kalınlığında su kullanılır. Cam için, uzun dalga boylu kızılötesi iletim limiti 2,7 µm'dir.

Bozkır boyunca serbestçe taşınan çok sayıda toz parçacığı da atmosferin şeffaflığını azaltır.

Elektromanyetik radyasyon tüm ısıtılmış cisimler tarafından yayılır ve vücut ne kadar soğuksa, radyasyonun yoğunluğu o kadar düşük olur ve spektrumunun maksimumu o kadar uzun dalga bölgesine kaydırılır. Çok basit bir ilişki vardır λmax×Τ=c¹[ c¹= 0.2898 cm∙deg. (Vina)], sıcaklığı Τ (⁰K) olan bir cismin maksimum radyasyonunun nerede olduğunu belirlemenin kolay olduğu yardımı ile. Örneğin, 37 + 273 = 310 ⁰K sıcaklığa sahip bir insan vücudu, maksimum değeri λmax = 9.3 µm olan kızılötesi ışınlar yayar. Ve örneğin, 90 ⁰С sıcaklığa sahip bir güneş kurutucusunun duvarları, maksimum λmax = 8 µm değerine yakın kızılötesi ışınlar yayar.

Görünür güneş radyasyonu (0,4 µm< λ < 0,7 мкм) имеет 45 % интенсивности потому, что температура поверхности Солнца 5780 ⁰К.

Büyük ilerlemesinde, karbon filamanlı bir elektrikli akkor lambadan tungsten filamanlı modern bir lambaya geçiş oldu. Mesele şu ki, bir karbon filament 2100 ⁰K sıcaklığa ve bir tungsten filament - 2500 ⁰K sıcaklığa getirilebilir. Bu 400 ⁰K neden bu kadar önemli? Mesele şu ki, akkor lambanın amacı ısıtmak değil, ışık vermektir. Bu nedenle, eğrinin maksimumunun görünür etüde düşmesi gibi bir duruma ulaşmak gerekir. İdeal olan, Güneş yüzeyinin sıcaklığına dayanabilecek bir filamana sahip olmaktır. Ancak 2100'den 2500 ⁰K'ye geçiş bile görünür radyasyona atfedilebilen enerji oranını %0,5'ten %1,6'ya çıkarır.

Herkes avuç içi aşağıdan getirilerek (termal konveksiyonu ortadan kaldırmak için) sadece 60 - 70 ⁰С'ye ısıtılmış bir vücuttan yayılan kızılötesi ışınları hissedebilir.

Doğrudan güneş ışınımının havuzun su alanına gelişi, yatay ışınım yüzeyine gelişine karşılık gelir. Aynı zamanda, yukarıdaki, hem mevsimsel hem de günlük olarak belirli bir zamanda varışın niceliksel özelliklerinin belirsizliğini göstermektedir. Yalnızca Güneş'in yüksekliği (atmosferin optik kütlesi) sabit bir özelliktir.

Güneş radyasyonunun dünya yüzeyi ve gölet tarafından birikmesi önemli ölçüde farklılık gösterir.

Dünyanın doğal yüzeyleri farklı yansıtma (emme) yeteneklerine sahiptir. Bu nedenle, koyu renkli yüzeyler (chernozem, turbalıklar) yaklaşık %10 gibi düşük bir albedo değerine sahiptir. ( Yüzey albedosu bu yüzey tarafından çevreleyen boşluğa yansıtılan radyasyon akısının üzerine düşen akıya oranıdır).

Hafif yüzeyler (beyaz kum) %35 - 40 gibi büyük bir albedoya sahiptir. Çimenli yüzeylerin albedosu %15 ila %25 arasında değişir. Yaz aylarında yaprak döken bir ormanın taç albedo'su %14–17 ve iğne yapraklı bir ormanınki %12–15'tir. Yüzey albedosu, artan güneş yüksekliği ile azalır.

Su yüzeylerinin albedosu, Güneş'in yüksekliğine ve heyecan derecesine bağlı olarak %3-45 aralığındadır.

Sakin bir su yüzeyinde, albedo yalnızca Güneş'in yüksekliğine bağlıdır (Şekil 2).

Şekil 2 - Sakin bir su yüzeyi için güneş radyasyonunun yansıma katsayısının Güneş'in yüksekliğine bağlılığı.

Güneş radyasyonunun girişi ve bir su tabakasından geçişi kendine has özelliklere sahiptir.

Genel olarak, güneş radyasyonunun görünür bölgesindeki suyun (çözeltilerinin) optik özellikleri Şekil 3'te gösterilmektedir.

Ф0 - gelen radyasyonun akısı (gücü),

Photr - su yüzeyinden yansıyan radyasyon akışı,

Фabs, su kütlesi tarafından emilen radyasyon akışıdır,

Фр - su kütlesinden geçen radyasyon akışı.

Vücut yansıması Fotr/Ф0

Absorpsiyon katsayısı Фabl/Ф0

Geçirgenlik Фpr/Ф0.

Şekil 3 - Güneş radyasyonunun görünür bölgesindeki suyun (çözeltilerinin) optik özellikleri

İki ortamın düz sınırında, hava - su, ışığın yansıması ve kırılması olayları gözlenir.

Işık yansıtıldığında, gelen ışın, yansıyan ışın ve ışının geliş noktasında geri yüklenen yansıtıcı yüzeye dik olan ışın aynı düzlemde bulunur ve yansıma açısı geliş açısına eşittir. Kırılma durumunda, gelen ışın, ışının geliş noktasında iki ortam arasındaki arayüze dik olarak geri yüklenen ve kırılan ışın aynı düzlemde bulunur. Geliş açısı α ve kırılma açısı β (Şekil 4) sin α /sin β=n2|n1 ile ilişkilidir; burada n2, ikinci ortamın mutlak kırılma indisidir, n1 - birinci ortamın. Hava n1≈1 için formül sin α /sin β=n2 şeklini alacaktır.

Şekil 4 - Havadan suya geçiş sırasında ışınların kırılması

Işınlar havadan suya giderken "geliş dikine" yaklaşırlar; örneğin, su yüzeyine dik bir açıyla suya gelen bir ışın, su içine zaten (Şekil 4a) 'dan daha küçük bir açıyla girer. Ancak, su yüzeyi üzerinde kayan bir gelen ışın, su yüzeyine dikeye neredeyse dik bir açıyla, örneğin 89 ⁰ veya daha az bir açıyla düştüğünde, suya şundan daha küçük bir açıyla girer: düz bir çizgi, yani sadece 48,5 ⁰ açıda. Dikeyle 48,5 ⁰'den daha büyük bir açıda, ışın suya giremez: bu, su için "sınırlayıcı" açıdır (Şekil 4, b).

Sonuç olarak, çeşitli açılarda suya düşen ışınlar, su altında 48,5 ⁰ + 48,5 ⁰ = 97 ⁰ açılma açısına sahip oldukça sıkı bir koni halinde sıkıştırılır (Şekil 4c).

Ek olarak, suyun kırılması sıcaklığına bağlıdır (Tablo 2), ancak bu değişiklikler o kadar önemli değildir ki, incelenen konuyla ilgili mühendislik uygulamaları için ilgi çekici olamazlar.

Tablo 2 - Kırılma indisifarklı sıcaklıklarda su t

Şimdi (P noktasından) - sudan havaya - geri giden ışınların seyrini takip edelim (Şekil 5). Optik yasalarına göre yollar aynı olacak ve bahsedilen 97 derecelik koninin içerdiği tüm ışınlar, suyun üzerindeki 180 derecelik boşluğun tamamına yayılarak farklı açılardan havaya girecek. Bahsedilen açının (97 derece) dışında kalan su altı ışınları suyun altından çıkmayacak, ayna gibi yüzeyinden tamamen yansıyacaktır.

Şekil 5 - Sudan havaya geçiş sırasında ışınların kırılması

n2 ise< n1(вторая среда оптически менее плотная), то α < β. Наибольшему значению β = 90 ⁰ соответствует угол падения α0 , определяемый равенством sinα0=n2/n1. При угле падения α >α0, yalnızca yansıyan ışın var, kırılan ışın yok ( toplam iç yansıma olgusu).

Su yüzeyiyle "sınırlama" değerinden daha büyük bir açıyla (yani 48,5 ⁰'den büyük) buluşan herhangi bir su altı ışını kırılmaz, ancak yansıtılır: " toplam iç yansıma". Bu durumda yansıma toplam olarak adlandırılır, çünkü gelen ışınların tümü buraya yansırken, en iyi cilalanmış gümüş ayna bile üzerine düşen ışınların yalnızca bir kısmını yansıtırken geri kalanını emer. Bu koşullar altında su ideal bir aynadır. Bu durumda görünür ışıktan bahsediyoruz. Genel olarak konuşursak, diğer maddeler gibi suyun kırılma indisi de dalga boyuna bağlıdır (bu olguya dağılım denir). Bunun bir sonucu olarak, toplam iç yansımanın meydana geldiği sınırlayıcı açı, farklı dalga boyları için aynı değildir, ancak su-hava sınırında yansıtıldığında görünür ışık için bu açı 1⁰'den daha az değişir.

Dikeyle 48,5⁰'den daha büyük bir açıda güneş ışınının suya girememesi nedeniyle: bu, tüm değer aralığında su (Şekil 4, b), ardından su kütlesi için "sınırlayıcı" açıdır ​​​​​​Güneş'in yüksekliği, havadan çok önemsiz bir şekilde değişmez - her zaman daha azdır .

Ancak suyun yoğunluğu havanın yoğunluğundan 800 kat daha fazla olduğu için güneş radyasyonunun su tarafından soğurulması önemli ölçüde değişecektir.

Ayrıca ışık ışıması saydam bir ortamdan geçiyorsa bu tür ışığın tayfının bazı özellikleri vardır. İçindeki belirli çizgiler büyük ölçüde zayıflatılmıştır, yani. karşılık gelen dalga boyundaki dalgalar, söz konusu ortam tarafından güçlü bir şekilde emilir. Bu tür spektrumlar denir absorpsiyon spektrumları. Absorpsiyon spektrumunun şekli, incelenmekte olan maddeye bağlıdır.

Tuz çözeltisi olduğundan güneş tuzu havuzu farklı konsantrasyonlarda sodyum ve magnezyum klorürler ve bunların oranları içerebilir, bu durumda absorpsiyon spektrumları hakkında kesin bir şekilde konuşmanın bir anlamı yoktur. Her ne kadar bu konuda araştırma ve veriler bol olsa da.

Bu nedenle, örneğin, SSCB'de (Yu. Usmanov) çeşitli dalga boylarındaki radyasyonun su ve çeşitli konsantrasyonlardaki bir magnezyum klorür çözeltisi için iletimini belirlemek için yapılan çalışmalar aşağıdaki sonuçları elde etti (Şekil 6). Ve B. J. Brinkworth, güneş radyasyonunun absorpsiyonunun ve güneş radyasyonunun (radyasyonun) monokromatik akı yoğunluğunun dalga boyuna bağlı olarak grafiksel bir bağımlılığını gösterir (Şekil 7).

Şekil 7 - Güneş radyasyonunun suda soğurulması

Şekil 6 - Bir magnezyum klorür çözeltisinin veriminin konsantrasyona bağımlılığı

Sonuç olarak, suya girdikten sonra havuzun sıcak tuzlu suyuna doğrudan güneş radyasyonunun kantitatif kaynağı şunlara bağlı olacaktır: güneş radyasyonu (radyasyon) akışının tek renkli yoğunluğu; güneşin yüksekliğinden. Ve ayrıca gölet yüzeyinin albedo'sundan, güneş tuzu havuzunun tatlı sudan oluşan üst tabakasının saflığından, genellikle 0,1 - 0,3 m kalınlığında, karışımın bastırılamadığı yerde, bileşim, konsantrasyon ve kalınlık gradyan tabakasındaki çözeltinin (tuzlu su konsantrasyonu aşağı doğru artan yalıtım tabakası), su ve tuzlu suyun saflığı üzerine.

Şekil 6 ve 7, suyun güneş spektrumunun görünür bölgesinde en yüksek iletim kapasitesine sahip olduğunu göstermektedir. Bu, güneş ışınımının güneş tuzu havuzunun üst taze tabakasından geçmesi için çok elverişli bir faktördür.

Kaynakça

1 Osadchiy G.B. Güneş enerjisi, türevleri ve kullanımlarına yönelik teknolojiler (YEK enerjisine giriş) / G.B. Osadchy. Omsk: IPK Maksheeva E.A., 2010. 572 s.

2 Twydell J. Yenilenebilir enerji kaynakları / J. Twydell, A . savak. M.: Energoatomizdat, 1990. 392 s.

3 Duffy J. A. Güneş enerjisi kullanan termal işlemler / J. A. Duffy, W. A. ​​​​Beckman. M.: Mir, 1977. 420 s.

4 Baykal ve havzasının iklimsel kaynakları /N. P. Ladeyshchikov, Novosibirsk, Nauka, 1976, 318s.

5 Pikin S. A. Sıvı kristaller / S. A. Pikin, L. M. Blinov. M.: Nauka, 1982. 208 s.

6 Kitaygorodsky A. I. Herkes için fizik: Fotonlar ve çekirdekler / A. I. Kitaygorodsky. M.: Nauka, 1984. 208 s.

%100'e eşit güneş enerjisi atmosferin üst sınırına ulaşır.

Gelen güneş ışığının %100'ünün %3'ünü oluşturan ultraviyole radyasyon, çoğunlukla üst atmosferdeki ozon tabakası tarafından emilir.

Geriye kalan %97'nin yaklaşık %40'ı bulutlarla etkileşime girer - bunun %24'ü uzaya geri yansır, %2'si bulutlar tarafından emilir ve %14'ü dağılır ve saçılan radyasyon olarak yeryüzüne ulaşır.

Gelen radyasyonun %32'si atmosferdeki su buharı, toz ve pus ile etkileşime girer - bunun %13'ü emilir, %7'si uzaya geri yansıtılır ve %12'si dağınık güneş ışığı olarak dünya yüzeyine ulaşır (Şekil 6).

Pirinç. 6. Dünyanın radyasyon dengesi

Bu nedenle, Dünya yüzeyindeki güneş radyasyonunun ilk %100'ünden, doğrudan güneş ışığının %2'sine ve dağınık ışığın %26'sına ulaşır.

Bu toplamın %4'ü dünya yüzeyinden uzaya geri yansıtılır ve uzaya toplam yansıma, gelen güneş ışığının %35'idir.

Dünya tarafından emilen ışığın %65'inin %3'ü üst atmosferden, %15'i alt atmosferden ve %47'si Dünya yüzeyinden - okyanus ve karadan gelir.

Dünya'nın termal dengeyi sağlaması için, atmosferden geçen ve kara ve deniz tarafından emilen tüm güneş enerjisinin %47'sinin kara ve deniz yoluyla atmosfere geri verilmesi gerekir.

Okyanus yüzeyine giren ve aydınlatma oluşturan radyasyon spektrumunun görünür kısmı, atmosferden geçen güneş ışınlarından (direkt radyasyon) ve atmosfer tarafından yeryüzü de dahil olmak üzere her yöne saçılan bazı ışınlardan oluşur. okyanus (saçılmış radyasyon).

Yatay bir inişe düşen bu iki ışık akısının enerjisinin oranı Güneş'in yüksekliğine bağlıdır - ufkun üzerinde ne kadar yüksekse, doğrudan radyasyon oranı o kadar büyük olur

Doğal koşullarda deniz yüzeyinin aydınlatılması da bulut örtüsüne bağlıdır. Yüksek ve ince bulutlar, çok fazla dağınık ışık saçar, bu nedenle deniz yüzeyinin Güneş'in ortalama yüksekliklerinde aydınlatması, bulutsuz bir gökyüzünden bile daha fazla olabilir. Yoğun, yağmur bulutları aydınlatmayı önemli ölçüde azaltır.

Deniz yüzeyinin aydınlanmasını sağlayan ışık ışınları, iyi bilinen Snell fizik yasasına göre su-hava sınırında yansıma ve kırılmaya uğrar (Şekil 7).

Pirinç. 7. Bir ışık huzmesinin okyanus yüzeyinde yansıması ve kırılması

Böylece deniz yüzeyine düşen tüm ışık ışınları kısmen yansır, kırılır ve denize girer.

Kırılan ve yansıyan ışık akıları arasındaki oran, Güneş'in yüksekliğine bağlıdır. Güneş 0 0 yüksekliğinde, tüm ışık akısı deniz yüzeyinden yansır. Güneş'in yüksekliğinin artmasıyla suya giren ışık akısının oranı artar ve Güneş'in 90 0 yüksekliğinde, yüzeyde meydana gelen toplam akının %98'i suya nüfuz eder.

Deniz yüzeyinden yansıyan ışık akısının, gelen ışığa oranına denir. deniz yüzeyi albedo . Daha sonra, Güneş yüksekliği 90 0'da deniz yüzeyinin albedo'su %2 ve 0 0 - %100 olacaktır. Deniz yüzeyi albedosu, doğrudan ve dağınık ışık akıları için farklıdır. Doğrudan radyasyonun albedo'su esasen Güneş'in yüksekliğine bağlıdır, saçılan radyasyonun albedo'su pratik olarak Güneş'in yüksekliğine bağlı değildir.