Päikese-, maa- ja atmosfäärikiirgus. Klimatoloogia ja meteoroloogid Päikeseenergia potentsiaal
Joonis 1 – Päikese kiirguse intensiivsuse (energia) muutuste histogramm teel päikesesoola tiigi kuuma soolvee poole.
Erinevat tüüpi päikesekiirguse aktiivse kasutamise efektiivsuse hindamiseks teeme kindlaks, millistel looduslikest, tehislikest ja ekspluatatsioonilistest teguritest on positiivne ja milline negatiivne mõju päikesekiirguse kontsentratsioonile (sisendi suurenemisele) tiigis. ja selle kogunemine kuuma soolveega.
Maa ja atmosfäär saavad Päikeselt 1,3∙1024 cal soojust aastas. Seda mõõdetakse intensiivsusega, s.o. kiirgusenergia hulk (kalorites), mis tuleb Päikeselt ajaühikus päikesekiirtega risti oleva pinna kohta.
Päikese kiirgusenergia jõuab Maale otsese ja hajutatud kiirgusena, s.o. kokku See neeldub maapinnal ja ei muutu täielikult soojuseks, osa sellest kaob peegeldunud kiirguse kujul.
Otsene ja hajutatud (kogu), peegeldunud ja neeldunud kiirgus kuuluvad spektri lühilaineossa. Koos lühilainekiirgusega jõuab maapinnale ka atmosfääri pikalaineline kiirgus (vastukiirgus), maapinnast omakorda kiirgab pikalaineline kiirgus (oma kiirgus).
Otsene päikesekiirgus viitab peamisele looduslikule tegurile päikesesoola tiigi veepinna energiaga varustamisel. Päikese kiirgust, mis saabub aktiivsele pinnale paralleelsete kiirte kiirena, mis väljub otse Päikese kettalt, nimetatakse otseseks päikesekiirguseks. Otsene päikesekiirgus kuulub spektri lühilaineossa (lainepikkusega 0,17 kuni 4 mikronit; tegelikult jõuavad maapinnale kiired lainepikkusega 0,29 mikronit)
Päikese spektri võib jagada kolmeks peamiseks piirkonnaks:
Ultraviolettkiirgus (- nähtav kiirgus (0,4 µm - infrapunakiirgus (> 0,7 µm) - 46% intensiivsus. Lähis-infrapuna piirkond (0,7 µm) Lainepikkustel üle 2,5 µm nõrga maavälise kiirguse neeldub intensiivselt, nii et ainult CO2 a ja vesi) väike osa sellest päikeseenergia vahemikust jõuab Maa pinnale.
Peaaegu ei jõua Maani kaug-infrapuna (>12 µm) päikesekiirgus.
Päikeseenergia Maal rakendamise seisukohalt tuleks arvestada ainult kiirgusega lainepikkuste vahemikus 0,29 - 2,5 µm. Enamik väljaspool atmosfääri asuvat päikeseenergiat esineb lainepikkuste vahemikus 0,2 - 4 µm ja Maa peal. pind - vahemikus 0,29–2,5 µm.
Jälgime, kuidas üldiselt jaotuvad energiavood, mida Päike Maale annab. Võtame 100 tavalist päikeseenergia ühikut (1,36 kW/m2), mis langevad Maale ja jälgime nende radu atmosfääris. Üks protsent (13,6 W/m2), päikesespektri lühike ultraviolettkiirgus, neeldub eksosfääris ja termosfääris olevate molekulide poolt, soojendades neid. Veel kolm protsenti (40,8 W/m2) peaaegu ultraviolettkiirgust neelab stratosfääriosoon. Päikesespektri infrapunasaba (4% ehk 54,4 W/m2) jääb troposfääri ülemistesse kihtidesse, sisaldades veeauru (üleval veeauru praktiliselt pole).
Ülejäänud 92 osa päikeseenergiast (1,25 kW/m2) jäävad atmosfääri “läbipaistvusaknasse” 0,29 mikronit. Atmosfääris hajutatud valgusvõimsus (kokku 48 osa ehk 652,8 W/m2) neeldub osaliselt ( 10 aktsiat ehk 136 W /m2) ning ülejäänu jaotub Maa pinna ja kosmose vahel. Kosmosesse läheb rohkem kui pinnale, 30 jagamist (408 W/m2) üles, 8 jagu (108,8 W/m2) alla.
See kirjeldas üldist, keskmist pilti päikeseenergia ümberjaotumisest Maa atmosfääris. Kuid see ei võimalda lahendada päikeseenergia kasutamisega seotud konkreetseid probleeme, et rahuldada inimese vajadusi konkreetses elu- ja tööpiirkonnas, ja siin on põhjus.
Maa atmosfäär peegeldab paremini kaldus päikesekiiri, seega on ekvaatoril ja keskmistel laiuskraadidel tunnis insolatsioon palju suurem kui kõrgetel laiuskraadidel.
Päikese kõrguse väärtused (kõrgused horisondi kohal) 90, 30, 20 ja 12 ⁰ (atmosfääri õhu (optiline) mass (m) vastab 1, 2, 3 ja 5) pilvitu atmosfääri korral vastab intensiivsusele umbes 900, 750, 600 ja 400 W/m2 (42 ⁰ - m = 1,5 ja 15 ⁰ - m = 4 juures). Tegelikult ületab langeva kiirguse koguenergia näidatud väärtusi, kuna see ei hõlma mitte ainult otsest komponenti, vaid ka kiirguse intensiivsuse hajutatud komponenti horisontaalpinnal nendes tingimustes, hajutatud õhumasside 1, 2, 3 juures. ja 5, vastavalt 110, 90, 70 ja 50 W/m2 (koefitsiendiga 0,3–0,7 vertikaaltasapinna puhul, kuna näha on vaid pool taevast). Lisaks on Päikesele lähedal asuvates taevapiirkondades ≈ 5⁰ raadiuses "ümbruspäikese halo".
Päevane päikesekiirguse kogus on maksimaalne mitte ekvaatoril, vaid 40⁰ lähedal. See asjaolu tuleneb ka Maa telje kaldest oma orbiidi tasapinna suhtes. Suvise pööripäeva ajal on Päike troopikas pea kogu päeva pea kohal ja päevavalguse kestus on 13,5 tundi, rohkem kui ekvaatoril pööripäeva päeval. Geograafilise laiuskraadi suurenedes päeva pikkus pikeneb ja kuigi päikesekiirguse intensiivsus väheneb, tekib päevase insolatsiooni maksimaalne väärtus umbes 40⁰ laiuskraadil ja jääb peaaegu konstantseks (pilvetu taeva tingimustes) kuni polaarjooneni.
Arvestades paljudele maailma riikidele omast pilvisust ja tööstusjäätmetest tulenevat õhusaastet, tuleks tabelis toodud väärtusi vähendada vähemalt poole võrra. Näiteks Inglismaa jaoks oli 1970. aastal enne keskkonnakaitsevõitluse algust päikesekiirguse aastane kogus 1700 kWh/m2 asemel vaid 900 kWh/m2.
Esimesed andmed Baikali järve atmosfääri läbipaistvuse kohta sai V.V. Bufal 1964. aastal See näitas, et otsese päikesekiirguse väärtused Baikali kohal on keskmiselt 13% kõrgemad kui Irkutskis. Põhja-Baikali atmosfääri keskmine spektraalne läbipaistvuse koefitsient on suvel vastavalt 0,949, 0,906, 0,883 punase, rohelise ja sinise filtri puhul. Suvel on atmosfäär optiliselt ebastabiilsem kui talvel ja see ebastabiilsus varieerub oluliselt pärastlõunast pärastlõunani. Olenevalt iga-aastasest veeauru ja aerosoolide sumbumise käigust muutub ka nende panus päikesekiirguse üldisesse sumbumisse. Aasta külmal poolel mängivad peamist rolli aerosoolid, soojal veeaurud. Baikali jõgikonda ja Baikali järve eristavad atmosfääri suhteliselt kõrge terviklik läbipaistvus. Optilise massi m = 2 korral jäävad läbipaistvusteguri keskmised väärtused vahemikku 0,73 (suvi) kuni 0,83 (talv). Samal ajal on igapäevased muutused atmosfääri terviklikus läbipaistvuses suured, eriti keskpäeval - 0,67 kuni 0,77. Aerosoolid vähendavad oluliselt otsese päikesekiirguse sattumist tiigi akvatooriumi ning neelavad peamiselt nähtavast spektrist kiirgust, mille lainepikkus läbib kergesti värsket tiigikihti ning sellel on suur tähtsus päikese akumuleerumisel. energiat tiigi ääres. (1 cm paksune veekiht on infrapunakiirgusele, mille lainepikkus on üle 1 mikroni, praktiliselt läbipaistmatu). Seetõttu kasutatakse kuumakaitsefiltrina mitme sentimeetri paksust vett. Klaasi puhul on infrapunakiirguse ülekande pikalaine piir 2,7 mikronit.
Suur hulk tolmuosakesi, mis vabalt üle stepi transporditakse, vähendab ka atmosfääri läbipaistvust.
Elektromagnetkiirgust kiirgavad kõik kuumutatud kehad ja mida külmem on keha, seda madalam on kiirguse intensiivsus ja mida kaugemale pikalaine piirkonda nihkub selle spektri maksimum. On väga lihtne seos [ = 0,2898 cm∙deg. (Wieni seadus)], mille abil on lihtne kindlaks teha, kus asub temperatuuriga keha maksimaalne kiirgus (⁰K). Näiteks inimkeha, mille temperatuur on 37 + 273 = 310 ⁰K, kiirgab infrapunakiiri maksimaalse väärtusega = 9,3 μm. Ja näiteks päikesekuivati seinad, mille temperatuur on 90 ⁰C, kiirgavad infrapunakiiri maksimaalse väärtusega = 8 mikronit. Nähtav päikesekiirgus (0,4 mikronit) Omal ajal oli suur edasiminek süsinikhõõgniidiga elektrilambilt kaasaegsele volframhõõgniidiga lambile.Asi on selles, et süsinikhõõgniidi saab viia temperatuurini 2100 ⁰K , ja volfram - kuni 2500 ⁰K . Miks see 400 ⁰K nii oluline on? Asi on selles, et hõõglambi eesmärk pole mitte soojendada, vaid anda valgust. Seetõttu on vaja sellist asendit saavutada et kõvera maksimum langeb nähtavale uurimisele. Ideaalne oleks hõõgniit, mis taluks Päikese pinna temperatuuri. Kuid isegi üleminek 2100-lt 2500 ⁰K-le suurendab nähtavale kiirgusele omistatava energia osakaalu 0,5-lt kuni 1,6%.
Igaüks võib tunda infrapunakiiri, mis väljuvad kehast, mis on kuumutatud temperatuurini 60–70 ⁰C, asetades oma peopesa altpoolt (termilise konvektsiooni kõrvaldamiseks). Otsese päikesekiirguse jõudmine tiigi akvatooriumi vastab selle saabumisele horisontaalsele kiirguspinnale. Samas näitab eelnev konkreetsele ajahetkele saabumise kvantitatiivsete tunnuste määramatust nii hooajaliselt kui ka igapäevaselt. Ainus püsiv tunnus on Päikese kõrgus (atmosfääri optiline mass).
Päikesekiirguse kogunemine maapinnale ja tiigile erinevad oluliselt.
Maa looduslikel pindadel on erinevad peegeldamis- (neelamis-) võimed. Seega on tumedate pindade (tšernozem, turbarabade) albeedoväärtus madal, umbes 10%. (Pinna albeedo on sellelt pinnalt ümbritsevasse ruumi peegelduva kiirgusvoo ja sellele langeva kiirgusvoo suhe).
Heledad pinnad (valge liiv) on suure albeedoga, 35 – 40%. Murukattega pindade albeedo jääb vahemikku 15–25%. Lehtmetsa võrade albeedo on suvel 14–17%, okaspuumetsa oma 12–15%. Pinna albeedo väheneb päikese kõrguse suurenedes.
Veepindade albeedo jääb vahemikku 3–45%, olenevalt Päikese kõrgusest ja erutusastmest.
Kui veepind on rahulik, sõltub albeedo ainult Päikese kõrgusest (joonis 2).
Joonis 2 – Päikese kiirguse peegelduvuse sõltuvus rahuliku veepinna korral Päikese kõrgusest.
Päikesekiirguse sisenemisel ja veekihi läbimisel on oma omadused.
Üldiselt on vee (selle lahuste) optilised omadused päikesekiirguse nähtavas piirkonnas toodud joonisel 3.
Joonis 3 – Vee (selle lahuste) optilised omadused päikesekiirguse nähtavas piirkonnas
Kahe keskkonna, õhu-vee, tasasel piiril vaadeldakse valguse peegeldumise ja murdumise nähtusi.
Valguse peegeldumisel asetsevad langev kiir, peegeldunud kiir ja peegelduva pinnaga risti, mis on taastatud kiire langemispunktis, samal tasapinnal ja peegeldusnurk on võrdne langemisnurgaga. Murdumise korral asuvad langev kiir, kiirte langemispunktis rekonstrueeritud risti kahe keskkonna vahelise liidese suhtes ja murdunud kiir samal tasapinnal. Langemisnurk ja murdumisnurk (joonis 4) on seotud /, kus on teise keskkonna absoluutne murdumisnäitaja ja on esimene. Kuna õhu puhul võtab valem kuju
Joonis 4 – Kiirte murdumine õhust vette liikumisel
Kui kiired lähevad õhust vette, lähenevad nad "langemisristi"; näiteks veepinnaga risti oleva nurga all veele langev kiir siseneb sellesse nurga all, mis on väiksem kui (joonis 4, a). Kui aga piki veepinda libisev langev kiir langeb veepinnale risti suhtes peaaegu täisnurga all, näiteks nurga all 89 ⁰ või vähem, siis siseneb see vette nurga all, mis on väiksem kui sirgjoon, nimelt ainult 48,5 ⁰ nurga all. Perpendikulaarse nurga all, mis on suurem kui 48,5 ⁰, ei saa kiir vette siseneda: see on vee "piirnurk" (joonis 4, b).
Järelikult surutakse kõikide võimalike nurkade all veele langevad kiired vee all kokku üsna tihedaks koonuseks, mille avanemisnurk on 48,5 ⁰ + 48,5 ⁰ = 97 ⁰ (joonis 4,c). Lisaks sõltub vee murdumine selle temperatuurist, kuid need muutused on nii tähtsusetud, et need ei saa käsitletava teema inseneripraktika jaoks huvi pakkuda.
Liigume nüüd tagasi (punktist P) suunduvate kiirte teekonda – veest õhku (joonis 5). Optika seaduste järgi on teed ühesugused ning kõik eelmainitud 97-kraadises koonuses sisalduvad kiired väljuvad õhku erinevate nurkade all, jaotudes üle kogu 180-kraadise ruumi vee kohal. Väljaspool nimetatud nurka (97 kraadi) asuvad veealused kiired ei tule vee alt välja, vaid peegelduvad täielikult selle pinnalt nagu peeglist.
Joonis 5 – Kiirte murdumine veest õhku liikudes
Kui on ainult peegeldunud kiir, siis murdunud kiirt pole (täieliku sisepeegelduse nähtus).
Iga veealune kiir, mis puutub kokku veepinnaga nurga all, mis on suurem kui "maksimaalne" (st suurem kui 48,5⁰), ei murdu, vaid peegeldub: see läbib "täieliku sisepeegelduse". Peegeldust nimetatakse sel juhul täielikuks, kuna siin peegelduvad kõik langevad kiired, samas kui isegi parim poleeritud hõbedane peegel peegeldab ainult osa sellele langevatest kiirtest ja neelab ülejäänu. Vesi on sellistes tingimustes ideaalne peegel. Sel juhul räägime nähtavast valgusest. Üldiselt võib öelda, et vee, nagu ka teiste ainete murdumisnäitaja sõltub lainepikkusest (seda nähtust nimetatakse dispersiooniks). Selle tulemusena ei ole sisemise täieliku peegelduse piirnurk erinevate lainepikkuste puhul sama, kuid nähtava valguse puhul muutub see nurk vee-õhu piiril peegeldumisel vähem kui 1⁰ võrra.
Kuna risti suhtes suurema nurga all kui 48,5⁰, ei saa päikesekiir vette siseneda: see on vee "piirnurk" (joonis 4, b), siis veemass ei muutu nii palju. kogu päikese kõrguste vahemik on tühine kui õhk - see on alati väiksem.
Kuna aga vee tihedus on 800 korda suurem kui õhu tihedus, muutub päikesekiirguse neeldumine vees oluliselt. Lisaks, kui valguskiirgus läbib läbipaistvat keskkonda, on sellise valguse spektril mõned omadused. Teatud jooned selles on tugevalt sumbunud, st vastava pikkusega laineid neeldub kõnealune keskkond tugevalt. Selliseid spektreid nimetatakse neeldumisspektriteks. Neeldumisspektri tüüp sõltub kõnealusest ainest.
Kuna päikesesoola tiigi soolade lahus võib sisaldada erinevas kontsentratsioonis naatrium- ja magneesiumkloriidi ning nende vahekordi, siis ei ole mõtet üheselt neeldumisspektritest rääkida. Kuigi selle teema kohta on palju uuringuid ja andmeid.
Näiteks NSV Liidus (Yu. Usmanov) läbiviidud uuringud erineva lainepikkusega kiirguse läbilaskvuse tuvastamiseks erineva kontsentratsiooniga vee ja magneesiumkloriidi lahuste puhul andsid järgmised tulemused (joonis 6). Ja B.J.Brinkworth näitab päikesekiirguse neeldumise ja päikesekiirguse (kiirguse) monokromaatilise voo tiheduse graafilist sõltuvust sõltuvalt lainepikkustest (joonis 7).
Järelikult sõltub tiigi kuuma soolvee otsese päikesekiirguse kvantitatiivne varustamine pärast vette sattumist: päikesekiirguse (kiirguse) monokromaatilise voo tihedusega; Päikese kõrguselt. Ja ka tiigi pinna albeedost, magedast veest koosneva päikesesoola tiigi ülemise kihi puhtusest, mille paksus on tavaliselt 0,1 - 0,3 m, kus segunemist ei ole võimalik maha suruda, koostis, kontsentratsioon ja lahuse paksus gradientkihis (isolatsioonikiht, mille soolvee kontsentratsioon tõuseb allapoole), vee ja soolvee puhtusele.
Joonistelt 6 ja 7 järeldub, et vee läbilaskvus on suurim päikesespektri nähtavas piirkonnas. See on väga soodne tegur päikesekiirguse läbimiseks läbi päikesesoola tiigi ülemise värske kihi.
Bibliograafia
1 Osadchiy G.B. Päikeseenergia, selle derivaadid ja tehnoloogiad nende kasutamiseks (Sissejuhatus taastuvenergiasse) / G.B. Osadchiy. Omsk: IPK Maksheeva E.A., 2010. 572 lk.
2 Twydell J. Taastuvad energiaallikad / J. Twydell, A. Ware. M.: Energoatomizdat, 1990. 392 lk.
3 Duffy J. A. Päikeseenergiat kasutavad soojusprotsessid / J. A. Duffy, W. A. Beckman. M.: Mir, 1977. 420 lk.
4 Baikali ja selle basseini klimaatilised ressursid /N. P. Ladeištšikov, Novosibirsk, Nauka, 1976, 318 lk.
5 Pikin S. A. Vedelkristallid / S. A. Pikin, L. M. Blinov. M.: Nauka, 1982. 208 lk.
6 Kitaygorodsky A.I. Füüsika kõigile: footonid ja tuumad / A.I. Kitaygorodsky. M.: Nauka, 1984. 208 lk.
7 Kuhling H. Füüsika käsiraamat. / H. Kuhling. M.: Mir, 1982. 520 lk.
8 Enochovich A. S. Füüsika ja tehnoloogia käsiraamat / A. S. Enochovich. M.: Haridus, 1989. 223 lk.
9 Perelman Ya. I. Meelelahutuslik füüsika. 2. raamat / Ya. I. Perelman. M.: Nauka, 1986. 272 lk.
Tooge näide Pamiiri-Tšuktši vöösse kuuluvatest Venemaa mägedest?
4) Nimeta vanim ajastu?
5) Mis ajastuperioodid on: triias, juura, kriidiaeg?
6) Mis perioodil ja mis ajastul ilmusid esimesed roomajad?
7) Millisel cenosoikumi ajastul ahvid ilmusid?
8) Millise eksogeense jõu toimel tekivad järgmised reljeefivormid: auto, karling, küna, tsirkus, moreen, jäära otsaesised, eskrid, kamad?
9) Kuidas nimetatakse ühte maavaraliigi maardlate klastrit?
10) Kuidas nimetatakse pikaajalist ilmastikumustrit?
11)Mis on päikese poolt kiirgava soojuse ja valguse nimi?
12) Kuidas nimetatakse kliimamuutuste protsessi meredest ja ookeanidest eemaldumisel, samal ajal kui sademete hulk väheneb ja temperatuurikõikumiste amplituud suureneb?
13) Kuidas nimetatakse erinevate omadustega õhumasse eraldavat piirriba?
14) Milline rinne toob edasiliikumisel tugevat vihmasadu koos tugeva tuulega?
15) Milline on peamine temperatuurimuutuste muster suvel Venemaal?
16) Kuidas nimetatakse niiskuse hulka, mis võib antud atmosfääritingimustes pinnalt aurustuda?
17) Määrake kirjelduse järgi Venemaa kliimatüüp: tüüpiline Kaliningradi oblastile; Kas aastaringselt sajab üsna palju sademeid ja mitte külma, niisket talve, millele järgneb kuum ja niiske suvi?
18) Millise suunaga tuul Venemaal valitseb?
19) Kuidas nimetatakse lohusängis voolavat veejuga?
20) Kuidas nimetatakse nõgu reljeefis, millest jõgi läbi voolab?
21) Kuidas nimetatakse teatud aja jooksul jõesängi läbivat veehulka?
22) Kuidas nimetatakse vee ajutist tõusu jões?
23) Kuidas nimetatakse jõe lähte ja suudme kõrguste erinevust?
24) Too näide Venemaa jõgedest kevadiste üleujutustega?
25) Tooge näide Venemaa jõgedest, kus on ülekaalus liustiku toitumine?
26) Nimeta Vaiksesse ookeani kuuluvad jõed?
27) Too näiteid kuivendus- ja äravooluta järvedest Venemaal?
28) Nimetage Volga jõe veehoidla?
29) Kuidas nimetatakse maapinna vettinud ala?
30) Kus asuvad jääkilbid Venemaal?
31)Kus on Venemaal geisrite org?
32)Mis on Maa lahtise pinnakihi nimi, millel on viljakus?
33) Mis tüüpi muld on taigavööndile tüüpiline?
34) Kuidas nimetatakse põllumajanduses muldade parandamiseks mõeldud organisatsiooniliste, majanduslike ja tehniliste meetmete kogumit?
35) Millised on tundra taimestiku liigid?
36) Milliseid stepivööndi loomi teate?
37) Tooge näiteid inimtekkeliste tööstusmaastike kohta?
a) millisele kõrgusele tõusis lennuk, kui väljas on temperatuur -30C ja Maa pinnal +12? b) Mis on õhutemperatuur Pamiiris, kui cjuulis jalamil on +36C? Pamiiri kõrgus on 6 km.
c) Volgograd-Moskva lennu piloot tõusis 2 km kõrgusele. Kui suur on atmosfääri õhurõhk sellel kõrgusel, kui maapinnal oli see 750 mm Hg?
1. võimalus Sobivus: rõhuindikaatorid a) 749 mm Hg;1) alla normaalse;
b) 760 mmHg; 2) normaalne;
c) 860 mmHg; 3) üle normaalse.
Kõrgeima ja madalaima õhutemperatuuri erinevus
kutsus:
a) rõhk; b) õhu liikumine; c) amplituud; d) kondensatsioon.
3. Päikese soojuse ebaühtlase jaotumise põhjus Maa pinnal
on:
a) kaugus päikesest; b) sfääriline;
c) atmosfäärikihi erinev paksus;
4. Atmosfäärirõhk sõltub:
a) tuule jõud; b) tuule suund; c) õhutemperatuuri erinevused;
d) reljeefsed omadused.
Päike on oma seniidis ekvaatoril:
Osoonikiht asub:
a) troposfäär; b) stratosfäär; c) mesosfäär; d) eksosfäär; e) termosfäär.
Täitke tühimik: Maa õhukest on - _________________
8. Kus on täheldatud troposfääri väikseimat võimsust:
a) pooluste juures; b) parasvöötme laiuskraadidel; c) ekvaatoril.
Asetage kuumutamise etapid õiges järjekorras:
a) õhu soojendamine; b) päikesekiired; c) maapinna kuumutamine.
Mis kell on suvel selge ilmaga kõrgeim temperatuur?
õhk: a) keskpäeval; b) enne keskpäeva; c) pärastlõunal.
10. Täida tühimik: mäkke ronides atmosfäärirõhk..., iga
10,5 m … mmHg juures.
Arvutage õhurõhk Narodnajas. (Leia tippude kõrgus
kaardil, võtke vererõhuks mägede jalamil 760 mm Hg)
Päeva jooksul registreeriti järgmised andmed:
max t=+2’C, min t=-8’C; Määrake amplituud ja keskmine päevane temperatuur.
2. variant
1. Mäe jalamil on vererõhk 760 mm Hg. Kui suur on rõhk 800 m kõrgusel:
a) 840 mm Hg. Art.; b) 760 mm Hg. Art.; c) 700 mm Hg. Art.; d) 680 mm Hg. Art.
2. Kuu keskmised temperatuurid arvutatakse:
a) keskmiste ööpäevaste temperatuuride summana;
b) päeva keskmiste temperatuuride summa jagamine päevade arvuga kuus;
c) eelnevate ja järgnevate kuude temperatuuride summa erinevusest.
3. Matš:
rõhu indikaatorid
a) 760 mm Hg. Art.; 1) alla normaalse;
b) 732 mm Hg. Art.; 2) normaalne;
c) 832 mm Hg. Art. 3) üle normaalse.
4. Päikesevalguse ebaühtlase jaotumise põhjus maapinnal
on: a) kaugus Päikesest; b) Maa sfäärilisus;
c) paks atmosfäärikiht.
5. Päevane amplituud on:
a) temperatuurinäitude koguarv päeva jooksul;
b) kõrgeima ja madalaima õhutemperatuuri erinevus
päeva jooksul;
c) temperatuuri kõikumine päeva jooksul.
6. Millist seadet kasutatakse atmosfäärirõhu mõõtmiseks?
a) hügromeeter; b) baromeeter; c) valitsejad; d) termomeeter.
7. Päike on oma seniidis ekvaatoril:
8. Atmosfääri kiht, kus esinevad kõik ilmastikunähtused:
a) stratosfäär; b) troposfäär; c) osoon; d) mesosfäär.
9. Atmosfääri kiht, mis ei lase ultraviolettkiiri läbi:
a) troposfäär; b) osoon; c) stratosfäär; d) mesosfäär.
10. Mis kell on suvel selge ilmaga madalaim õhutemperatuur:
a) südaööl; b) enne päikesetõusu; c) pärast päikeseloojangut.
11. Arvutage Elbruse mäe vererõhk. (Leia kaardil tippude kõrgused, altpoolt vererõhk
Võtke mägesid tinglikult 760 mm Hg jaoks. Art.)
12. 3 km kõrgusel on õhutemperatuur - 15 ‘C, mis on õhutemperatuur kl.
Maa pind:
a) + 5’C; b) +3'C; c) 0'C; d) -4'C.
Soojusallikad. Soojusenergial on atmosfääri elus määrav tähtsus. Selle energia peamine allikas on Päike. Mis puudutab Kuu, planeetide ja tähtede soojuskiirgust, siis see on Maa jaoks nii ebaoluline, et sellega ei saa praktiliselt arvestada. Oluliselt rohkem soojusenergiat annab Maa sisesoojus. Geofüüsikute arvutuste kohaselt tõstab pidev soojusvoog Maa sisemusest maapinna temperatuuri 0° võrra.1. Aga selline sooja juurdevool on ikka nii väike, et sellega pole ka vaja arvestada. Seega võib ainsaks soojusenergia allikaks Maa pinnal pidada ainult Päikest.
Päikesekiirgus. Päike, mille fotosfääri (kiirgava pinna) temperatuur on umbes 6000°, kiirgab energiat kosmosesse igas suunas. Osa sellest energiast, tohutu paralleelsete päikesekiirte kujul, tabab Maad. Päikeseenergiat, mis jõuab Päikeselt otseste kiirte kujul Maa pinnale, nimetatakse otsene päikesekiirgus. Kuid mitte kogu Maale suunatud päikesekiirgus ei jõua maapinnale, kuna paksu atmosfäärikihti läbivad päikesekiired neelduvad osaliselt selles, hajuvad osaliselt molekulid ja hõljuvad õhuosakesed ning osa peegeldub pilvedest. Seda osa päikeseenergiast, mis atmosfääri hajub, nimetatakse hajutatud kiirgus. Hajutatud päikesekiirgus liigub läbi atmosfääri ja jõuab Maa pinnale. Me tajume seda tüüpi kiirgust kui ühtlast päevavalgust, kui Päike on täielikult kaetud pilvedega või on just kadunud horisondi alla.
Otsene ja hajutatud päikesekiirgus, mis on jõudnud Maa pinnale, ei imendu selles täielikult. Osa päikesekiirgusest peegeldub maapinnalt tagasi atmosfääri ja leidub seal kiirte voona, nn. peegeldunud päikesekiirgus.
Päikesekiirguse koostis on väga keeruline, mis on seotud Päikese kiirgava pinna väga kõrge temperatuuriga. Tavapäraselt jaguneb päikesekiirguse spekter lainepikkuse järgi kolmeks osaks: ultraviolettkiirgus (η<0,4<μ видимую глазом (η 0,4μ kuni 0,76μ) ja infrapunaosa (η >0,76μ). Päikese kiirguse koostist maapinnal mõjutab lisaks päikese fotosfääri temperatuurile ka osa päikesekiirte neeldumine ja hajumine Maa õhukesta läbimisel. Sellega seoses on päikesekiirguse koostis atmosfääri ülemisel piiril ja Maa pinnal erinev. Teoreetiliste arvutuste ja vaatluste põhjal on kindlaks tehtud, et atmosfääri piiril moodustab ultraviolettkiirgus 5%, nähtavad kiired - 52% ja infrapuna - 43%. Maapinnal (päikese kõrgusel 40°) moodustavad ultraviolettkiired vaid 1%, nähtavad 40% ja infrapunakiired 59%.
Päikesekiirguse intensiivsus. Otsese päikesekiirguse intensiivsuse all mõistetakse soojushulka kalorites, mis saadakse minutis. Päikese pinna kiirgusenergiast 1 cm 2, asub päikesekiirtega risti.
Otsese päikesekiirguse intensiivsuse mõõtmiseks kasutatakse spetsiaalseid instrumente - aktinomeetreid ja pürheliomeetreid; Hajutatud kiirguse hulk määratakse püranomeetriga. Päikesekiirguse kestuse automaatne registreerimine toimub aktinograafide ja heliograafide abil. Päikesekiirguse spektraalne intensiivsus määratakse spektrobolograafi abil.
Atmosfääri piiril, kus Maa õhukesta neelavad ja hajutavad mõjud on välistatud, on otsese päikesekiirguse intensiivsus ligikaudu 2 väljaheited poolt 1 cm 2 pinnad 1 minutiga. Seda kogust nimetatakse päikesekonstant. Päikesekiirguse intensiivsus 2-s väljaheited poolt 1 cm 2 1 min. annab aasta jooksul nii palju soojust, et sellest piisaks jääkihi sulatamiseks 35 m paks, kui selline kiht kataks kogu maapinna.
Arvukad päikesekiirguse intensiivsuse mõõtmised annavad alust arvata, et Maa atmosfääri ülemisele piirile saabuva päikeseenergia hulk kõigub mitu protsenti. Võnkumised on perioodilised ja mitteperioodilised, ilmselt seotud Päikesel endal toimuvate protsessidega.
Lisaks toimub aasta jooksul mõningane päikesekiirguse intensiivsuse muutus, kuna Maa ei liigu oma aastases pöörlemises mitte ringis, vaid ellipsis, mille ühes koldes asub Päike. . Sellega seoses muutub kaugus Maast Päikeseni ja sellest tulenevalt kõigub ka päikesekiirguse intensiivsus. Suurim intensiivsus on täheldatav 3. jaanuari paiku, kui Maa on Päikesele kõige lähemal, ja madalaim 5. juuli paiku, mil Maa on Päikesest maksimaalsel kaugusel.
Sel põhjusel on päikesekiirguse intensiivsuse kõikumised väga väikesed ja võivad pakkuda vaid teoreetiliselt huvi. (Maksimaalkaugusel olev energiahulk on seotud minimaalsel kaugusel oleva energiahulgaga 100:107, st erinevus on täiesti tühine.)
Maakera pinna kiiritamise tingimused. Juba ainuüksi Maa sfääriline kuju viib selleni, et Päikese kiirgusenergia jaotub Maa pinnal väga ebaühtlaselt. Niisiis on kevadise ja sügisese pööripäeva päevadel (21. märts ja 23. september) ainult ekvaatoril keskpäeval kiirte langemisnurk 90° (joonis 30) ja poolustele lähenedes langeb see vähendada 90-lt 0 °-ni. Seega
kui ekvaatoril võetakse vastuvõetud kiirguse koguseks 1, siis 60. paralleelil väljendatakse seda 0,5-ga ja poolusel võrdub 0-ga.
Lisaks on maakeral igapäevane ja iga-aastane liikumine ning Maa telg on orbitaaltasandi suhtes 66°,5 nurga all. Selle kalde tõttu tekib ekvatoriaaltasandi ja orbitaaltasandi vahel nurk 23°30. See asjaolu toob kaasa asjaolu, et päikesekiirte langemisnurgad samadel laiuskraadidel varieeruvad 47° piires (23,5 + 23,5). ) .
Olenevalt aastaajast ei muutu mitte ainult kiirte langemisnurk, vaid ka valgustuse kestus. Kui troopilistes maades on päeva ja öö pikkus igal aastaajal ligikaudu sama, siis polaarmaades on see vastupidi väga erinev. Nii näiteks 70° N. w. suvel ei looju Päike 65 päeva 80° N. sh - 134 ja poolus -186. Seetõttu on suvise pööripäeva (22. juuni) kiirgus põhjapoolusel 36% suurem kui ekvaatoril. Mis puutub kogu suvepoolaastasse, siis poolusele saab soojust ja valgust kokku vaid 17% vähem kui ekvaatoril. Seega kompenseerib valgustuse kestus polaarmaades suvel suures osas kiirguse vähesust, mis on tingitud kiirte väikesest langemisnurgast. Talvisel poolaastal on pilt sootuks teistsugune: kiirguse hulk samal põhjapoolusel võrdub 0-ga. Selle tulemusena on poolusel aasta lõikes keskmiselt 2,4 võrra vähem kiirgust kui poolusel. ekvaator. Kõigest öeldust järeldub, et Maale kiirguse kaudu saadava päikeseenergia hulga määrab kiirte langemisnurk ja kiirituse kestus.
Erinevatel laiuskraadidel atmosfääri puudumisel saaks Maa pind päevas järgmise koguse soojust, väljendatuna kalorites 1 cm 2(vt tabelit lk 92).
Tabelis toodud kiirguse jaotumist üle maapinna nimetatakse tavaliselt päikeseline kliima. Kordame, et selline kiirgusjaotus on meil ainult atmosfääri ülemisel piiril.
Päikesekiirguse nõrgenemine atmosfääris. Seni oleme rääkinud päikesesoojuse jaotumise tingimustest üle maapinna, ilma atmosfääri arvestamata. Samal ajal on atmosfäär antud juhul väga oluline. Atmosfääri läbiv päikesekiirgus kogeb hajumist ja lisaks neeldumist. Mõlemad protsessid koos nõrgendavad päikesekiirgust olulisel määral.
Atmosfääri läbivad päikesekiired kogevad ennekõike hajumist (difusiooni). Hajumise tekitab asjaolu, et õhumolekulidest ning õhus olevate tahkete ja vedelate kehade osakestelt murdunud ja peegeldunud valguskiired kalduvad sirgelt teelt kõrvale. To tõesti "hajuda".
Hajumine nõrgendab oluliselt päikesekiirgust. Veeauru ja eriti tolmuosakeste hulga suurenemisega dispersioon suureneb ja kiirgus nõrgeneb. Suurtes linnades ja kõrbealadel, kus õhu tolmusisaldus on suurim, nõrgendab dispersioon kiirguse tugevust 30-45%. Tänu hajumisele saadakse päevavalgus, mis valgustab objekte, isegi kui päikesekiired neile otseselt ei lange. Hajumine määrab ka taeva värvi.
Peatugem nüüd atmosfääri võimel neelata Päikeselt kiirgusenergiat. Peamised atmosfääri moodustavad gaasid neelavad suhteliselt vähe kiirgusenergiat. Lisanditel (veeaur, osoon, süsinikdioksiid ja tolm), vastupidi, on kõrge neeldumisvõime.
Troposfääris on kõige olulisem lisand veeaur. Need neelavad eriti tugevalt infrapuna (pika lainepikkusega), s.t valdavalt soojuskiiri. Ja mida rohkem on atmosfääris veeauru, seda loomulikult rohkem ja. imendumine. Veeauru hulk atmosfääris on allutatud suurtele muutustele. Looduslikes tingimustes varieerub see 0,01-4% (mahu järgi).
Osoonil on väga kõrge neeldumisvõime. Märkimisväärne osooni segu, nagu juba mainitud, paikneb stratosfääri alumistes kihtides (tropopausi kohal). Osoon neelab ultraviolettkiired (lühilaine) peaaegu täielikult.
Süsinikdioksiidil on ka kõrge neeldumisvõime. See neelab peamiselt pikalainelisi, st valdavalt soojuskiiri.
Õhus leiduv tolm neelab ka osa päikesekiirgust. Päikesekiirte poolt soojendatuna võib see õhutemperatuuri oluliselt tõsta.
Maale tuleva päikeseenergia koguhulgast neelab atmosfäär vaid umbes 15%.
Päikesekiirguse nõrgenemine atmosfääri hajumise ja neeldumise teel on Maa erinevatel laiuskraadidel väga erinev. See erinevus sõltub eelkõige kiirte langemisnurgast. Päikese seniidiasendis läbivad vertikaalselt langevad kiired atmosfääri lühimat teed pidi. Langemisnurga vähenedes pikeneb kiirte teekond ja päikesekiirguse sumbumine muutub olulisemaks. Viimane on hästi näha jooniselt (joon. 31) ja lisatud tabelist (tabelis on päikesekiire teekond Päikese seniidiasendis võetud üheks).
Sõltuvalt kiirte langemisnurgast ei muutu mitte ainult kiirte arv, vaid ka nende kvaliteet. Ajavahemikul, mil Päike on seniidis (pea kohal), moodustavad ultraviolettkiired 4%.
nähtav - 44% ja infrapuna - 52%. Kui Päike paikneb horisondi lähedal, pole ultraviolettkiirgust üldse, nähtavad 28% ja infrapuna 72%.
Atmosfääri mõju päikesekiirgusele raskendab veelgi asjaolu, et selle ülekandevõime on olenevalt aastaajast ja ilmastikutingimustest väga erinev. Seega, kui taevas püsiks kogu aeg pilvitu, siis päikesekiirguse sissevoolu aastakäiku erinevatel laiuskraadidel saaks graafiliselt väljendada järgmiselt (joonis 32) Jooniselt on selgelt näha, et pilvitu taevaga Moskvas maikuus 2008.a. Juunis ja juulis saaks päikesekiirgusest rohkem soojust kui ekvaatoril. Samamoodi saaks mai teisel poolel, juunil ja juuli esimesel poolel põhjapoolusel rohkem sooja kui ekvaatoril ja Moskvas. Kordame, et pilvitu taeva puhul oleks see nii. Kuid tegelikkuses see ei toimi, sest pilvisus nõrgendab oluliselt päikesekiirgust. Toome näite graafikul (joonis 33). Graafik näitab, kui palju päikesekiirgust Maa pinnale ei jõua: olulise osa sellest hilinevad atmosfäär ja pilved.
Peab aga ütlema, et pilvede neeldunud soojus läheb osaliselt atmosfääri soojendamiseks, osaliselt jõuab kaudselt maapinnani.
Päikese intensiivsuse igapäevased ja aastased kõikumisedvalguskiirgus. Päikese otsese kiirguse intensiivsus Maa pinnal sõltub Päikese kõrgusest horisondi kohal ja atmosfääri seisundist (selle tolmususest). Kui. Kui atmosfääri läbipaistvus oleks päeva jooksul konstantne, siis päikesekiirguse maksimaalne intensiivsus oleks keskpäeval, minimaalne päikesetõusul ja -loojangul. Sel juhul oleks päikesekiirguse ööpäevase intensiivsuse graafik poole päeva suhtes sümmeetriline.
Tolmu, veeauru ja muude lisandite sisaldus atmosfääris muutub pidevalt. Sellega seoses muutub õhu läbipaistvus ja päikesekiirguse intensiivsuse graafiku sümmeetria on häiritud. Tihti, eriti suvel, keskpäeval, kui maapind on intensiivselt kuumutatud, tekivad võimsad ülespoole suunatud õhuvoolud ning veeauru ja tolmu hulk atmosfääris suureneb. Selle tulemuseks on päikesekiirguse märkimisväärne vähenemine keskpäeval; Kiirguse maksimaalset intensiivsust täheldatakse sel juhul ennelõunasel või pärastlõunal. Päikesekiirguse intensiivsuse aastane kõikumine on seotud ka Päikese kõrguse horisondi kohal muutumisega aastaringselt ning atmosfääri läbipaistvuse olekuga erinevatel aastaaegadel. Põhjapoolkera riikides on Päikese kõrgeim kõrgus horisondi kohal juunis. Kuid samal ajal täheldatakse atmosfääri suurimat tolmusust. Seetõttu tekib maksimaalne intensiivsus tavaliselt mitte kesksuvel, vaid kevadkuudel, mil Päike tõuseb horisondi kohal üsna kõrgele* ja atmosfäär jääb pärast talve suhteliselt selgeks. Päikese kiirguse intensiivsuse aastase kõikumise illustreerimiseks põhjapoolkeral esitame andmed Pavlovski kuu keskmiste keskpäevaste kiirguse intensiivsuse väärtuste kohta.
Päikesekiirgusest saadav soojushulk. Päeva jooksul saab Maa pind pidevalt soojust otsesest ja hajusast päikesekiirgusest või ainult hajuvast kiirgusest (pilves ilmaga). Ööpäevane soojushulk määratakse aktinomeetriliste vaatluste põhjal: võttes arvesse maapinnale saabuva otsese ja hajutatud kiirguse hulka. Olles kindlaks määranud iga päeva soojushulga, arvutatakse maapinnale vastuvõetud soojushulk kuus või aastas.
Päevane päikesekiirgusest maapinnale saadav soojushulk sõltub kiirguse intensiivsusest ja selle toime kestusest ööpäeva jooksul. Sellega seoses toimub minimaalne soojuse juurdevool talvel ja maksimaalne suvel. Kogu kiirguse geograafilises jaotuses üle maakera täheldatakse selle suurenemist laiuskraadide kahanemisel. Seda positsiooni kinnitab järgmine tabel.
Otsese ja hajutatud kiirguse roll maakera erinevatel laiuskraadidel maapinnale vastuvõetavas aastases soojushulgas on erinev. Kõrgetel laiuskraadidel domineerib aastase soojushulga hajutatud kiirgus. Laiuskraadi vähenedes muutub otsene päikesekiirgus domineerivaks. Näiteks Tikhaya lahes annab hajus päikesekiirgus 70% aastasest soojushulgast ja otsene kiirgus vaid 30%. Vastupidi, Taškendis annab otsene päikesekiirgus 70%, hajutatud vaid 30%.
Maa peegeldusvõime. Albedo. Nagu juba märgitud, neelab Maa pind ainult osa päikeseenergiast, mis sellele otsese ja hajutatud kiirgusena jõuab. Teine osa peegeldub atmosfääri. Antud pinnalt peegelduva päikesekiirguse ja sellele pinnale langeva kiirgusenergia voo hulga suhet nimetatakse albeedoks. Albedo väljendatakse protsentides ja see iseloomustab antud pindala peegelduvust.
Albedo oleneb pinna iseloomust (mullaomadused, lume, taimestiku, vee olemasolu jne) ja Päikese kiirte langemisnurgast Maa pinnal. Näiteks kui kiired langevad maapinnale 45° nurga all, siis:
Ülaltoodud näidetest on selge, et erinevate objektide peegelduvus ei ole sama. See on suurim lume ja kõige vähem vee lähedal. Meie toodud näited puudutavad aga ainult neid juhtumeid, kui Päikese kõrgus horisondi kohal on 45°. Selle nurga vähenemisel peegelduvus suureneb. Näiteks päikese kõrgusel 90° peegeldub vesi ainult 2%, 50° - 4%, 20° - 12%, 5° - 35-70% (olenevalt veepinna seisundist). ).
Pilvetu taevaga peegeldab maakera pind keskmiselt 8% päikesekiirgusest. Lisaks peegeldub 9% atmosfäärist. Seega peegeldab pilvitu taevaga maakera tervikuna 17% sellele langevast Päikese kiirgusenergiast. Kui taevas on kaetud pilvedega, siis peegeldub neilt 78% kiirgusest. Kui võtta tegelikkuses vaadeldava pilvitu taeva ja pilvega kaetud taeva suhte alusel looduslikud tingimused, siis Maa kui terviku peegelduvus võrdub 43%.
Maa- ja atmosfäärikiirgus. Päikeseenergiat saav Maa soojeneb ja muutub ise kosmosesse soojuskiirguse allikaks. Maapinna kiirgavad kiired on aga väga erinevad päikesekiirtest. Maa kiirgab ainult pikalainelisi (λ 8-14 μ) nähtamatuid infrapuna- (termilisi) kiiri. Maapinna poolt kiirgavat energiat nimetatakse maapealne kiirgus. Maa kiirgus toimub... päeval ja öösel. Mida kõrgem on kiirgava keha temperatuur, seda suurem on kiirguse intensiivsus. Maa kiirgus määratakse samades ühikutes nagu päikesekiirgus, st kalorites alates 1 cm 2 pinnad 1 minutiga. Vaatlused on näidanud, et maapealse kiirguse hulk on väike. Tavaliselt ulatub see 15-18 sajandikku kalorist. Kuid pidevalt tegutsedes võib see anda märkimisväärse termilise efekti.
Kõige tugevam maapealne kiirgus saadakse pilvitu taeva ja hea atmosfääri läbipaistvusega. Pilvisus (eriti madalad pilved) vähendab oluliselt maapealset kiirgust ja viib selle sageli nullini. Siin võib öelda, et atmosfäär koos pilvedega on hea “tekk”, mis kaitseb Maad liigse jahtumise eest. Atmosfääri osad, nagu ka maapinna piirkonnad, eraldavad energiat vastavalt oma temperatuurile. Seda energiat nimetatakse atmosfääri kiirgus. Atmosfäärikiirguse intensiivsus sõltub atmosfääri kiirgava osa temperatuurist, samuti õhus sisalduva veeauru ja süsihappegaasi hulgast. Atmosfäärikiirgus kuulub pikkade lainete rühma. See levib atmosfääris igas suunas; teatud kogus sellest jõuab maapinnale ja neeldub selles, teine osa läheb planeetidevahelisse ruumi.
KOHTA päikeseenergia jõudmine ja tarbimine Maale. Maa pind ühelt poolt saab päikeseenergiat otsese ja hajutatud kiirguse kujul, teisalt kaotab osa sellest energiast maapealse kiirguse näol. Päikeseenergia saabumise ja tarbimise tulemusena saadakse mingi tulemus. Mõnel juhul võib see tulemus olla positiivne, mõnel juhul negatiivne. Toome näiteid mõlema kohta.
8. jaanuar. Päev on pilvitu. 1 cm 2 Maa pind sai kätte 20 päevaga väljaheited otsene päikesekiirgus ja 12 väljaheited hajutatud kiirgus; kokku annab see 32 cal. Samal ajal kiirguse tõttu 1 cm? Maa pind kaotas 202 cal. Selle tulemusena on bilansis raamatupidamiskeeles 170 kahjumit väljaheited(negatiivne saldo).
6. juuli. Taevas on peaaegu pilvitu. 630 saadud otsesest päikesekiirgusest väljaheited, hajutatud kiirgusest 46 cal. Kokku sai maapind seega 1 cm 2 676 cal. 173 kaotati maapealse kiirguse tõttu cal. Bilanss näitab kasumit 503 väljaheited(saldo on positiivne).
Toodud näidetest on muuhulgas täiesti selge, miks parasvöötme laiuskraadidel on talvel külm ja suvel soe.
Päikesekiirguse kasutamine tehnilistel ja kodustel eesmärkidel. Päikesekiirgus on ammendamatu looduslik energiaallikas. Päikeseenergia kogust Maal saab hinnata selle näite põhjal: kui näiteks kasutada päikesekiirguse soojust, mis langeb ainult 1/10 NSV Liidu pindalast, siis saame tööga võrdse energia. 30 tuhandest Dnepri hüdroelektrijaamast.
Inimesed on pikka aega püüdnud päikesekiirguse vaba energiat oma vajaduste rahuldamiseks kasutada. Tänaseks on loodud palju erinevaid päikesekiirgust kasutavaid päikeseelektrijaamu, mida kasutatakse laialdaselt tööstuses ja elanike koduste vajaduste rahuldamiseks. NSV Liidu lõunapoolsetes piirkondades töötavad päikesekiirguse laialdase kasutuse alusel päikeseveeboilerid, boilerid, soolavee magestamise seadmed, päikesekuivatid (puuviljade kuivatamiseks), köögid, vannid, kasvuhooned ja meditsiinilised seadmed. tööstus ja kommunaalteenused. Päikesekiirgust kasutatakse laialdaselt kuurortides inimeste tervise raviks ja parandamiseks.
- Allikas-
Polovinkin, A.A. Üldgeoteaduse alused/ A.A. Polovinkin. - M.: RSFSR Haridusministeeriumi riiklik haridus- ja pedagoogiline kirjastus, 1958. - 482 lk.
Postituse vaatamisi: 312
Päikesest tulev kiirgusenergia on praktiliselt ainus Maa pinna ja selle atmosfääri soojusallikas. Tähtedelt ja Kuult tulev kiirgus on 30?10 6 korda väiksem kui päikesekiirgus. Soojusvoog Maa sügavusest pinnale on 5000 korda väiksem kui Päikeselt saadav soojus.
Osa päikesekiirgusest on nähtav valgus. Seega on Päike Maa jaoks mitte ainult soojuse, vaid ka valguse allikas, mis on meie planeedi elu jaoks oluline.
Päikese kiirgusenergia muundub soojuseks osaliselt atmosfääris endas, kuid peamiselt maapinnal, kuhu see läheb soojendama ülemisi pinnase ja vee kihte ning neist õhku. Kuumutatud maapind ja kuumutatud atmosfäär kiirgavad omakorda nähtamatut infrapunakiirgust. Vabastades kiirgust kosmosesse, maapind ja atmosfäär jahtuvad.
Kogemused näitavad, et maakera pinna ja atmosfääri aastane keskmine temperatuur igal pool Maal muutub aasta-aastalt vähe. Kui arvestada temperatuuritingimusi Maal pikkade ajavahemike jooksul, võime nõustuda hüpoteesiga, et Maa on termilises tasakaalus: soojuse saabumine Päikeselt on tasakaalustatud selle kadumisega kosmosesse. Kuid kuna Maa (koos atmosfääriga) saab soojust päikesekiirgust neelates ja kaotab soojust oma kiirguse kaudu, tähendab termilise tasakaalu hüpotees samaaegselt seda, et Maa on ka kiirgustasakaalus: lühilainekiirguse sissevool sinna on tasakaalus. pikalainelise kiirguse kosmosesse paiskamisega.
Otsene päikesekiirgus
Otse Päikese kettalt maapinnale tulevat kiirgust nimetatakse otsene päikesekiirgus. Päikesekiirgus levib Päikeselt igas suunas. Kuid kaugus Maast Päikeseni on nii suur, et otsene kiirgus langeb mis tahes pinnale Maal paralleelsete kiirte kiirena, mis väljub justkui lõpmatusest. Isegi kogu maakera tervikuna on Päikese kaugusega võrreldes nii väike, et kogu sellele langevat päikesekiirgust võib ilma märgatava veata pidada paralleelsete kiirte kiireks.
Lihtne on mõista, et antud tingimustes maksimaalselt võimalikku kiirgust võtab vastu pindalaühik, mis asub päikesekiirtega risti. Horisontaalse ala ühiku kohta on vähem kiirgusenergiat. Päikese otsese kiirguse arvutamise põhivõrrand põhineb päikesekiirte langemisnurgal või täpsemalt Päikese kõrgusel ( h): S" = S patt h; Kus S"– horisontaalsele pinnale langev päikesekiirgus, S– otsene päikesekiirgus paralleelsete kiirtega.
Otsese päikesekiirguse voolu horisontaalsele pinnale nimetatakse insolatsiooniks.
Päikese kiirguse muutused atmosfääris ja maapinnal
Umbes 30% Maale langevast otsesest päikesekiirgusest peegeldub tagasi avakosmosesse. Ülejäänud 70% läheb atmosfääri. Atmosfääri läbides hajub päikesekiirgus osaliselt atmosfääri gaaside ja aerosoolide poolt ning muutub hajutatud kiirguse erivormiks. Osaliselt otsene päikesekiirgus neeldub atmosfäärigaaside ja lisanditega ning muutub soojuseks, s.o. läheb õhkkonda soojendama.
Atmosfääris hajutamata ja neeldumata otsene päikesekiirgus jõuab maapinnale. Väike osa sellest peegeldub sellelt ning suurem osa kiirgusest neeldub maapinnale, mille tulemusena maapind soojeneb. Osa hajutatud kiirgusest jõuab ka maapinnale, osaliselt peegeldub sellelt ja osaliselt neeldub selles. Teine osa hajutatud kiirgusest läheb planeetidevahelisse ruumi.
Atmosfääris kiirguse neeldumise ja hajumise tulemusena erineb maapinnale jõudev otsekiirgus atmosfääri piirile saabunust. Päikesekiirguse voog väheneb ja selle spektraalne koostis muutub, kuna erineva lainepikkusega kiired neelduvad ja hajuvad atmosfääris erineval viisil.
Parimal juhul, s.t. Päikese kõrgeimas asendis ja piisava õhupuhtusega võib Maa pinnal täheldada otsekiirgusvoogu umbes 1,05 kW/m 2 . Mägedes 4–5 km kõrgusel täheldati kiirgusvooge kuni 1,2 kW/m2 või rohkem. Kui Päike läheneb horisondile ja päikesekiirte poolt läbitava õhu paksus suureneb, väheneb otsekiirguse voog üha enam.
Umbes 23% otsesest päikesekiirgusest neeldub atmosfääris. Pealegi on see neeldumine selektiivne: erinevad gaasid neelavad kiirgust spektri erinevates osades ja erineval määral.
Lämmastik neelab kiirgust ainult väga lühikestel lainepikkustel spektri ultraviolettkiirguses. Päikesekiirguse energia selles spektri osas on täiesti tühine, mistõttu lämmastiku neeldumine päikesekiirguse voogu praktiliselt ei mõjuta. Veidi suuremal määral, kuid siiski väga vähe, neelab hapnik päikesekiirgust – spektri nähtava osa kahes kitsas piirkonnas ja selle ultraviolettkiirguses.
Osoon on päikesekiirguse tugevam neelaja. See neelab ultraviolettkiirgust ja nähtavat päikesekiirgust. Vaatamata sellele, et selle sisaldus õhus on väga väike, neelab see atmosfääri ülemistes kihtides ultraviolettkiirgust nii tugevalt, et lühemaid laineid kui 0,29 mikronit ei täheldata maapinnal päikesespektris üldse. Päikesekiirguse koguneeldumine osooni poolt ulatub 3%-ni otsesest päikesekiirgusest.
Süsinikdioksiid (süsinikdioksiid) neelab tugevalt kiirgust spektri infrapunapiirkonnas, kuid selle sisaldus atmosfääris on siiski väike, mistõttu on selle otsese päikesekiirguse neeldumine üldiselt madal. Gaasidest on põhiliseks kiirguse neelajaks atmosfääris veeaur, mis on kontsentreeritud troposfääri ja eriti selle alumises osas. Päikese kiirguse koguvoost neelab veeaur kiirgust lainepikkuste vahemikes, mis asuvad spektri nähtavas ja lähiinfrapuna piirkonnas. Pilved ja atmosfääri lisandid neelavad ka päikesekiirgust, s.t. atmosfääris hõljuvad aerosooliosakesed. Üldiselt moodustavad veeauru ja aerosooli neeldumine umbes 15% ja 5% neelavad pilved.
Igas üksikus kohas muutub neeldumine ajas sõltuvalt nii õhus olevate neelavate ainete, peamiselt veeauru, pilvede ja tolmu muutuvast sisaldusest kui ka Päikese kõrgusest horisondi kohal, s.o. õhukihi paksusele, mida kiirte teel Maale läbivad.
Päikese otsene kiirgus, mis on teel läbi atmosfääri, sumbub mitte ainult neeldumise, vaid ka hajumise tõttu ning nõrgeneb oluliselt. Hajumine on fundamentaalne füüsikaline nähtus valguse ja aine vastasmõjus. See võib esineda kõigil elektromagnetilise spektri lainepikkustel, olenevalt hajuvate osakeste suuruse ja langeva kiirguse lainepikkuse suhtest Hajumise ajal "väljastab" elektromagnetlaine levimisrajal asuv osake pidevalt energiat langevast lainest ja kiirgab seda uuesti igas suunas. Seega võib osakest pidada hajutatud energia punktallikaks. Hajumine nimetatakse osa otsesest päikesekiirgusest, mis enne hajumist levib paralleelsete kiirte kujul teatud suunas, muutumist igas suunas liikuvaks kiirguseks. Hajumine toimub optiliselt ebahomogeenses atmosfääriõhus, mis sisaldab vedelate ja tahkete lisandite väikseimaid osakesi – tilgad, kristallid, tillukesed aerosoolid, s.t. keskkonnas, kus murdumisnäitaja on punktiti erinev. Kuid puhas, lisanditeta õhk on ka optiliselt ebahomogeenne keskkond, kuna selles tekivad molekulide termilise liikumise tõttu pidevalt kondensatsioonid ja haruldased ning tiheduse kõikumised. Atmosfääris molekulide ja lisanditega kokku puutudes kaotavad päikesekiired oma lineaarse levimissuuna ja hajuvad. Kiirgus levib hajuvatest osakestest nii, nagu oleksid nad ise kiirgajad.
Hajumisseaduste järgi, eelkõige Rayleighi seaduse järgi, erineb hajutatud kiirguse spektraalne koostis otsekiirguse spektraalsest koostisest. Rayleigh' seadus ütleb, et kiirte hajumine on pöördvõrdeline lainepikkuse neljanda astmega:
S ? = 32? 3 (m-1) / 3n? 4
Kus S? – koefitsient dispersioon; m- murdumisnäitaja gaasis; n– molekulide arv ruumalaühikus; ? - lainepikkus.
Umbes 26% päikesekiirguse koguvoo energiast muudetakse atmosfääris hajutatud kiirguseks. Umbes 2/3 hajutatud kiirgusest jõuab seejärel maapinnale. Kuid see on eriline kiirgus, mis erineb oluliselt otsesest kiirgusest. Esiteks ei tule hajutatud kiirgus maapinnale mitte päikesekettalt, vaid kogu taevavõlvilt. Seetõttu on vaja mõõta selle voolu horisontaalsele pinnale. Seda mõõdetakse ka ühikutes W/m2 (või kW/m2).
Teiseks erineb hajutatud kiirgus otsesest kiirgusest spektraalse koostise poolest, kuna erineva lainepikkusega kiired hajuvad erineval määral. Hajukiirguse spektris muudetakse erinevate lainepikkuste energia suhet otsekiirguse spektriga võrreldes lühema lainepikkusega kiirte kasuks. Mida väiksemad on hajuvad osakesed, seda tugevamalt hajuvad lühilainelised kiired võrreldes pikalaineliste kiirtega.
Kiirguse hajumisega seotud nähtused
Kiirguse hajumist seostatakse selliste nähtustega nagu taeva sinine värvus, hämar ja koit, aga ka nähtavus. Taeva sinine värv on õhu enda värv, mis on tingitud päikesekiirte hajumisest selles. Õhk on õhukese kihina läbipaistev, nii nagu vesi on õhukese kihina läbipaistev. Kuid paksus atmosfääris on õhk sinist värvi, nii nagu vesi juba suhteliselt väikeses paksuses (mitu meetrit) on rohekat värvi. Niisiis, kuidas toimub molekulaarne valguse hajumine pöördvõrdeliselt? 4, siis taevavõlvi poolt saadetud hajutatud valguse spektris nihkub maksimaalne energia siniseks. Kõrgusega, kui õhutihedus väheneb, s.o. hajuvate osakeste arv, taeva värvus muutub tumedamaks ja muutub sügavsiniseks ning stratosfääris - must-violetseks. Mida rohkem on õhus lisandeid, mis on mõõtmetelt suuremad kui õhumolekulid, seda suurem on pikalaineliste kiirte osatähtsus päikesekiirguse spektris ja seda valkjamaks muutub taeva värvus. Kui udu, pilvede ja aerosoolide osakeste läbimõõt on suurem kui 1–2 mikronit, siis ei haju enam kõigi lainepikkustega kiired, vaid peegelduvad võrdselt hajusalt; seetõttu pole udus ja tolmuses pimeduses kaugeid objekte enam kaetud sinise, vaid valge või halli kardinaga. Seetõttu näivad pilved, millele langeb päikesevalgus (st valge) valgus valgetena.
Päikesekiirguse hajumisel atmosfääris on suur praktiline tähtsus, kuna see tekitab päevasel ajal hajutatud valgust. Atmosfääri puudumisel Maal oleks valgust ainult sinna, kus otsene päikesevalgus või päikesekiired, mis peegelduvad maapinnalt ja sellel asuvatelt objektidelt, langeksid. Hajutatud valguse tõttu on kogu atmosfäär päeval valgusallikaks: päeval on valgus ka sinna, kuhu päikesekiired otse ei lange ja isegi siis, kui päikest varjavad pilved.
Pärast õhtust päikeseloojangut ei tule pimedus kohe. Taevas, eriti selles horisondi osas, kus Päike on loojunud, jääb heledaks ja saadab maapinnale järk-järgult vähenevat hajutatud kiirgust. Samamoodi helendab taevas hommikul, isegi enne päikesetõusu kõige rohkem päikesetõusu suunas ja saadab maa peale hajutatud valgust. Seda mittetäieliku pimeduse nähtust nimetatakse hämaraks – õhtuks ja hommikuks. Selle põhjuseks on atmosfääri kõrgete kihtide valgustamine horisondi all oleva päikese poolt ja päikesevalguse hajumine nende poolt.
Nn astronoomiline hämarus jätkub õhtul, kuni Päike loojub horisondi alla kell 18; selleks hetkeks on juba nii pime, et nähtavad on ka kõige nõrgemad tähed. Astronoomiline hommikuhämarus algab siis, kui päike on horisondi all samas asendis. Õhtuse astronoomilise hämaruse esimest osa või hommikuhämaruse viimast osa, mil päike on horisondist vähemalt 8° allpool, nimetatakse tsiviilhämaraks. Astronoomilise hämaruse kestus varieerub sõltuvalt laiuskraadist ja aastaajast. Keskmistel laiuskraadidel on see 1,5–2 tundi, troopikas vähem, ekvaatoril veidi kauem kui üks tund.
Suvel kõrgetel laiuskraadidel ei pruugi päike üldse horisondist allapoole langeda või vajuda väga madalale. Kui päike langeb horisondist alla 18 kraadi, siis täielikku pimedust ei teki üldse ja õhtuhämarus sulandub hommikusega. Seda nähtust nimetatakse valgeteks öödeks.
Hämarusega kaasnevad ilusad, kohati väga suurejoonelised taeva värvimuutused Päikese poole. Need muutused algavad enne päikeseloojangut ja jätkuvad pärast päikesetõusu. Neil on üsna loomulik iseloom ja neid nimetatakse koiduks. Koidu iseloomulikud värvid on lilla ja kollane. Kuid koidiku värvivarjundite intensiivsus ja mitmekesisus varieeruvad suuresti sõltuvalt aerosoollisandite sisaldusest õhus. Samuti on mitmekesised pilvede valgustuse toonid õhtuhämaruses.
Päikese vastas olevas taevaosas on täheldatav vastukoit, samuti värvitoonide muutusega, kus on ülekaalus lilla ja lillakasvioletne. Pärast päikeseloojangut ilmub sellesse taevaosasse Maa vari: kõrgusele ja külgedele kasvav hallikassinine segment. Koidu nähtusi seletatakse valguse hajumisega atmosfääri aerosoolide väikseimate osakeste poolt ja valguse difraktsiooniga suuremate osakeste poolt.
Kaugemad objektid on vähem nähtavad kui lähedased ja mitte ainult seetõttu, et nende näiv suurus väheneb. Isegi väga suured objektid, mis asuvad vaatlejast teatud kaugusel, muutuvad halvasti nähtavaks atmosfääri hägususe tõttu, mille kaudu nad on nähtavad. Selle hägususe põhjustab valguse hajumine atmosfääris. On selge, et see suureneb koos aerosoolide lisandite sisalduse suurenemisega õhus.
Paljudel praktilistel eesmärkidel on väga oluline teada, millisel kaugusel õhukardina taga olevate objektide piirjooned enam eristatavad. Kaugust, milleni objektide piirjooned ei ole enam atmosfääris eristatavad, nimetatakse nähtavusvahemikuks või lihtsalt nähtavuseks. Nähtavusvahemik määratakse kõige sagedamini silma järgi, kasutades teatud, eelnevalt valitud objekte (tume taeva taustal), mille kaugus on teada. Nähtavuse määramiseks on ka mitmeid fotomeetrilisi instrumente.
Väga puhtas, näiteks arktilise päritoluga õhus võib nähtavus ulatuda sadadesse kilomeetritesse, kuna sellises õhus olevate objektide valguse nõrgenemine toimub peamiselt õhumolekulide hajumise tõttu. Palju tolmu või kondensatsiooniprodukte sisaldavas õhus võib nähtavusala väheneda mitme kilomeetri või isegi meetrini. Nii on kerges udus nähtavuse vahemik 500–1000 m ning tihedas udus või tugevas liivapurskes võib see väheneda kümnete või isegi mitme meetrini.
Kogukiirgus, päikesekiirguse peegeldus, neeldunud kiirgus, PAR, Maa albeedo
Kogu maapinnale tulevat päikesekiirgust – otsest ja hajusat – nimetatakse kogukiirguseks. Seega kogu kiirgus
K = S* patt h + D,
Kus S– energiavalgustus otsese kiirgusega,
D– energiavalgustus hajutatud kiirgusega,
h- Päikese kõrgus merepinnast.
Pilveta taeva all varieerub summaarne kiirgus päevane maksimumiga keskpäeva paiku ja aastane kõikumine maksimumiga suvel. Osaline pilvisus, mis ei kata päikeseketast, suurendab kogukiirgust võrreldes pilvitu taevaga; täielik pilvisus, vastupidi, vähendab seda. Keskmiselt vähendab pilvisus kogukiirgust. Seetõttu on suvel kogukiirguse saabumine pärastlõunal keskmiselt suurem kui pärastlõunal. Samal põhjusel on see esimesel poolaastal kõrgem kui teisel poolaastal.
S.P. Khromov ja A.M. Petrosyants annab keskpäevased kogukiirguse väärtused Moskva lähistel pilvitu taevaga suvekuudel: keskmiselt 0,78 kW/m2, päikese ja pilvedega 0,80, pidevate pilvedega 0,26 kW/m2.
Maapinnale langedes neeldub kogukiirgus enamasti ülemises õhukeses mullakihis või paksemas veekihis ja muutub soojuseks ning peegeldub osaliselt. Päikesekiirguse peegeldumine maapinnalt sõltub selle pinna iseloomust. Peegeldunud kiirguse ja antud pinnale langeva kiirguse koguhulga suhet nimetatakse pinna albeedoks. Seda suhet väljendatakse protsentides.
Niisiis, kogu kiirguse koguvoost ( S patt h + D) osa sellest peegeldub maapinnalt ( S patt h + D)Ja kus A– pinnapealne albeedo. Ülejäänud kogukiirgus ( S patt h + D) (1 – A) neeldub maapinnast ja läheb ülemiste pinnase- ja veekihtide soojendamiseks. Seda osa nimetatakse neeldunud kiirguseks.
Mullapinna albeedo varieerub 10–30% piires; märjas tšernozemis väheneb see 5%-ni ja kuivas heledas liivas võib suureneda kuni 40%-ni. Mulla niiskuse suurenedes albeedo väheneb. Taimkatte albeedo - metsad, niidud, põllud - on 10–25%. Värskelt sadanud lume pinna albeedo on 80–90%, kaua seisnud lumel umbes 50% ja madalam. Sileda veepinna albeedo otsese kiirguse korral varieerub mõnest protsendist (kui Päike on kõrgel) kuni 70%-ni (kui see on madal); oleneb ka põnevusest. Hajuskiirguse korral on veepindade albeedo 5–10%. Maailma ookeani pinna albeedo on keskmiselt 5–20%. Pilvede ülemise pinna albeedo ulatub olenevalt pilvkatte tüübist ja paksusest mõnest protsendist 70–80%-ni – keskmiselt 50–60% (S.P. Khromov, M.A. Petrosyants, 2004).
Toodud joonised viitavad päikesekiirguse peegeldusele, mitte ainult nähtavale, vaid kogu selle spektrile. Fotomeetrilised vahendid mõõdavad albeedot ainult nähtava kiirguse puhul, mis muidugi võib kogu kiirgusvoo albeedost veidi erineda.
Valdav osa maapinnalt ja pilvede ülapinnalt peegelduvast kiirgusest läheb atmosfäärist väljapoole avakosmosesse. Osa (umbes kolmandik) hajutatud kiirgusest pääseb ka avakosmosesse.
Kosmosesse pääseva peegeldunud ja hajutatud päikesekiirguse suhet atmosfääri siseneva päikesekiirguse koguhulgasse nimetatakse Maa planetaarseks albeedoks või lihtsalt. Maa albeedo.
Üldiselt on Maa planeedi albeedo hinnanguliselt 31%. Maa planeedi albeedo põhiosa moodustab päikesekiirguse peegeldumine pilvedelt.
Osa otsesest ja peegeldunud kiirgusest osaleb taimede fotosünteesi protsessis, mistõttu seda nimetatakse nn. fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus (PAR). PAR – osa lühilainekiirgusest (380–710 nm), mis on fotosünteesi ja taimede tootmisprotsessi suhtes kõige aktiivsem, on esindatud nii otsese kui ka hajutatud kiirgusega.
Taimed on võimelised tarbima otsest päikesekiirgust ning peegelduvad taeva- ja maaobjektidelt lainepikkuste vahemikus 380–710 nm. Fotosünteetiliselt aktiivse kiirguse voog on ligikaudu pool päikesevoost, s.o. pool kogu kiirgusest, praktiliselt sõltumata ilmastikutingimustest ja asukohast. Kuigi kui Euroopa oludele on tüüpiline väärtus 0,5, siis Iisraeli tingimuste puhul on see veidi kõrgem (umbes 0,52). Siiski ei saa öelda, et taimed kasutaksid PAR-i võrdselt kogu elu jooksul ja erinevates tingimustes. PAR-i kasutamise efektiivsus on erinev, seetõttu pakuti välja näitajad “PAR-i kasutuskoefitsient”, mis kajastab PAR-i kasutamise efektiivsust ja “Fütotsenoosi efektiivsus”. Fütotsenooside efektiivsus iseloomustab taimkatte fotosünteesi aktiivsust. See parameeter on leidnud kõige laialdasema kasutuse metsameeste seas metsa fütotsenooside hindamiseks.
Tuleb rõhutada, et taimed ise on võimelised taimkattes PAR-i moodustama. See saavutatakse tänu lehtede paigutusele päikesekiirte poole, lehtede pöörlemisele, erineva suuruse ja kaldenurgaga lehtede jaotusele fütotsenooside erinevatel tasanditel, s.o. läbi nn taimkatte arhitektuuri. Taimkattes murduvad päikesekiired mitu korda ja peegelduvad lehepinnalt, moodustades seeläbi oma sisemise kiirgusrežiimi.
Taimkatte sees hajutatud kiirgusel on samasugune fotosünteetiline tähtsus kui taimkatte pinnale saabuval otsesel ja hajutatud kiirgusel.
Maapinna kiirgus
Pinnase ja vee ülemised kihid, lumikate ja taimestik ise kiirgavad pikalainelist kiirgust; Seda maapealset kiirgust nimetatakse sagedamini maapinna sisemiseks kiirguseks.
Enesekiirgust saab arvutada, teades maapinna absoluutset temperatuuri. Stefan-Boltzmanni seaduse järgi, võttes arvesse, et Maa ei ole absoluutselt must keha ja seetõttu kehtestada koefitsient? (tavaliselt 0,95), maapinna kiirgus E määratakse valemiga
E s = ?? T 4 ,
Kuhu? - Stefan-Boltzmanni konstant, T- temperatuur, K.
288 K juures E s = 3,73 10 2 W/m2. Nii suur kiirguse vabanemine maapinnalt tooks kaasa selle kiire jahtumise, kui seda ei takistaks pöördprotsess – päikese- ja atmosfäärikiirguse neeldumine maapinnale. Maapinna absoluutsed temperatuurid jäävad vahemikku 190–350 K. Sellistel temperatuuridel on emiteeritud kiirguse lainepikkused praktiliselt vahemikus 4–120 μm ja selle maksimaalne energia esineb 10–15 μm juures. Järelikult on kogu see kiirgus infrapunane, mida silm ei taju.
Vastukiirgus või vastukiirgus
Atmosfäär kuumeneb, neelab nii päikesekiirgust (küll suhteliselt väikeses osas, umbes 15% kogu Maale tulevast kogusest) kui ka enda kiirgust maapinnalt. Lisaks saab ta soojust maapinnalt soojusjuhtivuse kaudu, samuti maapinnalt aurustunud veeauru kondenseerumisel. Kuumutatud atmosfäär kiirgab ennast. Nii nagu maa pind, kiirgab see nähtamatut infrapunakiirgust ligikaudu samas lainepikkuste vahemikus.
Enamik (70%) atmosfääri kiirgusest jõuab maapinnale, ülejäänu läheb avakosmosesse. Maa pinnale jõudvat atmosfäärikiirgust nimetatakse vastukiirguseks E a, kuna see on suunatud maapinna enda kiirgusele. Maa pind neelab läheneva kiirguse peaaegu täielikult (95–99%). Seega on vastukiirgus maapinnale lisaks neeldunud päikesekiirgusele oluline soojusallikas. Vastukiirgus suureneb pilvisuse suurenedes, kuna pilved ise kiirgavad tugevalt.
Peamine aine atmosfääris, mis neelab maapealset kiirgust ja saadab vastukiirgust, on veeaur. See neelab infrapunakiirgust laias spektrivahemikus - 4,5 kuni 80 mikronit, välja arvatud vahemik 8,5 kuni 12 mikronit.
Süsinikoksiid (süsinikdioksiid) neelab infrapunakiirgust tugevalt, kuid ainult kitsas spektri piirkonnas; osoon on nõrgem ja ka spektri kitsas piirkonnas. Tõsi, süsihappegaasi ja osooni neeldumine toimub lainetena, mille energia maakiirguse spektris on maksimumilähedane (7–15 μm).
Vastukiirgus on alati mõnevõrra väiksem kui maapealne. Seetõttu kaotab maa pind soojuse oma ja vastukiirguse positiivse erinevuse tõttu. Maapinna enda kiirguse ja atmosfääri vastukiirguse erinevust nimetatakse efektiivseks kiirguseks E e:
E e = E s – E a.
Efektiivne kiirgus on kiirgusenergia ja seega ka soojuse netokadu maapinnalt öösel. Oma kiirgust saab määrata Stefan-Boltzmanni seaduse järgi, teades maapinna temperatuuri, ja vastukiirgust saab arvutada ülaltoodud valemi abil.
Efektiivne kiirgus selgetel öödel on madalsoojaamades parasvöötmetel umbes 0,07–0,10 kW/m2 ja kõrgmäestikujaamades (kus vastukiirgus on väiksem) kuni 0,14 kW/m2. Suureneva pilvisusega, mis suurendab vastukiirgust, väheneb efektiivne kiirgus. Pilves ilmaga on seda palju vähem kui selge ilmaga; järelikult on maapinna öine jahtumine väiksem.
Tõhus kiirgus on loomulikult olemas ka päevasel ajal. Kuid päeval on see blokeeritud või osaliselt kompenseeritud neeldunud päikesekiirgusega. Seetõttu on maapind päeval soojem kui öösel, kuid päeval on ka efektiivne kiirgus suurem.
Keskmiselt kaotab Maa pind keskmistel laiuskraadidel efektiivse kiirguse kaudu ligikaudu poole soojushulgast, mida ta saab neeldunud kiirgusest.
Neelates maa kiirgust ja saates maapinnale vastukiirgust, vähendab atmosfäär seeläbi viimase jahtumist öösel. Päeval ei takista see vähe maapinna kuumenemist päikesekiirguse toimel. Seda atmosfääri mõju maapinna termilisele režiimile nimetatakse kasvuhoone- ehk kasvuhooneefektiks välise analoogia tõttu kasvuhoone klaasi mõjuga.
Maapinna kiirgusbilanss
Erinevust neeldunud kiirguse ja efektiivse kiirguse vahel nimetatakse maapinna kiirgusbilansiks:
IN=(S patt h + D)(1 – A) – E e.
Öösel, kui kogukiirgust pole, on negatiivne kiirgusbilanss võrdne efektiivse kiirgusega.
Kiirgusbilanss liigub öistest negatiivsetest väärtustest päevastele positiivsetele väärtustele pärast päikesetõusu 10–15° kõrgusel. See läheb positiivsetest negatiivseteks väärtusteks enne päikeseloojangut samal kõrgusel horisondi kohal. Lumikatte olemasolul liigub kiirgusbilanss positiivsetele väärtustele ainult päikese kõrgusel umbes 20–25 o, kuna suure lumealbeedo korral on selle kogukiirguse neeldumine madal. Päeval kiirgusbilanss tõuseb päikese kõrguse suurenedes ja väheneb selle vähenedes.
Moskva kiirgusbilansi keskmised keskpäevased väärtused suvel selge taeva all, andis S.P. Khromov ja M.A. Petrosyants (2004), on umbes 0,51 kW/m2, talvel ainult 0,03 kW/m2, keskmiste pilvisustega suvel umbes 0,3 kW/m2 ja talvel nullilähedased.
1. Millistel saartel elas väljasurnud dodolind?
Mauritius
Komoorid
Seišellid
Maldiivid
2. Millise saare lähedal on täheldatud maailma ookeani kõrgeimat pinnatemperatuuri?
Sokotra
Uus Britannia
Kanaari saared
3. Milline järgmistest keeltest ei ole ülejäänud kolmega seotud?
taani keel
norra keel
soome keel
rootsi keel
4. Millise osa päikesevalgusest neelab Maa pind?
5. Milline järgmistest toodetest ei ole Ghana kaubanduslik ekspordiartikkel?
Kakao oad
Puit
6. Millises järgmistest Prantsusmaa linnadest sajab juulis-augustis kõige vähem sademeid?
Marseilles
7. Millal lagunes Pangea kontinent?
10 miljonit aastat tagasi
50 miljonit aastat tagasi
250 miljonit aastat tagasi
500 miljonit aastat tagasi
8. Mis saarel asub Mayoni vulkaan?
Mindanao
Kalimantan
9. Milline neist väidetest kirjeldab Sofia asukohta kõige täpsemalt?
Doonau jõgikonnas
Balkani mägedes
Rhodope mägedes
Musta mere kaldal
10. Millises linnas asub OPECi peakorter?
Brüssel
Strasbourg
11. Millises Rumeenia ajaloolises piirkonnas on suurem osa elanikkonnast ungarlased?
Valahhia
Moldova
Dobruja
Transilvaania
12. Millisesse merebasseini kuulub Baikali järve vool?
Laptev
Ida-Siber
Beringovo
Karskoe
13. Miks on endine renessansisaar alates 1950. aastast peaaegu kaks korda suurem?
Jõesette
Liustike pindala suurenemine
Veetaseme langus
Kunstlikud muldkehad
14. Kuidas nimetatakse Argentina hõredalt asustatud kuuma ja põuast piirkonda, kus suvel võivad tekkida suured üleujutused?
Gran Chaco
Entre Rios
Patagoonia
15. Millises India osas elavad draviidi keeli kõnelevad rahvad?
Loe
Kirde
16. Millise linna järgi nimetati lennujaam hiljuti ümber? Chiang Kai-shek
Hongkong
17. Millises Kanada provintsis on hiljuti alustatud naftaliivade arendamist?
Ontario
Alberta
Briti Columbia
18. Millisel järgmistest kanalitest ei ole lüüsi?
Kiel
panamalane
St Lawrence'i jõetee
Suess
19. Nahuatli keelt räägivad nende inimeste järeltulijad, kes ehitasid Mehhiko majesteetlikud linnad ja templid. Mis inimesed need on?
Olmec
20. Milline järgmistest linnadest asub Baskimaal?
Guadalajara
Barcelona
Bilbao
21. Millises Hiina provintsis on suurim rahvaarv?
Shandong
Sichuan
22. Millised riigid ühinesid ÜROga pärast 2005. aastat?
Montenegro
Montenegro ja Ida-Timor
Montenegro, Ida-Timor ja Eritrea
23. Milline Suurbritannia osa on kõige vähem asustatud?
Šotimaa
Põhja-Iirimaa
24. Millise Visla kaldal asuva linna ajalooline keskus on kantud UNESCO maailmapärandi nimekirja?
Katowice
Poznan
25. Millises geograafiavaldkonnas Abraham Ortelius end eristas?
Okeanoloogia
Meteoroloogia
Geoloogia
Kartograafia
26. Mis on Martin Boeheimi suurim saavutus?
Maailma esimene trükitud kaart
Maailma esimene maakera
Konformne projektsioon
Muistsete teadmiste entsüklopeedia koostamine
27. Millises riigis on kõige rohkem sisepagulasi?
Horvaatia
Bosnia ja Hertsegoviina
Aserbaidžaan
28. Päev on seotud 1 aastaga ligikaudu samamoodi nagu 1 pikkuskraad:
360 minutit
60 minutit
60 kraadi
Ekvaatori pikkus
29. Millises suunas tuleks liikuda, et jõuda punktist koordinaatidega 12°N. 176° W punktini, mille koordinaadid on 30° N. 174° E?
Kirde poole
Edela poole
Loode poole
Kagu poole
30. Millist järgmistest iseloomustab noorim koorik?
Ida-Aafrika lõhe
Vaikse ookeani idaosa tõus
Kanada kilp
Amazonase bassein
31. Milliseid tektooniliste plaatide liikumisi täheldatakse San Andrease murrangu tsoonis?
Plaadi kokkupõrge
Plaatide libisemine
Erinevate plaatide tõstmine ja langetamine
Plaatide horisontaalne nihkumine eri suundades mööda ühte telge
32. Millises neist riikidest on rahvastiku rände vähenemine?
Iirimaa
33. Kui suur osa maailma elanikkonnast elab linnapiirkondades?
34. Milline järgmistest riikidest on turistide arvult liider?
Prantsusmaa
Vietnam
35. Millistel riikidel ei ole juurdepääsu Maailma ookeanile ja mis piirnevad ainult riikidega, millel pole samuti juurdepääsu maailma ookeanile?
Usbekistan
Usbekistan ja Liechtenstein
Usbekistan, Liechtenstein ja Ungari
Usbekistan, Liechtenstein, Ungari ja Kesk-Aafrika Vabariik
36. Milline järgmistest kivimitest on moondekujuline?
Lubjakivi
Basalt
37. Mis laiuskraadil asub lõuna magnetpoolus?
38. Milline järgmistest saartest on korallide päritolu?
Hokkaido
Kiritimati
Seišellid
39. Milline neist väidetest ei vasta Costa Rica kohta tõele?
Tavaarmee puudumine
Kõrge kirjaoskuse tase
Põlisrahvastiku suur osakaal
Valge elanikkonna suur osakaal
40. Miks ei saa topograafilisteks arvutusteks kasutada Gerhard Mercatori silindrilist projektsiooni?
Objektide alad ekvaatoril on moonutatud
Kõrgetel laiuskraadidel olevate objektide alad on moonutatud
Nurgad on moonutatud
Kraadiruudustik on moonutatud
41. Millistes riikides on territoriaalne vaidlus piki 22° põhjalaiust kulgeva piiri üle?
India ja Pakistan
USA ja Kanada
Egiptus ja Sudaan
Namiibia ja Angola
42. Millised riigid lõpetasid hiljuti vaidluse Bakassi poolsaare naftarikka piirkonna üle?
Nigeeria ja Kamerun
Kongo DV ja Angola
Gabon ja Kamerun
Guinea ja Sierra Leone
43. Milline näidatud kaardi mõõtkavadest kuvab maastikku kõige detailsemalt?
44. Mis on Singapuri asustustihedus?
3543 inimest/km 2
6573 inimest/km 2
7350 inimest/km 2
9433 inimest/km 2
45. Kui suur on nelja enim asustatud riigi osatähtsus Maa rahvastikust?
46. Milliseid kliimavööndeid läbite Darwinist Alice Springsi reisides?
Parasvöötme mereline, subekvatoriaalne niiske, subekvatoriaalne kuiv, troopiline kuiv
Subekvatoriaalne kuiv, troopiline kuiv, troopiline kõrb
Subekvatoriaalne niiske, subekvatoriaalne kuiv, troopiline kuiv
Subekvatoriaalne niiske, subekvatoriaalne kuiv, troopiline kuiv, troopiline kõrb
47. Millise seisundiga saab taifuunide mõju kõrvaldada?
Asukoht ekvaatoril
Asub põhjalaiusel 15°
Mere kohal olemine
Troopikas viibimine
48. Millal on Zambezi jõe kõrgeim veetase?
49. Millest on tingitud Amazonase Rio Negro lisajõe vee must-punane värvus?
Tööstuslik veereostus jões
Taimses allapanus sisalduvad tanniinid
Andidest pärit kivimid
Ekvatoriaalmuldade veeerosioon
50. Punkt koordinaatidega 18° S. 176° W asub saartel:
Caroline
Seltsid
Havai
Valige allolevast riikide loendist 5 kõrgeima sündimuse määraga riiki ja järjestage need riigid kahanevas järjekorras:
Iisrael
Guatemala
Hispaania
Valige allolevast riikide loendist 5 pikima rannajoonega riiki ja järjestage need nende väärtuse kahanevas järjekorras:
Malaisia
Austraalia
Ukraina
Indoneesia
Venezuela
Brasiilia
Bangladesh
Costa Rica
Märkige kaardil 5 enim asustatud riiki Lõuna-Ameerikas.
Märkige kaardil 5 Aafrika riiki, kus põgenike väljavool on suurim.
VASTUSED
1 - Mauritius
2 - Sokotra
3 - soome keel
4 - umbes 50%
6 - Marseille
7 - Lähim vastus on "250 miljonit aastat tagasi".
9 – Testi sõnastust ei saa pidada õigeks. Valik "Doonau jõgikonnas" on täiesti õige, kuid mitte täpne: selline positsiooni määratlus ei keskendu Sofiale. Valik “Balkani mägedes” näitab asukohta täpsemalt, “Balkani mägede” mõiste ise on aga ebamäärane.
11 - Transilvaania
12 - Karskoe
13 – veetaseme langus
14 - Patagoonia
16 - Taipei
17 - Alberta
18 - Suess
19 – asteegid
20 - Bilbao
21 - Sichuan
22 - Montenegro
23 - Šotimaa
24 - Krakov
25 - Kartograafia
26 - Maakera
27 – Bosnia ja Hertsegoviina
28 - Ekvaatori pikkus
29 - Loodes
30 – Vaikse ookeani idaosa tõus
31 – horisontaalne nihe...
32 – Ilmselt viitab see Iraanile, kuigi täpsed andmed puuduvad.
33 - 49% (kuigi 2007. aasta arvutused näitavad, et linlaste arv on juba üle 50%).
34 - Prantsusmaa
35 – Usbekistan ja Liechtenstein
36 - Marmor
38 - Kiritimati
39 – regulaararmee puudumine. Teisi märke ei saa aga tagasi lükata, sest Sõna "kõrge" tähendus pole määratletud. Test on vale.
40 – kõrgetel laiuskraadidel olevate objektide alad on moonutatud. Kuid 4. variant pole mõttetu. Test on vale.
41 – Egiptus ja Sudaan
42 – Nigeeria ja Kamerun
44 - 7350. Aga selliseid küsimusi esitada ei saa.
45 – umbes 43%
46 - 2. vastus
47 – ekvaatoril
49 - Tanniinid
Niger, Egiptus, Jeemen, Lõuna-Aafrika Vabariik, Laos, Malaisia, Austraalia, Rootsi, Indoneesia, Brasiilia. Ülesanne on aga vale. Rannajoone pikkus on põhimõtteliselt mõõtmatu suurus. cm: K.S. Lazarevitš. Rannajoone pikkus//Geograafia, nr/2004.
Küsimuste sõnastus on mälu järgi ja võib veidi erineda algsetest: USA National Geographic Society ei väljasta ülesandeid ei võistlustel osalejatele ega meeskonnajuhtidele.
Väide, et ungarlased moodustavad Transilvaanias enamuse, on vaieldav. Rumeenlastel on selles küsimuses erinev seisukoht.
