Saulės, žemės ir atmosferos spinduliuotė. Klimatologija ir meteorologai Saulės energijos potencialas
1 paveikslas – Saulės spinduliuotės intensyvumo (energijos) pokyčių pakeliui į karštą saulės druskos tvenkinio sūrymą histograma.
Įvairių saulės spindulių aktyvaus panaudojimo efektyvumui įvertinti nustatysime, kurie iš natūralių, žmogaus sukeltų ir eksploatacinių veiksnių turi teigiamą, o kurie neigiamą įtaką saulės spinduliuotės koncentracijai (įvesties padidėjimui) tvenkinyje. ir jo kaupimasis karštu sūrymu.
Žemė ir atmosfera per metus iš Saulės gauna 1,3∙1024 cal šilumos. Jis matuojamas intensyvumu, t.y. spinduliavimo energijos kiekis (kalorijomis), kuris ateina iš Saulės per laiko vienetą, tenkantį paviršiaus plotui, statmenam saulės spinduliams.
Saulės spinduliavimo energija Žemę pasiekia tiesioginės ir difuzinės spinduliuotės pavidalu, t.y. viso Jį sugeria žemės paviršius ir ne visiškai paverčiama šiluma, dalis jos prarandama atspindėtos spinduliuotės pavidalu.
Tiesioginė ir išsklaidyta (bendra), atspindėta ir sugerta spinduliuotė priklauso trumpųjų bangų spektro daliai. Kartu su trumpųjų bangų spinduliuote į žemės paviršiaus atkeliauja ilgųjų bangų spinduliuotė iš atmosferos (priešinė spinduliuotė), savo ruožtu žemės paviršius skleidžia ilgųjų bangų spinduliuotę (savo spinduliuotę).
Tiesioginė saulės spinduliuotė reiškia pagrindinį natūralų energijos tiekimo saulės druskos tvenkinio vandens paviršiui veiksnį. Saulės spinduliuotė, patenkanti į aktyvųjį paviršių lygiagrečių spindulių pluošto, sklindančio tiesiai iš Saulės disko, pavidalu, vadinama tiesiogine saulės spinduliuote. Tiesioginė saulės spinduliuotė priklauso trumpųjų bangų spektro daliai (kurių bangos ilgis nuo 0,17 iki 4 mikronų; iš tikrųjų 0,29 mikrono bangos ilgio spinduliai pasiekia žemės paviršių).
Saulės spektrą galima suskirstyti į tris pagrindinius regionus:
Ultravioletinė spinduliuotė (- matoma spinduliuotė (0,4 µm - infraraudonoji spinduliuotė (> 0,7 µm) - 46% intensyvumas. Artimoji infraraudonoji sritis (0,7 µm)) Kai bangos ilgis didesnis nei 2,5 µm, silpna nežemiška spinduliuotė yra intensyviai sugeriama, todėl tik CO2 a ir vanduo nedidelė šio diapazono saulės energijos dalis pasiekia Žemės paviršių.
Beveik jokios tolimosios infraraudonosios (>12 µm) saulės spinduliuotės nepasiekia Žemės.
Saulės energijos panaudojimo Žemėje požiūriu reikėtų atsižvelgti tik į 0,29–2,5 µm bangų ilgio spinduliuotę. Dauguma saulės energijos už atmosferos yra 0,2–4 µm bangų ilgių diapazone, o Žemėje. paviršius – 0,29 – 2,5 µm diapazone.
Pažiūrėkime, kaip jie perskirstomi bendras vaizdas, energijos srautai, kuriuos Saulė suteikia Žemei. Paimkime 100 įprastų saulės energijos vienetų (1,36 kW/m2), patenkančių į Žemę, ir pasekime jų keliais atmosferoje. Vieną procentą (13,6 W/m2), trumpąjį saulės spektro ultravioletinį spindulių, sugeria egzosferoje ir termosferoje esančios molekulės, jas kaitindamos. Dar tris procentus (40,8 W/m2) artimos ultravioletinės spinduliuotės sugeria stratosferos ozonas. Saulės spektro infraraudonoji uodega (4% arba 54,4 W/m2) lieka viršutiniuose troposferos sluoksniuose, kuriuose yra vandens garų (viršuje vandens garų praktiškai nėra).
Likusios 92 saulės energijos dalys (1,25 kW/m2) patenka į 0,29 mikrono atmosferos „skaidrumo langą“. Atmosferoje išsklaidytą šviesos galią (iš viso 48 dalys arba 652,8 W/m2) ji iš dalies sugeria (. 10 dalių arba 136 W /m2), o likusi dalis paskirstoma tarp Žemės paviršiaus ir kosmoso. Į kosmosą patenka daugiau, nei pasiekia paviršių, 30 dalių (408 W/m2) aukštyn, 8 dalys (108,8 W/m2) žemyn.
Tai apibūdino bendrą, vidutinį saulės energijos persiskirstymo Žemės atmosferoje vaizdą. Tačiau tai neleidžia išspręsti konkrečių problemų, susijusių su saulės energijos panaudojimu žmogaus poreikiams tenkinti konkrečioje jo gyvenamojoje ir darbo vietoje, ir štai kodėl.
Žemės atmosfera geriau atspindi įstrižus saulės spindulius, todėl valandinė insoliacija ties pusiauju ir vidutinėse platumose yra daug didesnė nei didelėse platumose.
Saulės aukščio vertės (aukštis virš horizonto) 90, 30, 20 ir 12 ⁰ (atmosferos oro (optinė) masė (m) atitinka 1, 2, 3 ir 5), kai atmosfera be debesų atitinka iki maždaug 900, 750, 600 ir 400 W/m2 intensyvumo (esant 42 ⁰ - m = 1,5 ir esant 15 ⁰ - m = 4). Tiesą sakant, visa krentančios spinduliuotės energija viršija nurodytas reikšmes, nes ji apima ne tik tiesioginį komponentą, bet ir išsklaidytą spinduliuotės intensyvumo horizontaliajame paviršiuje tokiomis sąlygomis komponentą, išsibarsčiusį 1, 2, 3 oro masėmis. ir 5, atitinkamai lygus 110, 90, 70 ir 50 W/m2 (su koeficientu 0,3 - 0,7 vertikaliai plokštumai, nes matoma tik pusė dangaus). Be to, dangaus vietose, esančiose arti Saulės, ≈ 5⁰ spinduliu yra „apvalioji aureolė“.
Dienos saulės spinduliuotės kiekis yra didžiausias ne ties pusiauju, o šalia 40⁰. Šis faktas taip pat yra Žemės ašies pasvirimo į savo orbitos plokštumą pasekmė. Vasaros saulėgrįžos metu Saulė tropikuose yra virš galvos beveik visą dieną, o dienos šviesos trukmė yra 13,5 valandos, daugiau nei ties pusiauju lygiadienio dieną. Didėjant geografinei platumai, dienos ilgis ilgėja ir, nors saulės spinduliuotės intensyvumas mažėja, didžiausia dienos insoliacijos vertė būna maždaug 40⁰ platumoje ir išlieka beveik pastovi (be debesų dangaus sąlygomis) iki poliarinio rato.
Atsižvelgiant į daugeliui pasaulio šalių būdingą debesuotumą ir atmosferos taršą iš pramoninių atliekų, lentelėje pateiktos vertės turėtų būti sumažintos bent perpus. Pavyzdžiui, Anglijai XX amžiaus 70-aisiais, prieš prasidedant kovai už apsaugą aplinką, metinis saulės spinduliuotės kiekis buvo tik 900 kWh/m2 vietoj 1700 kWh/m2.
Pirmuosius duomenis apie Baikalo ežero atmosferos skaidrumą gavo V.V. Bufalas 1964 m Tai parodė, kad tiesioginės saulės spinduliuotės vertės virš Baikalo yra vidutiniškai 13% didesnės nei Irkutske. Vidutinis Šiaurės Baikalo atmosferos spektrinis skaidrumo koeficientas vasarą yra atitinkamai 0,949, 0,906, 0,883 raudonos, žalios ir mėlynos spalvos filtrams. Vasarą atmosfera yra optiškai nestabilesnė nei žiemą, ir šis nestabilumas labai skiriasi nuo popietės iki popietės. Priklausomai nuo metinio vandens garų ir aerozolių slopinimo eigos, keičiasi ir jų indėlis į bendrą saulės spinduliuotės slopinimą. Šaltuoju metų laiku pagrindinį vaidmenį atlieka aerozoliai, šiltuoju – vandens garai. Baikalo baseinas ir Baikalo ežeras išsiskiria gana dideliu vientisu atmosferos skaidrumu. Esant optinei masei m = 2, vidutinės skaidrumo koeficiento reikšmės svyruoja nuo 0,73 (vasarą) iki 0,83 (žiemą). Tuo pačiu metu kasdieniai atmosferos skaidrumo pokyčiai yra dideli vidurdienį - nuo 0,67 iki 0,77. Aerozoliai žymiai sumažina tiesioginės saulės spinduliuotės patekimą į tvenkinio akvatoriją ir daugiausia sugeria spinduliuotę iš matomo spektro, kurio bangos ilgis lengvai praeina per šviežią tvenkinio sluoksnį, o tai būtina kaupimuisi. saulės energijos prie tvenkinio Gera vertė. (1 cm storio vandens sluoksnis yra praktiškai nepralaidus infraraudoniesiems spinduliams, kurių bangos ilgis didesnis nei 1 mikronas). Todėl kelių centimetrų storio vanduo naudojamas kaip nuo karščio apsaugantis filtras. Stiklo infraraudonosios spinduliuotės perdavimo ilgosios bangos riba yra 2,7 mikrono.
Daugybė dulkių dalelių, laisvai pernešamų per stepę, taip pat mažina atmosferos skaidrumą.
Elektromagnetinę spinduliuotę skleidžia visi įkaitę kūnai, ir kuo kūnas šaltesnis, tuo mažesnis spinduliavimo intensyvumas ir kuo toliau į ilgųjų bangų sritį pasislenka jo spektro maksimumas. Yra labai paprastas ryšys [ = 0,2898 cm∙deg. (Vieno dėsnis)], kurio pagalba nesunku nustatyti, kur yra didžiausia kūno spinduliuotė su temperatūra (⁰K). Pavyzdžiui, žmogaus kūnas, kurio temperatūra yra 37 + 273 = 310 ⁰K, skleidžia infraraudonuosius spindulius, kurių didžiausia vertė yra 9,3 μm. O, pavyzdžiui, saulės džiovyklos, kurios temperatūra yra 90 ⁰C, sienos skleis infraraudonuosius spindulius, kurių didžiausia vertė yra 8 mikronai. Matoma saulės spinduliuotė (0,4 mikrono) Vienu metu didelė pažanga buvo perėjimas nuo kaitrinės elektrinės lempos su anglies siūlu prie modernios lempos su volframo siūlu , o volframo - iki 2500 ⁰K Kodėl tokie svarbūs 400 ⁰K Esmė ta, kad kaitrinės lempos paskirtis yra ne šildyti, o suteikti šviesą Kreivės maksimumas būtų matomas, jei būtų toks siūlas, kuris atlaikytų saulės paviršiaus temperatūrą.
Kiekvienas gali pajusti infraraudonuosius spindulius, sklindančius iš vos iki 60–70 ⁰C įkaitinto kūno, padėjęs delną iš apačios (kad būtų pašalinta šiluminė konvekcija). Tiesioginės saulės spinduliuotės patekimas į tvenkinio akvatoriją atitinka jos patekimą į horizontalų švitinimo paviršių. Tuo pačiu metu tai, kas išdėstyta pirmiau, rodo kiekybinių atvykimo konkrečiu momentu charakteristikų neapibrėžtumą, tiek sezoninį, tiek kasdieninį. Vienintelė pastovi charakteristika yra Saulės aukštis (optinė atmosferos masė).
Saulės spinduliuotės kaupimasis prie žemės paviršiaus ir tvenkinio labai skiriasi.
Natūralūs Žemės paviršiai turi skirtingus atspindinčius (sugeriančius) gebėjimus. Taigi tamsūs paviršiai (chernozem, durpynai) turi mažą albedo vertę, apie 10%. (Paviršiaus albedas yra spinduliuotės srauto, kurį šis paviršius atspindi į aplinkinę erdvę, santykis su srautu, patenkančiu į jį).
Šviesūs paviršiai (baltas smėlis) turi didelį albedą, 35 – 40 proc. Paviršių su žolės danga albedas svyruoja nuo 15 iki 25%. Lapuočių miško lajų albedas vasarą siekia 14–17 proc., o spygliuočių – 12–15 proc. Paviršiaus albedas mažėja didėjant saulės aukščiui.
Vandens paviršių albedas svyruoja nuo 3 iki 45%, priklausomai nuo Saulės aukščio ir susijaudinimo laipsnio.
Kai vandens paviršius ramus, albedas priklauso tik nuo Saulės aukščio (2 pav.).
2 pav. Ramaus vandens paviršiaus saulės spinduliuotės atspindžio priklausomybė nuo Saulės aukščio.
Saulės spinduliuotės patekimas ir perėjimas per vandens sluoksnį turi savo ypatybes.
Apskritai vandens (jo tirpalų) optinės savybės matomoje saulės spinduliuotės srityje pateiktos 3 pav.
3 pav. Vandens (jo tirpalų) optinės savybės matomoje saulės spinduliuotės srityje
Ties plokščia dviejų terpių, oro – vandens, riba, stebimi šviesos atspindžio ir lūžio reiškiniai.
Kai šviesa atsispindi, krentantis spindulys, atsispindėjęs spindulys ir statmenas atspindinčiam paviršiui, atkurtas spindulio kritimo taške, yra toje pačioje plokštumoje, o atspindžio kampas yra lygus kritimo kampui. Refrakcijos atveju krintantis spindulys, statmenas, atkurtas spindulio kritimo taške į sąsają tarp dviejų terpių, ir lūžęs spindulys yra toje pačioje plokštumoje. Kritimo kampas ir lūžio kampas (4 pav.) yra susiję su /, kur yra antrosios terpės absoliutus lūžio rodiklis ir yra pirmasis. Kadangi orui, formulė įgis tokią formą
4 pav. Spindulių lūžimas pereinant iš oro į vandenį
Kai spinduliai pereina iš oro į vandenį, jie artėja prie „kritimo statmens“; pavyzdžiui, spindulys, krintantis į vandenį kampu statmenai vandens paviršiui, patenka į jį kampu, mažesniu nei (4 pav., a). Bet kai krintantis spindulys, slystantis vandens paviršiumi, krenta ant vandens paviršiaus beveik stačiu kampu statmenai, pavyzdžiui, 89 ⁰ ar mažesniu kampu, tada jis patenka į vandenį kampu, mažesniu nei tiesi linija, būtent tik 48,5 ⁰ kampu. Esant didesniam nei 48,5 ⁰ kampui statmenai, spindulys negali patekti į vandenį: tai yra vandens „ribinis“ kampas (4 pav., b).
Vadinasi, spinduliai, krentantys ant vandens visais įmanomais kampais, po vandeniu suspaudžiami į gana tankų kūgį, kurio atsidarymo kampas yra 48,5 ⁰ + 48,5 ⁰ = 97 ⁰ (4 pav., c). Be to, vandens lūžimas priklauso nuo jo temperatūros, tačiau šie pokyčiai yra tokie nežymūs, kad negali būti įdomūs inžinerinei praktikai nagrinėjama tema.
Dabar eikime atgal (iš taško P) grįžtančių spindulių keliu – iš vandens į orą (5 pav.). Pagal optikos dėsnius, keliai bus vienodi, o visi spinduliai, esantys minėtame 97 laipsnių kūgiame, išeis į orą skirtingais kampais, pasiskirstę per visą 180 laipsnių erdvę virš vandens. Povandeniniai spinduliai, esantys už minėto kampo (97 laipsnių) ribų, neišlįs iš po vandens, o atsispindės visiškai nuo jo paviršiaus, kaip nuo veidrodžio.
5 pav. Spindulių lūžimas pereinant iš vandens į orą
Jei yra tik atspindėtas spindulys, lūžusio spindulio nėra (visiško vidinio atspindžio reiškinys).
Bet koks povandeninis spindulys, kuris susiduria su vandens paviršiumi kampu, didesniu nei „maksimalus“ (t. y. didesniu nei 48,5⁰), ne lūžta, o atsispindi: jis patiria „visišką vidinį atspindį“. Atspindėjimas šiuo atveju vadinamas visišku, nes čia atsispindi visi krintantys spinduliai, o net geriausias poliruotas sidabrinis veidrodis atspindi tik dalį ant jo patenkančių spindulių, o likusius sugeria. Tokiomis sąlygomis vanduo yra idealus veidrodis. Šiuo atveju kalbame apie matomą šviesą. Paprastai tariant, vandens, kaip ir kitų medžiagų, lūžio rodiklis priklauso nuo bangos ilgio (šis reiškinys vadinamas dispersija). Dėl to ribinis kampas, kuriuo atsiranda bendras vidinis atspindys, nėra vienodas įvairiems bangų ilgiams, tačiau matomai šviesai, kai atsispindi vandens ir oro ribose, šis kampas pasikeičia mažiau nei 1⁰.
Dėl to, kad didesniu nei 48,5⁰ kampu statmenai saulės spindulys negali patekti į vandenį: tai yra vandens „ribinis“ kampas (4 pav., b), tada vandens masė per daug nesikeičia. visas saulės aukščių diapazonas nežymiai nei oras – jis visada mažesnis.
Tačiau kadangi vandens tankis yra 800 kartų didesnis už oro tankį, saulės spinduliuotės sugertis vandeniu labai pasikeis. Be to, jei šviesos spinduliuotė praeina per skaidrią terpę, tada tokios šviesos spektras turi tam tikrų savybių. Tam tikros linijos jame yra stipriai susilpnintos, tai yra, atitinkamo ilgio bangas stipriai sugeria atitinkama terpė. Tokie spektrai vadinami sugerties spektrais. Absorbcijos spektro tipas priklauso nuo nagrinėjamos medžiagos.
Kadangi druskų tirpale iš saulės druskos tvenkinio gali būti skirtingos natrio ir magnio chlorido koncentracijos bei jų santykiai, nėra prasmės vienareikšmiškai kalbėti apie absorbcijos spektrus. Nors tyrimų ir duomenų šiuo klausimu gausu.
Pavyzdžiui, SSRS atlikti tyrimai (Ju. Usmanovas), siekiant nustatyti įvairių bangų ilgių spinduliuotės pralaidumą įvairių koncentracijų vandens ir magnio chlorido tirpalams, davė tokius rezultatus (6 pav.). O B.J.Brinkworthas parodo grafinę saulės spinduliuotės sugerties priklausomybę ir saulės spinduliuotės monochromatinį srauto tankį (spinduliavimą) priklausomai nuo bangos ilgių (7 pav.).
Vadinasi, kiekybinis tiesioginės saulės spinduliuotės tiekimas į karštą tvenkinio sūrymą, patekus į vandenį, priklausys nuo: monochromatinės saulės spinduliuotės (spinduliacijos) srauto tankio; nuo Saulės aukščio. Taip pat ant tvenkinio paviršiaus albedo, ant viršutinio saulės druskos tvenkinio sluoksnio grynumo, kurį sudaro gėlo vandens, kurio storis paprastai yra 0,1–0,3 m, kur neįmanoma slopinti maišymosi, tirpalo sudėties, koncentracijos ir storio gradientiniame sluoksnyje (izoliaciniame sluoksnyje, kurio sūrymo koncentracija didėja žemyn), atsižvelgiant į jo grynumą. vanduo ir sūrymas.
Iš 6 ir 7 paveikslų matyti, kad vandens pralaidumas yra didžiausias matomoje saulės spektro srityje. Tai labai palankus veiksnys saulės spinduliuotei prasiskverbti per viršutinį šviežią saulės druskos tvenkinio sluoksnį.
Bibliografija
1 Osadchiy G.B. Saulės energija, jos dariniai ir jų panaudojimo technologijos (Įvadas į atsinaujinančią energetiką) / G.B. Osadchiy. Omskas: IPK Maksheeva E.A., 2010. 572 p.
2 Twydell J. Atsinaujinantys energijos šaltiniai / J. Twydell, A. Weir. M.: Energoatomizdat, 1990. 392 p.
3 Duffy J. A. Šiluminiai procesai naudojant saulės energiją / J. A. Duffy, W. A. Beckman. M.: Mir, 1977. 420 p.
4 Baikalo ir jo baseino klimatiniai ištekliai /Š. P. Ladeiščikovas, Novosibirskas, Nauka, 1976, 318 p.
5 Pikin S. A. Skystieji kristalai / S. A. Pikin, L. M. Blinovas. M.: Nauka, 1982. 208 p.
6 Kitaygorodsky A.I. Fizika visiems: fotonai ir branduoliai / A.I. M.: Nauka, 1984. 208 p.
7 Kuhling H. Fizikos vadovas. / H. Kuhlingas. M.: Mir, 1982. 520 p.
8 Enochovičius A. S. Fizikos ir technologijos vadovas / A. S. Enochovich. M.: Išsilavinimas, 1989. 223 p.
9 Perelman Ya I. Pramoginė fizika. 2 knyga / Ya I. Perelman. M.: Nauka, 1986. 272 p.
Pateikite Rusijos kalnų, įtrauktų į Pamyro-Chukchi juostą, pavyzdį?
4) Įvardykite seniausią epochą?
5) Kokie laikotarpiai yra: triasas, jura, kreidos periodas?
6) Kokiu laikotarpiu ir kokiame amžiuje atsirado pirmieji ropliai?
7) Kokiu laikotarpiu Kainozojaus era ar atsirado beždžionės?
8) Kokios egzogeninės jėgos veikimo rezultate susidaro šios reljefo formos: automobilis, karlingas, lovio, cirko, morenos, avinų kaktos, ereliai, kamos?
9) Kaip vadinasi vienos rūšies naudingųjų iškasenų telkinių sankaupa?
10) Kaip vadinamas ilgalaikis oro modelis?
11) Kaip vadinasi saulės skleidžiama šiluma ir šviesa?
12) Kaip vadinamas klimato kaitos procesas tolstant nuo jūrų ir vandenynų, mažėjant kritulių kiekiui ir didėjant temperatūros svyravimų amplitudei?
13) Kaip vadinasi pasienio juosta, skirianti skirtingų savybių oro mases?
14) Kuriam frontui einant į priekį iškrenta smarkūs krituliai ir stiprūs vėjai?
15) Koks yra pagrindinis temperatūros pokyčių modelis vasarą Rusijoje?
16) Kaip vadinasi drėgmės kiekis, kuris gali išgaruoti iš paviršiaus tam tikromis atmosferos sąlygomis?
17) Iš aprašymo nustatykite Rusijos klimato tipą: būdingas Kaliningrado sričiai; Ar ištisus metus iškrenta gana daug kritulių, o ne šaltos, šlapios žiemos, po kurių seka karštos, šlapios vasaros?
18) Kokios krypties vėjas vyrauja Rusijoje?
19) Kaip vadinasi įdubimo vaga tekanti vandens srovė?
20) Kaip vadinasi reljefo įduba, kuria teka upė?
21) Kaip vadinamas vandens kiekis, pratekantis upės vaga per tam tikrą laikotarpį?
22) Kaip vadinamas laikinas vandens pakilimas upėje?
23) Kaip vadinamas aukščių skirtumas tarp ištakų ir upės žiočių?
24) Pateikite Rusijos upių su pavasario potvyniais pavyzdį?
25) Pateikite Rusijos upių, kuriose vyrauja ledyninė mityba, pavyzdį?
26) Įvardykite baseinui priklausančias upes Ramusis vandenynas?
27) Pateikite drenažo ir bevandenių ežerų Rusijoje pavyzdžių?
28) Pavadinkite Volgos upės rezervuarą?
29) Kaip vadinasi užmirkusi žemės paviršiaus sritis?
30) Kur Rusijoje yra ledo sluoksniai?
31) Kur yra geizerių slėnis Rusijoje?
32) Kaip vadinamas purus paviršinis Žemės sluoksnis, turintis vaisingumą?
33) Kokio tipo dirvožemis būdingas taigos zonai?
34) Kaip tai vadinama Žemdirbystė organizacinių, ekonominių, techninių priemonių, skirtų dirvožemiams pagerinti, rinkinys?
35) Kokios augalijos rūšys yra tundroje?
36) Kokius stepių zonos gyvūnų tipus pažįstate?
37) Pateikite antropogeninių, pramoninių kraštovaizdžių pavyzdžių?
a) į kokį aukštį pakilo lėktuvas, jei lauke temperatūra -30C, o Žemės paviršiuje +12 b) Kokia oro temperatūra Pamyre, jei cliepą papėdėje +36C? Pamyro aukštis – 6 km.
c) Skrydžio Volgogradas-Maskva pilotas pakilo į 2 km aukštį. Kaip atrodo Atmosferos slėgis oras šiame aukštyje, jei žemės paviršiuje jis buvo 750 mm Hg?
1 variantas Atitiktis: slėgio indikatoriai a) 749 mm Hg;1) žemiau normos;
b) 760 mmHg; 2) normalus;
c) 860 mmHg; 3) viršija normalią.
Skirtumas tarp aukščiausios ir žemiausios oro temperatūros verčių
vadinamas:
a) slėgis; b) oro judėjimas; c) amplitudė; d) kondensacija.
3. Netolygaus saulės šilumos pasiskirstymo Žemės paviršiuje priežastis
yra:
a) atstumas nuo saulės; b) sferinis;
c) skirtingas atmosferos sluoksnio storis;
4. Atmosferos slėgis priklauso nuo:
a) vėjo jėga; b) vėjo kryptis; c) oro temperatūrų skirtumai;
d) reljefo bruožai.
Saulė yra savo zenite ties pusiauju:
Ozono sluoksnis yra:
a) troposfera; b) stratosfera; c) mezosfera; d) egzosfera; e) termosfera.
Užpildykite tuščią lauką: žemės oro apvalkalas yra - _________________
8. Kur stebima mažiausia troposferos galia:
a) prie polių; b) vidutinio klimato platumose; c) ties pusiauju.
Sudėkite šildymo etapus teisinga seka:
a) šildyti orą; b) saulės spinduliai; c) žemės paviršiaus įkaitinimas.
Kokiu metu vasarą, esant giedram orui, stebima aukščiausia temperatūra?
oras: a) vidurdienį; b) iki vidurdienio; c) popietę.
10. Užpildykite tuščią lauką: kopiant į kalnus, atmosferos slėgis..., už kiekvieną
10,5 m esant….mmHg.
Apskaičiuokite atmosferos slėgį Narodnaja. (Raskite viršūnių aukštį ties
žemėlapį, paimkite kraujospūdį kalnų papėdėje kaip 760 mm Hg)
Per dieną buvo užfiksuoti šie duomenys:
max t=+2’C, min t=-8’C; Nustatykite amplitudę ir vidutinę dienos temperatūrą.
2 variantas
1. Kalno papėdėje kraujospūdis yra 760 mm Hg. Koks bus slėgis 800 m aukštyje:
a) 840 mm Hg. Art.; b) 760 mm Hg. Art.; c) 700 mm Hg. Art.; d) 680 mm Hg. Art.
2. Apskaičiuojamos vidutinės mėnesio temperatūros:
a) vidutinės paros temperatūros suma;
b) vidutinių paros temperatūrų sumą padalijus iš mėnesio dienų skaičiaus;
c) nuo ankstesnių ir vėlesnių mėnesių temperatūrų sumos skirtumo.
3. Rungtynės:
slėgio indikatoriai
a) 760 mm Hg. Art.; 1) žemiau normos;
b) 732 mm Hg. Art.; 2) normalus;
c) 832 mm Hg. Art. 3) viršija normalią.
4. Netolygaus saulės šviesos pasiskirstymo žemės paviršiuje priežastis
yra: a) atstumas nuo Saulės; b) Žemės sferiškumas;
c) storas atmosferos sluoksnis.
5. Dienos amplitudė yra:
a) bendras temperatūros rodmenų skaičius per dieną;
b) skirtumas tarp aukščiausios ir žemiausios oro temperatūrų
per dieną;
c) temperatūros svyravimai per dieną.
6. Koks prietaisas naudojamas atmosferos slėgiui matuoti:
a) higrometras; b) barometras; c) valdovai; d) termometras.
7. Saulė yra savo zenite ties pusiauju:
8. Atmosferos sluoksnis, kuriame vyksta visi oro reiškiniai:
a) stratosfera; b) troposfera; c) ozonas; d) mezosfera.
9. Atmosferos sluoksnis, nepraleidžiantis ultravioletinių spindulių:
a) troposfera; b) ozonas; c) stratosfera; d) mezosfera.
10. Kokiu metu vasarą giedru oru žemiausia oro temperatūra:
a) vidurnaktį; b) prieš saulėtekį; c) po saulėlydžio.
11. Apskaičiuokite Elbruso kalno kraujospūdį. (Žemėlapyje raskite viršūnių aukštį, kraujospūdį pėdoje
Paimkite kalnus sąlyginai 760 mm Hg. Art.)
12. 3 km aukštyje oro temperatūra = -15 ‘C, tai oro temperatūra
Žemės paviršius:
a) + 5’C; b) +3’C; c) 0’C; d) -4'C.
Šilumos šaltiniai. Šiluminė energija turi lemiamą reikšmę atmosferos gyvenime. Pagrindinis šios energijos šaltinis yra Saulė. Kalbant apie Mėnulio, planetų ir žvaigždžių šiluminę spinduliuotę, ji Žemei yra tokia nereikšminga, kad į ją praktiškai negalima atsižvelgti. Žymiai daugiau šiluminės energijos suteikia vidinė Žemės šiluma. Geofizikų skaičiavimais, nuolatinis šilumos srautas iš Žemės vidaus padidina žemės paviršiaus temperatūrą 0°.1. Bet toks šilumos antplūdis dar toks mažas, kad į jį irgi nereikia atsižvelgti. Taigi vieninteliu šiluminės energijos šaltiniu Žemės paviršiuje galima laikyti tik Saulę.
Saulės radiacija. Saulė, kurios fotosferos (spinduliuojančio paviršiaus) temperatūra yra apie 6000°, spinduliuoja energiją į erdvę visomis kryptimis. Dalis šios energijos didžiulio lygiagrečių saulės spindulių pluošto pavidalu patenka į Žemę. Saulės energija, kuri Žemės paviršių pasiekia tiesioginių saulės spindulių pavidalu, vadinama tiesioginė saulės spinduliuotė. Tačiau ne visa į Žemę nukreipta saulės spinduliuotė pasiekia žemės paviršių, nes saulės spinduliai, praeinantys per storą atmosferos sluoksnį, yra iš dalies sugeriami, dalinai išsklaidomi molekulėmis ir skendinčiomis oro dalelėmis, o dalį atspindi debesys. Ta saulės energijos dalis, kuri išsisklaido atmosferoje, vadinama išsklaidyta spinduliuotė. Išsklaidyta saulės spinduliuotė sklinda per atmosferą ir pasiekia Žemės paviršių. Tokio tipo spinduliuotę suvokiame kaip vienodą dienos šviesą, kai Saulę visiškai dengia debesys arba ji ką tik dingo žemiau horizonto.
Tiesioginė ir išsklaidyta saulės spinduliuotė, pasiekusi Žemės paviršių, nėra visiškai sugeriama. Dalis saulės spinduliuotės atsispindi nuo žemės paviršiaus atgal į atmosferą ir ten randama spindulių srauto pavidalu, taip vadinama. atspindėta saulės spinduliuotė.
Saulės spinduliuotės sudėtis yra labai sudėtinga, kuri yra susijusi su labai aukšta spinduliuojančio Saulės paviršiaus temperatūra. Tradiciškai pagal bangos ilgį saulės spinduliuotės spektras skirstomas į tris dalis: ultravioletinius (η<0,4<μ видимую глазом (η nuo 0,4μ iki 0,76μ) ir infraraudonųjų spindulių dalis (η >0,76μ). Be saulės fotosferos temperatūros, saulės spinduliuotės sudėčiai žemės paviršiuje taip pat įtakos turi dalies saulės spindulių sugėrimas ir išsklaidymas, kai jie praeina pro Žemės oro apvalkalą. Šiuo atžvilgiu saulės spinduliuotės sudėtis viršutinėje atmosferos riboje ir Žemės paviršiuje skirsis. Remiantis teoriniais skaičiavimais ir stebėjimais, nustatyta, kad ties atmosferos riba ultravioletinė spinduliuotė sudaro 5%, matomi spinduliai - 52%, infraraudonieji - 43%. Žemės paviršiuje (40° saulės aukštyje) ultravioletiniai spinduliai sudaro tik 1%, matomi - 40%, infraraudonieji - 59%.
Saulės spinduliuotės intensyvumas. Tiesioginės saulės spinduliuotės intensyvumas suprantamas kaip šilumos kiekis kalorijomis, gaunamas per minutę. nuo Saulės paviršiaus spinduliavimo energijos 1 cm 2, esantis statmenai saulės spinduliams.
Tiesioginės saulės spinduliuotės intensyvumui matuoti naudojami specialūs instrumentai – aktinometrai ir pirheliometrai; Išsklaidytos spinduliuotės kiekis nustatomas piranometru. Automatinis saulės spinduliuotės trukmės registravimas atliekamas aktinografais ir heliografais. Spektrobolografu nustatomas saulės spinduliuotės spektrinis intensyvumas.
Ties atmosferos riba, kur neįtraukiamas Žemės oro apvalkalo sugeriantis ir sklaidantis poveikis, tiesioginės saulės spinduliuotės intensyvumas yra maždaug 2 išmatos iki 1 cm 2 paviršius per 1 min. Šis kiekis vadinamas saulės konstanta. Saulės spinduliuotės intensyvumas 2 išmatos iki 1 cm 2 per 1 min. per metus suteikia tiek šilumos, kad jos pakaktų ištirpdyti ledo sluoksnį 35 m storio jei toks sluoksnis dengtų visą žemės paviršių.
Daugybė saulės spinduliuotės intensyvumo matavimų leidžia manyti, kad saulės energijos kiekis, patenkantis į viršutinę Žemės atmosferos ribą, svyruoja keliais procentais. Virpesiai yra periodiniai ir neperiodiniai, matyt, susiję su procesais, vykstančiais pačioje Saulėje.
Be to, per metus tam tikras saulės spinduliuotės intensyvumo pokytis įvyksta dėl to, kad Žemė savo metiniu sukimu juda ne ratu, o elipse, kurios viename iš židinių yra Saulė. . Šiuo atžvilgiu kinta atstumas nuo Žemės iki Saulės ir dėl to kinta saulės spinduliuotės intensyvumas. Didžiausias intensyvumas stebimas apie sausio 3 d., kai Žemė yra arčiausiai Saulės, o mažiausias – apie liepos 5 d., kai Žemė yra didžiausiu atstumu nuo Saulės.
Dėl šios priežasties saulės spinduliuotės intensyvumo svyravimai yra labai maži ir gali būti svarbūs tik teoriškai. (Energijos kiekis didžiausiu atstumu yra susijęs su energijos kiekiu minimaliu atstumu 100:107, t. y. skirtumas yra visiškai nereikšmingas.)
Žemės rutulio paviršiaus apšvitinimo sąlygos. Vien sferinė Žemės forma lemia tai, kad Saulės spinduliavimo energija žemės paviršiuje pasiskirsto labai netolygiai. Taigi pavasario ir rudens lygiadienio dienomis (kovo 21 ir rugsėjo 23 d.) tik ties pusiauju vidurdienį spindulių kritimo kampas bus 90° (30 pav.), o artėjant prie ašigalių. sumažinti nuo 90 iki 0°. Taigi,
jei ties pusiauju gaunamos spinduliuotės kiekis bus laikomas 1, tai 60-oje lygiagretėje jis bus išreikštas 0,5, o ašigalyje - 0.
Žemės rutulys, be to, turi kasdienį ir metinį judėjimą, o žemės ašis į orbitos plokštumą pasvirusi 66°.5. Dėl šio pokrypio tarp pusiaujo plokštumos ir orbitos plokštumos susidaro 23°30 kampas. Ši aplinkybė lemia, kad saulės spindulių kritimo kampai tose pačiose platumose skirsis 47° (23,5 + 23,5). ).
Priklausomai nuo metų laiko, keičiasi ne tik spindulių kritimo kampas, bet ir apšvietimo trukmė. Jei atogrąžų šalyse dienos ir nakties trukmė visais metų laikais yra maždaug vienoda, tai poliarinėse šalyse, atvirkščiai, ji labai skiriasi. Taigi, pavyzdžiui, 70° Š. w. vasarą Saulė nenusileidžia 65 dienas 80° šiaurės platumos. sh - 134, o prie stulpo -186. Dėl šios priežasties radiacija Šiaurės ašigalyje vasaros saulėgrįžos dieną (birželio 22 d.) yra 36% didesnė nei ties pusiauju. Kalbant apie visą vasaros pusmetį, bendras šilumos ir šviesos kiekis, kurį ašigalyje gauna tik 17% mažiau nei ties pusiauju. Taigi vasarą poliarinėse šalyse apšvietimo trukmė daugiausia kompensuoja radiacijos trūkumą, kuris yra mažo spindulių kritimo kampo pasekmė. Žiemos pusmetį vaizdas visai kitoks: radiacijos kiekis tame pačiame Šiaurės ašigalyje bus lygus 0. Dėl to per metus ašigalyje vidutinis spinduliuotės kiekis yra 2,4 mažesnis nei tame pačiame Šiaurės ašigalyje. pusiaujo. Iš viso to, kas pasakyta, išplaukia, kad saulės energijos kiekį, kurį Žemė gauna per spinduliuotę, lemia spindulių kritimo kampas ir švitinimo trukmė.
Jei skirtingose platumose nebūtų atmosferos, žemės paviršius gautų tokį šilumos kiekį per dieną, išreikštą kalorijomis 1 cm 2(žr. lentelę 92 puslapyje).
Lentelėje pateiktas spinduliuotės pasiskirstymas žemės paviršiuje paprastai vadinamas saulės klimatas. Kartojame, kad tokį radiacijos pasiskirstymą turime tik ties viršutine atmosferos riba.
Saulės spinduliuotės atmosferoje susilpnėjimas. Iki šiol kalbėjome apie saulės šilumos pasiskirstymo žemės paviršiuje sąlygas, neatsižvelgdami į atmosferą. Tuo tarpu atmosfera šiuo atveju turi didelę reikšmę. Saulės spinduliuotė, praeinanti per atmosferą, patiria sklaidą ir, be to, absorbciją. Abu šie procesai kartu reikšmingai susilpnina saulės spinduliuotę.
Saulės spinduliai, eidami per atmosferą, pirmiausia patiria sklaidą (difuziją). Sklaidą sukuria tai, kad šviesos spinduliai, lūžę ir atsispindėję nuo oro molekulių ir ore esančių kietųjų ir skystųjų kūnų dalelių, nukrypsta nuo tiesaus kelio. Į tikrai "išsisklaidys".
Sklaida labai susilpnina saulės spinduliuotę. Didėjant vandens garų ir ypač dulkių dalelių kiekiui, didėja sklaida ir susilpnėja spinduliuotė. Didžiuosiuose miestuose ir dykumose, kur dulkių kiekis ore didžiausias, sklaida susilpnina radiacijos stiprumą 30-45%. Dėl sklaidos gaunama dienos šviesa, kuri apšviečia objektus, net jei saulės spinduliai tiesiogiai ant jų nepatenka. Išsklaidymas lemia ir dangaus spalvą.
Dabar pakalbėkime apie atmosferos gebėjimą sugerti saulės spinduliuojamą energiją. Pagrindinės atmosferą sudarančios dujos sugeria palyginti mažai spinduliavimo energijos. Priemaišos (vandens garai, ozonas, anglies dioksidas ir dulkės), priešingai, pasižymi dideliu sugeriamumu.
Troposferoje didžiausia priemaiša yra vandens garai. Jie ypač stipriai sugeria infraraudonuosius (ilgojo bangos ilgio), t.y., daugiausia šiluminius spindulius. Ir kuo daugiau vandens garų atmosferoje, tuo natūraliai daugiau ir. absorbcija. Vandens garų kiekis atmosferoje labai kinta. Natūraliomis sąlygomis jis svyruoja nuo 0,01 iki 4% (pagal tūrį).
Ozonas turi labai didelę absorbcinę galią. Didelė ozono priemaiša, kaip jau minėta, yra apatiniuose stratosferos sluoksniuose (virš tropopauzės). Ozonas beveik visiškai sugeria ultravioletinius (trumpųjų bangų) spindulius.
Anglies dioksidas taip pat pasižymi dideliu sugerties pajėgumu. Jis daugiausia sugeria ilgųjų bangų, t. y. daugiausia šiluminius spindulius.
Ore esančios dulkės taip pat sugeria dalį saulės spinduliuotės. Kaitinamas saulės spindulių, jis gali žymiai padidinti oro temperatūrą.
Iš viso į Žemę patenkančios saulės energijos atmosfera sugeria tik apie 15 proc.
Saulės spinduliuotės susilpnėjimas atmosferos sklaidos ir sugerties būdu įvairiose Žemės platumose labai skiriasi. Šis skirtumas visų pirma priklauso nuo spindulių kritimo kampo. Saulės zenito padėtyje spinduliai, krisdami vertikaliai, kerta atmosferą trumpiausiu keliu. Mažėjant kritimo kampui, ilgėja spindulių kelias, o saulės spinduliuotės susilpnėjimas tampa reikšmingesnis. Pastarasis aiškiai matomas iš brėžinio (31 pav.) ir pridedamos lentelės (lentelėje saulės spindulio kelias Saulės zenito padėtyje imamas kaip vienas).
Priklausomai nuo spindulių kritimo kampo, keičiasi ne tik spindulių skaičius, bet ir jų kokybė. Per laikotarpį, kai Saulė yra zenite (virš galvos), ultravioletiniai spinduliai sudaro 4 proc.
matomas - 44% ir infraraudonųjų spindulių - 52%. Kai Saulė yra netoli horizonto, ultravioletinių spindulių visiškai nėra, matomi 28%, o infraraudonieji - 72%.
Atmosferos įtakos saulės spinduliuotei sudėtingumą dar labiau apsunkina tai, kad jos perdavimo pajėgumai labai skiriasi priklausomai nuo metų laiko ir oro sąlygų. Taigi, jei dangus visą laiką liktų be debesų, tai kasmetinė saulės spinduliuotės antplūdžio eiga įvairiose platumose galėtų būti grafiškai išreikšta taip (32 pav.) Brėžinyje aiškiai matyti, kad esant be debesų dangui Maskvoje gegužės mėn. Birželio ir liepos mėnesiais daugiau šilumos būtų gaunama iš saulės spinduliuotės nei ties pusiauju. Panašiai gegužės antroje, birželio ir liepos pirmoje pusėje Šiaurės ašigalyje būtų gauta daugiau šilumos nei ties pusiauju ir Maskvoje. Kartojame, kad taip būtų su be debesų dangumi. Tačiau iš tikrųjų tai neveikia, nes debesuotumas žymiai susilpnina saulės spinduliuotę. Pateiksime pavyzdį, pavaizduotą grafike (33 pav.). Grafike matyti, kiek saulės spinduliuotės nepasiekia Žemės paviršiaus: nemažą jos dalį vėluoja atmosfera ir debesys.
Tačiau reikia pasakyti, kad debesų sugeriama šiluma iš dalies sušildo atmosferą, o iš dalies netiesiogiai pasiekia žemės paviršių.
Kasdieniai ir metiniai saulės intensyvumo svyravimaišviesos spinduliuotė. Tiesioginės saulės spinduliuotės intensyvumas Žemės paviršiuje priklauso nuo Saulės aukščio virš horizonto ir nuo atmosferos būklės (jos dulkių kiekio). Jeigu. Jei atmosferos skaidrumas būtų pastovus visą dieną, tai didžiausias saulės spinduliuotės intensyvumas būtų stebimas vidurdienį, o minimalus – saulėtekio ir saulėlydžio metu. Šiuo atveju dienos saulės spinduliuotės intensyvumo grafikas būtų simetriškas pusės paros atžvilgiu.
Dulkių, vandens garų ir kitų priemaišų kiekis atmosferoje nuolat kinta. Šiuo atžvilgiu keičiasi oro skaidrumas ir sutrinka saulės spinduliuotės intensyvumo grafiko simetrija. Dažnai, ypač vasarą, vidurdienį, kai žemės paviršius intensyviai įkaista, kyla galingos aukštyn kylančios oro srovės, atmosferoje didėja vandens garų ir dulkių kiekis. Dėl to labai sumažėja saulės spinduliuotė vidurdienį; Didžiausias spinduliuotės intensyvumas šiuo atveju stebimas priešpiet arba po pietų. Kasmetinė saulės spinduliuotės intensyvumo kaita taip pat susijusi su Saulės aukščio virš horizonto pokyčiais ištisus metus ir su atmosferos skaidrumo būkle įvairiais metų laikais. Šiaurės pusrutulio šalyse didžiausias Saulės aukštis virš horizonto būna birželio mėnesį. Tačiau tuo pat metu pastebimas didžiausias atmosferos dulkėtumas. Todėl didžiausias intensyvumas dažniausiai būna ne vasaros viduryje, o pavasario mėnesiais, kai Saulė pakyla gana aukštai* virš horizonto, o atmosfera po žiemos išlieka gana skaidri. Norėdami iliustruoti kasmetinį saulės spinduliuotės intensyvumo svyravimą šiauriniame pusrutulyje, pateikiame duomenis apie mėnesio vidutines vidurdienio spinduliuotės intensyvumo vertes Pavlovske.
Saulės spinduliuotės šilumos kiekis. Dienos metu Žemės paviršius nuolat gauna šilumą nuo tiesioginės ir išsklaidytos saulės spinduliuotės arba tik iš difuzinės spinduliuotės (esant debesuotam orui). Paros šilumos kiekis nustatomas remiantis aktinometriniais stebėjimais: atsižvelgiant į tiesioginės ir išsklaidytos spinduliuotės kiekį, gaunamą žemės paviršiuje. Nustačius šilumos kiekį kiekvienai parai, apskaičiuojamas šilumos kiekis, kurį žemės paviršius gauna per mėnesį arba per metus.
Kasdienis šilumos kiekis, kurį žemės paviršius gauna iš saulės spinduliuotės, priklauso nuo spinduliuotės intensyvumo ir jos veikimo trukmės per dieną. Šiuo atžvilgiu minimalus šilumos antplūdis būna žiemą, o didžiausias – vasarą. Geografinis bendros spinduliuotės pasiskirstymas visame Žemės rutulyje stebimas mažėjant platumai. Šią poziciją patvirtina toliau pateikta lentelė.
Tiesioginės ir išsklaidytos spinduliuotės vaidmuo metiniame šilumos kiekyje, kurį žemės paviršius gauna įvairiose Žemės rutulio platumose, yra skirtingas. Aukštose platumose metiniame šilumos kiekyje vyrauja išsklaidyta spinduliuotė. Mažėjant platumai, dominuoja tiesioginė saulės spinduliuotė. Pavyzdžiui, Tikhaya įlankoje išsklaidyta saulės spinduliuotė suteikia 70% metinio šilumos kiekio, o tiesioginė spinduliuotė - tik 30%. Taškente, priešingai, tiesioginė saulės spinduliuotė suteikia 70%, išsklaidyta tik 30%.
Žemės atspindys. Albedas. Kaip jau minėta, Žemės paviršius sugeria tik dalį saulės energijos, kuri ją pasiekia tiesioginės ir išsklaidytos spinduliuotės pavidalu. Kita dalis atsispindi atmosferoje. Saulės spinduliuotės, kurią atspindi tam tikras paviršius, ir spinduliavimo energijos srauto, patenkančio į šį paviršių, santykis vadinamas albedu. Albedas išreiškiamas procentais ir apibūdina tam tikro paviršiaus ploto atspindį.
Albedas priklauso nuo paviršiaus pobūdžio (dirvožemio savybių, sniego, augmenijos, vandens ir kt.) ir nuo Saulės spindulių kritimo į Žemės paviršių kampo. Pavyzdžiui, jei spinduliai krenta į žemės paviršių 45° kampu, tada:
Iš aukščiau pateiktų pavyzdžių aišku, kad skirtingų objektų atspindys nėra vienodas. Didžiausias jis yra prie sniego ir mažiausiai prie vandens. Tačiau mūsų pateikti pavyzdžiai susiję tik su tais atvejais, kai Saulės aukštis virš horizonto yra 45°. Kai šis kampas mažėja, atspindėjimas didėja. Taigi, pavyzdžiui, 90° saulės aukštyje vanduo atspindi tik 2%, esant 50° - 4%, esant 20° - 12%, 5° - 35-70% (priklausomai nuo vandens paviršiaus būklės). ).
Kai dangus be debesų, Žemės rutulio paviršius atspindi vidutiniškai 8% saulės spinduliuotės. Be to, atmosferoje atsispindi 9 proc. Taigi visas Žemės rutulys su be debesų dangumi atspindi 17% ant jo krentančios Saulės spinduliuotės energijos. Jei dangų dengia debesys, tai nuo jų atsispindi 78% spinduliuotės. Jei imtume natūralias sąlygas, remiantis tikrovėje stebimu santykiu tarp be debesų dangaus ir debesimis padengto dangaus, tada visos Žemės atspindys yra lygus 43%.
Žemės ir atmosferos spinduliuotė. Žemė, gaudama saulės energiją, įkaista ir pati tampa šilumos spinduliavimo į kosmosą šaltiniu. Tačiau žemės paviršiaus skleidžiami spinduliai labai skiriasi nuo saulės spindulių. Žemė skleidžia tik ilgųjų bangų (λ 8-14 μ) nematomus infraraudonuosius (šiluminius) spindulius. Žemės paviršiaus skleidžiama energija vadinama antžeminė spinduliuotė. Radiacija iš Žemės atsiranda... diena ir naktis. Kuo aukštesnė spinduliuojančio kūno temperatūra, tuo didesnis spinduliuotės intensyvumas. Žemės spinduliuotė apskaičiuojama tais pačiais vienetais kaip ir saulės spinduliuotė, t.y. kalorijomis nuo 1 cm 2 paviršius per 1 min. Stebėjimai parodė, kad antžeminės spinduliuotės kiekis yra mažas. Paprastai jis siekia 15–18 šimtųjų kalorijų. Tačiau veikiant nuolat, jis gali suteikti reikšmingą šiluminį efektą.
Stipriausia antžeminė spinduliuotė gaunama esant be debesų dangaus ir gero atmosferos skaidrumo. Debesuotumas (ypač žemas debesuotumas) žymiai sumažina sausumos spinduliuotę ir dažnai ją sumažina iki nulio. Čia galima sakyti, kad atmosfera kartu su debesimis yra gera „antklodė“, apsauganti Žemę nuo per didelio atšalimo. Atmosferos dalys, kaip ir žemės paviršiaus sritys, skleidžia energiją pagal savo temperatūrą. Ši energija vadinama atmosferos spinduliuotė. Atmosferos spinduliuotės intensyvumas priklauso nuo skleidžiamos atmosferos dalies temperatūros, taip pat nuo ore esančių vandens garų ir anglies dioksido kiekio. Atmosferos spinduliuotė priklauso ilgųjų bangų grupei. Jis plinta atmosferoje visomis kryptimis; tam tikras jo kiekis pasiekia žemės paviršių ir jame sugeriamas, kita dalis patenka į tarpplanetinę erdvę.
APIE saulės energijos patekimas ir suvartojimas į Žemę. Žemės paviršius, viena vertus, gauna saulės energiją tiesioginės ir išsklaidytos spinduliuotės pavidalu, kita vertus, dalį šios energijos praranda antžeminės spinduliuotės pavidalu. Dėl saulės energijos atėjimo ir suvartojimo gaunamas tam tikras rezultatas. Kai kuriais atvejais šis rezultatas gali būti teigiamas, kitais - neigiamas. Pateiksime abiejų pavyzdžių.
sausio 8 d. Diena be debesų. 1 dieną cm 2Žemės paviršius gautas per 20 dienų išmatos tiesioginė saulės spinduliuotė ir 12 išmatos išsklaidyta spinduliuotė; iš viso tai duoda 32 kal. Tuo pačiu metu dėl radiacijos 1 cm?Žemės paviršiaus prarado 202 kal. Dėl to, kalbant buhalterine kalba, balansas turi 170 nuostolių išmatos(neigiamas balansas).
liepos 6 d. Dangus beveik be debesų. 630 gauta iš tiesioginės saulės spinduliuotės išmatos, nuo išsklaidytos spinduliuotės 46 kal. Taigi iš viso žemės paviršius gavo 1 cm 2 676 kal. 173 prarado dėl antžeminės spinduliuotės kal. Balansas rodo 503 pelną išmatos(balansas teigiamas).
Iš pateiktų pavyzdžių, be kita ko, visiškai aišku, kodėl vidutinio klimato platumos žiemą šaltos, o vasarą šiltos.
Saulės spinduliuotės naudojimas techniniams ir buitiniams tikslams. Saulės spinduliuotė yra neišsenkantis natūralus energijos šaltinis. Saulės energijos kiekį Žemėje galima spręsti pagal šį pavyzdį: jei, pavyzdžiui, panaudosime saulės spinduliuotės šilumą, patenkančią tik į 1/10 SSRS ploto, tai galime gauti energiją, lygią darbui. 30 tūkstančių Dniepro hidroelektrinių.
Žmonės jau seniai siekė laisvą saulės spinduliuotės energiją panaudoti savo reikmėms. Iki šiol sukurta daug įvairių saulės elektrinių, kurios veikia naudojant saulės spinduliuotę ir yra plačiai naudojamos pramonėje bei gyventojų buitiniams poreikiams tenkinti. Pietiniuose SSRS regionuose saulės vandens šildytuvai, katilai, sūraus vandens gėlinimo įrenginiai, saulės džiovyklos (vaisiams džiovinti), virtuvės, pirtys, šiltnamiai ir medicininės paskirties prietaisai veikia remiantis plačiai paplitusiu saulės spinduliuotės naudojimu. pramonė ir komunalinės paslaugos. Saulės spinduliuotė kurortuose plačiai naudojama žmonių sveikatai gydyti ir gerinti.
- Šaltinis-
Polovinkinas, A.A. Bendrųjų geomokslų pagrindai/ A.A. Polovinkin - M.: RSFSR Švietimo ministerijos valstybinė edukacinė ir pedagoginė leidykla, 1958. - 482 p.
Įrašo peržiūrų skaičius: 312
Saulės spinduliavimo energija yra praktiškai vienintelis šilumos šaltinis Žemės paviršiui ir jos atmosferai. Iš žvaigždžių ir Mėnulio sklindanti spinduliuotė yra 30–10 6 kartus mažesnė nei saulės spinduliuotė. Šilumos srautas iš Žemės gelmių į paviršių yra 5000 kartų mažesnis už šilumą, gaunamą iš Saulės.
Dalis saulės spinduliuotės yra matoma šviesa. Taigi Saulė Žemei yra ne tik šilumos, bet ir šviesos šaltinis, svarbus gyvybei mūsų planetoje.
Saulės spinduliavimo energija iš dalies paverčiama šiluma pačioje atmosferoje, bet daugiausia – žemės paviršiuje, kur ji eina šildyti viršutinius dirvožemio ir vandens sluoksnius, o iš jų – ir orą. Įkaitęs žemės paviršius ir įkaitinta atmosfera savo ruožtu skleidžia nematomą infraraudonąją spinduliuotę. Išskirdami spinduliuotę į kosmosą, žemės paviršius ir atmosfera vėsta.
Patirtis rodo, kad vidutinė metinė žemės paviršiaus ir atmosferos temperatūra bet kurioje Žemės vietoje kiekvienais metais mažai kinta. Jei atsižvelgsime į temperatūros sąlygas Žemėje ilgą laiką, galime sutikti su hipoteze, kad Žemė yra šiluminėje pusiausvyroje: šilumos patekimą iš Saulės atsveria jos praradimas į kosmosą. Bet kadangi Žemė (su savo atmosfera) šilumą gauna sugerdama saulės spinduliuotę ir praranda šilumą per savo spinduliuotę, šiluminės pusiausvyros hipotezė kartu reiškia, kad Žemė taip pat yra spinduliavimo pusiausvyroje: trumpųjų bangų spinduliuotės antplūdis į ją yra subalansuotas. išleidžiant į kosmosą ilgųjų bangų spinduliuotę.
Tiesioginė saulės spinduliuotė
Tiesiogiai iš Saulės disko į žemės paviršių patenkanti spinduliuotė vadinama tiesioginė saulės spinduliuotė. Saulės spinduliuotė iš Saulės sklinda visomis kryptimis. Tačiau atstumas nuo Žemės iki Saulės yra toks didelis, kad tiesioginė spinduliuotė patenka į bet kurį Žemės paviršių lygiagrečių spindulių pluošto pavidalu, sklindančiu tarsi iš begalybės. Netgi visas Žemės rutulys, lyginant su atstumu iki Saulės, yra toks mažas, kad visą ant jo krintantį saulės spinduliavimą galima be pastebimos paklaidos laikyti lygiagrečių spindulių pluoštu.
Nesunku suprasti, kad didžiausią galimą spinduliuotės kiekį tam tikromis sąlygomis gauna ploto vienetas, esantis statmenai saulės spinduliams. Vienam horizontalaus ploto vienetui bus mažiau spinduliavimo energijos. Pagrindinė tiesioginės saulės spinduliuotės apskaičiavimo lygtis yra pagrįsta saulės spindulių kritimo kampu, tiksliau, saulės aukščiu ( h): S" = S nuodėmė h; Kur S"– saulės spinduliuotė, patenkanti į horizontalų paviršių, S– tiesioginė saulės spinduliuotė lygiagrečiais spinduliais.
Tiesioginės saulės spinduliuotės srautas į horizontalų paviršių vadinamas insoliacija.
Saulės spinduliuotės pokyčiai atmosferoje ir žemės paviršiuje
Apie 30% tiesioginės saulės spinduliuotės, patenkančios į Žemę, atsispindi atgal į kosmosą. Likę 70% patenka į atmosferą. Per atmosferą prasiskverbianti saulės spinduliuotė iš dalies išsklaido atmosferos dujas ir aerozolius ir virsta specialia išsklaidytos spinduliuotės forma. Iš dalies tiesioginę saulės spinduliuotę sugeria atmosferos dujos ir priemaišos ir virsta šiluma, t.y. eina šildyti atmosferą.
Neišsklaidyta ir nesugerta atmosferoje tiesioginė saulės spinduliuotė pasiekia žemės paviršių. Nedidelė jo dalis atsispindi nuo jo, o didžiąją dalį spinduliuotės sugeria žemės paviršius, dėl to žemės paviršius įšyla. Dalis išsklaidytos spinduliuotės pasiekia ir žemės paviršių, iš dalies atsispindi nuo jo, o dalį sugeria. Kita išsklaidytos spinduliuotės dalis kyla į tarpplanetinę erdvę.
Dėl spinduliuotės sugerties ir sklaidos atmosferoje tiesioginė spinduliuotė, pasiekianti žemės paviršių, skiriasi nuo tos, kuri pasiekė atmosferos ribą. Saulės spinduliuotės srautas mažėja, o jos spektrinė sudėtis keičiasi, nes skirtingų bangų ilgių spinduliai atmosferoje sugeriami ir išsisklaido skirtingais būdais.
Geriausiu atveju, t.y. aukščiausioje Saulės padėtyje ir esant pakankamai grynam orui, Žemės paviršiuje galima stebėti apie 1,05 kW/m 2 tiesioginės spinduliuotės srautą. Kalnuose 4–5 km aukštyje buvo stebimi iki 1,2 kW/m2 ir didesni radiacijos srautai. Saulei artėjant prie horizonto ir didėjant saulės spindulių praleidžiamo oro storiui, tiesioginės spinduliuotės srautas vis labiau mažėja.
Atmosferoje sugeria apie 23% tiesioginės saulės spinduliuotės. Be to, ši sugertis yra selektyvi: skirtingos dujos sugeria spinduliuotę skirtingose spektro dalyse ir skirtingu laipsniu.
Azotas sugeria spinduliuotę tik labai trumpais bangos ilgiais ultravioletinėje spektro dalyje. Saulės spinduliuotės energija šioje spektro dalyje yra visiškai nereikšminga, todėl azoto absorbcija praktiškai neturi įtakos saulės spinduliuotės srautui. Šiek tiek didesniu mastu, bet vis tiek labai mažai, deguonis sugeria saulės spinduliuotę – dviejose siaurose matomos spektro dalies srityse ir ultravioletinėje dalyje.
Ozonas yra stipresnis saulės spindulių sugėriklis. Jis sugeria ultravioletinę ir matomą saulės spinduliuotę. Nepaisant to, kad jo kiekis ore yra labai mažas, jis taip stipriai sugeria ultravioletinę spinduliuotę viršutiniuose atmosferos sluoksniuose, kad trumpesnių nei 0,29 mikrono bangų Saulės spektre žemės paviršiuje visai nepastebima. Bendra saulės spinduliuotės sugertis ozonu siekia 3% tiesioginės saulės spinduliuotės.
Anglies dioksidas (anglies dioksidas) stipriai sugeria spinduliuotę infraraudonojoje spektro srityje, tačiau jo kiekis atmosferoje vis dar mažas, todėl tiesioginės saulės spinduliuotės sugertis paprastai yra maža. Iš dujų pagrindinis spinduliuotės sugėriklis atmosferoje yra vandens garai, susitelkę troposferoje ir ypač apatinėje jos dalyje. Iš viso saulės spinduliuotės srauto vandens garai sugeria spinduliuotę bangų ilgių diapazonuose, esančiuose matomoje ir artimoje infraraudonųjų spindulių spektro srityse. Debesys ir atmosferos priemaišos taip pat sugeria saulės spinduliuotę, t.y. atmosferoje suspenduotų aerozolių dalelių. Apskritai vandens garų ir aerozolių absorbcija sudaro apie 15%, o 5% sugeria debesys.
Kiekvienoje atskiroje vietoje sugertis kinta laikui bėgant, priklausomai tiek nuo kintamo sugeriančių medžiagų kiekio ore, daugiausia vandens garų, debesų ir dulkių, tiek nuo Saulės aukščio virš horizonto, t.y. apie oro sluoksnio storį, per kurį spinduliai keliauja į Žemę.
Tiesioginė saulės spinduliuotė, eidama per atmosferą, susilpnėja ne tik absorbcijos, bet ir sklaidos būdu, ir silpnėja žymiai. Sklaida yra esminis fizikinis reiškinys šviesos sąveikoje su medžiaga. Jis gali atsirasti visuose elektromagnetinio spektro bangos ilgiuose, priklausomai nuo sklaidos dalelių dydžio ir krentančios spinduliuotės bangos ilgio santykio Sklaidos metu dalelė, esanti elektromagnetinės bangos sklidimo kelyje, nuolat „ištraukia“ energiją. nuo krintančios bangos ir iš naujo ją spinduliuoja visomis kryptimis. Taigi dalelė gali būti laikoma taškiniu išsklaidytos energijos šaltiniu. Išsibarstymas vadinamas dalies tiesioginės saulės spinduliuotės, kuri prieš išsisklaidymą sklinda lygiagrečių spindulių forma tam tikra kryptimi, pavertimas visomis kryptimis sklindančia spinduliuote. Sklaidymas vyksta optiškai nehomogeniškame atmosferos ore, kuriame yra smulkiausių skystų ir kietų priemaišų dalelių – lašelių, kristalų, mažyčių aerozolių, t.y. aplinkoje, kurioje lūžio rodiklis skiriasi nuo taško iki taško. Tačiau švarus, be priemaišų oras taip pat yra optiškai nevienalytė terpė, nes joje dėl molekulių terminio judėjimo nuolat susidaro kondensacijos ir retėjimo, tankio svyravimai. Atmosferoje susidūrę su molekulėmis ir priemaišomis, saulės spinduliai praranda linijinę sklidimo kryptį ir išsisklaido. Iš sklaidančių dalelių spinduliuotė sklinda taip, tarsi jos pačios būtų skleidėjos.
Pagal sklaidos dėsnius, ypač pagal Rayleigh dėsnį, išsklaidytos spinduliuotės spektrinė sudėtis skiriasi nuo tiesioginės spinduliuotės spektrinės sudėties. Reilio dėsnis teigia, kad spindulių sklaida yra atvirkščiai proporcinga 4-ajai bangos ilgio galiai:
S ? = 32? 3 (m-1) / 3n? 4
Kur S? – koeficientas dispersija; m– lūžio rodiklis dujose; n– molekulių skaičius tūrio vienete; ? – bangos ilgis.
Apie 26% viso saulės spinduliuotės srauto energijos paverčiama išsklaidyta spinduliuote atmosferoje. Tada apie 2/3 išsklaidytos spinduliuotės pasiekia žemės paviršių. Bet tai bus ypatinga spinduliuotės rūšis, labai skiriasi nuo tiesioginės spinduliuotės. Pirma, išsklaidyta spinduliuotė į žemės paviršių patenka ne iš saulės disko, o iš viso dangaus skliauto. Todėl būtina išmatuoti jo srautą ant horizontalaus paviršiaus. Jis taip pat matuojamas W/m2 (arba kW/m2).
Antra, išsklaidyta spinduliuotė skiriasi nuo tiesioginės spinduliuotės spektrine sudėtimi, nes skirtingo bangos ilgio spinduliai yra išsklaidomi skirtingais laipsniais. Išsklaidytos spinduliuotės spektre skirtingų bangų ilgių energijos santykis, lyginant su tiesioginės spinduliuotės spektru, pakeičiamas trumpesnio bangos ilgio spindulių naudai. Kuo mažesnis sklaidos dalelių dydis, tuo stipriau trumpųjų bangų spinduliai yra išsklaidomi, palyginti su ilgųjų bangų spinduliais.
Reiškiniai, susiję su radiacijos sklaida
Radiacijos sklaida siejama su tokiais reiškiniais kaip mėlyna dangaus spalva, sutema ir aušra, taip pat su matomumu. Mėlyna dangaus spalva yra paties oro spalva, nes jame sklinda saulės spinduliai. Oras yra skaidrus plonu sluoksniu, kaip ir vanduo yra skaidrus plonu sluoksniu. Tačiau storame atmosferos storyje oras yra mėlynos spalvos, kaip ir vanduo, esantis santykinai mažame storyje (keliuose metruose), yra žalsvos spalvos. Taigi, kaip molekulinė šviesos sklaida vyksta atvirkščiai? 4, tada dangaus skliauto siunčiamame išsklaidytos šviesos spektre maksimali energija perkeliama į mėlyną. Su aukščiu, mažėjant oro tankiui, t.y. sklaidos dalelių skaičius, dangaus spalva tamsėja ir virsta giliai mėlyna, o stratosferoje - juodai violetine. Kuo ore daugiau priemaišų, kurios yra didesnio dydžio nei oro molekulės, tuo didesnė ilgųjų bangų spindulių dalis saulės spinduliuotės spektre ir tuo balkšvesnė dangaus spalva. Kai rūko, debesų ir aerozolių dalelių skersmuo tampa didesnis nei 1–2 mikronai, visų bangų ilgių spinduliai nebeišsklaido, o atsispindi vienodai difuziškai; todėl toli esantys objektai rūke ir dulkėtoje tamsoje dengiami nebe mėlyna, o balta ar pilka užuolaida. Štai kodėl debesys, ant kurių krinta saulės (t. y. balta) šviesa, atrodo balti.
Saulės spinduliuotės sklaida atmosferoje turi didelę praktinę reikšmę, nes dienos metu ji sukuria išsklaidytą šviesą. Jei Žemėje nebūtų atmosferos, šviesa būtų tik ten, kur kristų tiesioginiai saulės spinduliai arba saulės spinduliai, atspindėti žemės paviršiaus ir ant jo esančių objektų. Dėl išsklaidytos šviesos dienos metu visa atmosfera tarnauja kaip apšvietimo šaltinis: dieną šviesu ir ten, kur saulės spinduliai tiesiogiai nekrenta, ir net tada, kai saulę slepia debesys.
Vakare po saulėlydžio tamsa ateina ne iš karto. Dangus, ypač toje horizonto dalyje, kur nusileido Saulė, išlieka šviesus ir į žemės paviršių siunčia palaipsniui mažėjančią išsklaidytą spinduliuotę. Panašiai ryte, net prieš saulėtekį, dangus labiausiai pašviesėja saulėtekio kryptimi ir siunčia į žemę išsklaidytą šviesą. Šis nepilnos tamsos reiškinys vadinamas prieblanda – vakaras ir rytas. To priežastis – Saulės apšvietimas žemiau horizonto aukštus atmosferos sluoksnius ir jų išsklaidyta saulės šviesa.
Vakare tęsiasi vadinamoji astronominė prieblanda, kol Saulė žemiau horizonto nusileidžia 18 val.; šiuo metu yra taip tamsu, kad matomos silpniausios žvaigždės. Astronominė ryto prieblanda prasideda tada, kai saulė yra toje pačioje padėtyje žemiau horizonto. Pirmoji vakaro astronominės prieblandos dalis arba paskutinė ryto prieblandos dalis, kai saulė yra žemiau horizonto bent 8°, vadinama civiline prieblanda. Astronominės prieblandos trukmė skiriasi priklausomai nuo platumos ir metų laiko. Vidutinėse platumose nuo 1,5 iki 2 valandų, tropikuose mažiau, ties pusiauju kiek ilgiau nei valandą.
Vasarą didelėse platumose saulė gali visai nenukristi žemiau horizonto arba nukristi labai negiliai. Jei saulė žemiau horizonto nukrenta mažiau nei 18 laipsnių, tai visiška tamsa iš viso nepasireiškia ir vakaro prieblanda susilieja su rytine. Šis reiškinys vadinamas baltosiomis naktimis.
Prieblandą lydi gražūs, kartais labai įspūdingi dangaus spalvos pokyčiai Saulės link. Šie pokyčiai prasideda prieš saulėlydį ir tęsiasi po saulėtekio. Jie turi gana natūralų charakterį ir vadinami aušra. Būdingos aušros spalvos yra violetinė ir geltona. Tačiau aušros spalvų atspalvių intensyvumas ir įvairovė labai skiriasi priklausomai nuo aerozolių priemaišų kiekio ore. Debesų apšvietimo tonai prieblandoje taip pat yra įvairūs.
Priešingoje saulėje esančioje dangaus dalyje stebima priešpriešinė aušra, taip pat keičiasi spalvų tonai, vyrauja purpurinė ir violetinė-violetinė. Po saulėlydžio šioje dangaus dalyje atsiranda Žemės šešėlis: į aukštį ir į šonus augantis pilkšvai mėlynas segmentas. Aušros reiškiniai paaiškinami mažiausių atmosferos aerozolių dalelių šviesos sklaida ir didesnių dalelių šviesos difrakcija.
Toli esantys objektai yra mažiau matomi nei artimi, ir ne tik todėl, kad mažėja jų matomas dydis. Net ir labai didelius objektus, esančius tam tikru atstumu nuo stebėtojo, sunku atskirti dėl atmosferos, per kurią jie matomi, drumstumo. Šią miglą sukelia šviesos sklaida atmosferoje. Akivaizdu, kad jis didėja didėjant aerozolių priemaišoms ore.
Daugeliui praktinių tikslų labai svarbu žinoti, kokiu atstumu nustoja atskirti už oro užuolaidos esančių objektų kontūrai. Atstumas, iki kurio atmosferoje nustoja atskirti objektų kontūrai, vadinamas matomumo diapazonu arba tiesiog matomumu. Matomumo diapazonas dažniausiai nustatomas akimis, naudojant tam tikrus, iš anksto pasirinktus objektus (tamsus dangaus fone), iki kurių atstumas yra žinomas. Taip pat yra keletas fotometrinių prietaisų matomumui nustatyti.
Labai švariame ore, pavyzdžiui, arktinės kilmės, matomumo diapazonas gali siekti šimtus kilometrų, nes tokiame ore esančių objektų šviesa susilpnėja dėl sklaidos daugiausia dėl oro molekulių. Ore, kuriame yra daug dulkių ar kondensato produktų, matomumo diapazonas gali sumažėti iki kelių kilometrų ar net metrų. Taigi esant silpnam rūkui matomumo diapazonas siekia 500–1000 m, o esant stipriam rūkui ar stipriam smėlio šleifui gali nukristi iki dešimčių ar net kelių metrų.
Bendra spinduliuotė, saulės spinduliuotės atspindys, sugertoji spinduliuotė, PAR, Žemės albedas
Visa į žemės paviršių patenkanti saulės spinduliuotė – tiesioginė ir difuzinė – vadinama visa spinduliuote. Taigi visa spinduliuotė
K = S* nuodėmė h + D,
Kur S– energijos apšvietimas tiesiogine spinduliuote,
D– energetinis apšvietimas išsklaidyta spinduliuote,
h– Saulės aukštis.
Esant be debesų, bendras spinduliuotės kiekis kasdien svyruoja – didžiausias yra apie vidurdienį, o metinis – vasarą. Dalinis debesuotumas, kuris neuždengia saulės disko, padidina bendrą spinduliuotę, palyginti su dangumi be debesų; visiškas debesuotumas, priešingai, jį sumažina. Vidutiniškai debesuotumas sumažina bendrą spinduliuotę. Todėl vasarą bendros spinduliuotės atėjimas po pietų yra vidutiniškai didesnis nei po pietų. Dėl tos pačios priežasties pirmąjį pusmetį jis didesnis nei antrąjį.
S.P. Khromovas ir A.M. Petrosyants pateikia vidurdienio bendros radiacijos vertes vasaros mėnesiais netoli Maskvos, kai dangus yra be debesų: vidutiniškai 0,78 kW/m2, su Saule ir debesimis - 0,80, su ištisiniais debesimis - 0,26 kW/m2.
Kritęs ant žemės paviršiaus, visa spinduliuotė daugiausia sugeria viršutiniame ploname dirvožemio sluoksnyje arba storesniame vandens sluoksnyje ir virsta šiluma, o iš dalies atsispindi. Saulės spinduliuotės atspindžio kiekis žemės paviršiuje priklauso nuo šio paviršiaus pobūdžio. Atsispindėjusios spinduliuotės kiekio ir bendros spinduliuotės, patenkančios į tam tikrą paviršių, santykis vadinamas paviršiaus albedu. Šis santykis išreiškiamas procentais.
Taigi, iš bendro bendros spinduliuotės srauto ( S nuodėmė h + D) dalis jo atsispindi nuo žemės paviršiaus ( S nuodėmė h + D)Ir kur A– paviršiaus albedas. Likusi bendros spinduliuotės dalis ( S nuodėmė h + D) (1 – A) sugeria žemės paviršių ir šildo viršutinius dirvožemio ir vandens sluoksnius. Ši dalis vadinama absorbuota spinduliuote.
Dirvožemio paviršiaus albedas svyruoja 10–30 %; šlapiame chernozeme sumažėja iki 5%, o sausame šviesiame smėlyje gali padidėti iki 40%. Didėjant dirvožemio drėgmei, albedas mažėja. Augalinės dangos - miškų, pievų, laukų - albedas yra 10–25%. Ką tik iškritusio sniego paviršiaus albedas yra 80–90%, ilgai stovėjusio sniego – apie 50% ir mažesnis. Lygo vandens paviršiaus albedas tiesioginei spinduliuotei svyruoja nuo kelių procentų (jei Saulė aukštai) iki 70 % (jei žemai); tai priklauso ir nuo susijaudinimo. Išsklaidytos spinduliuotės atveju vandens paviršių albedas yra 5–10%. Pasaulio vandenyno paviršiaus albedas vidutiniškai yra 5–20%. Viršutinio debesų paviršiaus albedas svyruoja nuo kelių procentų iki 70–80 %, priklausomai nuo debesų dangos tipo ir storio – vidutiniškai 50–60 % (S.P. Khromov, M.A. Petrosyants, 2004).
Pateikti skaičiai nurodo saulės spinduliuotės atspindį, ne tik matomą, bet ir visą jos spektrą. Fotometrinės priemonės matuoja tik matomos spinduliuotės albedo, kuri, žinoma, gali šiek tiek skirtis nuo viso spinduliuotės srauto albedo.
Didžioji spinduliuotės dalis, kurią atspindi žemės paviršius ir viršutinis debesų paviršius, išeina už atmosferos į kosmosą. Dalis (apie trečdalį) išsklaidytos spinduliuotės taip pat patenka į kosmosą.
Į kosmosą patenkančios atspindėtos ir išsklaidytos saulės spinduliuotės santykis su bendru į atmosferą patenkančios saulės spinduliuotės kiekiu vadinamas planetiniu Žemės albedu arba tiesiog Žemės albedas.
Apskaičiuota, kad Žemės planetos albedas sudaro 31%. Pagrindinė Žemės planetos albedo dalis yra saulės spinduliuotės atspindys debesyse.
Dalis tiesioginės ir atspindėtos spinduliuotės dalyvauja augalų fotosintezės procese, todėl ji vadinama fotosintetiškai aktyvi spinduliuotė (PAR). PAR – dalis trumpųjų bangų spinduliuotės (nuo 380 iki 710 nm), kuri yra aktyviausia fotosintezės ir augalų gamybos proceso atžvilgiu, yra tiek tiesiogine, tiek išsklaidyta spinduliuote.
Augalai gali vartoti tiesioginę saulės spinduliuotę ir atsispindėti nuo dangaus bei žemės objektų, kurių bangos ilgis yra nuo 380 iki 710 nm. Fotosintetiškai aktyvios spinduliuotės srautas yra maždaug pusė saulės srauto, t.y. pusę visos radiacijos, praktiškai nepriklausomai nuo oro sąlygų ir vietos. Nors jei Europos sąlygoms būdinga 0,5 reikšmė, tai Izraelio sąlygoms ji yra šiek tiek didesnė (apie 0,52). Tačiau negalima teigti, kad augalai PAR vienodai naudoja visą savo gyvenimą ir skirtingomis sąlygomis. PAR panaudojimo efektyvumas yra skirtingas, todėl buvo pasiūlyti rodikliai „PAR panaudojimo koeficientas“, kuris atspindi PAR panaudojimo efektyvumą ir „Fitocenozės efektyvumas“. Fitocenozių efektyvumas apibūdina augalo dangos fotosintezės aktyvumą. Šis parametras buvo plačiausiai naudojamas tarp miškininkų, vertinant miško fitocenozes.
Reikia pabrėžti, kad augalai patys sugeba formuoti PAR augalinėje dangoje. Tai pasiekiama dėl lapų išsidėstymo saulės spindulių link, lapų sukimosi, įvairaus dydžio ir pasvirimo kampų lapų pasiskirstymo skirtinguose fitocenozių lygiuose, t.y. per vadinamąją augalijos architektūrą. Augalinėje dangoje saulės spinduliai daug kartų lūžta ir atsispindi nuo lapų paviršiaus, taip suformuodami savo vidinį spinduliavimo režimą.
Augalų dangoje pasklidusi spinduliuotė turi tokią pat fotosintezės reikšmę kaip ir tiesioginė ir difuzinė spinduliuotė, patenkanti į augalo dangos paviršių.
Spinduliuotė iš žemės paviršiaus
Viršutiniai dirvožemio ir vandens sluoksniai, sniego danga ir pati augmenija skleidžia ilgųjų bangų spinduliuotę; Ši antžeminė spinduliuotė dažniau vadinama vidine žemės paviršiaus spinduliuote.
Savęs spinduliuotę galima apskaičiuoti žinant absoliučią žemės paviršiaus temperatūrą. Pagal Stefano-Boltzmanno dėsnį, atsižvelgiant į tai, kad Žemė nėra absoliučiai juodas kūnas ir todėl įvedamas koeficientas? (dažniausiai lygi 0,95), žemės spinduliuotė E nustatoma pagal formulę
E s = ?? T 4 ,
Kur? – Stefano-Boltzmanno konstanta, T– temperatūra, K.
Esant 288 K, E s = 3,73 10 2 W/m2. Toks didelis spinduliuotės išsiskyrimas iš žemės paviršiaus lemtų greitą jos atvėsimą, jei to netrukdytų atvirkštinis procesas – saulės ir atmosferos spinduliuotės sugertis žemės paviršiuje. Absoliučios žemės paviršiaus temperatūros yra nuo 190 iki 350 K. Esant tokioms temperatūroms, skleidžiamos spinduliuotės bangos ilgiai praktiškai yra 4–120 μm diapazone, o didžiausia jos energija būna ties 10–15 μm. Vadinasi, visa ši spinduliuotė yra infraraudonoji, akimis nesuvokiama.
Priešinga spinduliuotė arba priešinga spinduliuotė
Atmosfera įkaista, sugerdama ir saulės spinduliuotę (nors ir gana nedidelę dalį, apie 15 % viso į Žemę atkeliaujančio kiekio), ir savo pačios spinduliuotę nuo žemės paviršiaus. Be to, jis gauna šilumą nuo žemės paviršiaus per šilumos laidumą, taip pat per vandens garų, kurie išgaravo nuo žemės paviršiaus, kondensaciją. Įkaitusi atmosfera spinduliuoja pati. Kaip ir žemės paviršius, jis skleidžia nematomą infraraudonąją spinduliuotę maždaug tame pačiame bangos ilgio diapazone.
Didžioji dalis (70%) atmosferos spinduliuotės pasiekia žemės paviršių, likusi dalis patenka į kosmosą. Atmosferos spinduliuotė, patenkanti į žemės paviršių, vadinama priešinga spinduliuote E a, nes jis nukreiptas į paties žemės paviršiaus spinduliuotę. Žemės paviršius beveik visiškai sugeria artėjančią spinduliuotę (95–99%). Taigi, be sugertos saulės spinduliuotės, priešinė spinduliuotė yra svarbus žemės paviršiaus šilumos šaltinis. Priešinga spinduliuotė didėja didėjant debesuotumui, nes patys debesys spinduliuoja stipriai.
Pagrindinė atmosferoje esanti medžiaga, sugerianti žemės spinduliuotę ir siunčianti priešingą spinduliuotę, yra vandens garai. Jis sugeria infraraudonąją spinduliuotę plačiame spektro diapazone – nuo 4,5 iki 80 mikronų, išskyrus intervalą nuo 8,5 iki 12 mikronų.
Anglies monoksidas (anglies dioksidas) stipriai sugeria infraraudonąją spinduliuotę, bet tik siauroje spektro srityje; ozonas yra silpnesnis ir taip pat siaurame spektro regione. Tiesa, anglies dioksido ir ozono absorbcija vyksta bangose, kurių energija žemės spinduliuotės spektre yra artima maksimaliai (7–15 μm).
Priešinė spinduliuotė visada yra šiek tiek mažesnė nei antžeminė. Todėl žemės paviršius praranda šilumą dėl teigiamo skirtumo tarp savo ir priešingos spinduliuotės. Skirtumas tarp paties žemės paviršiaus spinduliuotės ir priešingos atmosferos spinduliuotės vadinamas efektyvia spinduliuote E e:
E e = E s – E a.
Efektyvioji spinduliuotė yra grynasis spinduliuotės energijos, taigi ir šilumos, nuostolis nuo žemės paviršiaus naktį. Savo spinduliuotę galima nustatyti pagal Stefano-Boltzmanno dėsnį, žinant žemės paviršiaus temperatūrą, o priešingą spinduliuotę galima apskaičiuoti pagal aukščiau pateiktą formulę.
Efektyvi spinduliuotė giedromis naktimis yra apie 0,07–0,10 kW/m2 žemumų stotyse vidutinio klimato platumose ir iki 0,14 kW/m2 kalnų stotyse (kur priešinė spinduliuotė mažesnė). Didėjant debesuotumui, dėl kurio padidėja priešinga spinduliuotė, efektyvioji spinduliuotė mažėja. Debesuotame ore jis yra daug mažesnis nei giedru oru; todėl nakties žemės paviršiaus atšalimas yra mažesnis.
Veiksminga spinduliuotė, žinoma, egzistuoja ir dienos metu. Tačiau dieną jį blokuoja arba iš dalies kompensuoja sugerta saulės spinduliuotė. Todėl dieną žemės paviršius yra šiltesnis nei naktį, tačiau efektyvioji spinduliuotė dieną taip pat yra didesnė.
Vidutinės platumos žemės paviršius dėl efektyvios spinduliuotės praranda maždaug pusę šilumos kiekio, kurį gauna iš sugertos spinduliuotės.
Sugerdama žemės spinduliuotę ir siųsdama priešingą spinduliuotę į žemės paviršių, atmosfera sumažina pastarosios aušinimą naktį. Dienos metu jis mažai apsaugo nuo žemės paviršiaus įkaitinimo dėl saulės spinduliuotės. Ši atmosferos įtaka žemės paviršiaus šiluminiam režimui vadinama šiltnamio, arba šiltnamio, efektu dėl išorinės analogijos su stiklo poveikiu šiltnamyje.
Žemės paviršiaus radiacijos balansas
Skirtumas tarp sugertos spinduliuotės ir efektyviosios spinduliuotės vadinamas žemės paviršiaus radiacijos balansu:
IN=(S nuodėmė h + D)(1 – A) – E e.
Naktį, kai nėra bendros spinduliuotės, neigiamas radiacijos balansas yra lygus efektyviajai spinduliuotei.
Spinduliuotės balansas pasislenka nuo nakties neigiamų verčių iki dienos teigiamų verčių po saulėtekio 10–15° aukštyje. Jis pereina nuo teigiamų iki neigiamų verčių prieš saulėlydį tame pačiame aukštyje virš horizonto. Esant sniego dangai, radiacijos balansas pasislenka iki teigiamų verčių tik maždaug 20–25 o saulės aukštyje, nes esant dideliam sniego albedui, jo bendros radiacijos sugertis yra maža. Dienos metu radiacijos balansas didėja didėjant saulės aukščiui ir mažėja jam mažėjant.
Vidutinės vidurdienio radiacijos balanso vertės Maskvoje vasarą giedru dangumi, pateiktos S.P. Khromovas ir M.A. Petrosyants (2004), yra apie 0,51 kW/m2, žiemą tik 0,03 kW/m2, esant vidutiniam debesuotumui vasarą apie 0,3 kW/m2, o žiemą arti nulio.
1. Kuriose salose gyveno išnykęs dodo paukštis?
Mauricijus
Komorai
Seišeliai
Maldyvai
2. Prie kurios salos stebima aukščiausia Pasaulio vandenyno paviršiaus temperatūra?
Sokotra
Nauja Britanija
Kanarų salos
3. Kuri iš šių kalbų nėra susijusi su kitomis trimis?
danų
norvegų
suomių
Švedijos
4. Kokią saulės šviesos dalį sugeria Žemės paviršius?
5. Kuris iš šių produktų nėra komercinis Ganos eksporto produktas?
Kakavos pupelės
Mediena
6. Kuriame iš šių Prancūzijos miestų liepos – rugpjūčio mėnesiais iškrenta mažiausiai kritulių?
Marselis
7. Kada suskilo Pangėjos žemynas?
prieš 10 milijonų metų
prieš 50 milijonų metų
Prieš 250 milijonų metų
Prieš 500 milijonų metų
8. Kurioje saloje yra Majono ugnikalnis?
Mindanao
Kalimantanas
9. Kuris iš šių teiginių tiksliausiai apibūdina Sofijos vietą?
Dunojaus baseine
Balkanų kalnuose
Rodopo kalnuose
Juodosios jūros pakrantėje
10. Kuriame mieste yra OPEC būstinė?
Briuselis
Strasbūras
11. Kuriame istoriniame Rumunijos regione dauguma gyventojų yra vengrai?
Valachija
Moldova
Dobruja
Transilvanija
12. Kuriam jūros baseinui priklauso Baikalo ežero tėkmė?
Laptevas
Rytų Sibiras
Beringovas
Karskoe
13. Kodėl nuo 1950 m. buvusi Renesanso sala išaugo beveik dvigubai?
Upės nuosėdos
Ledynų ploto padidėjimas
Krintantis vandens lygis
Dirbtiniai pylimai
14. Kaip vadinasi retai apgyvendintas, karštas, sausas Argentinos regionas, vasarą galintis užklupti dideli potvyniai?
Gran Chaco
Entre Rios
Patagonija
15. Kurioje Indijos dalyje gyvena tautos, kalbančios dravidų kalbomis?
Šiaurės vakarai
Šiaurės rytai
16. Kuriame mieste neseniai buvo pervadintas oro uostas? Čiang Kai-šekas
Honkongas
17. Kurioje Kanados provincijoje neseniai pradėtas naftos smėlis?
Ontarijas
Albertas
Britų Kolumbija
18. Kuris iš šių kanalų neturi šliuzų?
Kylis
Panamos
St Lawrence Riverway
Suecas
19. Nahuatl kalba kalba palikuonys žmonių, kurie pastatė didingus miestus ir šventyklas Meksikoje. Kokie tai žmonės?
Olmec
20. Kuris iš šių miestų yra Baskų krašte?
Gvadalachara
Barselona
Bilbao
21. Kurioje Kinijos provincijoje yra daugiausia gyventojų?
Šandongas
Sičuanas
22. Kurios šalys įstojo į JT po 2005 m.?
Juodkalnija
Juodkalnija ir Rytų Timoras
Juodkalnija, Rytų Timoras ir Eritrėja
23. Kuri Didžiosios Britanijos dalis yra rečiausiai apgyvendinta?
Škotija
Šiaurės Airija
24. Kurio miesto, esančio ant Vyslos krantų, istorinis centras įtrauktas į UNESCO pasaulio paveldo sąrašą?
Katovicai
Poznanė
25. Kurioje geografijos srityje pasižymėjo Abraomas Ortelijus?
Okeanologija
Meteorologija
Geologija
Kartografija
26. Koks yra didžiausias Martino Boeheimo pasiekimas?
Pirmasis pasaulyje spausdintas žemėlapis
Pirmasis pasaulyje gaublys
Konformali projekcija
Senųjų žinių enciklopedijos sudarymas
27. Kuri šalis turi daugiausiai vidaus pabėgėlių?
Kroatija
Bosnija ir Hercegovina
Azerbaidžanas
28. Diena yra susijusi su 1 metais maždaug taip, kaip 1 ilgumos laipsnis:
360 minučių
60 minučių
60 laipsnių
Pusiaujo ilgis
29. Kuria kryptimi reikia judėti, kad patektumėte iš taško, kurio koordinatės yra 12° Š? 176° vakarų iki taško, kurio koordinatės yra 30° Š. 174° rytų?
Į šiaurės rytus
Į pietvakarius
Į šiaurės vakarus
Į pietryčius
30. Kuriam iš šių dalykų būdinga jauniausia pluta?
Rytų Afrikos plyšys
Rytų Ramiojo vandenyno kilimas
Kanados skydas
Amazonės baseinas
31. Kokie tektoninių plokščių judėjimai stebimi San Andreaso lūžio zonoje?
Plokštės susidūrimas
Plokščių slydimas
Įvairių plokščių pakėlimas ir nuleidimas
Horizontalus plokščių poslinkis skirtingomis kryptimis išilgai vienos ašies
32. Kurioje iš šių šalių pastebimas migracijos mažėjimas?
Airija
33. Kokia dalis pasaulio gyventojų gyvena miestuose?
34. Kuri iš šių šalių pirmauja pagal atvykstančių turistų skaičių?
Prancūzija
Vietnamas
35. Kurios šalys neturi prieigos prie Pasaulio vandenyno ir ribojasi tik su valstybėmis, kurios taip pat neturi prieigos prie Pasaulio vandenyno?
Uzbekistanas
Uzbekistanas ir Lichtenšteinas
Uzbekistanas, Lichtenšteinas ir Vengrija
Uzbekistanas, Lichtenšteinas, Vengrija ir Centrinės Afrikos Respublika
36. Kuri iš šių uolienų yra metamorfinė?
Kalkakmenis
Bazaltas
37. Kokioje platumoje yra Pietų magnetinis ašigalis?
38. Kuri iš šių salų yra koralinės kilmės?
Hokaidas
Kiritimatis
Seišeliai
39. Kuris iš šių teiginių nėra teisingas dėl Kosta Rikos?
Trūksta reguliarios kariuomenės
Aukštas raštingumo lygis
Didelė vietinių gyventojų dalis
Didelė baltųjų gyventojų dalis
40. Kodėl topografiniams skaičiavimams negalima naudoti Gerhardo Merkatoriaus cilindrinės projekcijos?
Objektų plotai ties pusiauju yra iškraipyti
Aukštose platumose esančių objektų sritys yra iškraipytos
Kampai yra iškraipyti
Laipsnio tinklelis yra iškraipytas
41. Kurios valstybės yra įsitraukusios į teritorinį ginčą dėl sienos, einančios 22° šiaurės platumos?
Indija ir Pakistanas
JAV ir Kanada
Egiptas ir Sudanas
Namibija ir Angola
42. Kurios šalys neseniai baigė ginčą dėl naftos turtingos Bakassi pusiasalio zonos?
Nigerija ir Kamerūnas
KDR ir Angola
Gabonas ir Kamerūnas
Gvinėja ir Siera Leonė
43. Kuris iš nurodytų žemėlapio mastelių atvaizduoja reljefą detaliausiai?
44. Koks gyventojų tankis yra Singapūre?
3543 žmonės/km 2
6573 žmonės/km 2
7350 žmonių/km 2
9433 žmonės/km 2
45. Kokia yra keturių daugiausiai gyventojų turinčių šalių dalis Žemės gyventojų skaičiuje?
46. Kokias klimato zonas kirsite keliaudami iš Darvino į Elis Springsą?
Vidutinis jūrinis, subekvatorinis drėgnas, subekvatorinis sausas, tropinis sausas
Subekvatorinė sausa, tropinė sausa, atogrąžų dykuma
Subekvatorinis drėgnas, subekvatorinis sausas, tropinis sausas
Subekvatorinė drėgna, subekvatorinė sausa, tropinė sausa, atogrąžų dykuma
47. Kokia sąlyga gali pašalinti taifūnų įtaką?
Vieta ant pusiaujo
Įsikūręs 15° šiaurės platumos
Buvimas virš jūros
Buvimas tropikuose
48. Kada aukščiausias vandens lygis Zambezi upėje?
49. Kokia yra Amazonės Rio Negro intako vandens juodai raudonos spalvos priežastis?
Pramoninė vandens tarša upėje
Taninai, esantys augalų kraikuose
Uolos iš Andų
Pusiaujo dirvožemių vandens erozija
50. Taškas su koordinatėmis 18° pietų. 176° vakarų esančiose salose:
Karolina
draugijos
Havajų
Iš toliau pateikto šalių sąrašo pasirinkite 5 didžiausias gimstamumo rodiklius ir surūšiuokite jas mažėjančia tvarka:
Izraelis
Gvatemala
Ispanija
Iš toliau pateikto šalių sąrašo pasirinkite 5 ilgiausią pakrantę turinčias šalis ir surūšiuokite jas mažėjančia tvarka pagal jų vertę:
Malaizija
Australija
Ukraina
Indonezija
Venesuela
Brazilija
Bangladešas
Kosta Rika
Kontūriniame žemėlapyje pažymėkite 5 labiausiai apgyvendintas Pietų Amerikos šalis.
Kontūriniame žemėlapyje pažymėkite 5 Afrikos šalis, kuriose pabėgėlių srautas yra didžiausias.
ATSAKYMAI
1 – Mauricijus
2 - Sokotra
3 - suomių
4 – apie 50 proc.
6 - Marselis
7 – artimiausias atsakymas yra „prieš 250 milijonų metų“.
9 – Bandymo formuluotė negali būti laikoma teisinga. Variantas „Dunojaus baseine“ yra visiškai teisingas, bet netikslus: toks pozicijos apibrėžimas nėra orientuotas į Sofiją. Parinktis „Balkanų kalnuose“ tiksliau nurodo vietą, tačiau pati „Balkanų kalnų“ sąvoka yra miglota.
11 - Transilvanija
12 - Karskoe
13 – vandens lygio kritimas
14 - Patagonija
16 - Taipėjus
17 - Albertas
18 - Suecas
19 – Actekai
20 – Bilbao
21 – Sičuanas
22 - Juodkalnija
23 – Škotija
24 - Krokuva
25 - Kartografija
26 – gaublys
27 – Bosnija ir Hercegovina
28 - Pusiaujo ilgis
29 – į šiaurės vakarus
30 – Rytų Ramiojo vandenyno pakilimas
31 – horizontalus poslinkis...
32 – Matyt, čia kalbama apie Iraną, nors tikslių duomenų nėra.
33 - 49% (nors 2007 m. skaičiavimai rodo, kad miestiečių skaičius jau viršija 50%).
34 - Prancūzija
35 – Uzbekistanas ir Lichtenšteinas
36 - Marmuras
38 - Kiritimatis
39 – reguliarios kariuomenės trūkumas. Tačiau negalima atmesti kitų požymių, nes Žodžio „aukštas“ reikšmė neapibrėžta. Testas neteisingas.
40 – Aukštose platumose esančių objektų sritys yra iškraipytos. Tačiau 4-asis variantas nėra beprasmis. Testas neteisingas.
41 – Egiptas ir Sudanas
42 – Nigerija ir Kamerūnas
44 - 7350. Bet tokių klausimų negalima užduoti.
45 – apie 43 proc.
46 - 2-as atsakymas
47 – ties pusiauju
49 - Taninai
Nigeris, Egiptas, Jemenas, Pietų Afrika, Laosas, Malaizija, Australija, Švedija, Indonezija, Brazilija. Tačiau užduotis yra neteisinga. Pakrantės ilgis iš esmės yra neišmatuojamas dydis. Cm.: K.S. Lazarevičius. Pakrantės ilgis//Geografija, Nr./2004.
Klausimų formuluotės yra iš atminties ir gali šiek tiek skirtis nuo originalių: JAV nacionalinė geografijos draugija užduočių neišduoda nei konkurso dalyviams, nei komandų vadovams.
Teiginys, kad Vengrai sudaro daugumą Transilvanijoje, yra ginčytinas. Rumunai šiuo klausimu turi kitokį požiūrį.
