Radiazione solare totale. Radiazione solare: specie

Una luce brillante ci brucia con i raggi caldi e ci fa riflettere sul significato delle radiazioni nella nostra vita, i suoi benefici e i suoi danni. Cos'è la radiazione solare? La lezione di fisica della scuola ci offre di iniziare a familiarizzare con il concetto di radiazione elettromagnetica in generale. Questo termine si riferisce ad un'altra forma di materia - diversa dalla sostanza. Questo include la luce visibile e lo spettro non è percepito dall'occhio. Cioè raggi X, raggi gamma, raggi ultravioletti e infrarossi.

Onde elettromagnetiche

In presenza di una fonte di radiazione di emettitore onde elettromagnetiche sparsi in tutte le direzioni con la velocità della luce. Queste onde, come tutte le altre, hanno determinate caratteristiche. Questi includono la frequenza di vibrazione e la lunghezza d'onda. La proprietà di emettere radiazioni ha un corpo la cui temperatura è diversa dallo zero assoluto.

Il sole è la principale e più potente fonte di radiazioni vicino al nostro pianeta. A sua volta, la Terra (la sua atmosfera e la sua superficie) irradia essa stessa radiazioni, ma in un intervallo diverso. L'osservazione delle condizioni di temperatura sul pianeta per lunghi periodi di tempo ha dato origine a un'ipotesi sull'equilibrio della quantità di calore ricevuta dal sole e ceduta nello spazio.

Radiazione solare: composizione spettrale

La maggioranza assoluta (circa il 99%) dell'energia solare nello spettro si trova nell'intervallo di lunghezze d'onda da 0,1 a 4 micron. Il restante 1% sono i raggi di lunghezza maggiore e minore, comprese le onde radio e radiazione a raggi X. Circa la metà dell'energia radiante del sole cade su quello spettro, che noi percepiamo con uno sguardo, circa il 44% - sulla radiazione infrarossa, il 9% - sull'ultravioletto. Come sappiamo come si divide la radiazione solare? Il calcolo della sua distribuzione è possibile grazie alla ricerca dei satelliti spaziali.

Ci sono sostanze che possono venire in uno stato speciale ed emettere radiazioni aggiuntive di un altro intervallo di lunghezza d'onda. Ad esempio, c'è un bagliore a basse temperature, non tipico per l'emissione di luce da parte di questa sostanza. Questo tipo di radiazione, chiamata luminescente, non è soggetta ai soliti principi della radiazione termica.

Il fenomeno della luminescenza si verifica dopo l'assorbimento da parte della sostanza di una certa quantità di energia e la transizione verso un altro stato (il cosiddetto eccitato), che è più energeticamente più alto rispetto alla sua temperatura propria della sostanza. La luminescenza appare sulla transizione inversa, dallo stato eccitato al solito. In natura, possiamo osservarlo sotto forma di bagliore notturno del cielo e dell'aurora.

La nostra luce

L'energia dei raggi del sole è quasi l'unica fonte di calore per il nostro pianeta. La radiazione intrinseca che arriva dalle sue profondità alla superficie ha un'intensità di circa 5 mila volte inferiore. Allo stesso tempo, la luce visibile - uno dei fattori più importanti della vita sul pianeta - è solo una parte della radiazione solare.

L'energia dei raggi del sole passa in calore in una parte più piccola - nell'atmosfera, di più - sulla superficie della Terra. Lì viene speso per riscaldare l'acqua e il suolo (strati superiori), che poi emettono calore nell'aria. Essendo riscaldato, l'atmosfera e la superficie terrestre, a loro volta, emettono raggi infrarossi nello spazio, mentre si raffredda.

Radiazione solare: definizione

La radiazione che arriva alla superficie del nostro pianeta direttamente dal disco solare viene comunemente indicata come radiazione solare diretta. Il sole lo diffonde in tutte le direzioni. Data l'enorme distanza dalla Terra al Sole, la radiazione solare diretta in qualsiasi punto della superficie terrestre può essere rappresentata come un raggio di raggi paralleli, la cui sorgente è praticamente all'infinito. L'area situata perpendicolare ai raggi del sole, riceve così la sua massima quantità.

La densità del flusso di radiazione (o illuminazione di energia) è una misura della sua quantità che cade su una certa superficie. Questa è la quantità di energia radiante che cade in un'unità di tempo per unità di superficie. Questo valore è misurato - illuminazione energetica - in W / m ² . La nostra Terra, come tutti sanno, orbita attorno al Sole in un'orbita ellissoidale. Il sole è in uno dei fulcri di questa ellisse. Pertanto, ogni anno ad una certa ora (all'inizio di gennaio), la Terra occupa la posizione più vicina al Sole e ad un'altra (all'inizio di luglio) - la più lontana da essa. In questo caso, la grandezza dell'illuminazione dell'energia varia in proporzione inversa rispetto al quadrato della distanza dalla stella.

Dove arriva la radiazione solare? I suoi tipi sono determinati da molti fattori. A seconda della latitudine geografica, dell'umidità, della nuvolosità, una parte di essa viene dispersa nell'atmosfera, una parte viene assorbita, ma la maggior parte raggiunge comunque la superficie del pianeta. In questo caso, una piccola quantità viene riflessa e il principale viene assorbito dalla superficie terrestre, sotto l'azione di cui è sottoposto a riscaldamento. Anche la radiazione solare diffusa cade parzialmente sulla superficie terrestre, viene parzialmente assorbita e parzialmente riflessa. Il resto va nello spazio.

Come è la distribuzione

La radiazione solare è uniforme? I suoi tipi dopo tutte le "perdite" nell'atmosfera possono variare nella loro composizione spettrale. Dopo tutto, i raggi con lunghezze diverse vengono dispersi e assorbiti in modi diversi. In media, l'atmosfera assorbe circa il 23% della sua quantità originale. Circa il 26% del flusso totale viene convertito in radiazione diffusa, 2/3 dei quali quindi entrano nella Terra. In sostanza, questo è un tipo diverso di radiazioni, diverso da quello originale. La radiazione sparsa viene inviata sulla Terra non dal disco del Sole, ma dal firmamento del cielo. Ha una diversa composizione spettrale.

Le radiazioni assorbono principalmente l'ozono: lo spettro visibile e i raggi ultravioletti. La radiazione infrarossa viene assorbita dal biossido di carbonio (anidride carbonica), che, a proposito, è molto piccolo nell'atmosfera.

La dispersione della radiazione, indebolendola, si verifica per qualsiasi lunghezza d'onda dello spettro. Nel processo delle sue particelle, cadendo sotto l'influenza elettromagnetica, ridistribuisce l'energia dell'onda incidente in tutte le direzioni. Cioè, le particelle sono fonti puntiformi di energia.

luce del giorno

A causa della dispersione, la luce proveniente dal sole cambia colore quando attraversano le atmosfere. Il significato pratico dello scattering sta nel creare la luce del giorno. Se la Terra fosse stata privata dell'atmosfera, l'illuminazione sarebbe esistita solo nei luoghi in cui i raggi del sole colpiscono la superficie o sono riflessi dalla superficie. Cioè, l'atmosfera - la fonte della luce nel pomeriggio. Grazie ad esso, è leggero e in luoghi inaccessibili ai raggi diretti, e quindi, quando il sole è nascosto dietro le nuvole. È una dispersione che dà colore all'aria - vediamo il cielo blu.

E di cosa dipende ancora la radiazione solare? Non trascurare il fattore torbidità. Dopo tutto, l'attenuazione della radiazione avviene in due modi: l'atmosfera stessa e il vapore acqueo, oltre a varie impurità. Il livello di polvere aumenta in estate (così come il contenuto nell'atmosfera del vapore acqueo).

Radiazione totale

Con questo si intende la quantità totale di radiazioni che cadono sulla superficie terrestre, sia diretta che diffusa. La radiazione solare totale diminuisce con il tempo nuvoloso.

Per questo motivo, in estate, la radiazione totale è in media più alta prima di mezzogiorno che dopo di essa. E nella prima metà dell'anno - più che nel secondo.

Cosa succede alla radiazione totale sulla superficie terrestre? Una volta lì, viene per lo più assorbito dallo strato superiore di terra o acqua e si trasforma in calore, una parte di essa viene riflessa. Il grado di riflessione dipende dalla natura della superficie terrestre. L'indicatore che esprime la percentuale di radiazione solare riflessa sulla sua quantità totale che cade sulla superficie è chiamato albedo di superficie.

Il termine auto-radiazione della superficie terrestre è intesa come radiazione a onda lunga emessa da vegetazione, manto nevoso, strati superiori di acqua e suolo. Il bilancio di radiazione della superficie si riferisce alla differenza tra la sua quantità assorbita e l'emessa.

Radiazione efficace

È dimostrato che la controrotazione è quasi sempre inferiore al terrestre. Per questo motivo, la superficie della terra incorre nella perdita di calore. La differenza tra i valori della radiazione intrinseca della superficie e dell'atmosfera è chiamata radiazione efficace. Questa è in realtà una perdita netta di energia e, di conseguenza, il calore durante la notte.

C'è di giorno. Ma durante il giorno è parzialmente compensato o addirittura bloccato dalle radiazioni assorbite. Pertanto, la superficie della terra è più calda durante il giorno che di notte.

Informazioni sulla distribuzione geografica delle radiazioni

Le radiazioni solari sulla Terra durante tutto l'anno sono distribuite in modo non uniforme. La sua distribuzione è di natura zonale e le isoline (punti di collegamento di valori identici) del flusso di radiazioni non sono affatto identiche ai cerchi latitudinali. Questa discrepanza è causata da diversi livelli di nuvolosità e trasparenza dell'atmosfera in diverse parti del globo.

Il più grande valore della radiazione solare totale durante l'anno è nei deserti subtropicali con un'atmosfera torbida. Molto meno è nelle aree forestali della cintura equatoriale. Il motivo per questo - ha aumentato la nuvolosità. Verso entrambi i poli, questo indicatore diminuisce. Ma nella regione dei poli sta aumentando di nuovo - nell'emisfero nord meno, nella regione dell'Antartide nevosa e nuvolosa - di più. Sulla superficie degli oceani, in media, la radiazione solare è inferiore a quella dei continenti.

Quasi ovunque sulla Terra, la superficie ha un bilancio radiativo positivo, cioè, allo stesso tempo, l'afflusso di radiazioni è maggiore della radiazione effettiva. Le eccezioni sono le regioni dell'Antartide e della Groenlandia con i loro altipiani ghiacciati.

Il riscaldamento globale ci sta minacciando?

Ma quanto sopra non significa il riscaldamento annuale della superficie terrestre. La radiazione in eccesso assorbita è compensata dalla perdita di calore dalla superficie all'atmosfera, che si verifica quando la fase acquosa cambia (evaporazione, condensazione in vista nuvola).

Quindi, l'equilibrio delle radiazioni come tale non esiste sulla superficie della Terra. Ma esiste un equilibrio termico: l'approvvigionamento e la perdita di calore sono bilanciati in modi diversi, inclusa la radiazione.

Equilibra la distribuzione per carta

Alle stesse latitudini del globo, il bilancio delle radiazioni è maggiore sulla superficie dell'oceano che sulla terraferma. Ciò può essere spiegato dal fatto che lo strato che assorbe le radiazioni negli oceani è più spesso, mentre allo stesso tempo la radiazione efficace è inferiore a causa del freddo della superficie del mare rispetto alla terra.

Fluttuazioni significative nell'ampiezza della sua distribuzione sono osservate nei deserti. Il bilancio è inferiore a causa dell'elevata radiazione efficace nell'aria secca e nelle nuvole basse. In misura minore, viene abbassato nelle zone del clima monsonico. Durante la stagione calda, la nuvolosità è aumentata lì e la radiazione solare assorbita è inferiore rispetto ad altre aree della stessa latitudine.

Naturalmente, il fattore principale da cui dipende la radiazione solare annuale media è la latitudine di una o di un'altra regione. Registra "porzioni" di raggi ultravioletti in paesi situati vicino all'equatore. Questa è l'Africa nord-orientale, la sua costa orientale, Penisola arabica, a nord e ad ovest dell'Australia, parte delle isole dell'Indonesia, la parte occidentale della costa del Sud America.

In Europa, la Turchia, il sud della Spagna, la Sicilia, la Sardegna, le isole della Grecia, la costa della Francia (la parte meridionale), così come alcune parti dell'Italia, Cipro e Creta, prendono la dose massima di luce e radiazioni.

Che ne dici di noi?

La radiazione solare totale in Russia è distribuita, a prima vista, inaspettatamente. Sul territorio del nostro paese, stranamente, per niente le località del Mar Nero reggono il palmo. Le più alte dosi di radiazione solare cadono sul territorio al confine con la Cina e Severnaya Zemlya. Nel complesso, la radiazione solare in Russia non differisce in particolare intensità, che è completamente spiegata dalla nostra posizione geografica settentrionale. La quantità minima di luce solare va nella regione nord-occidentale - San Pietroburgo, insieme alle aree circostanti.

Le radiazioni solari in Russia sono inferiori a quelle dell'Ucraina. Lì, il più ultravioletto va in Crimea e nei territori al di là del Danubio, in secondo luogo i Carpazi con le regioni meridionali dell'Ucraina.

La radiazione solare totale (sia diretta che diffusa) che cade su una superficie orizzontale viene fornita mensilmente per ciascuna in tabelle appositamente progettate per diversi territori e misurate in MJ / m ² . Ad esempio, la radiazione solare a Mosca ha indicatori da 31-58 nei mesi invernali a 568-615 in estate.

Informazioni sull'insolazione solare

L'insolazione, o la quantità di irraggiamento utile incidente su una superficie illuminata dal sole, varia considerevolmente in punti geografici diversi. L'insolazione annuale è calcolata per metro quadrato in megawatt. Ad esempio, a Mosca questo valore è 1,01, in Arkhangelsk - 0,85, in Astrakhan - 1,38 MW.

Nel determinarlo, fattori come la stagione (illuminazione e longitudine inferiore in inverno), carattere del terreno (le montagne possono bloccare il sole), le condizioni meteorologiche tipiche per l'area - nebbia, pioggia frequente e nuvolosità dovrebbero essere prese in considerazione. Il piano di ricezione della luce può essere orientato verticalmente, orizzontalmente o inclinato. La quantità di insolazione, così come la distribuzione della radiazione solare in Russia, sono raggruppati in una tabella per città e regione, indicando la latitudine geografica.