La Terra riceve dal Sole 1,36*10v24 cal di calore all'anno. Rispetto a questa quantità di energia, la quantità rimanente di energia radiante che raggiunge la superficie terrestre è trascurabile. Pertanto, l'energia radiante delle stelle è un centomilionesimo dell'energia solare, la radiazione cosmica è due miliardesimi, il calore interno della Terra sulla sua superficie è pari a un cinquemillesimo del calore solare.
Radiazione del Sole - radiazione solare- è la principale fonte di energia per quasi tutti i processi che si verificano nell'atmosfera, nell'idrosfera e negli strati superiori della litosfera.
L'unità di misura dell'intensità della radiazione solare è il numero di calorie di calore assorbite da 1 cm2 di superficie assolutamente nera perpendicolare alla direzione dei raggi solari in 1 minuto (cal/cm2*min).
Il flusso di energia radiante proveniente dal Sole, che raggiunge l'atmosfera terrestre, è molto costante. La sua intensità è chiamata costante solare (Io) e viene considerata in media pari a 1,88 kcal/cm2 min.
Il valore della costante solare varia a seconda della distanza della Terra dal Sole e dell'attività solare. Le sue fluttuazioni durante l'anno sono del 3,4-3,5%.
Se i raggi del sole cadessero verticalmente ovunque sulla superficie terrestre, in assenza di atmosfera e con una costante solare di 1,88 cal / cm2 * min, ogni centimetro quadrato riceverebbe 1000 kcal all'anno. A causa del fatto che la Terra è sferica, questa quantità è ridotta di 4 volte e 1 mq. cm riceve in media 250 kcal all'anno.
La quantità di radiazione solare ricevuta dalla superficie dipende dall'angolo di incidenza dei raggi.
La quantità massima di radiazione viene ricevuta dalla superficie perpendicolare alla direzione dei raggi solari, perché in questo caso tutta l'energia viene distribuita nell'area con una sezione trasversale pari alla sezione trasversale del fascio di raggi - a. Con incidenza obliqua dello stesso fascio di raggi, l'energia si distribuisce su un'ampia area (sezione c) ed una superficie unitaria ne riceve una quantità minore. Minore è l'angolo di incidenza dei raggi, minore è l'intensità della radiazione solare.
La dipendenza dell'intensità della radiazione solare dall'angolo di incidenza dei raggi è espressa dalla formula:
I1 = I0 * sinh,
dove I0 è l'intensità della radiazione solare in corrispondenza di un'incidenza pura dei raggi. Fuori dall'atmosfera, la costante solare;
I1 - l'intensità della radiazione solare quando i raggi del sole cadono con un angolo h.
I1 è tante volte inferiore a I0 quante volte la sezione a è inferiore alla sezione b.
La Figura 27 mostra che a / b \u003d sin A.
L'angolo di incidenza dei raggi solari (l'altezza del Sole) è pari a 90° solo alle latitudini da 23° 27" N a 23° 27" S. (cioè tra i tropici). Alle altre latitudini è sempre inferiore a 90° (Tabella 8). In base alla diminuzione dell'angolo di incidenza dei raggi, dovrebbe diminuire anche l'intensità della radiazione solare che arriva sulla superficie a diverse latitudini. Poiché l'altezza del Sole non rimane costante durante tutto l'anno e durante il giorno, la quantità di calore solare ricevuta dalla superficie cambia continuamente.
La quantità di radiazione solare ricevuta dalla superficie è direttamente correlata a dalla durata della sua esposizione alla luce solare.
Nella zona equatoriale al di fuori dell'atmosfera, la quantità di calore solare durante l'anno non subisce grandi fluttuazioni, mentre alle alte latitudini queste fluttuazioni sono molto ampie (vedi Tabella 9). In inverno, le differenze nell'arrivo del calore solare tra le alte e le basse latitudini sono particolarmente significative. In estate, in condizioni di illuminazione continua, le regioni polari ricevono la massima quantità di calore solare al giorno sulla Terra. Nel giorno del solstizio d'estate nell'emisfero settentrionale la quantità di calore giornaliera è superiore del 36% all'equatore. Ma poiché la durata del giorno all'equatore non è di 24 ore (come in questo momento al polo), ma di 12 ore, la quantità di radiazione solare per unità di tempo all'equatore rimane la maggiore. Il massimo estivo della somma giornaliera del calore solare, osservato a circa 40-50° di latitudine, è associato a una giornata relativamente lunga (maggiore di quella attuale di 10-20° di latitudine) ad un'altezza significativa del Sole. Le differenze nella quantità di calore ricevuto dalle regioni equatoriali e polari sono minori in estate che in inverno.
L'emisfero sud riceve più calore in estate rispetto a quello nord, e viceversa in inverno (è influenzato dalla variazione della distanza della Terra dal Sole). E se la superficie di entrambi gli emisferi fosse completamente omogenea, l’ampiezza annuale delle fluttuazioni di temperatura nell’emisfero meridionale sarebbe maggiore che in quello settentrionale.
La radiazione solare nell'atmosfera subisce cambiamenti quantitativi e qualitativi.
Anche un'atmosfera ideale, secca e pulita assorbe e disperde i raggi, riducendo l'intensità della radiazione solare. L'effetto indebolente dell'atmosfera reale, contenente vapore acqueo e impurità solide, sulla radiazione solare è molto maggiore di quello ideale. L'atmosfera (ossigeno, ozono, anidride carbonica, polvere e vapore acqueo) assorbe principalmente i raggi ultravioletti e infrarossi. L'energia radiante del Sole assorbita dall'atmosfera viene convertita in altri tipi di energia: termica, chimica, ecc. In generale l'assorbimento indebolisce la radiazione solare del 17-25%.
Le molecole dei gas atmosferici diffondono i raggi con onde relativamente corte: viola, blu. Questo è ciò che spiega il colore azzurro del cielo. Le impurità diffondono equamente i raggi con onde di diverse lunghezze d'onda. Pertanto, con un contenuto significativo di essi, il cielo acquisisce una tinta biancastra.
A causa della diffusione e del riflesso dei raggi solari da parte dell'atmosfera, nelle giornate nuvolose si osserva la luce del giorno, gli oggetti all'ombra sono visibili e si verifica il fenomeno del crepuscolo.
Quanto più lungo è il percorso del fascio nell'atmosfera, tanto maggiore è il suo spessore che deve attraversare e tanto più sensibilmente viene attenuata la radiazione solare. Pertanto, con l'altitudine, l'influenza dell'atmosfera sulla radiazione diminuisce. La lunghezza del percorso della luce solare nell'atmosfera dipende dall'altezza del sole. Se prendiamo come unità la lunghezza del percorso del fascio solare nell'atmosfera all'altezza del Sole 90° (m), il rapporto tra l'altezza del Sole e la lunghezza del percorso del fascio nell'atmosfera sarà come mostrato nella tabella. 10.
L'attenuazione totale della radiazione nell'atmosfera a qualsiasi altezza del Sole può essere espressa dalla formula di Bouguer: Im = I0 * pm, dove Im è l'intensità della radiazione solare vicino alla superficie terrestre modificata nell'atmosfera; I0 - costante solare; m è il percorso del fascio nell'atmosfera; ad un'altezza solare di 90° è pari a 1 (la massa dell'atmosfera), p è il coefficiente di trasparenza (un numero frazionario che mostra quale frazione di radiazione raggiunge la superficie a m = 1).
Ad un'altezza del Sole di 90°, a m=1, l'intensità della radiazione solare vicino alla superficie terrestre I1 è p volte inferiore a Io, cioè I1=Io*p.
Se l'altezza del Sole è inferiore a 90°, allora m è sempre maggiore di 1. Il percorso di un raggio solare può essere costituito da più segmenti, ciascuno dei quali è uguale a 1. L'intensità della radiazione solare al confine tra primo (aa1) e secondo (a1a2) segmento I1 è ovviamente uguale a Io *p, intensità di radiazione dopo aver superato il secondo segmento I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2; I3=I0p3 ecc.
La trasparenza dell'atmosfera non è costante e non è la stessa in condizioni diverse. Il rapporto tra la trasparenza dell'atmosfera reale e la trasparenza dell'atmosfera ideale - il fattore di torbidità - è sempre maggiore di uno. Dipende dal contenuto di vapore acqueo e polvere nell'aria. Con l'aumentare della latitudine geografica il fattore di torbidità diminuisce: a latitudini da 0 a 20°N. sh. è pari in media a 4,6, alle latitudini da 40 a 50° N. sh. - 3,5, alle latitudini da 50 a 60°N. sh. - 2,8 e a latitudini da 60 a 80°N. sh. -2.0. Alle latitudini temperate il fattore torbidità è minore in inverno che in estate e minore al mattino che al pomeriggio. Diminuisce con l'altezza. Maggiore è il fattore di torbidità, maggiore è l'attenuazione della radiazione solare.
Distinguere radiazione solare diretta, diffusa e totale.
Parte della radiazione solare che penetra attraverso l'atmosfera fino alla superficie terrestre è radiazione diretta. Parte della radiazione diffusa dall'atmosfera viene convertita in radiazione diffusa. Tutta la radiazione solare che entra sulla superficie terrestre, diretta e diffusa, è chiamata radiazione totale.
Il rapporto tra la radiazione diretta e quella diffusa varia notevolmente a seconda della nuvolosità, della polverosità dell'atmosfera e anche dell'altezza del Sole. Nei cieli sereni la frazione di radiazione diffusa non supera lo 0,1%; nei cieli nuvolosi la radiazione diffusa può essere maggiore della radiazione diretta.
A bassa quota del Sole, la radiazione totale è costituita quasi interamente da radiazione diffusa. Ad un'altitudine solare di 50° e con cielo sereno, la frazione di radiazione diffusa non supera il 10-20%.
Le mappe dei valori medi annuali e mensili della radiazione totale permettono di notare i principali schemi nella sua distribuzione geografica. I valori annuali di radiazione totale sono distribuiti prevalentemente zonalmente. La maggiore quantità annua di radiazione totale sulla Terra viene ricevuta dalla superficie dei deserti tropicali interni (Sahara orientale e parte centrale dell'Arabia). Una notevole diminuzione della radiazione totale all'equatore è causata dall'elevata umidità dell'aria e dall'elevata nuvolosità. Nell'Artico la radiazione totale è di 60-70 kcal/cm2 all'anno; nell'Antartico, a causa del frequente ripetersi di giornate serene e della maggiore trasparenza dell'atmosfera, è un po' maggiore.
Nel mese di giugno, l’emisfero settentrionale riceve la maggiore quantità di radiazioni, e in particolare le regioni tropicali e subtropicali interne. La quantità di radiazione solare ricevuta dalla superficie alle latitudini temperate e polari dell'emisfero settentrionale differisce poco, principalmente a causa della lunga durata del giorno nelle regioni polari. Zonizzazione nella distribuzione della radiazione totale sopra. continenti nell'emisfero settentrionale e nelle latitudini tropicali dell'emisfero meridionale non è quasi espresso. Si manifesta meglio nell'emisfero settentrionale sopra l'Oceano ed è chiaramente espresso nelle latitudini extratropicali dell'emisfero meridionale. Al circolo polare meridionale, il valore della radiazione solare totale si avvicina allo 0.
Nel mese di dicembre, le maggiori quantità di radiazioni entrano nell’emisfero meridionale. La superficie ghiacciata dell’Antartide, con un’elevata trasparenza dell’aria, riceve una radiazione totale significativamente maggiore rispetto alla superficie dell’Artico nel mese di giugno. C'è molto caldo nei deserti (Kalahari, Grande Australia), ma a causa della maggiore oceanicità dell'emisfero meridionale (l'influenza dell'elevata umidità dell'aria e della nuvolosità), le sue quantità qui sono leggermente inferiori rispetto a giugno alle stesse latitudini dell'emisfero settentrionale. Alle latitudini equatoriali e tropicali dell'emisfero settentrionale, la radiazione totale varia relativamente poco, e la suddivisione in zone della sua distribuzione è chiaramente espressa solo a nord del tropico settentrionale. Con l’aumentare della latitudine, la radiazione totale diminuisce piuttosto rapidamente; la sua isolina zero passa un po’ a nord del Circolo Polare Artico.
La radiazione solare totale, che cade sulla superficie terrestre, viene parzialmente riflessa nell'atmosfera. Viene chiamato il rapporto tra la quantità di radiazione riflessa da una superficie e la quantità di radiazione incidente su quella superficie albedo. L'albedo caratterizza la riflettività di una superficie.
L'albedo della superficie terrestre dipende dalle sue condizioni e proprietà: colore, umidità, rugosità, ecc. La neve appena caduta ha la più alta riflettività (85-95%). Una superficie d'acqua calma riflette solo il 2-5% dei raggi solari quando cade verticalmente, e quasi tutti i raggi che cadono su di essa (90%) quando il sole è basso. Albedo di chernozem secco - 14%, umido - 8, foresta - 10-20, vegetazione prativa - 18-30, superficie sabbiosa del deserto - 29-35, superficie del ghiaccio marino - 30-40%.
L'ampia albedo della superficie del ghiaccio, soprattutto se ricoperta di neve fresca (fino al 95%), è la causa delle basse temperature nelle regioni polari in estate, quando l'arrivo della radiazione solare è significativo.
Radiazione della superficie terrestre e dell'atmosfera. Qualsiasi corpo con una temperatura superiore allo zero assoluto (maggiore di meno 273°) emette energia radiante. L'emissività totale di un corpo nero è proporzionale alla quarta potenza della sua temperatura assoluta (T):
E \u003d σ * T4 kcal / cm2 al minuto (legge di Stefan-Boltzmann), dove σ è un coefficiente costante.
Maggiore è la temperatura del corpo radiante, minore è la lunghezza d'onda dei raggi nm emessi. Il Sole incandescente manda nello spazio radiazione ad onde corte. La superficie terrestre, assorbendo la radiazione solare a onde corte, si riscalda e diventa anche una fonte di radiazione (radiazione terrestre). Ho, poiché la temperatura della superficie terrestre non supera diverse decine di gradi, suo radiazione a onda lunga, invisibile.
La radiazione terrestre è in gran parte trattenuta dall'atmosfera (vapore acqueo, anidride carbonica, ozono), ma i raggi con una lunghezza d'onda di 9-12 micron vanno liberamente oltre l'atmosfera e quindi la Terra perde parte del suo calore.
L'atmosfera, assorbendo parte della radiazione solare che la attraversa e più della metà di quella terrestre, irradia essa stessa energia sia nello spazio mondiale che sulla superficie terrestre. Viene chiamata la radiazione atmosferica diretta verso la superficie terrestre verso la superficie terrestre radiazione opposta. Questa radiazione, come quella terrestre, a onde lunghe, invisibile.
Nell'atmosfera si incontrano due flussi di radiazioni a onde lunghe: la radiazione della superficie terrestre e la radiazione dell'atmosfera. Si chiama la differenza tra loro, che determina l'effettiva perdita di calore da parte della superficie terrestre radiazione efficiente. La radiazione effettiva è tanto maggiore quanto più alta è la temperatura della superficie radiante. L'umidità dell'aria riduce la radiazione effettiva, le sue nuvole la riducono notevolmente.
Il valore più alto della somma annua di radiazione effettiva si osserva nei deserti tropicali - 80 kcal / cm2 all'anno - a causa dell'elevata temperatura superficiale, dell'aria secca e del cielo limpido. All'equatore, con un'elevata umidità dell'aria, la radiazione effettiva è solo di circa 30 kcal/cm2 all'anno, e il suo valore per la terra e per l'oceano differisce molto poco. La radiazione efficace più bassa nelle regioni polari. Alle latitudini temperate, la superficie terrestre perde circa la metà della quantità di calore che riceve dall'assorbimento della radiazione totale.
La capacità dell'atmosfera di far passare la radiazione a onde corte del Sole (radiazione diretta e diffusa) e di ritardare la radiazione a onde lunghe della Terra è chiamata effetto serra (serra). A causa dell'effetto serra, la temperatura media della superficie terrestre è di +16°, in assenza di atmosfera sarebbe -22° (38° in meno).
Bilancio della radiazione (radiazione residua). La superficie terrestre riceve contemporaneamente la radiazione e la cede. L'arrivo della radiazione è la radiazione solare totale e la controradiazione dell'atmosfera. Consumo: la riflessione della luce solare dalla superficie (albedo) e la radiazione propria della superficie terrestre. La differenza tra la radiazione in entrata e quella in uscita è bilancio delle radiazioni, O radiazione residua. Il valore del bilancio di radiazione è determinato dall'equazione
R \u003d Q * (1-α) - I,
dove Q è la radiazione solare totale per unità di superficie; α - albedo (frazione); I - radiazione efficace.
Se l’input è maggiore dell’output il bilancio della radiazione è positivo; se l’input è inferiore all’output il bilancio è negativo. Di notte, a tutte le latitudini, il bilancio radiativo è negativo; di giorno, fino a mezzogiorno, è positivo ovunque, tranne che alle alte latitudini invernali; nel pomeriggio ancora negativo. In media al giorno, il bilancio radiativo può essere sia positivo che negativo (Tabella 11).
Sulla mappa delle somme annuali del bilancio radiativo della superficie terrestre, si può vedere un brusco cambiamento nella posizione delle isoline quando si spostano dalla terra all'oceano. Di norma, il bilancio radiativo della superficie dell’oceano supera il bilancio radiativo della terraferma (effetto dell’albedo e della radiazione effettiva). La distribuzione del bilancio radiativo è generalmente zonale. Nell'Oceano alle latitudini tropicali, i valori annuali del bilancio radiativo raggiungono 140 kcal/cm2 (Mar Arabico) e non superano 30 kcal/cm2 al confine del ghiaccio galleggiante. Le deviazioni dalla distribuzione zonale del bilancio radiativo nell'Oceano sono insignificanti e sono causate dalla distribuzione delle nuvole.
Sui terreni alle latitudini equatoriali e tropicali, i valori annui del bilancio radiativo variano da 60 a 90 kcal/cm2, a seconda delle condizioni di umidità. Le maggiori somme annuali del bilancio di radiazione si registrano in quelle aree dove l’albedo e la radiazione effettiva sono relativamente piccole (foreste tropicali umide, savane). Il loro valore più basso si trova nelle regioni molto umide (grande nuvolosità) e molto secche (grande radiazione effettiva). Alle latitudini temperate e alte, il valore annuale del bilancio radiativo diminuisce con l'aumentare della latitudine (effetto di una diminuzione della radiazione totale).
Le somme annuali del bilancio radiativo sulle regioni centrali dell'Antartide sono negative (diverse calorie per 1 cm2). Nell’Artico questi valori sono prossimi allo zero.
Nel mese di luglio, il bilancio radiativo della superficie terrestre in una parte significativa dell'emisfero meridionale è negativo. La linea di equilibrio zero corre tra 40 e 50°S. sh. Il valore più alto del bilancio radiativo si raggiunge sulla superficie dell'Oceano alle latitudini tropicali dell'emisfero settentrionale e sulla superficie di alcuni mari interni, come il Mar Nero (14-16 kcal/cm2 al mese).
Nel mese di gennaio la linea di equilibrio zero si trova tra 40 e 50°N. sh. (sopra gli oceani sale un po' verso nord, sopra i continenti scende verso sud). Una parte significativa dell’emisfero settentrionale ha un bilancio radiativo negativo. I maggiori valori del bilancio radiativo sono limitati alle latitudini tropicali dell’emisfero meridionale.
In media per l'anno, il bilancio radiativo della superficie terrestre è positivo. In questo caso la temperatura superficiale non aumenta, ma rimane pressoché costante, il che può essere spiegato solo dal continuo consumo di calore in eccesso.
Il bilancio radiativo dell'atmosfera è costituito, da un lato, dalla radiazione solare e terrestre da essa assorbita, e dall'altro, dalla radiazione atmosferica. È sempre negativo, poiché l'atmosfera assorbe solo una piccola parte della radiazione solare, e ne irradia quasi quanto la superficie.
Il bilancio radiativo della superficie e dell'atmosfera insieme, nel suo complesso, per l'intera Terra per un anno è in media pari a zero, ma alle latitudini può essere sia positivo che negativo.
La conseguenza di una tale distribuzione del bilancio radiativo dovrebbe essere il trasferimento di calore nella direzione dall'equatore ai poli.
Equilibrio termico. Il bilancio radiante è la componente più importante del bilancio termico. L'equazione del bilancio del calore superficiale mostra come l'energia della radiazione solare in arrivo viene convertita sulla superficie terrestre:
dove R è il bilancio radiativo; LE - consumo di calore per l'evaporazione (L - calore latente di vaporizzazione, E - evaporazione);
P - scambio termico turbolento tra la superficie e l'atmosfera;
A - scambio termico tra la superficie e gli strati sottostanti del suolo o dell'acqua.
Il bilancio radiativo di una superficie è considerato positivo se la radiazione assorbita dalla superficie supera le dispersioni termiche, e negativo se non le reintegra. Tutti gli altri termini del bilancio termico sono considerati positivi se provocano perdite di calore dalla superficie (se corrispondono al consumo di calore). Perché. tutti i termini dell'equazione possono cambiare, l'equilibrio termico viene costantemente disturbato e ripristinato nuovamente.
L'equazione del bilancio termico della superficie considerata sopra è approssimativa, poiché non tiene conto di alcuni fattori secondari, ma in condizioni specifiche, che diventano importanti, ad esempio il rilascio di calore durante il congelamento, il suo consumo per lo scongelamento, ecc. .
Il bilancio termico dell’atmosfera è costituito dal bilancio radiativo dell’atmosfera Ra, dal calore proveniente dalla superficie, Pa, dal calore rilasciato nell’atmosfera durante la condensazione, LE, e dal trasferimento di calore orizzontale (avvezione) Aa. Il bilancio radiativo dell’atmosfera è sempre negativo. L'afflusso di calore derivante dalla condensazione dell'umidità e l'entità del trasferimento di calore turbolento sono positivi. L'avvezione del calore comporta, in media ogni anno, il suo trasferimento dalle basse latitudini alle alte latitudini: significa quindi consumo di calore alle basse latitudini e arrivo alle alte latitudini. In una derivazione pluriennale, il bilancio termico dell'atmosfera può essere espresso dall'equazione Ra=Pa+LE.
Il bilancio termico della superficie e dell'atmosfera nel suo complesso è pari a 0 in una media a lungo termine (Fig. 35).
La quantità di radiazione solare che entra nell'atmosfera all'anno (250 kcal/cm2) è considerata pari al 100%. La radiazione solare, penetrando nell'atmosfera, viene parzialmente riflessa dalle nuvole e risale oltre l'atmosfera - 38%, parzialmente assorbita dall'atmosfera - 14% e parzialmente sotto forma di radiazione solare diretta raggiunge la superficie terrestre - 48%. Del 48% che raggiunge la superficie, il 44% ne viene assorbito e il 4% viene riflesso. Pertanto, l'albedo terrestre è del 42% (38+4).
La radiazione assorbita dalla superficie terrestre viene spesa come segue: il 20% viene perso attraverso la radiazione efficace, il 18% viene speso per l'evaporazione dalla superficie, il 6% viene speso per riscaldare l'aria durante il trasferimento di calore turbolento (totale 24%). La perdita di calore dalla superficie ne bilancia l'arrivo. Il calore ricevuto dall'atmosfera (14% direttamente dal Sole, 24% dalla superficie terrestre), insieme alla radiazione effettiva della Terra, viene diretto nello spazio mondiale. L'albedo della Terra (42%) e la radiazione (58%) bilanciano l'afflusso della radiazione solare nell'atmosfera.
Zonaledistribuzione della radiazione solare in prossimità della superficie terrestre.
La radiazione solare raggiunge la superficie terrestre indebolita dall'assorbimento e dalla diffusione atmosferica. Inoltre, ci sono sempre nuvole nell'atmosfera e la radiazione solare diretta spesso non raggiunge la superficie terrestre, essendo assorbita, dispersa e riflessa dalle nuvole. La nuvolosità può ridurre l'afflusso di radiazioni dirette su un ampio intervallo. Ad esempio, nella zona desertica, solo il 20% della radiazione solare diretta viene persa a causa della presenza di nuvole. Ma in un clima monsonico, la perdita di radiazione diretta dovuta alla nuvolosità è del 75%. A San Pietroburgo, anche in media annuale, le nuvole non permettono al 65% della radiazione diretta di raggiungere la superficie terrestre.
La distribuzione della radiazione solare diretta sul globo è complessa, poiché il grado di trasparenza dell'atmosfera e le condizioni di nuvolosità sono molto variabili a seconda della situazione geografica. Il maggiore afflusso di radiazione diretta in estate non si verifica alle latitudini polari, come al confine dell'atmosfera, ma a 30-40° di latitudine. Alle latitudini polari l'attenuazione della radiazione è eccessiva a causa della bassa altitudine del sole. In primavera e autunno la massima radiazione diretta non è all'equatore, come al confine dell'atmosfera, ma a 10-20° in primavera e 20-30° in autunno: l'equatore è troppo nuvoloso. Solo durante l'inverno di un dato emisfero la zona equatoriale riceve più radiazioni sulla superficie terrestre, così come sul confine superiore dell'atmosfera, rispetto a tutte le altre zone.
I valori della radiazione diffusa sono generalmente inferiori a quelli della radiazione diretta, ma l’ordine di grandezza è lo stesso. Alle latitudini tropicali e medie, la quantità di radiazione diffusa varia dalla metà ai due terzi della radiazione diretta; a 50-60° di latitudine è già prossimo ad una linea retta, mentre alle alte latitudini (60-90°) la radiazione diffusa è maggiore della linea retta per quasi tutto l'anno. In estate, l’afflusso di radiazioni diffuse alle alte latitudini è maggiore che in altre aree dell’emisfero settentrionale.
Distribuzione geografica della radiazione totale
Consideriamo la distribuzione delle quantità (somme) annuali e mensili della radiazione totale sul globo. Vediamo che non è del tutto zonale: le isolinee di radiazione sulle mappe non coincidono con i circoli latitudinali. Queste deviazioni sono spiegate dal fatto che la distribuzione della radiazione sul globo è influenzata dalla trasparenza dell'atmosfera e dalla nuvolosità. La quantità annua di radiazione totale alle latitudini tropicali e subtropicali supera le 140 kcal/cm2. Sono particolarmente elevati nei deserti subtropicali nuvolosi e nell'Africa settentrionale raggiungono le 200-220 kcal/cm2. Ma nelle zone forestali equatoriali con elevata nuvolosità (sul bacino dell'Amazzonia e del Congo, sull'Indonesia) si riducono a 100-120 kcal/cm2. Alle latitudini più elevate di entrambi gli emisferi, la quantità annua di radiazione totale diminuisce, raggiungendo 60-80 kcal/cm2 a 60° di latitudine. Ma poi crescono di nuovo - poco nell'emisfero settentrionale, ma in modo molto significativo sull'Antartide nuvolosa e nevosa, dove nelle profondità della terraferma raggiungono 120-130 kcal / cm2, cioè valori vicini a quelli tropicali e superiori a quelli equatoriali. Negli oceani la quantità di radiazioni è inferiore a quella sulla terraferma.
Nel mese di dicembre, le quantità più elevate di radiazioni, fino a 20-22 kcal/cm2 e anche di più, si registrano nei deserti dell'emisfero meridionale. Ma nelle regioni nuvolose vicine all'equatore si riducono a 8-12 kcal/cm2. Nell'emisfero settentrionale invernale, la radiazione diminuisce rapidamente verso nord; a nord del 50° parallelo è inferiore a 2 kcal/cm2 ed è pari a zero poco a nord del circolo polare. In estate nell'emisfero australe diminuisce verso sud fino a 10 kcal/cm2 e diminuisce a latitudini di 50-60°. Ma poi cresce - fino a 20 kcal/cm2 al largo delle coste dell'Antartide e oltre 30 kcal/cm2 all'interno dell'Antartide, dove è quindi più alto che in estate ai tropici.
Nel mese di giugno, le quantità più elevate di radiazioni, superiori a 22 kcal/cm2, si verificano sull’Africa nord-orientale, sull’Arabia e sugli altopiani iraniani. Fino a 20 kcal/cm2 e oltre si trovano in Asia centrale; molto meno, fino a 14 kcal/cm2, nelle zone tropicali dei continenti dell'emisfero australe. Nelle regioni equatoriali nuvolose, come a dicembre, si riducono a 8-12 kcal/cm2. Nell'emisfero settentrionale estivo, la quantità di radiazione diminuisce lentamente dalle regioni subtropicali a nord e a nord di 50° N. sh. aumento, raggiungendo 20 kcal/cm2 e più nel bacino artico. Nell'emisfero australe invernale diminuiscono rapidamente verso sud, fino a zero oltre il Circolo Polare Artico.
(http://gisssu.narod.ru/world/wcl_txt.ht
Radiazione solare- l'energia della radiazione solare che arriva sulla Terra sotto forma di un flusso di onde elettromagnetiche.
Il sole diffonde attorno a sé una potente radiazione elettromagnetica. Solo un duemiliardesimo di esso entra negli strati superiori dell'atmosfera terrestre, ma anche questo rappresenta un numero enorme di calorie al minuto.
L'intero flusso di energia non raggiunge la superficie della Terra: la maggior parte viene lanciata dal pianeta nello spazio mondiale. La terra riflette l'attacco di quei raggi che sono dannosi per la materia vivente del pianeta. Nel loro percorso verso la Terra, i raggi del sole incontrano ostacoli sotto forma di vapore acqueo che riempie l'atmosfera, molecole di anidride carbonica e particelle di polvere sospese nell'aria. Il "filtro" atmosferico assorbe una parte significativa dei raggi, li disperde, li riflette. La riflettività delle nuvole è particolarmente elevata. Di conseguenza, la superficie terrestre riceve direttamente solo i 2/3 della radiazione trasmessa dallo schermo dell'ozono. Ma anche da questa parte molto si riflette in base alla riflettività delle varie superfici.
Poco più di 100.000 calorie per 1 cm2 al minuto entrano nell'intera superficie della Terra. Questa radiazione viene assorbita dalla vegetazione, dal suolo, dalla superficie dei mari e degli oceani. Si trasforma in calore, che viene speso per riscaldare gli strati dell'atmosfera, per il movimento delle masse d'aria e d'acqua e per la creazione di tutta la grande varietà di forme di vita sulla Terra.
La radiazione solare raggiunge la superficie terrestre in vari modi:
- radiazione diretta: radiazione ricevuta direttamente dal Sole, se non è coperto da nuvole;
- radiazione diffusa: radiazione proveniente dal cielo o dalle nuvole che disperde i raggi solari;
- termica: la radiazione proviene dall'atmosfera riscaldata a seguito dell'esposizione alle radiazioni.
La radiazione diretta e diffusa arriva solo durante il giorno. Insieme costituiscono la radiazione totale. La radiazione solare che rimane dopo la perdita per riflessione dalla superficie è detta assorbita.
La radiazione solare viene misurata utilizzando uno strumento chiamato attinometro.
Il sole inonda la Terra con un intero oceano di energia, praticamente inesauribile, quindi, negli ultimi anni, è stata prestata sempre più attenzione al problema dell'utilizzo dell'energia solare nell'economia. Distillatori solari, scaldacqua ed essiccatori sono già operativi in diversi paesi. I satelliti artificiali, i veicoli spaziali e i laboratori lanciati dalla Terra funzionano interamente grazie all’energia della radiazione solare.
Wikipedia sulla radiazione solare
Ricerca nel sito:
I cambiamenti nell’afflusso di calore in brevi periodi di tempo e la sua distribuzione non uniforme nell’involucro del paesaggio sono influenzati da una serie di circostanze, di cui considereremo le più importanti.
Piccoli cambiamenti periodici nella radiazione dipendono principalmente dal fatto che la Terra ruota attorno al Sole su un'orbita ellittica e, di conseguenza, la sua distanza dal Sole cambia. Al perielio, cioè nel punto dell'orbita più vicino al Sole (la Terra si trova in quest'epoca il 1° gennaio), la distanza è di 147 milioni di km; all'afelio, cioè il punto dell'orbita più distante dal Sole (3 luglio), questa distanza è già di 152 milioni di km; la differenza è di 5 milioni di km. Di conseguenza, all'inizio di gennaio, la radiazione aumenta del 3,4% rispetto alla media (cioè calcolata per la distanza media dalla Terra al Sole), e all'inizio di luglio diminuisce del 3,5%.
Un fattore molto importante che determina la quantità di radiazione ricevuta dall'una o dall'altra parte della superficie terrestre è l'angolo di incidenza dei raggi solari. Se J è l'intensità della radiazione durante l'incidenza verticale dei raggi, allora quando incontrano la superficie con un angolo α, l'intensità della radiazione sarà J sin α: più acuto è l'angolo, maggiore è l'area su cui dovrebbe essere distribuita l'energia del raggio di raggi e, quindi, minore ne avrà per unità di superficie.
L'angolo formato dai raggi del sole con la superficie terrestre dipende dal terreno, dalla latitudine geografica e dall'altezza del Sole sopra l'orizzonte, che varia sia durante il giorno che durante l'anno.
Su terreni irregolari (non importa se si tratta di montagne o piccole irregolarità), vari elementi del rilievo sono illuminati dal sole in modo diseguale. Sul versante soleggiato della collina, l'angolo di incidenza dei raggi è maggiore che sulla pianura ai piedi della collina, ma sul versante opposto questo angolo è molto piccolo. Vicino a Leningrado, il pendio della collina, esposto a sud e inclinato di un angolo di 10°, si trova nelle stesse condizioni termiche della piattaforma orizzontale vicino a Kharkov.
In inverno, i pendii ripidi esposti a sud sono riscaldati meglio di quelli in leggera pendenza (perché il sole è generalmente basso sull'orizzonte). In estate i pendii dolci dell'esposizione a sud ricevono più calore, quelli ripidi meno del piano orizzontale. I pendii esposti a nord nel nostro emisfero in tutte le stagioni ricevono la minor quantità di radiazioni.
La dipendenza dell'angolo di incidenza dei raggi solari dalla latitudine geografica è piuttosto complicata, poiché con l'angolo di inclinazione esistente dell'eclittica, l'altezza del Sole in un dato luogo (e quindi l'angolo di incidenza dei raggi solari sul piano dell'orizzonte) cambia non solo in un giorno, ma anche in un anno.
L'altitudine più alta a mezzogiorno, che è alla latitudine φ. Il sole arriva nei giorni degli equinozi a 90° - φ, nel giorno del solstizio d'estate 90° - φ + 23°,5 e nel giorno del solstizio d'inverno 90° - φ - 23°,5.
Di conseguenza, il massimo angolo di incidenza della luce solare a mezzogiorno varia in un anno all'equatore da 90° a 66°,5, e al polo da -23°,5 a + 23°,5, cioè praticamente da 0° a + 23°,5 (poiché l'angolo negativo caratterizza la quantità di immersione del Sole sotto l'orizzonte).
L'involucro gassoso della Terra svolge un ruolo importante nella conversione della radiazione solare. Le particelle di aria, vapore acqueo e polvere diffondono la luce solare; Grazie a questo risulta luminoso durante il giorno e in assenza di luce solare diretta. L'atmosfera, inoltre, assorbe una certa quantità di energia radiante, cioè la converte in calore. Infine, la radiazione solare che entra nell’atmosfera viene in parte riflessa nello spazio. Le nuvole sono riflettori particolarmente forti.
Di conseguenza, non tutta la radiazione che è entrata nel confine dell'atmosfera raggiunge la superficie terrestre, ma solo una parte di essa e, inoltre, qualitativamente (in termini di composizione spettrale) è cambiata, poiché onde inferiori a 0,3 μ, assorbite vigorosamente dall'ossigeno e dall'ozono, non raggiungono la superficie terrestre e le onde visibili si diffondono in modo diseguale.
Ovviamente, in assenza di atmosfera, il regime termico della Terra sarebbe diverso da quello effettivamente osservato. Per tutta una serie di calcoli e confronti, spesso conviene eliminare l'influenza dell'atmosfera sulla radiazione, per avere un concetto di radiazione nella sua forma più pura. A questo scopo viene calcolata la cosiddetta costante solare, ovvero la quantità di calore per 1 minuto. per 1 mq. cm di superficie nera (che assorbe tutta la radiazione) perpendicolare ai raggi solari, che la Terra riceverebbe alla sua distanza media dal Sole e in assenza di atmosfera. La costante solare è 1,9 cal.
In presenza di un'atmosfera, un fattore che influenza la radiazione come la lunghezza del percorso di un raggio solare nell'atmosfera acquista un significato speciale. Maggiore è lo spessore dell'aria che deve penetrare nel raggio solare, maggiore sarà l'energia che perderà nei processi di diffusione, riflessione e assorbimento. La lunghezza del percorso del raggio dipende direttamente dall'altezza del Sole sopra l'orizzonte e, di conseguenza, dall'ora del giorno e della stagione. Se la lunghezza del percorso di un raggio solare attraverso l'atmosfera all'altezza del sole di 90 ° viene presa come unità, la lunghezza del percorso all'altezza del sole di 40 ° raddoppierà, ad un'altezza di 10 ° diventerà uguale a 5.7, ecc.
Per il regime termico della superficie terrestre è molto importante anche la durata della sua illuminazione da parte del Sole. Dato che il sole splende solo di giorno, il fattore determinante sarà la durata del giorno, che varia con le stagioni.
Bisogna infine ricordare che sebbene l'intensità della radiazione venga misurata rispetto ad una superficie che assorbe tutta la radiazione, in realtà l'energia solare che cade su corpi di diversa natura non viene assorbita equamente. Il rapporto tra la radiazione riflessa e quella incidente è chiamato albedo. È noto da tempo che l'albedo del suolo nero, delle rocce chiare, dello spazio erboso, della superficie di un bacino idrico, ecc., varia notevolmente. Le sabbie chiare riflettono il 30-35%, la terra nera (humus) il 26%, l'erba verde il 26% delle radiazioni. Per la neve fresca, pulita e asciutta, l'albedo può raggiungere il 97%. Il terreno bagnato assorbe le radiazioni in modo diverso rispetto al terreno asciutto: l'argilla blu secca riflette il 23% delle radiazioni, la stessa argilla bagnata il 16%. Di conseguenza, anche con lo stesso afflusso di radiazione, nelle stesse condizioni di rilievo, diversi punti della superficie terrestre riceveranno quantità diverse di calore.
Tra i fattori periodici che determinano un certo ritmo nelle fluttuazioni delle radiazioni, il cambio delle stagioni è di particolare importanza.
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Per radiazione solare si intende la radiazione del Sole, che viene misurata in base al suo effetto termico e alla sua intensità.
Si chiama radiazione solare che raggiunge direttamente la superficie terrestre radiazione solare diretta. Parte della radiazione solare viene dispersa nell'atmosfera, dopo di che raggiunge la superficie del pianeta, come viene chiamata tale radiazione radiazione solare diffusa. La radiazione diretta e quella diffusa insieme costituiscono radiazione solare totale.
La radiazione solare totale è determinata dall'azione termica per unità di superficie per unità di tempo. Espresso in calorie o joule.
La quantità di radiazione solare totale che cade sulla superficie dipende dall'altezza del Sole, dalla durata del giorno, dalle proprietà dell'atmosfera (trasparenza, nuvolosità).
Poiché la terra è sferica, il sole sorge più in alto sopra l'orizzonte all'equatore. Qui i raggi del sole cadono perpendicolari alla superficie. Spostandosi verso i poli, i raggi del sole cadono già con un'inclinazione crescente e quindi apportano sempre meno calore. Inoltre, più ci si avvicina all'equatore, più lunga è la giornata e quindi la superficie riceve più calore.
Tuttavia, la radiazione solare totale non è influenzata solo dalla latitudine geografica.
La radiazione solare e il suo impatto sul corpo umano e sul clima
All'equatore le nubi alte e l'umidità impediscono il passaggio della luce solare. Pertanto, qui la radiazione solare totale è inferiore rispetto al clima tropicale continentale (ad esempio, il territorio del Sahara).
Il sole è una fonte di luce e calore, di cui tutta la vita sulla Terra ha bisogno. Ma oltre ai fotoni di luce, emette radiazioni ionizzanti forti, costituite da nuclei e protoni di elio. Perché sta succedendo?
Cause della radiazione solare
La radiazione solare viene generata durante il giorno durante i brillamenti cromosferici, gigantesche esplosioni che si verificano nell'atmosfera del Sole. Parte della materia solare viene espulsa nello spazio, formando raggi cosmici, costituiti principalmente da protoni e una piccola quantità di nuclei di elio. Queste particelle cariche raggiungono la superficie terrestre 15-20 minuti dopo che il brillamento solare diventa visibile.
L'aria interrompe la radiazione cosmica primaria, dando origine ad uno sciame nucleare a cascata, che si attenua con il diminuire della quota. In questo caso nascono nuove particelle: i pioni, che decadono e si trasformano in muoni. Penetrano negli strati più bassi dell'atmosfera e cadono al suolo, scavando fino a 1500 metri di profondità. Sono i muoni che sono responsabili della formazione della radiazione cosmica secondaria e della radiazione naturale che colpisce una persona.
Spettro della radiazione solare
Lo spettro della radiazione solare comprende sia regioni a onde corte che a onde lunghe:
- raggi gamma;
- radiazioni a raggi X;
- Radiazione UV;
- luce visibile;
- radiazione infrarossa.
Oltre il 95% della radiazione solare cade nella regione della "finestra ottica" - la parte visibile dello spettro con regioni adiacenti di onde ultraviolette e infrarosse.
Cos'è la radiazione solare? Tipi di radiazioni e loro effetti sul corpo
Mentre attraversa gli strati dell'atmosfera, l'azione dei raggi solari viene indebolita: tutte le radiazioni ionizzanti, i raggi X e quasi il 98% degli ultravioletti vengono trattenuti dall'atmosfera terrestre. La luce visibile e le radiazioni infrarosse raggiungono quasi senza perdite la terra, ma vengono parzialmente assorbite anche dalle molecole di gas e dalle particelle di polvere presenti nell'aria.
A questo proposito, la radiazione solare non porta ad un notevole aumento della radiazione radioattiva sulla superficie terrestre. Il contributo del Sole, insieme ai raggi cosmici, alla formazione della dose totale annua di radiazioni è di soli 0,3 mSv/anno. Ma questo è un valore medio, infatti il livello di radiazione incidente al suolo è diverso e dipende dalla posizione geografica della zona.
Dove sono più forti le radiazioni ionizzanti solari?
La maggiore potenza dei raggi cosmici è fissata ai poli e la minore all'equatore. Ciò è dovuto al fatto che il campo magnetico terrestre devia le particelle cariche che cadono dallo spazio verso i poli. Inoltre, la radiazione aumenta con l'altezza: ad un'altitudine di 10 chilometri sul livello del mare, la sua cifra aumenta di 20-25 volte. Gli abitanti di alta montagna sono esposti agli effetti attivi di dosi più elevate di radiazione solare, poiché l'atmosfera in montagna è più sottile e più facilmente attraversata dai quanti gamma e dalle particelle elementari provenienti dal sole.
Importante. Un livello di radiazione fino a 0,3 mSv/h non ha un impatto grave, ma ad una dose di 1,2 µSv/h si consiglia di lasciare l'area e, in caso di emergenza, rimanere sul suo territorio per non più di sei mesi . Se le letture raddoppiano, dovresti limitare la tua permanenza in quest'area a tre mesi.
Se sopra il livello del mare la dose annuale di radiazione cosmica è di 0,3 mSv / anno, allora con un aumento di altezza ogni cento metri questa cifra aumenta di 0,03 mSv / anno. Dopo aver effettuato piccoli calcoli, possiamo concludere che una vacanza settimanale in montagna a 2000 metri di altitudine darà un'esposizione di 1 mSv / anno e fornirà quasi la metà della norma annuale totale (2,4 mSv / anno).
Si scopre che gli abitanti delle montagne ricevono una dose annuale di radiazioni molte volte superiore alla norma e dovrebbero soffrire di leucemia e cancro più spesso delle persone che vivono in pianura. In realtà non lo è. Al contrario, nelle regioni montuose si registra una mortalità più bassa per queste malattie e una parte della popolazione è longeva. Ciò conferma il fatto che una lunga permanenza in luoghi ad elevata attività radioattiva non ha un impatto negativo sul corpo umano.
Eruzioni solari: alto rischio di radiazioni
I brillamenti sul Sole rappresentano un grande pericolo per l'uomo e per tutta la vita sulla Terra, poiché la densità del flusso di radiazione solare può superare mille volte il normale livello di radiazione cosmica. Pertanto, l'eccezionale scienziato sovietico A. L. Chizhevskij collegò i periodi di formazione delle macchie solari con le epidemie di tifo (1883-1917) e colera (1823-1923) in Russia. Sulla base dei grafici da lui realizzati, nel 1930, predisse l’emergere di una vasta pandemia di colera nel 1960-1962, iniziata in Indonesia nel 1961, per poi diffondersi rapidamente in altri paesi dell’Asia, dell’Africa e dell’Europa.
Oggi sono stati ricevuti molti dati che testimoniano la connessione di cicli di undici anni di attività solare con epidemie di malattie, nonché con migrazioni di massa e stagioni di rapida riproduzione di insetti, mammiferi e virus. Gli ematologi hanno riscontrato un aumento del numero di infarti e ictus durante i periodi di massima attività solare. Tali statistiche sono dovute al fatto che in questo momento le persone hanno una maggiore coagulazione del sangue e poiché nei pazienti con malattie cardiache l'attività compensatoria è ridotta, si verificano malfunzionamenti nel suo lavoro, fino alla necrosi del tessuto cardiaco e alle emorragie nel cervello.
I grandi brillamenti solari non si verificano così spesso, una volta ogni 4 anni. In questo momento, il numero e la dimensione delle macchie aumenta, nella corona solare si formano potenti raggi coronali, costituiti da protoni e una piccola quantità di particelle alfa. Gli astrologi registrarono il loro flusso più potente nel 1956, quando la densità della radiazione cosmica sulla superficie terrestre aumentò di 4 volte. Un'altra conseguenza di tale attività solare è stata l'aurora boreale, registrata a Mosca e nella regione di Mosca nel 2000.
Come proteggersi?
Naturalmente l’aumento della radiazione di fondo in montagna non è un motivo per rifiutare le gite in montagna. È vero, vale la pena pensare alle misure di sicurezza e fare un viaggio con un radiometro portatile, che aiuterà a controllare il livello di radiazione e, se necessario, a limitare il tempo trascorso in aree pericolose. In una zona dove la lettura del contatore indica un valore di radiazioni ionizzanti pari a 7 μSv/h non si dovrebbe restare per più di un mese.
Radiazione solare totale e bilancio radiativo
La radiazione totale è la somma della radiazione diretta (su una superficie orizzontale) e diffusa. La composizione della radiazione totale, cioè il rapporto tra radiazione diretta e diffusa, varia a seconda dell'altezza del sole, della trasparenza, dell'atmosfera e della copertura nuvolosa.
Prima dell'alba, la radiazione totale è costituita interamente, e a basse altitudini del sole, principalmente dalla radiazione diffusa. Con l'aumento dell'altezza del sole, la frazione di radiazione diffusa nella composizione del totale in un cielo senza nuvole diminuisce: ad h = 8° è del 50%, e ad h = 50° è solo del 10-20%. .
Più l'atmosfera è trasparente, minore è la percentuale di radiazione diffusa nel totale.
3. A seconda della forma, dell'altezza e del numero delle nuvole, la percentuale di radiazione diffusa aumenta in misura diversa. Quando il sole è coperto da dense nubi, la radiazione totale è costituita solo da radiazione diffusa. In tali nubi la radiazione diffusa compensa solo parzialmente la diminuzione in linea retta, e quindi un aumento del numero e della densità delle nubi è, in media, accompagnato da una diminuzione della radiazione totale. Ma con una copertura nuvolosa piccola o sottile, quando il sole è completamente aperto o non completamente coperto dalle nuvole, la radiazione totale dovuta all'aumento della radiazione diffusa può risultare maggiore che in un cielo sereno.
L'andamento giornaliero e annuale della radiazione totale è determinato principalmente dalla variazione dell'altezza del sole: la radiazione totale cambia quasi in proporzione diretta alla variazione dell'altezza del sole.
Radiazione solare o radiazione ionizzante proveniente dal sole
Ma l'influenza della nuvolosità e della trasparenza dell'aria complica notevolmente questa semplice dipendenza e sconvolge il corso regolare della radiazione totale.
La radiazione totale dipende in modo significativo anche dalla latitudine del luogo. Al diminuire della latitudine, le sue somme giornaliere aumentano, e quanto più bassa è la latitudine del luogo, tanto più uniformemente si distribuisce la radiazione totale nei mesi, cioè tanto minore è l'ampiezza della sua variazione annuale. Ad esempio, a Pavlovsk (φ \u003d 60 °) i suoi importi mensili vanno da 12 a 407 cal / cm 2, a Washington (φ \u003d 38,9 °) - da 142 a 486 cal / cm 2 e a Takubai (φ \u003d 60 °) u003d 19°) - da 307 a 556 cal/cm2. Anche la quantità annuale di radiazione totale aumenta con la diminuzione della latitudine. Tuttavia, in alcuni mesi, la radiazione totale nelle regioni polari può essere maggiore che alle latitudini più basse. Ad esempio, nella baia di Tikhaya a giugno, la radiazione totale è del 37% in più rispetto a Pavlovsk e del 5% in più rispetto a Feodosia.
Osservazioni continue in Antartide negli ultimi 7-8 anni mostrano che la radiazione totale mensile in quest'area nel mese più caldo (dicembre) è circa 1,5 volte maggiore che alle stesse latitudini nell'Artico, ed è uguale alle quantità corrispondenti nell'Antartide. Crimea e Tashkent. Anche la quantità annua di radiazione totale in Antartide è maggiore che, ad esempio, a San Pietroburgo. Un arrivo così significativo della radiazione solare in Antartide è spiegato dalla secchezza dell'aria, dall'elevata altitudine delle stazioni antartiche sul livello del mare e dall'elevata riflettività della superficie nevosa (70-90%), che aumenta la radiazione diffusa.
La differenza tra tutti i flussi di energia radiante che arrivano alla superficie attiva e che ne escono è chiamata bilancio radiativo della superficie attiva. In altre parole, il bilancio radiativo di una superficie attiva è la differenza tra l’ingresso e l’uscita della radiazione su questa superficie. Se la superficie è orizzontale, la parte entrante del bilancio comprende la radiazione diretta che arriva sulla superficie orizzontale, la radiazione diffusa e la controradiazione dell'atmosfera. Il consumo di radiazioni è composto dalla radiazione riflessa a onde corte e lunghe della superficie attiva e dalla parte di controradiazione dell'atmosfera riflessa da essa.
Il bilancio radiante è l'effettivo apporto o consumo di energia radiante sulla superficie attiva, che determina se questa verrà riscaldata o raffreddata. Se l'apporto di energia radiante è maggiore del suo consumo, il bilancio radiativo è positivo e la superficie si riscalda. Se l'ingresso è inferiore all'uscita, il bilancio delle radiazioni è negativo e la superficie si raffredda. Il bilancio delle radiazioni nel suo insieme, così come i suoi singoli elementi, dipende da molti fattori. È particolarmente influenzato dall'altezza del sole, dalla durata del sole, dalla natura e dalle condizioni della superficie attiva, dall'annebbiamento dell'atmosfera, dal contenuto di vapore acqueo, dalla nuvolosità, ecc.
Il saldo istantaneo (minuti) durante la giornata è generalmente positivo, soprattutto in estate. Circa 1 ora prima del tramonto (escluso l'orario invernale), il dispendio di energia radiante inizia a superare il suo arrivo e il bilancio delle radiazioni diventa negativo. Circa 1 ora dopo l'alba ritorna positivo. La variazione giornaliera del bilancio nelle ore diurne con cielo sereno è approssimativamente parallela all'andamento della radiazione diretta. Durante la notte, il bilancio delle radiazioni di solito cambia poco, ma sotto l'influenza di una nuvolosità variabile può cambiare in modo significativo.
Le somme annuali del bilancio radiativo sono positive su tutta la superficie terrestre e degli oceani, ad eccezione delle aree con copertura permanente di neve o ghiaccio, come la Groenlandia centrale e l'Antartide. A nord del 40° di latitudine nord e a sud del 40° di latitudine sud, le somme mensili invernali del bilancio radiativo sono negative, e il periodo con bilancio negativo aumenta verso i poli. Così, nell'Artico, queste somme sono positive solo nei mesi estivi, a 60° di latitudine - per sette mesi, e a 50° di latitudine - per nove mesi. Le somme annuali del bilancio radiativo cambiano quando ci si sposta dalla terra al mare.
Il bilancio radiativo del sistema Terra-atmosfera è il bilancio dell'energia radiante in una colonna verticale dell'atmosfera con una sezione trasversale di 1 cm 2 che si estende dalla superficie attiva al limite superiore dell'atmosfera. La sua parte in entrata è costituita dalla radiazione solare assorbita dalla superficie attiva e dall'atmosfera, e la parte in uscita è costituita da quella parte della radiazione a onde lunghe della superficie terrestre e dell'atmosfera che entra nello spazio mondiale. Il bilancio radiativo del sistema Terra-atmosfera è positivo nella fascia da 30° S a 30° N, e negativo alle latitudini più elevate
Lo studio del bilancio radiativo è di grande interesse pratico, poiché questo equilibrio è uno dei principali fattori di formazione del clima. Dal suo valore dipende il regime termico non solo del suolo o del corpo idrico, ma anche degli strati atmosferici ad essi adiacenti. La conoscenza del bilancio delle radiazioni è di grande importanza nel calcolo dell'evaporazione, nello studio della formazione e della trasformazione delle masse d'aria e nella considerazione dell'effetto delle radiazioni sull'uomo e sul mondo vegetale.
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DISTRIBUZIONE DEL CALORE E DELLA LUCE SULLA TERRA
Il sole è la stella del sistema solare, fonte di un'enorme quantità di calore e luce accecante per il pianeta Terra. Nonostante il fatto che il Sole sia a una distanza considerevole da noi e solo una piccola parte della sua radiazione ci raggiunga, questo è abbastanza per lo sviluppo della vita sulla Terra. Il nostro pianeta ruota attorno al sole in un'orbita.
Radiazione solare
Se si osserva la Terra da una navicella spaziale durante l'anno, si può notare che il Sole illumina sempre solo metà della Terra, quindi ci sarà il giorno e in quel momento ci sarà la notte nella metà opposta. La superficie terrestre riceve calore solo durante il giorno.
La nostra Terra si sta riscaldando in modo non uniforme.
Il riscaldamento irregolare della Terra è spiegato dalla sua forma sferica, quindi l'angolo di incidenza dei raggi solari in diverse aree è diverso, il che significa che diverse parti della Terra ricevono quantità diverse di calore. All'equatore i raggi del sole cadono verticalmente e riscaldano fortemente la Terra. Più ci si allontana dall'equatore, più l'angolo di incidenza del raggio diminuisce e, di conseguenza, queste zone ricevono meno calore. Lo stesso fascio di radiazione solare riscalda un'area molto più piccola vicino all'equatore, poiché cade verticalmente. Inoltre, i raggi che cadono con un angolo minore rispetto all'equatore, penetrando nell'atmosfera, percorrono al suo interno un percorso più lungo, a seguito del quale parte dei raggi solari vengono dispersi nella troposfera e non raggiungono la superficie terrestre. Tutto ciò indica che man mano che ci si allontana dall'equatore verso nord o sud, la temperatura dell'aria diminuisce, man mano che diminuisce l'angolo di incidenza del raggio solare.
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(Q) è la combinazione della radiazione solare diretta proveniente direttamente dal sole e della radiazione diffusa (energia radiante diffusa dalle nuvole e da se stessa).
La radiazione totale in un cielo sereno (radiazione possibile) dipende dalla latitudine del luogo, dall'altezza del sole, dalla natura della superficie sottostante e dalla trasparenza dell'atmosfera, cioè dalla luce solare. dal contenuto di aerosol in esso e. Un aumento del contenuto di aerosol porta ad una diminuzione della radiazione diretta e ad un aumento della radiazione diffusa. Quest'ultima si verifica anche con un aumento dell'albedo della superficie sottostante. La quota di radiazione diffusa sul totale in un cielo senza nuvole è del 20–25%.
La distribuzione degli importi mensili e annuali della radiazione totale sul territorio della Russia sotto un cielo senza nuvole è riportata nella tabella sotto forma di valori medi di latitudine.
In tutte le stagioni dell'anno, la quantità di radiazione totale aumenta da nord a sud in base al cambiamento dell'altezza del sole. L'eccezione è il periodo maggio-luglio, quando la combinazione di una giornata lunga e dell'altezza del sole fornisce valori di radiazione totale piuttosto elevati al nord.
La radiazione totale in un cielo sereno è caratterizzata dalla presenza di valori più elevati nella parte asiatica rispetto a quella europea.
In condizioni di cielo sereno, la radiazione totale presenta una semplice variazione diurna con un massimo a mezzogiorno. Nel corso annuale, il massimo si osserva a giugno, il mese in cui il sole è più alto.
L'arrivo mensile e annuale della radiazione totale nelle condizioni reali è solo una parte del possibile, che è una manifestazione dell'influenza della nuvolosità. Le maggiori deviazioni tra l'arrivo mensile reale e quello possibile si osservano in estate in Estremo Oriente, dove, sotto l'influenza del monsone, la nuvolosità riduce la radiazione totale del 40-60%. In generale, per un anno, la quota maggiore della possibile radiazione totale si trova nelle regioni più meridionali della Russia, fino all'80%.
In presenza di nubi, la radiazione totale è determinata non solo dal numero e dalla forma delle nubi, ma anche dallo stato del disco solare. Con un disco solare aperto, la comparsa di nuvole porta ad un aumento della radiazione totale a causa dell'aumento della radiazione diffusa. In alcuni giorni, la radiazione diffusa può essere commisurata alla radiazione diretta. In questi casi, l'arrivo giornaliero della radiazione totale può superare la radiazione in un cielo senza nuvole.
Il fattore astronomico è il fattore determinante nell'andamento annuale della radiazione totale, tuttavia, a causa dell'influenza della nuvolosità, l'arrivo massimo della radiazione può essere osservato non a giugno, come è tipico per un cielo senza nuvole, ma a luglio e anche in Maggio.
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