Солнечная радиация

Все процессы на поверхности земного шара, - каковы бы они ни были, - имеют своим источником солнечную энергию. Изучаются ли процессы чисто механические, процессы химические в воздухе, воде, почве, процессы ли физиологические или какие бы то ни было вообще, - первичной причиной всех их без исключения оказывается Солнце. Во всех этих процессах происходит только одно из превращений той начальной энергии, которую посылает на Землю в виде своих лучей это центральное светило нашей планетной системы. В сравнении с этим основным источником энергии, потребляемой земным шаром, другие ее источники: излучение звезд, собственная теплота Земли, различные космические процессы, - все они величины бесконечно малые. Поэтому вопрос о количестве энергии, проникающей на земную поверхность от Солнца, есть основной вопрос всей физики земного шара, - метеорологии. Вся эта наука - не что иное, как изучение и подсчет прихода и расхода, актива и пассива энергии, получаемой Землей от Солнца. Под термином "солнечная радиация" и разумеют обыкновенно ту энергию, которую излучает Солнце и которая, будучи перехвачена земным шаром, и является на этом последнем первичным источником, - primum mobile, - всех явлений и процессов неорганического и животного миров. - Не будь земная поверхность защищена от непосредственного действия солнечных лучей воздушной оболочкой, облекающею ее мощным слоем до нескольких сот километров толщиной, изучение той части С. радиации, которая приходится на долю Земли, было бы делом очень несложным. Измерив раз только в определенный момент и в определенном месте напряженность С. радиации, мы могли бы уже затем при помощи элементарно простых формул предвычислить количество энергии в любой момент и в какой угодно точке земного шара. Присутствие атмосферы, обладающей свойством поглощать в весьма заметной степени солнечные лучи, - и притом различные лучи весьма неодинаково, - значительно усложняет дело. Допустим сначала, что атмосфера обладает совершенною прозрачностью и что, следовательно, до земной поверхности доходит целиком вся та энергия, которая перехватывается земным шаром. Так как количество энергии, получаемое данной поверхностью, пропорционально синусу угла, составляемого падающим пучком лучей с принимающей поверхностью, то основным элементом, определяющим интенсивность радиации на земной поверхности для любого пункта, будет высота Солнца над горизонтом; ею определится не только напряжение лучей в данный момент, но и вся сумма энергии, полученная единицей земной поверхности за определенный промежуток времени, может быть вычислена по высотам Солнца. Соответственно изменению высоты Солнца над горизонтом в течение суток, суточный ход С. радиации будет весьма прост. От момента восхода Солнца радиация быстро возрастает с поднятием светила над горизонтом; затем, достигнув довольно значительной величины, она начинает меняться более медленно, пока около полудня не достигнет максимума. После полудня кривая радиации совершенно симметрично опускается сначала медленно, затем ближе к закату Солнца весьма быстро. Так как с изменением широты места для одного и того же дня будут изменяться полуденные высоты Солнца и продолжительность дня, то получаемое в течение суток количество энергии зависит от широты места. Количество получаемой от источника данной поверхностью энергии будет, далее, обратно пропорционально квадратам расстояний этой поверхности от источника. Поэтому годовой ход С. радиации для одного и того же места определится не только полуденными высотами Солнца и продолжительностью дня, изменяющимися в зависимости от времени года, но еще и расстоянием Земли от Солнца. На экваторе продолжительность дня и ночи в течение всего года одна и та же; количество энергии, получаемое единицей земной поверхности за сутки, будет здесь наибольшее в равноденствия, когда полуденное Солнце стоит в зените места, наименьшее в солнцестояния, когда высоты Солнца в полдень уменьшаются до 66°33". Так как, сверх того, расстояние Земли от Солнца в перигелии и афелии не одинаковы, то в годовом ходе радиации здесь будут два минимума неодинаковой величины в солнцестояния и два максимума в равноденствия. Июньский минимум, соответствующий наибольшему расстоянию Земли от Солнца, будет значительнее, нежели декабрьский, падающий на ближайшее расстояние между Солнцем и Землей. Можно было бы, соответственно этому, думать, что количества энергии, получаемые Землей от сентябрьского до мартовского равноденствия будет больше, нежели получаемое от мартовского до сентябрьского равноденствия. Однако, это - не так: большее удаление Земли от Солнца в афелии (март - сентябрь) уравновешивается большей его продолжительностью (от мартовского до сентябрьского равноденствия - 186 дней), тогда как другое полугодие, соответствующею меньшему расстоянию между Землей и Солнцем, короче (между сентябрьским и мартовским равноденствиями - 179 дней). Количества энергии, получаемые Землей за оба полугодия, оказываются таким образом близко равными. При удалении от экватора к северу нетрудно убедиться, что декабрьский минимум будет все более и более углубляться по мере уменьшения полуденных высот Солнца и продолжительности дня, а июньский минимум постепенно будет делаться все менее и менее заметным; максимумы от моментов равноденствия будут сближаться между собой, пока не сольются в один общий, приходящийся на июнь. При этом оказывается; что по вычислениям количество энергии, получаемое в летний день единицей поверхности Земли за сутки, будет по мере удаления от экватора возрастать; это является, впрочем, совершенно понятным, так как с удалением от экватора возрастает и продолжительность летнего дня. На полюсе, наконец, где Солнце в течение целых шести месяцев остается над горизонтом, количество энергии, получаемой единицей земной поверхности в летний день, будет наибольшее, так как Солнце светит здесь все 24 часа. Кривая годового хода С. радиации от момента весеннего равноденствия будет здесь быстро возрастать до летнего солнцестояния и затем столь же быстро падать с приближением к осеннему равноденствию. То же самое, - только с обратным расположением максимумов и минимумов, - будет иметь место в годовом ходе и для южного полушария. Если, теперь, от сделанного допущения о полной прозрачности атмосферы для солнечных лучей перейти к действительности, то из наблюдений оказывается, что до земной поверхности доходит только некоторая часть той энергии, которая приносится лучами на пределы атмосферы; остальное поглощается самой атмосферой. Если обозначить через 1 все количество энергии, приносимой солнечными лучами, то до земной поверхности только в наилучшем случае дойдет часть, не превосходящая 0,8. Принято вообще отношение количества энергии, дошедшей до земной поверхности, к тому количеству, которое в действительности падает на пределы атмосферы, называть коэффициентом прозрачности атмосферы. Количество энергии, поглощаемое атмосферой, будет зависеть от массы воздуха, пройденной лучом; а эта последняя будет тем больше, чем длиннее путь, проходимый лучами в атмосфере и чем плотнее слои проходимого воздуха. Следовательно, поглощение лучей атмосферой будет тем больше, чем меньше высота Солнца над горизонтом. Масса воздуха, проходимая лучами, может быть вычислена по формуле Ламберта:

е = √h 2 + 2rh + r 2 Cos 2 z - rCosz ,

где е - длина пути, проходимого солнечным лучом в атмосфере, h - высота атмосферы, которая может быть принята за единицу, r - длина радиуса земного шара и z - зенитное расстояние Солнца. Когда масса воздуха, встречаемого лучом, или, - что то же, - длина его пути известна, количество лучей, дошедшее до поверхности Земли, определится по закону Бугера (Bouguer), по которому "для среды с известным коэффициентом прозрачности количества прошедшей через нее энергии убывают в прогрессии геометрической, тогда как массы проходимой лучом среды возрастают в прогрессии арифметической". Если обозначить через i - количество энергии у поверхности Земли, чрез J - то же количество у предела атмосферы, d - коэффициент прозрачности атмосферы и е - массу атмосферы, то, по закону Бугера

i = Jp e

На основании этого закона, зная р , можно вычислить, каков будет ход С. радиации в присутствии атмосферы. При p - 0,75, - величина, близкая к той, которую дают наблюдения, при самой большой прозрачности воздуха, пунктирные кривые на фигуре 1 дают понятие о тех изменениях, который получатся в годовом ходе солнечной радиации под влиянием атмосферы.

Непосредственные измерения показывают, однако, что в действительности явление получается еще сложнее. В атмосфере имеется всегда некоторое количество водяных паров, сильно поглощающих солнечные лучи. Количество паров в данном объеме или данной массе воздуха есть величина переменная, зависящая от температуры и от степени насыщения воздуха. Поэтому предвычислить влияние паров на поглощение солнечной энергии в атмосфере очень затруднительно. Наблюдения Савельева в Киеве, Крова в Монпелье, Колли и Мышкина в Петровско-Разумовском, близ Москвы, значительно осветили влияние этого фактора на солнечную радиацию и показали, что только в ясные, безоблачные зимние дни, когда количество паров в атмосфере очень невелико, кривая суточного хода радиации приближается к своему теоретическому виду (кривая aa"a на фиг. 2. В летние дни на той же кривой около полудня появляется второстепенный минимум (кривая bb"b ), благодаря тому, что с возрастанием температуры к полудню увеличивается, вследствие испарения, и количество паров в воздух; поглощение лучей атмосферой также растет с увеличением паров; вследствие этого кривая к полудню и падает.

Наибольшее количество энергии получается земной поверхностью в ясный весенний день (кривая сс"с ); но и здесь уже второстепенный минимум около полудня ясно заметен. Нечто подобное получается и в годовом ходе радиации по непосредственным наблюдениям в Киеве. Кривая годового хода, быстро возрастая от зимы к весне и лету, достигает своего максимума не во время солнцестояния, а в мае месяце, после чего она обнаруживает слабый второстепенный минимум, зависящий от возрастания количества паров в воздухе. В сентябре наблюдается вторичный, более слабый максимум. Количество энергии, приносимой солнечными лучами на земную поверхность, сделалось предметом точных изменений только в последнее время, когда были выработаны методы для его изучения. При измерениях энергия солнечных лучей поглощается зачерненной поверхностью, покрытой обыкновенно сажей, и переводится вся таким образом в теплоту, которая и тратится на нагревание этой поверхности; это-то нагревание собственно и измеряется. Поверхность для полной определенности и сравнимости всех наблюдений ставится всегда перпендикулярно к падающим на нее лучам. Результаты измерения выражаются обыкновенно количеством малых калорий, поглощенных поверхностью в 1 кв. стм в течение 1 минуты. Основанные на этих началах приборы, известные под названием актинометров и пиргелиометров , были уже описаны в соответственных местах (см. соотв. статью). При актинометрических измерениях получается всегда интенсивность радиации на пластинку, поставленную нормально к падающему на нее лучу; поэтому непосредственные измерения дают в ясный, солнечный день величины, большие изображенных на фиг. 2 пунктиром; получаемые при непосредственных наблюдениях данные изображены на той же фиг. сплошными линиями. Для получения из этих чисел энергии, приходящейся на единицу горизонтальной земной поверхности, приходится результаты наблюдений умножить на синусы высот Солнца, что и дает пунктирные кривые. Производимые систематически или записываемые самими приборами автоматически наблюдения над С. радиацией дали возможность определить с достаточной вероятностью факторы, входящие в уравнение, выражающее закон Бугера. Для величины J , т. е. для интенсивности С. радиации на пределе атмосферы, называемой обыкновенно солнечной постоянной , наиболее вероятные значения, по наблюдениям Лэнглея, Крова и Савельева, колеблются между 3,0 и 3,5 калорий на см 2 в мин.; для p - коэффициента прозрачности атмосферы, значения колеблются между 0,8 и 0,5, в зависимости от различных обстоятельств, - главнейшим образом от содержания в воздухе паров и пыли. Здесь, конечно, разумеются ясные дни. При пасмурной погоде эти величины очень малы, об этом см. также - Лучистая теплота. Измерения при помощи актинометров и пиргелиометров достаточно сложны для обыкновенных метеорологических станций. Поэтому наблюдатели этих последних, для составления себе грубого представления о ходе С. радиации, пользуются гелиографами (см.). Этот прибор измеряет, собственно говоря, даже и не интенсивность С. радиации, а только продолжительность сияния Солнца в течение суток. Но даже и эти данные представляют значение для науки и жизни. Помимо того, что воздух сам поглощает лучи Солнца, плавающие в нем облака, становясь на пути лучей, заграждают им доступ к земной поверхности. Эти-то облака и записывает гелиограф. Зная по нему время, когда Солнце светило беспрепятственно на Землю, можно, хотя только с очень грубым приближением, составить себе понятие о С. радиации в течение суток.

Г . Любославский.

Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона. - С.-Пб.: Брокгауз-Ефрон . 1890-1907 .

Смотреть что такое "Солнечная радиация" в других словарях:

Электромагнитное и корпускулярное излучения Солнца. Электромагнитное излучение охватывает диапазон длин волн от гамма излучения до радиоволн, его энергетический максимум приходится на видимую часть спектра. Корпускулярная составляющая солнечной… … Большой Энциклопедический словарь

Цены на солнечные системы варьируются в зависимости от типа используемого солнечного коллектора, размера системы, потребностей домохозяйства и типа крыши. Цена плоских коллекционных наборов начинается от примерно шести до девяти тысяч злотых, но помните, что это ориентировочная сумма, которая может не отражать фактическую стоимость инвестиций. Цены на вакуумные коллекторы выше и могут колебаться от восьми до двенадцати тысяч злотых.

Субсидии для солнечных коллекторов 45%

Стоит отметить, что существует возможность получения финансирования для установки солнечных коллекторов физическими лицами и жилыми общинами. Субсидия от Национального фонда охраны окружающей среды и управления водными ресурсами предоставляется на основе субсидии на частичное погашение банковского ссудного капитала, который использовался для покупки и сборки солнечных коллекторов.

солнечная радиация - Полный поток электромагнитной радиации, излучаемой Солнцем и попадающий на Землю … Словарь по географии

У этого термина существуют и другие значения, см. Радиация (значения). В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомн … Википедия

Вы заинтересованы в инвестировании в солнечные батареи, но не знаете, какой поставщик должен отчитываться? Это легко - заполните форму, которая находится в верхнем правом углу, и сообщите нам, что вы ищете. Мы проанализируем ваши потребности и требования и свяжемся с вами четырьмя поставщиками солнечных коллекторов, с которыми вы сможете обсудить свои планы по установке солнечных батарей. Самое главное, что наши услуги бесплатны и без обязательств.

Интенсивность солнечного излучения в ваттах на квадратный метр представляет собой плотность падающего излучения в секунду на поверхность, перпендикулярную направлению излучения. Атмосфера Земли защищает нас от большей части космической и солнечной радиации. В среднем квадратные метры пространства в Центральной Европе составляют 100 ватт в секунду. В среднем - с учетом времени суток и погоды и угла падения.

Электромагнитное излучение, исходящее от Солнца и поступающее в земную атмосферу. Длины волн солнечной радиации сосредоточены в диапазоне от 0,17 до 4 мкм с макс. на волне 0,475 мкм. Ок. 48 % энергии солнечного излучения приходится на видимую… … Географическая энциклопедия

Электромагнитное и корпускулярное излучение Солнца. Электромагнитное излучение охватывает диапазон длин волн от гамма излучения до радиоволн, его энергетический максимум приходится на видимую часть спектра. Корпускулярная составляющая солнечной… … Энциклопедический словарь

Определение интенсивности энергии излучения в год, в разное время суток. График интенсивности солнечной радиации за эти годы. Существует закономерность, связанная с солнечным циклом. Кроме того, кривые данных усреднялись в течение месяцев и лет. Атмосфера Земли отражается или рассеивается примерно на 28% поступающей энергии, а остальные поглощаются биосферой. Вам просто нужно это использовать.

Схема солнечного рассеяния. Это не лучший рисунок. Лучи находятся под прямым углом к ​​поверхности атмосферы, но угол наклона зависит от первой дисперсии и отражения. Кроме того, энергия рассматривается как среда, а носитель - это излучение с разными длинами волн, как инфракрасное, видимое, так и ультрафиолетовое.

солнечная радиация - Saulės spinduliuotė statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. solar radiation vok. Sonnenstrahlung, f rus. излучение Солнца, n; солнечная радиация, f; солнечное излучение, n pranc. rayonnement solaire, m … Fizikos terminų žodynas

От каких же причин она меняется, когда доходит до земной поверхности?

Таких причин несколько.

Известно, что Земля вращается вокруг Солнца не по кругу, а по эллипсу. Вследствие этого расстояние между Землей и Солнцем в продолжение всего года непрерывно меняется. Наименьшее расстояние бывает в январе, когда Земля находится в перигелии, а наибольшее - в июле, при нахождении Земли в афелии.

Благодаря этому каждый квадратный сантиметр поверхности, поставленной перпендикулярно к солнечным лучам, в январе будет получать солнечной радиации на 7 процентов больше, чем в июле. Эти периодические изменения, повторяющиеся из года в год, поддаются самому точному расчету и ни в каких измерениях не нуждаются.

Далее, в зависимости от высоты Солнца над горизонтом длина пути солнечного луча в атмосфере меняется очень значительно. Чем ниже Солнце над горизонтом, тем меньше солнечной радиации должно доходить до земной поверхности. Зная рассеивающие и поглощающие свойства так называемой идеальной атмосферы, то есть абсолютно чистой и сухой, можно рассчитать, какова была бы в этом случае радиация у земной поверхности, и сравнить с ней радиацию, наблюдаемую в естественных условиях.

Такое сопоставление сделано в табл. 1, в которой приведены величины для высот Солнца от 5-до 60 градусов.

Как видно из таблицы, наличие даже идеальной атмосферы очень сильно сказывается на солнечной радиации: чем меньше высота Солнца, тем значительнее ослабляется радиация.

Если бы атмосферы не было совсем, то при любой высоте Солнца мы всегда наблюдали бы одну и ту же величину - 1,88 калории. При высоте же Солнца 60 градусов идеальная атмосфера ослабляет солнечную радиацию на 0,22 калории, реальная же атмосфера ослабляет ее еще на 0,35 калории главным образом за счет содержания в реальной атмосфере водяных паров и пыли. В этом случае к земной поверхности доходит только 1,31 калории. При высоте Солнца 30 градусов идеальная атмосфера уменьшает радиацию на 0,31 калории, а до Земли доходит 1,11 калории. При высоте Солнца 5 градусов соответствующие цифры будут 0,73 и 0,39 калории. Вот как сильно атмосфера ослабляет солнечную радиацию!

На рис. 5 это свойство атмосферы видно особенно наглядно. Здесь по вертикали отложены высоты Солнца, по горизонтали - проценты ослабления.

Горизонтальная штриховка показывает ослабление солнечной радиации при идеальной атмосфере, наклонная - ослабление, вызываемое содержащимися в реальной атмосфере водяными парами и пылью, вертикальная - количество радиации, доходящей в конечном результате до земной поверхности.

Из этого графика видно, например, что при средней прозрачности атмосферы и при высоте Солнца 60 градусов до земной поверхности доходит 70 процентов радиации, при 30 градусах-60 процентов, а при 5 градусах - только 20 процентов.

Конечно, в отдельных случаях прозрачность атмосферы может значительно отличаться от средней, особенно в сторону ее уменьшения.

Интенсивность радиации, падающей на горизонтальную поверхность, зависит еще от угла ее падения.

Это поясняет рис. 6. Допустим, что солнечный луч сечением 1 квадратный метр падает на плоскость аб под разными углами. В положении I , когда луч падает перпендикулярно, вся энергия, заключающаяся в солнечном луче, распределится на площадь 1 квадратный метр. В положении II солнечные лучи падают под углом менее 90 градусов; в этом случае пучок солнечных лучей такого же поперечного сечения, как и в первом случае, падает на площадь вг , которая больше аб ; следовательно, на единицу площади придется уже меньшее количество энергии.

В положении III лучи падают под еще меньшим углом; та же лучистая энергия распределится по еще большей площади де, и на единицу ее приходится еще меньшая величина.

Если луч будет падать под углом 30 градусов, то радиация на единицу площади получится в 2 раза меньше, чем при нормальном ее падении; при высоте Солнца 10 градусов ее получится меньше в 6 раз, а при высоте 5 градусов - в 12 раз.

Вот потому-то зимой при малой высоте Солнца приток радиации так мал. С одной стороны, он уменьшается оттого, что солнечный луч проходит длинный путь в атмосфере и много энергии теряет по пути; с другой стороны, и сама радиация падает под малым углом. Обе эти причины действуют в одну сторону, и напряжение солнечной радиации по сравнению с летним получается совсем ничтожное, а следовательно, и эффект нагрева незначителен; особенно, если еще принять во внимание, что зимние дни коротки.

Итак, основными причинами, которые влияют на количество солнечной радиации, достигающей земной поверхности, являются высота Солнца над горизонтом и угол падения радиации. Поэтому мы заранее должны ожидать значительных изменений солнечной радиации в зависимости от широты места.

Так как систематические наблюдения над солнечной радиацией к настоящему времени производятся уже на многих пунктах и в течение продолжительного времени, то интересно посмотреть, какие наибольшие величины были получены за это время в естественных условиях.

Солнечная постоянная - 1,88 калории. Такова величина радиации при отсутствии атмосферы. При идеальной атмосфере, в средних широтах, в летнее время, в околополуденные часы радиация была бы равна примерно 1,65 калории.

Что же дают непосредственные наблюдения в естественных условиях?

В табл. 2 приведена сводка наибольших величин солнечной радиации, полученных по наблюдениям за продолжительное время.

На территории СССР наибольшая измеренная величина радиации (для небольшой высоты над уровнем моря) - 1,51 калории. Второй столбец чисел показывает, какой процент радиации по сравнению с возможной при отсутствии атмосферы дошел до земной поверхности; оказывается, в самом лучшем случае доходит только 80 процентов; 20 процентов не допускает атмосфера. В полярных странах этот процент лишь немного меньше (70), что объясняется большой прозрачностью атмосферы в Арктике, особенно, если учесть, что высота Солнца во время наблюдений была там значительно меньше, чем в пунктах, расположенных южнее.

Вполне естественно, что на горах и вообще в более высоких слоях атмосферы интенсивность солнечной радиации должна увеличиваться, так как уменьшается масса атмосферы, проходимой солнечным лучом. При современном развитии авиации можно было бы ожидать, что произведены многочисленные измерения на разных высотах, но, к сожалению, дело обстоит не так: измерения на высотах единичны. Объясняется это сложностью актинометрических измерений на аэростатах и особенно на аэропланах; к тому же методика высотных измерений радиации разработана еще очень мало.