Природне випромінювання, Параметри сонячного випромінювання, Інтенсивність сонячного випромінювання,
До природних випромінювань відносяться випромінювання Сонця, атмосфери та земної поверхні.
Параметри сонячного випромінювання
Сонце є розжареною кулею діаметром 1,392 • 109 м, маса якої становить 1,991 • 1030 кг. Відстань між Сонцем та Землею дорівнює 1,496 1011 м. Температура Сонця в центрі – 2•107°С, на поверхні – 6000°С. За такої високої температури відбувається іонізація молекул сонячного середовища та ядерні реакції. Ці процеси супроводжуються виділенням великої кількості енергії.
До основних параметрів сонячного випромінювання відносяться інтенсивність, спектральний склад та періодичність.
Інтенсивність сонячного випромінювання
Спостереження за Сонцем за допомогою піргеліометра
супутникаNimbusдозволило визначити інтенсивність сонячного випромінювання в межах 1369-1375 Вт/м2 (середнє значення 1373 Вт/м2). Ця величина одержала назвусонячної постійної.
Загальна потужність сонячного випромінювання становить для сфери радіусомd =1,496 • 1011 м (відстань між Сонцем та Землею):
Радіус земної кулі дорівнює.
Площа поперечного перерізу м2.
Площа всієї Землі становить м2.
Потужність сонячного випромінювання на поверхні Землі (враховуємо, що Земля обертається і площа опромінюваного в 4 рази менша, ніж вся площа поверхні):
Отже, інтенсивність сонячного випромінювання, що падає на земну поверхню, дорівнює:
В Україні середня інтенсивність сонячного випромінювання варіює від 185-215 Вт/м2 (Крим) до 115-145 Вт/м2 (Полісся).
Сонячне випромінювання по інтенсивності розподіляється так: дві третини у виглядіпрямогосонячного світла, одна третина у виглядідифузно розсіяногосвітла (рис.11.1).
Мал. 11.1.Пряме та дифузне сонячне випромінювання
Пряме сонячне випромінювання відповідає тому випромінюванню, що вимірюється на земній поверхні перпендикулярно їй за винятком дифузного випромінювання.
Дифузне випромінювання відповідає випромінюванню, розсіюється частинках атмосфери чи відбивається від них.
Пряма сонячнаінсоляціядорівнює сонячній постійної за винятком втрати на поглинання та розсіювання. Сонячна стала залежить від відстані між Сонцем та Землею, сонячних циклів; втрати сонячного випромінювання залежать від часу дня (піднесення Сонця), хмарного покриву, вмісту вологості та різних забруднювачів.
Випромінюючі властивості Сонця описуються рівнянням:
(11.1)
де – сумарна енергетична освітленість сонячним випромінюванням земної поверхні, Вт/м2; - енергетична освітленість земної поверхні прямим сонячним випромінюванням, Вт/м2, а - те саме, але дифузним сонячним випромінюванням, Вт/м2.
Середні значення сумарної енергетичної освітленості та за рахунок дифузного сонячного випромінювання становлять: = 900 Вт/м2; = 200 Вт/м2 (чисте небо) = 800 Вт/м2; = 350 Вт/м2 (небо наполовину вкрите куповими хмарами) = 300 Вт/м2 (небо повністю вкрите хмарами) [Guyot, 1998].
Сонячна інтенсивність розподіляється так: 19 % прямого сонячного випромінювання поглинається атмосферою, зокрема такими газами як озон, двоокис вуглецю, водна пара, кисень, азот; 20% сонячного випромінювання відбивається хмарами; 6% розсіюється атмосферою;4%відбивається земною поверхнею; 51% поглинається земною поверхнею (грунтом і водою), після чого це випромінювання з'являється у вигляді латентної теплоти (23%), відчутної теплоти (7%), інфрачервоного випромінюванняземної поверхні (21%). Близько 23% становить дифузне сонячне випромінювання. На інтенсивність сонячного випромінювання впливають пора року, пора доби, широта, відстань між Сонцем та Землею, поглинання сонячного випромінювання земною атмосферою.
Спектральний склад сонячного випромінювання
Спектр сонячного випромінювання становить 200-5000 нм; максимум випромінювання посідає 500 нм. Спектр сонячного випромінювання, що досягає земної поверхні, складається з ультрафіолетової (100-400 нм), видимої (380-760 нм) та інфрачервоної (понад 760 нм) частин (табл. 11.1). На ультрафіолетову частину спектра припадає 5%, на видиму 35% і інфрачервону - 60% сонячного випромінювання.
11.1.Діапазони спектру оптичного випромінювання