Солнечная радиация характеристика кратко

Обновлено: 02.07.2024

Под солнечной радиацией понимают весь испускаемый Солнцем интегральный (суммарный) поток радиации, который представляет собой электромагнитные колебания с различной длиной волны.

В гигиеническом отношении особый интерес представляет оптическая часть солнечного спектра, которая включает электромагнитные поля и излучения с длиной волны выше 100 нм. В этой части солнечного спектра различают три вида излучения ("неионизирующее излучение"):

- ультрафиолетовое (УФ)-сдлиной волны 290-400 нм;

- видимое-сдлиной волны 400-760 нм;

- инфракрасное (ИК)-сдлиной волны 760-2800 нм.

Наиболее активной в биологическом отношении является ультрафиолетовая часть солнечного спектра. В результате поглощения УФ-лучей в коже здорового человека образуется две группы веществ: специфические (витамин D) и неспецифические (гистамин, холин, ацетилхолин, аденозин). Образующиеся продукты белкового расщепления являются теми неспецифическими раздражителями, которые гуморальным путем влияют на весь сложный рецепторный аппарат и через него на эндокринную и нервную систему. Появление биологически активных веществ связано с фотохимическим действием УФ-лучей. Являясь неспецифическим стимулятором физиологических функций, эти лучи оказывают благоприятное влияние на белковый, жировой, углеводный, минеральный обмены, иммунную систему организма, что проявляется в общеоздоровительном, тонизирующем и профилактическом действии солнечного излучения на организм.

Видимая часть солнечного спектра. Специфической особенностью этой части спектра является ее воздействие на орган зрения. Глаз обладает наибольшей чувствительностью к желто-зеленым лучам с длиной волны 555 нм.

Недостаточное, нерациональное освещение приводит к снижению функции зрительного анализатора, повышенной утомляемости, снижению работоспособности, производственным травмам. Физиологическое значение видимого спектра заключается, прежде всего, в том, что он является одним из важнейших элементов, определяющих влияние окружающей среды на ЦНС. Воздействуя через орган зрения, свет вызывает возбуждение, распространяющееся до сенсорных центров больших полушарий, и, в зависимости от ряда условий, возбуждает или угнетает кору головного мозга, перестраивая физиологические и психические реакции организма, изменяя общий тонус организма, поддерживая деятельное и бодрствующее состояние. Видимая часть спектра может и непосредственно действовать на кожные покровы и слизистые оболочки, вызывать раздражение периферических нервных окончаний, обладает способностью проникать в глубь тканей организма, оказывая действие на кровь и внутренние органы.

Инфракрасная радиация. Длинноволновые инфракрасные лучи имеют меньшую энергию, чем коротковолновые, обладают меньшей проникающей способностью, а поэтому полностью поглощаются в поверхностном слое кожи, нагревая ее. Непосредственно вслед за интенсивным нагреванием кожи возникает тепловая эритема, которая проявляется в покраснении кожи вследствие расширения капилляров. Коротковолновые инфракрасные лучи, обладая большей энергией, способны глубоко проникать, а поэтому им больше присуще общее действие на организм. Например, в результате рефлекторного расширения как кожных, так и более крупных кровеносных сосудов увеличивается приток крови к периферии, происходит перераспределение массы крови в организме. В результате повышается температура тела, учащается пульс, учащается дыхание, усиливается выделительная функция почек. Коротковолновые инфракрасные лучи являются хорошим болеутоляющим фактором, способствуют быстрому рассасыванию воспалительных очагов. На этом основано широкое использование этих лучей для указанных целей в физиотерапевтической практике. Коротковолновая инфракрасная радиация может проникать через кости черепа, вызывая эритематозное воспаление мозговых оболочек (солнечный удар).

Лучистая энергия Солнца, или солнечная радиация, является основным источником тепла для поверхности Земли и для ее атмосферы. Радиация, поступающая от звезд и Луны, ничтожно мала по сравнению с солнечной радиацией и существенного вклада в тепловые процессы на Земле не вносит. Так же ничтожно мал поток тепла, направленный к поверхности из глубин планеты. Солнечная радиация распространяется по всем направлениям от источника (Солнца) в виде электромагнитных волн со скоростью, близкой к 300 000 км/сек. В метеорологии рассматривают преимущественно тепловую радиацию, определяемую температурой тела и его излучательной способностью. Тепловая радиацияимеет длины волн от сотен микрометров до тысячных долей микрометра. Рентгеновское излучение и гамма-излучение в метеорологии не рассматриваются, так как в нижние слои атмосферы они практически не поступают.

Тепловую радиацию принято подразделять на коротковолновую и длинноволновую. Коротковолновой радиацией называют радиацию в диапазоне длин волн от 0,1до 4 мкм, длинноволновой - от 4 до 100 мкм. Солнечная радиация, поступающая к поверхности Земли, на 99% является коротковолновой. Коротковолновую радиацию подразделяют на ультрафиолетовую (УФ), с длинами волн от 0,1 до 0,39 мкм; видимый свет (ВС) - 0,4 - 0,76 мкм; инфракрасную (ИК) - 0,76 - 4 мкм. ВС и ИК радиация дают наибольшую энергию: на ВС приходится 47% лучистой энергии, на ИК - 44%, а на УФ - только 9% лучистой энергии. Такое распределение тепловой радиации соответствует распределению энергии в спектре абсолютно черного тела с температурой в 6000К. Эту температуру считают условно близкой к фактической температуре на поверхности Солнца (в фотосфере, являющейся источником лучистой энергии Солнца). Максимум лучистой энергии при такой температуре излучателя, согласно закону Вина

l= 0,2898/Т (см*град). (28)

приходится на сине-голубые лучи с длинами около 0,475 мкм (l.- длина волны, Т - абсолютная температура излучателя).

Общее количество излучаемой тепловой энергии пропорционально, согласно закону Стефана-Больцмана, четвертой степени абсолютной температуры излучателя:

где s = 5,7*10 -8 Вт/м 2 *К 4 (постоянная Стефана-Больцмана).

Количественной мерой солнечной радиации, поступающей на поверхность, служит энергетическая освещенность, или плотность потока радиации. Энергетическая освещенность - это количество лучистой энергии, поступающей на единицу площади в единицу времени. Она измеряется в Вт/м 2 (или кВт/м 2 ). Это означает, что на 1 м 2 в секунду поступает 1 Дж (или 1 кДж) лучистой энергии. Энергетическую освещенность солнечной радиации, падающей на площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам в единицу времени на верхней границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца называют солнечной постоянной S_о. При этом под верхней границей атмосферы понимают условие отсутствия воздействия атмосферы на солнечную радиацию. Поэтому величина солнечной постоянной определяется только излучательной способностью Солнца и расстоянием между Землей и Солнцем. Современными исследованиями с помощью спутников и ракет установлено значение S_о, равное 1367 Вт/м 2 с ошибкой ±0,3%, среднее расстояние между Землей и Солнцем в этом случае определено как 149,6*10 6 км. Если учитывать изменения солнечной постоянной в связи с изменением расстояния между Землей и Солнцем, то при среднегодовом значении 1,37 кВт/м 2 , в январе она будет равна 1,41 кВт/м 2 , а в июне - 1,34 кВт/м 2 , следовательно, северное полушарие за летний день получает на границе атмосферы несколько меньше радиации, чем Южное полушарие за свой летний день.

В связи с постоянным изменением солнечной активности солнечная постоянная, возможно, испытывает колебания из года в год. Но эти колебания, если они и существуют, настолько малы, что лежат в пределах точности измерений современных приборов. Но за время существования Земли солнечная постоянная, вероятнее всего, меняла свое значение.

Зная солнечную постоянную, можно рассчитать количество солнечной энергии, поступающей на освещенное полушарие на верхней границе атмосферы. Оно равно произведению солнечной постоянной на площадь большого круга Земли. При среднем радиусе земли, равном 6371 км, площадь большого круга составляет p*(6371) 2 = 1,275*10 14 м 2 , а приходящая на нее лучистая энергия - 1,743*10 17 Вт. За год это составит 5,49*10 24 Дж.

Приход солнечной радиации на горизонтальную поверхность на верхней границе атмосферы называют солярным климатом. Формирование солярного климата определяется двумя факторами - продолжительностью солнечного сияния и высотой Солнца. Количество радиации, приходящейся на границе атмосферы на единицу площади горизонтальной поверхности пропорционально синусу высоты Солнца, которая меняется не только в течение дня, но и зависит от времени года. Как известно, высота Солнца для дней солнцестояния определяется по формуле 90 0 - (j±23,5 0 ), для дней равноденствия - 90 0 -j, где j - широта места. Таким образом, высота Солнца на экваторе меняется в течение года от 90 до 66,5 0 , в тропиках - от 90 до 43 0 , на полярных кругах - от 47 до 0 0 и на полюсах - от 23,5 до 0 0 . В соответствии с таким изменением высоты Солнца зимой в каждом полушарии приток солнечной радиации на горизонтальную площадку быстро убывает от экватора к полюсам. Летом картина более сложная: в середине лета максимальные значения приходятся не на экватор, а на полюса, где продолжительность дня составляет 24 часа. В годовом ходе во внетропической зоне наблюдается один максимум (летнее солнцестояние) и один минимум (зимнее солнцестояние). В тропической зоне приток радиации достигает максимума два раза в год (дни равноденствия). Годовые количества солнечной радиации меняются от 133*10 2 МДж/м 2 (экватор) до 56*10 2 МДж/м 2 (полюса). Амплитуда годового хода на экваторе небольшая, во внетропической зоне - значительная.

Прямая солнечная радиация

Прямой солнечной радиациейназывают радиацию, приходящую к земной поверхности непосредственно от солнечного диска. Несмотря на то, что солнечная радиация распространяется от Солнца по всем направлениям, к Земле она приходит в виде пучка параллельных лучей, исходящих как бы из бесконечности. Приток прямой солнечной радиации на земную поверхность или на любой уровень в атмосфере характеризуется энергетической освещенностью - количеством лучистой энергии, поступающей за единицу времени на единицу площади. Максимальный приток прямой солнечной радиации будет поступать на площадку, перпендикулярную солнечным лучам. Во всех остальных случаях энергетическая освещенность будет определяться высотой Солнца, или синусом угла, который образует солнечный луч с поверхностью площадки

В общем случае S (энергетическая освещенность площадки единичной площади, перпендикулярной солнечным лучам) равно S_o. Поток прямой солнечной радиации, приходящийся на горизонтальную площадку, называется инсоляцией.

Продолжительность солнечного сияния — это время, в течение которого прямые солнечные лучи освещают земную поверхность. Продолжительность солнечного сияния является важным элементом климата и зависит от длины дня, определяемой широтой местности и временем года, и облачности. На метеостанции она определяется гелиографами. Продолжительность солнечного сияния выражают либо в часах, либо в процентах от наиболее возможной продолжительности.

Продолжительность солнечного сияния возрастает от полярных широт к тропикам. В Арктике относительная продолжительность составляет 25% и ниже, в Северной Европе — около 40%, в Италии — 50%. Максимум продолжительности солнечного сияния отмечают в субтропических пустынях (например, в Аризоне — 88%, а в летнее время до 97% возможной). В дождливых областях близ экватора — 35%.

В годовом ходе максимум продолжительности солнечного сияния для умеренных широт приходится на июль-август, в пустынях субтропиков — на июнь и сентябрь. Внутри тропиков максимум солнечного сияния наблюдается в сухой период, минимум — во влажный (особенно в муссонных районах).

Горы в среднем беднее солнечным сиянием, чем прилегающие равнины из-за сильного развития облаков конвекции летом. Но зимой в высокогорье больше солнечного сияния, чем на низменности. Это является важным преимуществом горных курортов.

В больших городах загрязнение воздуха снижает продолжительность солнечного сияния до 20% и более по сравнению с сельской местностью.

Условия облачности можно характеризовать также и числом ясных и пасмурных дней. Вот несколько экстремальных значений: Ифрена (Ливия) — 293 ясных дня в году, Термез (Узбекистан) — 260 дней, Имандра (Кольский п-ов) — 9 ясных дней в году, на горной станции Бен-Невис в Шотландии — 247 пасмурных дней в году, на восточном берегу острова Тайвань — 233 пасмурных дня.

La солнечная радиация Это довольно важная переменная, которая служит для определения количества тепла, которое мы получаем от Солнца на поверхности земли. В зависимости от некоторых факторов, таких как ветер, облачность и время года, мы получаем большее или меньшее количество солнечной радиации. Он обладает способностью нагревать поверхность земли и предметы, не нагревая при этом воздух. Есть разные типы солнечного излучения в зависимости от происхождения и характеристик.

Знайте все о солнечном излучении, о его типах и о том, какое влияние оно оказывает на планету и жизнь.

Что такое солнечная радиация

Это поток энергии, который получает солнце в виде электромагнитных волн разной частоты. Среди частот, которые мы находим в электромагнитном спектре, наиболее известны видимый, инфракрасный и ультрафиолетовый свет. Мы знаем, что почти половина солнечной радиации, которую получает наша планета, имеет частота находилась в диапазоне от 0.4 мкм до 0.7 мкм. Этот тип излучения может быть обнаружен человеческим глазом, и это то, что составляет полосу, известную нам как видимый свет.

Другая половина находится в основном в инфракрасной части спектра и небольшая часть в ультрафиолете. Чтобы иметь возможность измерить, сколько излучения мы получаем от солнца Используется инструмент, известный как пиранометр.

Виды солнечного излучения

В зависимости от происхождения и характеристик солнечного излучения бывают разные виды. Мы собираемся сосредоточиться на определении различных типов и их основных характеристик:

Прямое солнечное излучение

Это о том, что он исходит прямо от солнца и мало меняет направление. Это можно увидеть под влиянием ветра, но не в значительной степени. В ветреные дни можно почувствовать снижение жары. На поверхностях жара не так сильно действует при сильном ветровом режиме. Этот тип излучения имеет главную характеристику, а именно то, что он может отбрасывать определенную тень от любого непрозрачного объекта, который его перехватывает.

Рассеянное солнечное излучение

Это часть излучения, которое доходит до нас от солнца и которое отражается или поглощается облаками. Он известен под названием диффузный, поскольку распространяется во всех направлениях. Этот процесс происходит из-за отражений и поглощений не только от облаков, но и от некоторых частиц, плавающих в атмосфере. Эти частицы называются атмосферной пылью и способны рассеивать солнечное излучение. Его также называют диффузным, поскольку он отражается некоторыми объектами, такими как горы, деревья, здания и сама земля, в зависимости от ее состава.

Основная характеристика этого излучения состоит в том, что он не отбрасывает тень на вставленные непрозрачные объекты. Горизонтальные поверхности - это те места, где присутствует большее количество рассеянного излучения. С вертикальными поверхностями происходит обратное, так как контакт практически отсутствует.

Отраженное солнечное излучение

Это тот, который отражает поверхность земли. Не все излучение, которое доходит до нас от солнца, поглощается поверхностью, но часть его отклоняется. Это количество излучения, которое отклоняется от поверхности, известно как альбедо. Альбедо Земли сильно увеличивается из-за изменения климата и таяния полярных ледяных шапок.

Горизонтальные поверхности не получают отраженного излучения любого типа, так как они не видят земную поверхность. Противоположное дело обстоит с рассеянным солнечным излучением. В таком случае, именно вертикальные поверхности получают наибольшее количество отраженного излучения.

Глобальная солнечная радиация

Можно сказать, что это общая радиация, существующая на планете. Это сумма трех излучений. названный выше. Возьмем для примера полностью солнечный день. Здесь будет прямое излучение, которое превосходит диффузное излучение. Однако в пасмурный день не будет прямой радиации, но все попадание будет рассеянным.

Как это влияет на жизнь и планету

При таком количестве солнечного излучения, которое получает наша планета, жизнь не могла бы возникнуть так, как она возникла. Энергетический баланс Земли равен 0. Это означает, что количество солнечной радиации, которую получает планета, и то, что она излучает обратно в космос, одинаково. Однако необходимо добавить некоторые нюансы. В этом случае температура на планете будет -88 градусов. Итак, вам нужно что-то, что может удерживать это излучение и делать уровни температуры комфортными и обитаемыми, чтобы поддерживать жизнь.

Парниковый эффект - это двигатель, который помогает солнечной радиации, падающей на земную поверхность, в значительной степени удерживаться. Благодаря парниковому эффекту на нашей планете могут появиться условия для жизни. Когда солнечная радиация попадает на поверхность, она почти наполовину возвращается в атмосферу, чтобы выбросить ее в космическое пространство. Часть этого излучения обратно от поверхности поглощается и отражается облаками и атмосферной пылью. Однако этого количества поглощенного излучения недостаточно для поддержания стабильной температуры.

Вот где появляются парниковые газы. Это различные газы, которые способны удерживать часть тепла, излучаемого земной поверхностью, возвращая достигнутое солнечное излучение обратно в атмосферу. К парниковым газам относятся: водяной пар, диоксид углерода (CO2), оксиды азота, оксиды серы, метан, так далее. С увеличением количества парниковых газов, вызванных деятельностью человека, солнечная радиация становится все более вредной, поскольку оказывает воздействие на окружающую среду, флору, фауну и людей.

Сумма всех видов солнечной радиации - это те, которые позволяют жизнь на планете. Будем надеяться, что проблему увеличения выбросов парниковых газов удастся решить и ситуация не станет опасной.

Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.

Солнце

Солнце всегда интересовало людей и служило темой для сочинения загадочных легенд. Еще в древние времена люди начинали догадываться о его воздействии на Землю. Однако все это было лишь неподтвержденными догадками и только с развитием технологий человечество смогло узнать, что такое солнечная радиация и как она воздействует на планету и ее обитателей.

Солнечная радиация – что это?

Солнечная радиация – энергетическое излучение, которое непрерывно поступает на Землю. Распространение энергии осуществляется в форме электромагнитных волн. Ежесекундно они преодолевают расстояние в 300 000 километров и в течение 8 минут достигают Земли.

На земную поверхность попадает как рассеянные, так и прямые лучи Солнца. Именно благодаря рассеиванию поступающих лучей в атмосфере, днем небо окрашено в голубоватый оттенок. Оранжевый окрас солнечного диска обуславливается тем, что его лучи практически не рассеиваются.

Как влияет на организм?

Излучаемая Солнцем радиация состоит из ультрафиолетовой, видимой и инфракрасной частей. В них содержится различная энергия и поэтому они могут по-разному влиять на человека:

Тепловой эффект. Он появляется из-за влияния инфракрасного излучения и сопровождается расширением сосудов, которое приводит к улучшению кровотока. В результате теплового эффекта и людей расслабляются мышцы и лучше усваиваются биологически активные микроэлементы.
Фотохимическое действие. Видимое солнечное излучение активизирует работу зрительного органа, благодаря чему человек может познавать окружающий мир. Поступающий свет от Солнца благоприятно влияет на работоспособность коры мозга и нормализует биоритмы человека. Нарушение биологических ритмов может привести к ухудшению самочувствия, бессоннице и развитию депрессии.
Ультрафиолетовое воздействие. Недостаток ультрафиолета может негативно сказаться на здоровье людей. Ослабляется иммунная система, замедляется процесс вырабатывания жизненно важных веществ, обостряются хронические болезни и развиваются психические расстройства.

Распределение излучения

Не всегда солнечное излучение достигает своей конечной цели. Земля отражает лучи, которые могут навредить ее биосфере. Делает она это при помощи озонового слоя, который фильтрует ультрафиолетовые лучи. Значительная часть излучений Солнца поглощается, рассеивается и отражается благодаря озоновому фильтру.

Излучения, которым удалось пройти через озоновый слой, падают на земную поверхность под разными углами. Они распределяются по территории Земли неравномерно. Интенсивность излучений напрямую зависит от высоты солнцестояния. При увеличении угла падения лучей количество тепла на возрастает.

Воздействие радиации на климат

Неоднократно было доказано, что солнечная радиация влияет на климат планеты. Наибольшее влияние оказывают инфракрасные излучения, которые усиливаются, когда Солнце поднимается над горизонтом. Интенсивность воздействия во многом зависит от удаленности Солнца от планеты. Расстояние между ними меняется в течение года.

Количество поступающей радиации зависит и от угла наклона оси планеты к орбите. Он изменяется в зависимости от времени года. Летом наклон сокращается, что приводит к увеличению радиации.

При изменении притока радиации от Солнца на 1% температурные показатели нижнего атмосферного слоя изменяются на 1.5 ℃. Иногда на Солнце возникают катаклизмы, из-за которых солнечная радиация может увеличиваться в разы. Благодаря магнитному полю и озоновому слою, до Земли доходит не так много радиации.

Защита от солнечной радиации

Ультрафиолетовое излучение, исходящее от Солнца – сильный раздражитель, которого надо избегать. Длительное нахождение под воздействием солнечных лучей может иметь следующие последствия для человека:

ожоги;
обострение хронических болезней;
общий перегрев.

Чтобы солнечная радиация не смогла навредить здоровью человека, надо придерживаться следующих рекомендаций:

ограничивать продолжительность загара и заниматься этим до или после обеда;
во время пребывания на улице в солнечный день надевать одежду с длинным рукавом, солнцезащитные очки и широкополую шляпу или кепку;
загорая на пляже, пользоваться специальными солнцезащитными кремами.

Людям, которые любят загорать в ясные летние дни, надо быть очень осторожными. Грудным детям и старикам с заболеваниями сердца нужно меньше находиться под солнцем и больше времени проводить в тени.

Читайте также: