1. في أي الجزر عاش طائر الدودو المنقرض؟
موريشيوس
جزر القمر
سيشيل
جزر المالديف
2. بالقرب من أي جزيرة تم ملاحظة أعلى درجة حرارة لسطح المحيط العالمي؟
سقطرى
جديد بريتانيا
جزر الكناري
3. أي من اللغات التالية لا علاقة لها بالثلاث الأخرى؟
دانماركي
النرويجية
الفنلندية
السويدية
4. ما نسبة ضوء الشمس التي يمتصها سطح الأرض؟
5. أي من المنتجات التالية لا تعد من سلع التصدير التجارية لغانا؟
حبوب الكاكاو
خشب
6. أي من المدن الفرنسية التالية تشهد أقل هطول للأمطار في شهري يوليو وأغسطس؟
مرسيليا
7. متى انفصلت قارة بانجيا؟
منذ 10 ملايين سنة
منذ 50 مليون سنة
منذ 250 مليون سنة
منذ 500 مليون سنة
8. في أي جزيرة يقع بركان مايون؟
مينداناو
كاليمانتان
9. أي من هذه العبارات تصف موقع صوفيا بدقة أكبر؟
في حوض الدانوب
في جبال البلقان
في جبال رودوب
على شواطئ البحر الأسود
10. في أي مدينة يقع مقر منظمة أوبك؟
بروكسل
ستراسبورغ
11. في أي منطقة تاريخية في رومانيا يعيش غالبية السكان المجريين؟
والاشيا
مولدوفا
دوبروجة
ترانسيلفانيا
12. إلى أي حوض بحري ينتمي تدفق بحيرة بايكال؟
لابتيف
شرق سيبيريا
بيرينجوفو
كارسكوي
13. لماذا تضاعف حجم جزيرة النهضة السابقة تقريبًا منذ عام 1950؟
رواسب النهر
زيادة مساحة الأنهار الجليدية
هبوط منسوب المياه
السدود الاصطناعية
14. ما اسم المنطقة ذات الكثافة السكانية المنخفضة والحارة والقاحلة في الأرجنتين والمعرضة للفيضانات الشديدة في الصيف؟
غران تشاكو
انتري ريوس
باتاغونيا
15. في أي جزء من الهند يعيش الأشخاص الذين يتحدثون اللغات الدرافيديونية؟
الشمال الغربي
شمال شرق البلاد
16. في أي مدينة تم تسمية المطار باسمه الذي أعيدت تسميته مؤخرًا؟ شيانغ كاي شيك
هونج كونج
17. ما هي المقاطعة الكندية التي بدأت مؤخراً في تطوير الرمال النفطية؟
أونتاريو
ألبرتا
كولومبيا البريطانية
18. أي من القنوات التالية لا تحتوي على بوابات؟
كيل
بنمي
طريق نهر سانت لورانس
السويس
19. يتحدث لغة الناهيوتل أحفاد الأشخاص الذين بنوا المدن والمعابد المهيبة في المكسيك. أي نوع من الناس هؤلاء؟
أولمك
20. أي من المدن التالية تقع في إقليم الباسك؟
غوادالاخارا
برشلونة
بلباو
21. أي مقاطعة في الصين بها أكبر عدد من السكان؟
شاندونغ
سيتشوان
22. ما هي الدول التي انضمت إلى الأمم المتحدة بعد عام 2005؟
الجبل الأسود
الجبل الأسود وتيمور الشرقية
الجبل الأسود وتيمور الشرقية وإريتريا
23. أي جزء من بريطانيا العظمى هو الأقل كثافة سكانية؟
اسكتلندا
إيرلندا الشمالية
24. ما هي المدينة الواقعة على ضفاف نهر فيستولا والتي تم إدراج مركزها التاريخي في قائمة التراث العالمي لليونسكو؟
كاتوفيتشي
بوزنان
25. في أي مجال جغرافي ميز إبراهيم أورتيليوس نفسه؟
علم المحيطات
علم الارصاد الجوية
جيولوجيا
رسم الخرائط
26. ما هو أعظم إنجاز لمارتن بوهايم؟
أول خريطة مطبوعة في العالم
الكرة الأرضية الأولى في العالم
الإسقاط المطابق
تجميع موسوعة المعرفة القديمة
27. ما هي الدولة التي لديها أكبر عدد من اللاجئين الداخليين؟
كرواتيا
البوسنة والهرسك
أذربيجان
28. يرتبط اليوم بسنة واحدة تقريبًا حيث أن درجة واحدة من خط الطول تعني:
360 دقيقة
60 دقيقة
60 درجة
طول خط الاستواء
29. في أي اتجاه يجب أن تتحرك للوصول من النقطة ذات الإحداثيات 12 درجة شمالاً. 176° غربًا إلى نقطة إحداثياتها 30° شمالاً. 174 درجة شرقًا؟
إلى الشمال الشرقي
إلى الجنوب الغربي
إلى الشمال الغربي
إلى الجنوب الشرقي
30. أي مما يلي يتميز بالقشرة الأصغر سنا؟
شرق أفريقيا الصدع
صعود شرق المحيط الهادئ
الدرع الكندي
حوض الأمازون
31. ما هي حركات الصفائح التكتونية التي لوحظت في منطقة صدع سان أندرياس؟
اصطدام الصفائح
انزلاق اللوحات
رفع وخفض اللوحات المختلفة
الإزاحة الأفقية للصفائح في اتجاهات مختلفة على طول محور واحد
32. في أي من هذه البلدان يوجد انخفاض في الهجرة في عدد السكان؟
أيرلندا
33. ما هي نسبة سكان العالم الذين يعيشون في المناطق الحضرية؟
34. أي من الدول التالية هي الرائدة في عدد السياح الوافدين؟
فرنسا
فيتنام
35. ما هي الدول التي لا يمكنها الوصول إلى المحيط العالمي والحدود فقط مع الدول التي لا يمكنها أيضًا الوصول إلى المحيط العالمي؟
أوزبكستان
أوزبكستان وليختنشتاين
أوزبكستان وليختنشتاين والمجر
أوزبكستان وليختنشتاين والمجر وجمهورية أفريقيا الوسطى
36. أي الصخور التالية متحولة؟
حجر الكلس
بازلت حجر بركاني
37. في أي خط عرض يقع القطب المغناطيسي الجنوبي؟
38. أي من الجزر التالية ذات أصل مرجاني؟
هوكايدو
كيريتيماتي
سيشيل
39. أي من هذه العبارات غير صحيح فيما يتعلق بكوستاريكا؟
عدم وجود جيش نظامي
ارتفاع معدل معرفة القراءة والكتابة
نسبة عالية من السكان الأصليين
نسبة عالية من السكان البيض
40. لماذا لا يمكن استخدام إسقاط جيرهارد مركاتور الأسطواني في الحسابات الطبوغرافية؟
مناطق الأجسام عند خط الاستواء مشوهة
مناطق الأجسام الموجودة في خطوط العرض العالية مشوهة
الزوايا مشوهة
شبكة الدرجة مشوهة
41. ما هي الدول المنخرطة في نزاع إقليمي حول الحدود الممتدة على طول خط عرض 22 درجة شمالاً؟
الهند وباكستان
الولايات المتحدة الأمريكية وكندا
مصر والسودان
ناميبيا وأنجولا
42. ما هي الدول التي أنهت النزاع مؤخراً حول منطقة شبه جزيرة باكاسي الغنية بالنفط؟
نيجيريا والكاميرون
جمهورية الكونغو الديمقراطية وأنغولا
الجابون والكاميرون
غينيا وسيراليون
43. أي من مقاييس الخريطة المشار إليها يعرض التضاريس بأكبر قدر من التفصيل؟
44. ما هي الكثافة السكانية في سنغافورة؟
3543 نسمة/كم2
6573 نسمة/كم2
7350 نسمة/كم2
9433 نسمة/كم2
45. ما هي حصة الدول الأربع الأكثر سكانا في سكان الأرض؟
46. ما هي المناطق المناخية التي ستعبرها عند السفر من داروين إلى أليس سبرينغز؟
معتدل بحري، شبه استوائي رطب، شبه استوائي جاف، استوائي جاف
شبه استوائي جاف، استوائي جاف، صحراء استوائية
شبه استوائي رطب، شبه استوائي جاف، استوائي جاف
شبه استوائي رطب، شبه استوائي جاف، استوائي جاف، صحراء استوائية
47. ما هي الحالة التي يمكن أن تقضي على تأثير الأعاصير؟
الموقع على خط الاستواء
تقع على خط عرض 15° شمالاً
كونها فوق البحر
التواجد في المناطق الاستوائية
48. متى يكون أعلى مستوى للمياه في نهر زامبيزي؟
49. ما هو سبب اللون الأسود والأحمر للمياه في رافد ريو نيغرو في الأمازون؟
تلوث المياه الصناعية في النهر
العفص الموجودة في فضلات النباتات
صخور من جبال الأنديز
التآكل المائي للتربة الاستوائية
50. النقطة ذات الإحداثيات 18 درجة جنوبا. 176° غربًا تقع في الجزر:
كارولين
مجتمعات
هاواي
من قائمة الدول أدناه، اختر الدول الخمس ذات أعلى معدلات الخصوبة وقم بترتيب هذه الدول ترتيبًا تنازليًا:
إسرائيل
غواتيمالا
إسبانيا
من قائمة البلدان أدناه، حدد الدول الخمس ذات الخط الساحلي الأطول وقم بترتيبها بترتيب تنازلي لقيمتها:
ماليزيا
أستراليا
أوكرانيا
إندونيسيا
فنزويلا
البرازيل
بنغلاديش
كوستا ريكا
على الخريطة التفصيلية، ضع علامة على الدول الخمس الأكثر سكانًا في أمريكا الجنوبية.
على الخريطة التفصيلية، حدد البلدان الأفريقية الخمسة التي لديها أكبر تدفق للاجئين.
الإجابات
1- موريشيوس
2- سقطرى
3 - الفنلندية
4 - حوالي 50%
6- مرسيليا
7- الإجابة الأقرب هي "قبل 250 مليون سنة".
9 - لا يمكن اعتبار صيغة الاختبار صحيحة. خيار "في حوض الدانوب" صحيح تمامًا، ولكنه غير دقيق: مثل هذا التعريف للموقف لا يركز على صوفيا. يشير خيار "في جبال البلقان" بشكل أكثر دقة إلى الموقع، لكن مفهوم "جبال البلقان" نفسه غامض.
11- ترانسيلفانيا
12- كارسكوي
13- انخفاض منسوب الماء
14- باتاغونيا
16- تايبيه
17- ألبرتا
18- السويس
19- الأزتيك
20- بلباو
21- سيتشوان
22- الجبل الأسود
23- اسكتلندا
24- كراكوف
25- رسم الخرائط
26- الكرة الأرضية
27- البوسنة والهرسك
28- طول خط الاستواء
29- إلى الشمال الغربي
30- صعود شرق المحيط الهادئ
31 - الإزاحة الأفقية...
32- على ما يبدو أن هذا يشير إلى إيران، رغم عدم وجود بيانات دقيقة.
33 - 49٪ (على الرغم من أن حسابات عام 2007 تظهر أن عدد سكان المدن يزيد بالفعل عن 50٪).
34- فرنسا
35- أوزبكستان وليختنشتاين
36- رخام
38- كيريتيماتي
39- عدم وجود جيش نظامي. ومع ذلك، لا يمكن رفض العلامات الأخرى، لأن لم يتم تعريف معنى كلمة "عالية". الاختبار غير صحيح.
40- تشوه مساحات الأجسام الموجودة في خطوط العرض العالية. لكن الخيار الرابع لا يخلو من المعنى. الاختبار غير صحيح.
41- مصر والسودان
42- نيجيريا والكاميرون
44 - 7350. لكن مثل هذه الأسئلة لا يمكن طرحها.
45 - حوالي 43%
46 - الجواب الثاني
47- عند خط الاستواء
49 - العفص
النيجر، مصر، اليمن، جنوب أفريقيا، لاوس، ماليزيا، أستراليا، السويد، إندونيسيا، البرازيل. المهمة، ومع ذلك، غير صحيحة. طول الخط الساحلي، من حيث المبدأ، هو كمية غير قابلة للقياس. سم.: كانساس. لازاريفيتش.طول الخط الساحلي//جغرافيا، رقم/2004.
صياغة الأسئلة مأخوذة من الذاكرة وقد تختلف قليلاً عن الأسئلة الأصلية: لا تقوم الجمعية الجغرافية الوطنية الأمريكية بإصدار مهام للمشاركين في المسابقة أو لقادة الفرق.
إن الادعاء بأن المجريين يشكلون الأغلبية في ترانسيلفانيا أمر مثير للنقاش. لدى الرومانيين وجهة نظر مختلفة حول هذه المسألة.
وتصل الطاقة الشمسية إلى الحد الأعلى للغلاف الجوي بما يعادل 100%.
الأشعة فوق البنفسجية، التي تشكل 3% من 100% من ضوء الشمس الوارد، تمتصها في الغالب طبقة الأوزون الموجودة في الجزء العلوي من الغلاف الجوي.
يتفاعل حوالي 40% من الـ 97% المتبقية مع السحب - ينعكس 24% منها مرة أخرى إلى الفضاء، وتمتص السحب 2%، وينتشر 14%، ويصل إلى سطح الأرض كإشعاع منتشر.
يتفاعل 32% من الإشعاع الوارد مع بخار الماء والغبار والضباب في الغلاف الجوي - يتم امتصاص 13% منه، وينعكس 7% مرة أخرى إلى الفضاء، ويصل 12% إلى سطح الأرض كأشعة الشمس المتناثرة (الشكل 6).
أرز. 6. التوازن الإشعاعي للأرض
وبالتالي، من أصل 100% من الإشعاع الشمسي لسطح الأرض، 2% من ضوء الشمس المباشر و26% من الضوء المنتشر.
من هذا الإجمالي، ينعكس 4% من سطح الأرض عائداً إلى الفضاء، ويبلغ إجمالي الانعكاس في الفضاء 35% من ضوء الشمس الساقط.
من بين 65% من الضوء الذي تمتصه الأرض، يأتي 3% من الغلاف الجوي العلوي، و15% من الغلاف الجوي السفلي، و47% من سطح الأرض - المحيطات واليابسة.
لكي تحافظ الأرض على التوازن الحراري، يجب إطلاق 47% من إجمالي الطاقة الشمسية التي تمر عبر الغلاف الجوي ويتم امتصاصها عن طريق البر والبحر مرة أخرى إلى الغلاف الجوي عن طريق البر والبحر.
الجزء المرئي من طيف الإشعاع الذي يصل إلى سطح المحيط ويحدث الإضاءة يتكون من الأشعة الشمسية التي تمر عبر الغلاف الجوي (الإشعاع المباشر) وبعض الأشعة التي ينثرها الغلاف الجوي في جميع الاتجاهات بما في ذلك نحو سطح المحيط (الإشعاع المنثور).
وتعتمد نسبة طاقة هذين التدفقين الضوئيين الساقطين على سطح أفقي على ارتفاع الشمس، فكلما زاد ارتفاعها عن الأفق، زادت نسبة الإشعاع المباشر.
تعتمد إضاءة سطح البحر في الظروف الطبيعية أيضًا على الغيوم. تلقي الغيوم الطويلة والرفيعة الكثير من الضوء المتناثر، مما يجعل إضاءة سطح البحر عند الارتفاعات الشمسية المتوسطة أكبر مما كانت عليه في السماء الصافية. السحب الكثيفة الممطرة تقلل الإضاءة بشكل حاد.
تخضع الأشعة الضوئية التي تخلق الإضاءة على سطح البحر للانعكاس والانكسار عند حدود الماء والهواء (الشكل 7) وفقًا لقانون سنيل الفيزيائي المعروف.
أرز. 7. انعكاس وانكسار شعاع الضوء على سطح المحيط
وهكذا فإن جميع أشعة الضوء التي تسقط على سطح البحر تنعكس جزئياً وتنكسر وتدخل البحر.
تعتمد النسبة بين تدفقات الضوء المنكسرة والمنعكسة على ارتفاع الشمس. على ارتفاع شمسي قدره 0 0، ينعكس التدفق الضوئي بأكمله من سطح البحر. مع زيادة ارتفاع الشمس، تزداد نسبة تدفق الضوء الذي يخترق الماء، وعلى ارتفاع شمسي قدره 90 0، يخترق 98٪ من إجمالي التدفق الساقط على السطح إلى الماء.
تسمى نسبة تدفق الضوء المنعكس من سطح البحر إلى الضوء الساقط بياض سطح البحر . ثم بياض سطح البحر على ارتفاع شمسي 90 0 سيكون 2٪ و0 0 - 100٪. يختلف بياض سطح البحر بالنسبة لتدفقات الضوء المباشرة والمنتشرة. يعتمد بياض الإشعاع المباشر بشكل كبير على ارتفاع الشمس، في حين أن بياض الإشعاع المتناثر لا يعتمد عمليا على ارتفاع الشمس.
المحاضرة 2.
اشعاع شمسي.
يخطط:
1. أهمية الإشعاع الشمسي للحياة على الأرض.
2. أنواع الإشعاع الشمسي.
3. التركيب الطيفي للإشعاع الشمسي.
4. امتصاص وتشتت الإشعاع.
5.PAR (الإشعاع النشط للتمثيل الضوئي).
6. توازن الإشعاع.
1. المصدر الرئيسي للطاقة على الأرض لجميع الكائنات الحية (النباتات والحيوانات والإنسان) هو طاقة الشمس.
الشمس عبارة عن كرة غازية يبلغ نصف قطرها 695300 كيلومتر. نصف قطر الشمس أكبر 109 مرات من نصف قطر الأرض (الخط الاستوائي 6378.2 كم، القطبي 6356.8 كم). تتكون الشمس بشكل أساسي من الهيدروجين (64%) والهيليوم (32%). أما الباقي فيمثل 4% فقط من كتلته.
الطاقة الشمسية هي الشرط الأساسي لوجود المحيط الحيوي وأحد العوامل الرئيسية المكونة للمناخ. بسبب طاقة الشمس، تتحرك الكتل الهوائية في الغلاف الجوي بشكل مستمر، مما يضمن ثبات تكوين الغاز في الغلاف الجوي. تحت تأثير الإشعاع الشمسي تتبخر كمية كبيرة من الماء من سطح الخزانات والتربة والنباتات. بخار الماء الذي تحمله الرياح من المحيطات والبحار إلى القارات هو المصدر الرئيسي لهطول الأمطار على الأرض.
تعتبر الطاقة الشمسية شرطاً لا غنى عنه لوجود النباتات الخضراء، التي تعمل على تحويل الطاقة الشمسية إلى مواد عضوية عالية الطاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي.
إن نمو النباتات وتطورها هو عملية استيعاب ومعالجة الطاقة الشمسية، وبالتالي فإن الإنتاج الزراعي لا يمكن تحقيقه إلا إذا وصلت الطاقة الشمسية إلى سطح الأرض. كتب عالم روسي: "أعط أفضل طباخ قدر ما يريد من الهواء النقي وضوء الشمس ونهر كامل من الماء النظيف، واطلب منه تحضير السكر والنشا والدهون والحبوب من كل هذا، وسيقرر أنك تضحك". عنده. ولكن ما يبدو رائعًا تمامًا للإنسان يحدث دون عوائق في الأوراق الخضراء للنباتات تحت تأثير طاقة الشمس. ومن المقدر أن 1 متر مربع. متر من الأوراق ينتج جرامًا من السكر في الساعة. نظرًا لكون الأرض محاطة بغلاف متواصل من الغلاف الجوي، فإن أشعة الشمس، قبل وصولها إلى سطح الأرض، تمر عبر كامل سمك الغلاف الجوي، مما يعكسها جزئيًا وينثرها جزئيًا، أي التغييرات كمية ونوعية ضوء الشمس الذي يصل إلى سطح الأرض. تتفاعل الكائنات الحية بحساسية مع التغيرات في شدة الإضاءة الناتجة عن الإشعاع الشمسي. بسبب ردود الفعل المختلفة لشدة الضوء، تنقسم جميع أشكال النباتات إلى محبة للضوء ومتسامحة مع الظل. تؤدي الإضاءة غير الكافية في المحاصيل، على سبيل المثال، إلى ضعف التمايز بين أنسجة القش في محاصيل الحبوب. ونتيجة لذلك، تنخفض قوة ومرونة الأنسجة، الأمر الذي يؤدي في كثير من الأحيان إلى استقرار المحاصيل. في محاصيل الذرة الكثيفة، بسبب انخفاض الإشعاع الشمسي، يضعف تكوين الكيزان على النباتات.
يؤثر الإشعاع الشمسي على التركيب الكيميائي للمنتجات الزراعية. على سبيل المثال، يعتمد محتوى السكر في البنجر والفواكه ومحتوى البروتين في حبوب القمح بشكل مباشر على عدد الأيام المشمسة. كما تزداد كمية الزيت الموجودة في عباد الشمس وبذور الكتان مع زيادة الإشعاع الشمسي.
تؤثر إضاءة الأجزاء الموجودة فوق سطح الأرض من النباتات بشكل كبير على امتصاص الجذور للعناصر الغذائية. في ظروف الإضاءة المنخفضة، يتباطأ نقل المواد المشابهة إلى الجذور، ونتيجة لذلك، يتم تثبيط العمليات الحيوية التي تحدث في الخلايا النباتية.
تؤثر الإضاءة أيضًا على ظهور أمراض النبات وانتشارها وتطورها. تتكون فترة الإصابة من مرحلتين تختلفان في تفاعلهما مع عامل الضوء. أولها - الإنبات الفعلي للجراثيم وتغلغل المبدأ المعدي في أنسجة الثقافة المصابة - في معظم الحالات لا يعتمد على وجود الضوء وكثافته. والثاني - بعد إنبات الجراثيم - يكون أكثر نشاطًا تحت الإضاءة المتزايدة.
يؤثر التأثير الإيجابي للضوء أيضًا على معدل تطور العامل الممرض في النبات المضيف. وهذا واضح بشكل خاص في فطريات الصدأ. كلما زاد الضوء، قصرت فترة حضانة الصدأ الخطي للقمح، والصدأ الأصفر للشعير، وصدأ الكتان والفاصوليا وغيرها، وهذا يزيد من عدد أجيال الفطريات ويزيد من شدة الضرر. تزداد الخصوبة في هذا العامل الممرض في ظل ظروف الإضاءة الشديدة
تتطور بعض الأمراض بشكل أكثر نشاطًا في الإضاءة غير الكافية، مما يؤدي إلى إضعاف النباتات وانخفاض مقاومتها للأمراض (مسببات الأمراض لأنواع مختلفة من التعفن، وخاصة محاصيل الخضروات).
مدة الضوء والنباتات. يعد إيقاع الإشعاع الشمسي (تناوب الأجزاء المضيئة والمظلمة من اليوم) هو العامل البيئي الأكثر استقرارًا والذي يتكرر من سنة إلى أخرى. نتيجة لسنوات عديدة من البحث، أنشأ علماء الفيزيولوجيون اعتماد انتقال النباتات إلى التطور التوليدي على نسبة معينة من طول النهار والليل. وفي هذا الصدد يمكن تصنيف المحاصيل إلى مجموعات حسب تفاعلها الضوئي الدوري: يوم قصيروالتي يتأخر تطورها عندما يكون طول النهار أكثر من 10 ساعات. يوم قصير يشجع على بدء الإزهار، بينما يوم طويل يمنع ذلك. وتشمل هذه المحاصيل فول الصويا والأرز والدخن والذرة الرفيعة والذرة وغيرها؛
يوم طويل حتى الساعة 12-13 ظهرًا،تتطلب إضاءة طويلة لتطورها. ويتسارع نموها عندما يبلغ طول النهار حوالي 20 ساعة، وتشمل هذه المحاصيل الجاودار والشوفان والقمح والكتان والبازلاء والسبانخ والبرسيم وغيرها؛
طول اليوم محايدوالتي لا يعتمد تطورها على طول اليوم، على سبيل المثال الطماطم والحنطة السوداء والبقوليات والراوند.
لقد ثبت أنه لكي تبدأ النباتات في الإزهار، من الضروري وجود تركيبة طيفية معينة في التدفق الإشعاعي. تتطور نباتات النهار القصير بشكل أسرع عندما يقع الحد الأقصى للإشعاع على الأشعة الزرقاء البنفسجية، ونباتات النهار الطويل على الأشعة الحمراء. تعتمد مدة ساعات النهار (طول اليوم الفلكي) على الوقت من السنة وخط العرض. عند خط الاستواء، يبلغ طول اليوم على مدار العام 12 ساعة ± 30 دقيقة. ومع انتقالك من خط الاستواء إلى القطبين بعد الاعتدال الربيعي (21.03)، يزداد طول النهار في الشمال ويتناقص في الجنوب. وبعد الاعتدال الخريفي (23 سبتمبر)، ينعكس توزيع طول النهار. في نصف الكرة الشمالي، يعتبر يوم 22 يونيو أطول يوم، حيث تبلغ مدته 24 ساعة شمال الدائرة القطبية الشمالية، وأقصر يوم في نصف الكرة الشمالي هو 22 ديسمبر، وفيما وراء الدائرة القطبية الشمالية في أشهر الشتاء لا تشرق الشمس فوق الأفق على الإطلاق. في خطوط العرض الوسطى، على سبيل المثال في موسكو، يختلف طول اليوم على مدار العام من 7 إلى 17.5 ساعة.
2. أنواع الإشعاع الشمسي.
يتكون الإشعاع الشمسي من ثلاثة مكونات: الإشعاع الشمسي المباشر والمنتشر والإجمالي.
الإشعاع الشمسي المباشرس -الإشعاع القادم من الشمس إلى الغلاف الجوي ثم إلى سطح الأرض على شكل حزمة من الأشعة المتوازية. يتم قياس شدتها بالسعرات الحرارية لكل سم 2 في الدقيقة. ويعتمد ذلك على ارتفاع الشمس وحالة الغلاف الجوي (الغيوم والغبار وبخار الماء). تبلغ الكمية السنوية للإشعاع الشمسي المباشر على السطح الأفقي لإقليم ستافروبول 65-76 سعرة حرارية/سم2/دقيقة. عند مستوى سطح البحر، مع موقع مرتفع للشمس (الصيف، الظهر) وشفافية جيدة، يبلغ الإشعاع الشمسي المباشر 1.5 كيلو كالوري/سم2/دقيقة. هذا هو الجزء ذو الطول الموجي القصير من الطيف. عندما يمر تدفق الإشعاع الشمسي المباشر عبر الغلاف الجوي، فإنه يضعف بسبب امتصاص (حوالي 15%) وتبديد (حوالي 25%) الطاقة بواسطة الغازات والهباء الجوي والسحب.
يسمى تدفق الإشعاع الشمسي المباشر الذي يسقط على سطح أفقي بالتشمس س= س خطيئة حو– المكون الرأسي للإشعاع الشمسي المباشر.
س – كمية الحرارة التي يتلقاها السطح المتعامد مع الحزمة ,
حو – ارتفاع الشمس، أي الزاوية التي يشكلها الشعاع الشمسي مع سطحه الأفقي .
عند حدود الغلاف الجوي تكون شدة الإشعاع الشمسيلذا= 1,98 سعر حراري/سم2/دقيقة. – وفقا للاتفاقية الدولية لعام 1958 ويسمى بالثابت الشمسي. هكذا سيبدو السطح إذا كان الغلاف الجوي شفافًا تمامًا.
أرز. 2.1. مسار الشعاع الشمسي في الغلاف الجوي على ارتفاعات مختلفة من الشمس
الإشعاع المبعثرد – ونتيجة لتشتت الغلاف الجوي، يعود جزء من الإشعاع الشمسي إلى الفضاء، لكن جزءًا كبيرًا منه يصل إلى الأرض على شكل إشعاعات متفرقة. الحد الأقصى للإشعاع المتناثر + 1 كيلو كالوري/سم2/دقيقة. ويلاحظ عندما تكون السماء صافية وهناك سحب عالية. تحت السماء الملبدة بالغيوم، يشبه طيف الإشعاع المتناثر طيف الشمس. هذا هو الجزء ذو الطول الموجي القصير من الطيف. الطول الموجي 0.17-4 ميكرون.
إجمالي الإشعاعس- يتكون من إشعاع منتشر ومباشر على سطح أفقي. س= س+ د.
تعتمد النسبة بين الإشعاع المباشر والمنتشر في تكوين الإشعاع الكلي على ارتفاع الشمس والغيوم وتلوث الغلاف الجوي وارتفاع السطح فوق مستوى سطح البحر. ومع زيادة ارتفاع الشمس، تقل نسبة الإشعاع المتناثر في السماء الصافية. كلما كان الغلاف الجوي أكثر شفافية وكلما ارتفعت الشمس، انخفضت نسبة الإشعاع المتناثر. وفي السحب الكثيفة المستمرة، يتكون الإشعاع الإجمالي بالكامل من إشعاعات متناثرة. وفي فصل الشتاء، وبسبب انعكاس الإشعاع من الغطاء الثلجي وانتشاره الثانوي في الغلاف الجوي، تزداد حصة الإشعاعات المتفرقة في إجمالي الإشعاع بشكل ملحوظ.
الضوء والحرارة التي تتلقاها النباتات من الشمس هي نتيجة للإشعاع الشمسي الكلي. ولذلك، فإن البيانات المتعلقة بكميات الإشعاع التي يتلقاها السطح يوميًا، والشهر، وموسم النمو، والسنة لها أهمية كبيرة بالنسبة للزراعة.
الإشعاع الشمسي المنعكس. البياض. إن إجمالي الإشعاع الذي يصل إلى سطح الأرض، وينعكس منه جزئيًا، يخلق إشعاعًا شمسيًا منعكسًا (RK)، موجهًا من سطح الأرض إلى الغلاف الجوي. تعتمد قيمة الإشعاع المنعكس إلى حد كبير على خصائص وحالة السطح العاكس: اللون، والخشونة، والرطوبة، وما إلى ذلك. ويمكن وصف انعكاسية أي سطح بقيمة البياض (Ak)، والتي تُفهم على أنها نسبة الإشعاع الشمسي المنعكس إلى الإجمالي. عادة ما يتم التعبير عن البيدو كنسبة مئوية:
وتشير الملاحظات إلى أن بياض الأسطح المختلفة يختلف في حدود ضيقة نسبياً (10...30%)، باستثناء الثلج والماء.
ويعتمد البياض على رطوبة التربة، مع زيادتها التي تنخفض فيها، وهو أمر مهم في عملية تغيير النظام الحراري للحقول المروية. بسبب انخفاض البياض عند ترطيب التربة، يزداد الإشعاع الممتص. يحتوي بياض الأسطح المختلفة على تباين يومي وسنوي محدد جيدًا، وذلك بسبب اعتماد البياض على ارتفاع الشمس. يتم ملاحظة أدنى قيمة للبياض في ساعات الظهيرة تقريبًا وعلى مدار العام - في فصل الصيف.
إشعاع الأرض نفسها والإشعاع المضاد من الغلاف الجوي. الإشعاع الفعال.إن سطح الأرض كجسم مادي تزيد درجة حرارته عن الصفر المطلق (-273 درجة مئوية) هو مصدر للإشعاع، وهو ما يسمى إشعاع الأرض نفسه (E3). يتم توجيهه إلى الغلاف الجوي ويتم امتصاصه بالكامل تقريبًا بواسطة بخار الماء وقطرات الماء وثاني أكسيد الكربون الموجود في الهواء. يعتمد إشعاع الأرض على درجة حرارة سطحها.
الغلاف الجوي، الذي يمتص كمية صغيرة من الإشعاع الشمسي وكل الطاقة المنبعثة من سطح الأرض تقريبًا، يسخن ويطلق بدوره الطاقة أيضًا. يذهب حوالي 30% من الإشعاع الجوي إلى الفضاء الخارجي، ويأتي حوالي 70% إلى سطح الأرض ويسمى الإشعاع الجوي المضاد (Ea).
تتناسب كمية الطاقة المنبعثة من الغلاف الجوي بشكل مباشر مع درجة حرارته وثاني أكسيد الكربون والأوزون والغيوم.
ويمتص سطح الأرض هذا الإشعاع المضاد بشكل شبه كامل (90...99%). وبالتالي فهو مصدر مهم للحرارة لسطح الأرض بالإضافة إلى الإشعاع الشمسي الممتص. يسمى هذا التأثير للغلاف الجوي على النظام الحراري للأرض بظاهرة الاحتباس الحراري أو ظاهرة الاحتباس الحراري بسبب التشبيه الخارجي بتأثير الزجاج في البيوت الزجاجية والدفيئات. ينقل الزجاج أشعة الشمس بشكل جيد، مما يؤدي إلى تسخين التربة والنباتات، ولكنه يحجب الإشعاع الحراري للتربة والنباتات الساخنة.
الفرق بين إشعاع سطح الأرض نفسه والإشعاع المضاد للغلاف الجوي يسمى الإشعاع الفعال: Eeff.
إيف= E3-EA
وفي الليالي الصافية والغائمة جزئيا يكون الإشعاع الفعال أكبر بكثير منه في الليالي الغائمة، وبالتالي يكون التبريد الليلي لسطح الأرض أكبر. وخلال النهار يتم تغطيتها بالإشعاع الكلي الممتص، ونتيجة لذلك ترتفع درجة حرارة السطح. وفي الوقت نفسه، يزداد الإشعاع الفعال أيضًا. ويفقد سطح الأرض في خطوط العرض الوسطى 70...140 وات/م2 بسبب الإشعاع الفعال، وهو ما يقارب نصف كمية الحرارة التي تتلقاها من امتصاص الإشعاع الشمسي.
3. التركيب الطيفي للإشعاع.
الشمس، كمصدر للإشعاع، لديها مجموعة متنوعة من الموجات المنبعثة. يتم تقسيم تدفقات الطاقة الإشعاعية وفقًا لطول الموجة بشكل تقليدي إلى الموجة القصيرة (X < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 ميكرومتر) الإشعاع.يقع طيف الإشعاع الشمسي عند حدود الغلاف الجوي للأرض عمليا بين أطوال موجية تتراوح بين 0.17 و4 ميكرون، والإشعاع الأرضي والجوي - من 4 إلى 120 ميكرون. وبالتالي، فإن تدفقات الإشعاع الشمسي (S، D، RK) تنتمي إلى الإشعاع قصير الموجة، وإشعاع الأرض (3 جنيهات إسترلينية) والغلاف الجوي (Ea) ينتمي إلى الإشعاع طويل الموجة.
يمكن تقسيم طيف الإشعاع الشمسي إلى ثلاثة أجزاء مختلفة نوعيا: الأشعة فوق البنفسجية (Y< 0,40 мкм), видимую (0,40 мкм < Y < 0.75 ميكرومتر) والأشعة تحت الحمراء (0.76 ميكرومتر < ي < 4 ميكرومتر). قبل الجزء فوق البنفسجي من طيف الإشعاع الشمسي يوجد إشعاع الأشعة السينية، وبعد الجزء تحت الأحمر يقع الانبعاث الراديوي للشمس. عند الحدود العليا للغلاف الجوي، يمثل الجزء فوق البنفسجي من الطيف حوالي 7% من طاقة الإشعاع الشمسي، و46% للضوء المرئي، و47% للأشعة تحت الحمراء.
يسمى الإشعاع المنبعث من الأرض والغلاف الجوي الأشعة تحت الحمراء البعيدة.
يختلف التأثير البيولوجي لأنواع مختلفة من الإشعاع على النباتات. الأشعة فوق البنفسجيةيبطئ عمليات النمو، ولكنه يسرع مرور مراحل تكوين الأعضاء التناسلية في النباتات.
معنى الأشعة تحت الحمراءالذي يمتصه الماء بنشاط من أوراق وسيقان النباتات هو تأثيره الحراري الذي يؤثر بشكل كبير على نمو النباتات وتطورها.
الأشعة تحت الحمراء البعيدةينتج تأثيرًا حراريًا فقط على النباتات. تأثيرها على نمو وتطور النباتات ضئيل.
الجزء المرئي من الطيف الشمسيأولا، يخلق الإضاءة. ثانيًا، ما يسمى بالإشعاع الفسيولوجي (A، = 0.35...0.75 ميكرومتر)، والذي تمتصه أصباغ الأوراق، يتزامن تقريبًا مع منطقة الإشعاع المرئي (يلتقط جزئيًا منطقة الأشعة فوق البنفسجية). تتمتع طاقتها بأهمية تنظيمية وحيوية مهمة في الحياة النباتية. ضمن هذا الجزء من الطيف، يتم تمييز منطقة من الإشعاع النشط ضوئيًا.
4. امتصاص وتشتت الإشعاع في الغلاف الجوي.
عندما يمر الإشعاع الشمسي عبر الغلاف الجوي للأرض، فإنه يضعف بسبب الامتصاص والتشتت بواسطة غازات الغلاف الجوي والهباء الجوي. وفي الوقت نفسه، يتغير تركيبها الطيفي أيضًا. ومع اختلاف ارتفاعات الشمس وارتفاعات مختلفة لنقطة المراقبة فوق سطح الأرض، فإن طول المسار الذي يقطعه الشعاع الشمسي في الغلاف الجوي ليس هو نفسه. مع انخفاض الارتفاع، يتناقص الجزء فوق البنفسجي من الإشعاع بقوة خاصة، وينخفض الجزء المرئي إلى حد ما، وينخفض الجزء تحت الأحمر قليلاً فقط.
يحدث تشتت الإشعاع في الغلاف الجوي بشكل رئيسي نتيجة التقلبات المستمرة (التقلبات) في كثافة الهواء عند كل نقطة في الغلاف الجوي، الناتجة عن تكوين وتدمير "تكتلات" معينة من جزيئات الغاز الجوي. ويتناثر الإشعاع الشمسي أيضًا بواسطة جزيئات الهباء الجوي. تتميز شدة التشتت بمعامل التشتت.
ك = إضافة صيغة.
تعتمد شدة التشتت على عدد الجسيمات المتناثرة لكل وحدة حجم، وحجمها وطبيعتها، وكذلك على الأطوال الموجية للإشعاع المنتثر نفسه.
كلما كان الطول الموجي أقصر، كلما كانت الأشعة متناثرة بقوة أكبر. على سبيل المثال، تتناثر الأشعة البنفسجية بقوة 14 مرة أكثر من الأشعة الحمراء، وهو ما يفسر اللون الأزرق للسماء. وكما هو مذكور أعلاه (انظر القسم 2.2)، فإن الإشعاع الشمسي المباشر، الذي يمر عبر الغلاف الجوي، متناثر جزئيًا. في الهواء النظيف والجاف، تخضع شدة معامل الانتثار الجزيئي لقانون رايلي:
ك=ج/ي4 ,
حيث C هو معامل يعتمد على عدد جزيئات الغاز لكل وحدة حجم؛ X هو طول الموجة المتناثرة.
نظرًا لأن الأطوال الموجية البعيدة للضوء الأحمر تبلغ ضعف الطول الموجي للضوء البنفسجي تقريبًا، فإن الأول ينتشر بواسطة جزيئات الهواء أقل بـ 14 مرة من الأخير. وبما أن الطاقة الأولية (قبل التشتت) للأشعة البنفسجية أقل من الطاقة الزرقاء والسماوية، فإن الطاقة القصوى في الضوء المبعثر (الإشعاع الشمسي المبعثر) تتحول إلى الأشعة الزرقاء الزرقاء، مما يحدد اللون الأزرق للسماء. وبالتالي، فإن الإشعاع المتناثر يكون أكثر ثراءً في الأشعة النشطة ضوئيًا من الإشعاع المباشر.
في الهواء الذي يحتوي على شوائب (قطرات الماء الصغيرة، بلورات الجليد، جزيئات الغبار، وما إلى ذلك)، يكون التشتت هو نفسه بالنسبة لجميع مناطق الإشعاع المرئي. لذلك، تأخذ السماء صبغة بيضاء (يظهر الضباب). العناصر السحابية (القطرات الكبيرة والبلورات) لا تبعثر أشعة الشمس على الإطلاق، ولكنها تعكسها بشكل منتشر. ونتيجة لذلك تظهر السحب التي تنيرها الشمس باللون الأبيض.
5. PAR (الإشعاع النشط للتمثيل الضوئي)
الإشعاع النشط ضوئيًا. في عملية التمثيل الضوئي، لا يتم استخدام طيف الإشعاع الشمسي بأكمله، ولكن فقط
الجزء الموجود في نطاق الطول الموجي 0.38...0.71 ميكرومتر - الإشعاع النشط ضوئيًا (PAR).
ومن المعروف أن الإشعاع المرئي، الذي تراه العين البشرية باللون الأبيض، يتكون من أشعة ملونة: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي.
إن امتصاص طاقة الإشعاع الشمسي بواسطة أوراق النبات هو أمر انتقائي. تمتص الأوراق بشكل مكثف الأشعة الزرقاء البنفسجية (X = 0.48...0.40 ميكرومتر) والأشعة البرتقالية الحمراء (X = 0.68 ميكرومتر)، وأقل - الأصفر والأخضر (A. = 0.58...0.50 ميكرومتر) والأحمر البعيد ( أ> 0.69 ميكرومتر) من الأشعة.
على سطح الأرض، تقع الطاقة القصوى في طيف الإشعاع الشمسي المباشر، عندما تكون الشمس عالية، في منطقة الأشعة الصفراء الخضراء (قرص الشمس أصفر). عندما تكون الشمس قريبة من الأفق، تكون للأشعة الحمراء البعيدة أقصى طاقة (قرص الشمس أحمر). ولذلك فإن طاقة ضوء الشمس المباشر لا تساهم إلا قليلاً في عملية التمثيل الضوئي.
نظرًا لأن PAR هو أحد أهم العوامل في إنتاجية النباتات الزراعية، فإن المعلومات حول كمية PAR الواردة، مع مراعاة توزيعها على الإقليم وفي الوقت المناسب، لها أهمية عملية كبيرة.
يمكن قياس شدة المصفوفة المرحلية، لكن هذا يتطلب مرشحات خاصة تنقل الموجات فقط في نطاق 0.38...0.71 ميكرون. توجد مثل هذه الأجهزة، لكنها لا تستخدم في شبكة محطات قياس الأكتينوميتر، فهي تقيس شدة الطيف المتكامل للإشعاع الشمسي. يمكن حساب قيمة PAR من البيانات المتعلقة بوصول الإشعاع المباشر أو المنتشر أو الإجمالي باستخدام المعاملات التي اقترحها X. G. Tooming و:
قفار = 0.43 س" +0.57 د)؛
تم تجميع خرائط توزيع مبالغ الفارة الشهرية والسنوية على أراضي روسيا.
لتوصيف درجة استخدام PAR بواسطة المحاصيل، يتم استخدام معامل الاستخدام المفيد PAR:
KPIfar = (المبلغس/ المصابيح الأمامية/المبلغس/ المصابيح الأمامية) 100%،
أين مجموعس/ المصابيح الأمامية- كمية الـ PAR التي تنفق على عملية التمثيل الضوئي خلال موسم نمو النباتات؛ مجموعس/ المصابيح الأمامية- مقدار القيمة الاسمية المستلمة للمحاصيل خلال هذه الفترة؛
يتم تقسيم المحاصيل وفقًا لمتوسط قيم KPIFAr إلى مجموعات (حسب): تتم ملاحظتها عادةً - 0.5...1.5%؛ جيد - 1.5...3.0؛ سجل - 3.5...5.0؛ ممكن نظريا - 6.0...8.0%.
6. التوازن الإشعاعي لسطح الأرض
يسمى الفرق بين تدفقات الطاقة الإشعاعية الواردة والصادرة بالتوازن الإشعاعي لسطح الأرض (B).
ويتكون الجزء الوارد من التوازن الإشعاعي لسطح الأرض خلال النهار من الإشعاع الشمسي المباشر والمتناثر، وكذلك الإشعاع الجوي. جزء الإنفاق من الميزان هو إشعاع سطح الأرض والإشعاع الشمسي المنعكس:
ب= س / + د+ عصام-E3-ر.ك
ويمكن كتابة المعادلة بصيغة أخرى: ب = س- ر.ك - أفسس.
بالنسبة للوقت الليلي، تكون معادلة التوازن الإشعاعي على الشكل التالي:
ب = Ea - E3، أو B = -Eeff.
إذا كان تدفق الإشعاع الداخل أكبر من التدفق الخارجي، يكون توازن الإشعاع إيجابيًا ويتم تسخين السطح النشط*. عندما يكون الرصيد سلبيا، فإنه يبرد. وفي الصيف يكون ميزان الإشعاع موجباً نهاراً وسالباً ليلاً. ويحدث العبور الصفري في الصباح بعد حوالي ساعة من شروق الشمس، وفي المساء قبل غروب الشمس بساعة...
إن الرصيد الإشعاعي السنوي في المناطق التي يتواجد فيها غطاء ثلجي مستقر له قيم سلبية في موسم البرد وقيم موجبة في الموسم الدافئ.
يؤثر التوازن الإشعاعي لسطح الأرض بشكل كبير على توزيع درجة الحرارة في التربة والطبقة السطحية للغلاف الجوي، وكذلك على عمليات التبخر وذوبان الثلوج، وتكوين الضباب والصقيع، والتغيرات في خصائص الكتل الهوائية (خاصتها). تحويل).
تتيح معرفة النظام الإشعاعي للأراضي الزراعية حساب كمية الإشعاع التي تمتصها المحاصيل والتربة اعتمادًا على ارتفاع الشمس وبنية المحصول ومرحلة نمو النبات. تعد البيانات المتعلقة بالنظام ضرورية أيضًا لتقييم الطرق المختلفة لتنظيم درجة الحرارة ورطوبة التربة والتبخر، والتي يعتمد عليها نمو وتطور النباتات وتكوين المحاصيل وكميتها وجودتها.
التقنيات الزراعية الفعالة للتأثير على الإشعاع، وبالتالي النظام الحراري للسطح النشط هي التغطية (تغطية التربة بطبقة رقيقة من رقائق الخث، والسماد المتعفن، ونشارة الخشب، وما إلى ذلك)، وتغطية التربة بفيلم بلاستيكي، والري . كل هذا يغير القدرة الانعكاسية والامتصاصية للسطح النشط.
* السطح النشط - سطح التربة أو الماء أو الغطاء النباتي، الذي يمتص الإشعاع الشمسي والجوي مباشرة ويطلق الإشعاع في الغلاف الجوي، وبالتالي ينظم النظام الحراري للطبقات المجاورة من الهواء والطبقات الأساسية من التربة والمياه والغطاء النباتي.
تنبعث من الشمس كمية هائلة من الطاقة - حوالي 1.1x1020 كيلووات ساعة في الثانية. كيلوواط/ساعة هي كمية الطاقة اللازمة لتشغيل مصباح متوهج بقدرة 100 واط لمدة 10 ساعات. يعترض الغلاف الجوي الخارجي للأرض ما يقرب من واحد على المليون من الطاقة المنبعثة من الشمس، أو ما يقرب من 1500 كوادريليون (1.5 × 1018) كيلووات ساعة سنويًا. ومع ذلك، بسبب الانعكاس والتشتت والامتصاص بواسطة غازات الغلاف الجوي والهباء الجوي، يصل 47% فقط من إجمالي الطاقة، أو ما يقرب من 700 كوادريليون (7 × 1017) كيلووات ساعة، إلى سطح الأرض.
ينقسم الإشعاع الشمسي في الغلاف الجوي للأرض إلى ما يسمى بالإشعاع المباشر والإشعاع المتناثر على جزيئات الهواء والغبار والماء وغيرها الموجودة في الغلاف الجوي. مجموعهم يشكل إجمالي الإشعاع الشمسي. تعتمد كمية الطاقة المتساقطة لكل وحدة مساحة لكل وحدة زمنية على عدد من العوامل:
- خط العرض
- موسم المناخ المحلي من السنة
- زاوية ميل السطح بالنسبة للشمس.
الوقت والموقع الجغرافي
تتغير كمية الطاقة الشمسية الساقطة على سطح الأرض بسبب حركة الشمس. تعتمد هذه التغييرات على الوقت من اليوم والوقت من السنة. عادة، تتلقى الأرض المزيد من الإشعاع الشمسي في منتصف النهار مقارنة بالصباح الباكر أو في وقت متأخر من المساء. وعند الظهر تكون الشمس مرتفعة فوق الأفق، ويقل طول مسار أشعة الشمس عبر الغلاف الجوي للأرض. وبالتالي، يتم تشتيت وامتصاص كمية أقل من الإشعاع الشمسي، مما يعني وصول المزيد إلى السطح.
تختلف كمية الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض عن المتوسط السنوي: في الشتاء - بأقل من 0.8 كيلووات ساعة/م2 يوميًا في شمال أوروبا وبأكثر من 4 كيلووات ساعة/م2 يوميًا في الصيف في نفس المنطقة. ويقل الفارق كلما اقتربنا من خط الاستواء.
وتعتمد كمية الطاقة الشمسية أيضًا على الموقع الجغرافي للموقع: فكلما اقتربنا من خط الاستواء، زاد حجمه. على سبيل المثال، يبلغ متوسط إجمالي الإشعاع الشمسي السنوي الواقع على سطح أفقي: في أوروبا الوسطى وآسيا الوسطى وكندا - حوالي 1000 كيلووات ساعة/م2؛ في البحر الأبيض المتوسط - حوالي 1700 كيلووات ساعة/م2؛ في معظم المناطق الصحراوية في أفريقيا والشرق الأوسط وأستراليا - حوالي 2200 كيلووات ساعة/م2.
وبالتالي فإن كمية الإشعاع الشمسي تختلف بشكل كبير حسب الوقت من السنة والموقع الجغرافي (انظر الجدول). ويجب أن يؤخذ هذا العامل بعين الاعتبار عند استخدام الطاقة الشمسية.
| جنوب اوروبا | اوربا الوسطى | شمال أوروبا | منطقة البحر الكاريبي | |
| يناير | 2,6 | 1,7 | 0,8 | 5,1 |
| شهر فبراير | 3,9 | 3,2 | 1,5 | 5,6 |
| يمشي | 4,6 | 3,6 | 2,6 | 6,0 |
| أبريل | 5,9 | 4,7 | 3,4 | 6,2 |
| يمكن | 6,3 | 5,3 | 4,2 | 6,1 |
| يونيو | 6,9 | 5,9 | 5,0 | 5,9 |
| يوليو | 7,5 | 6,0 | 4,4 | 6,0 |
| أغسطس | 6,6 | 5,3 | 4,0 | 6,1 |
| سبتمبر | 5,5 | 4,4 | 3,3 | 5,7 |
| اكتوبر | 4,5 | 3,3 | 2,1 | 5,3 |
| شهر نوفمبر | 3,0 | 2,1 | 1,2 | 5,1 |
| ديسمبر | 2,7 | 1,7 | 0,8 | 4,8 |
| سنة | 5,0 | 3,9 | 2,8 | 5,7 |
تأثير السحب على الطاقة الشمسية
تعتمد كمية الإشعاع الشمسي التي تصل إلى سطح الأرض على الظواهر الجوية المختلفة وعلى موقع الشمس أثناء النهار وعلى مدار العام. الغيوم هي الظاهرة الجوية الرئيسية التي تحدد كمية الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض. وفي أي نقطة على الأرض، يتناقص الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض مع زيادة الغطاء السحابي. وبالتالي، فإن البلدان التي يغلب عليها الطقس الغائم تتلقى إشعاعًا شمسيًا أقل من الصحاري التي يكون الطقس فيها غائمًا في الغالب.
ويتأثر تكوين السحب بوجود سمات التضاريس المحلية مثل الجبال والبحار والمحيطات، بالإضافة إلى البحيرات الكبيرة. ولذلك فإن كمية الإشعاع الشمسي الواردة في هذه المناطق والمناطق المحيطة بها قد تختلف. على سبيل المثال، قد تتلقى الجبال إشعاعًا شمسيًا أقل من السفوح والسهول المجاورة. تهب الرياح باتجاه الجبال وتجبر بعض الهواء على الارتفاع، وتبريد الرطوبة الموجودة في الهواء، وتشكل السحب. قد تختلف أيضًا كمية الإشعاع الشمسي في المناطق الساحلية عن تلك المسجلة في المناطق الداخلية.
تعتمد كمية الطاقة الشمسية المتلقاة خلال النهار إلى حد كبير على الظروف الجوية المحلية. عند الظهر مع سماء صافية مجموع الطاقة الشمسية
يمكن أن يصل الإشعاع الساقط على سطح أفقي (على سبيل المثال، في أوروبا الوسطى) إلى قيمة 1000 واط/م2 (في الظروف الجوية المواتية للغاية، يمكن أن يكون هذا الرقم أعلى)، بينما في الطقس الغائم جدًا يمكن أن يكون أقل من 100 واط/م2 حتى في الظهيرة.
تأثير تلوث الهواء على الطاقة الشمسية
كما يمكن للظواهر التي من صنع الإنسان والظواهر الطبيعية أن تحد من كمية الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض. يؤدي الضباب الدخاني في المناطق الحضرية، والدخان الناتج عن حرائق الغابات، والرماد المحمول جواً الناتج عن النشاط البركاني إلى تقليل القدرة على تسخير الطاقة الشمسية عن طريق زيادة تشتت وامتصاص الإشعاع الشمسي. أي أن هذه العوامل لها تأثير أكبر على الإشعاع الشمسي المباشر مقارنة بالإشعاع الكلي. مع تلوث الهواء الشديد، على سبيل المثال، مع الضباب الدخاني، يتم تقليل الإشعاع المباشر بنسبة 40٪، والإشعاع الإجمالي بنسبة 15-25٪ فقط. ويمكن للثوران البركاني القوي أن يقلل، على مساحة كبيرة من سطح الأرض، الإشعاع الشمسي المباشر بنسبة 20%، والإشعاع الكلي بنسبة 10% لمدة تتراوح من 6 أشهر إلى سنتين. ومع انخفاض كمية الرماد البركاني في الغلاف الجوي، يضعف التأثير، ولكن التعافي الكامل قد يستغرق عدة سنوات.
إمكانات الطاقة الشمسية
تزودنا الشمس بطاقة مجانية أكثر بـ 10000 مرة من الطاقة المستخدمة فعليًا في جميع أنحاء العالم. يتم شراء وبيع ما يقل قليلاً عن 85 تريليون (8.5 × 1013) كيلووات ساعة من الطاقة سنويًا في السوق التجارية العالمية وحدها. نظرًا لأنه من المستحيل مراقبة العملية برمتها، فمن المستحيل أن نقول على وجه اليقين مقدار الطاقة غير التجارية التي يستهلكها الناس (على سبيل المثال، مقدار الأخشاب والأسمدة التي يتم جمعها وحرقها، وكم المياه المستخدمة لإنتاج الطاقة الميكانيكية أو الكهربائية) ). ويقدر بعض الخبراء أن مثل هذه الطاقة غير التجارية تمثل خمس إجمالي الطاقة المستخدمة. ولكن حتى لو كان الأمر كذلك، فإن إجمالي الطاقة التي تستهلكها البشرية خلال العام لا يتجاوز ما يقرب من واحد على سبعة آلاف من الطاقة الشمسية التي تصل إلى سطح الأرض خلال نفس الفترة.
في البلدان المتقدمة، مثل الولايات المتحدة الأمريكية، يبلغ استهلاك الطاقة حوالي 25 تريليون (2.5 × 1013) كيلووات ساعة سنويًا، وهو ما يعادل أكثر من 260 كيلووات ساعة للشخص الواحد يوميًا. وهذا الرقم يعادل تشغيل أكثر من مائة مصباح كهربائي متوهج بقدرة 100 واط لمدة يوم كامل كل يوم. ويستهلك المواطن الأمريكي العادي 33 مرة من الطاقة أكثر من المواطن الهندي، و13 مرة أكثر من الصيني، ومرتين ونصف أكثر من الياباني، ومرتين أكثر من السويدي.
إن كمية الطاقة الشمسية التي تسقط على سطح الأرض أكبر بعدة مرات من استهلاكها، حتى في دول مثل الولايات المتحدة، حيث استهلاك الطاقة هائل. ولو تم استخدام 1% فقط من مساحة البلاد لتركيب معدات الطاقة الشمسية (الألواح الكهروضوئية أو أنظمة تسخين المياه بالطاقة الشمسية) التي تعمل بكفاءة 10%، فإن الولايات المتحدة ستكون مكتفية ذاتياً بالكامل من الطاقة. ويمكن قول الشيء نفسه بالنسبة لجميع البلدان المتقدمة الأخرى. ومع ذلك، إلى حد ما، هذا غير واقعي - أولا، بسبب ارتفاع تكلفة الأنظمة الكهروضوئية، وثانيا، من المستحيل تغطية هذه المناطق الكبيرة بمعدات الطاقة الشمسية دون الإضرار بالنظام البيئي. لكن المبدأ نفسه صحيح.
يمكنك تغطية نفس المساحة من خلال تشتيت المنشآت على أسطح المباني، وعلى المنازل، وعلى جوانب الطرق، وعلى قطع الأراضي المحددة مسبقًا، وما إلى ذلك. بالإضافة إلى ذلك، في العديد من البلدان، تم بالفعل تخصيص أكثر من 1٪ من الأراضي لاستخراج الطاقة وتحويلها وإنتاجها ونقلها. وبما أن معظم هذه الطاقة غير متجددة على المستوى البشري، فإن هذا النوع من إنتاج الطاقة أكثر ضرراً على البيئة من الأنظمة الشمسية.
تعتبر الطاقة الإشعاعية الصادرة عن الشمس المصدر الوحيد للحرارة لسطح الأرض وغلافها الجوي. الإشعاع القادم من النجوم والقمر أقل بـ 30-10 6 مرات من الإشعاع الشمسي. إن تدفق الحرارة من أعماق الأرض إلى السطح أقل بـ 5000 مرة من الحرارة الواردة من الشمس.
بعض الإشعاع الشمسي هو ضوء مرئي. وبالتالي، فإن الشمس بالنسبة للأرض ليست مصدرا للحرارة فحسب، بل أيضا للضوء، وهو أمر مهم للحياة على كوكبنا.
وتتحول الطاقة الإشعاعية للشمس إلى حرارة جزئيا في الغلاف الجوي نفسه، ولكن بشكل رئيسي على سطح الأرض، حيث تذهب لتسخين الطبقات العليا من التربة والماء، ومنها الهواء. سطح الأرض الساخن والجو الساخن ينبعثان بدورهما من الأشعة تحت الحمراء غير المرئية. من خلال إطلاق الإشعاع في الفضاء الخارجي، يبرد سطح الأرض والغلاف الجوي.
تظهر التجربة أن متوسط درجات الحرارة السنوية لسطح الأرض والغلاف الجوي في أي مكان على الأرض يتغير قليلاً من سنة إلى أخرى. إذا نظرنا إلى ظروف درجة الحرارة على الأرض على مدى فترات طويلة من الزمن، يمكننا قبول الفرضية القائلة بأن الأرض في حالة توازن حراري: وصول الحرارة من الشمس يتوازن مع فقدانها إلى الفضاء الخارجي. ولكن بما أن الأرض (بغلافها الجوي) تتلقى الحرارة عن طريق امتصاص الإشعاع الشمسي وتفقد الحرارة من خلال إشعاعها، فإن فرضية التوازن الحراري تعني في الوقت نفسه أن الأرض أيضًا في حالة توازن إشعاعي: حيث يكون تدفق إشعاع الموجة القصيرة إليها متوازنًا عن طريق إطلاق الإشعاع طويل الموجة إلى الفضاء.
الإشعاع الشمسي المباشر
يسمى الإشعاع الذي يصل إلى سطح الأرض مباشرة من قرص الشمس الإشعاع الشمسي المباشر. ينتشر الإشعاع الشمسي من الشمس في كل الاتجاهات. لكن المسافة من الأرض إلى الشمس كبيرة جدًا لدرجة أن الإشعاع المباشر يسقط على أي سطح على الأرض على شكل شعاع من الأشعة المتوازية، ينبعث كما لو كان من اللانهاية. حتى الكرة الأرضية بأكملها صغيرة جدًا مقارنة بالمسافة إلى الشمس بحيث يمكن اعتبار كل الإشعاع الشمسي الذي يسقط عليها شعاعًا من الأشعة المتوازية دون خطأ ملحوظ.
من السهل أن نفهم أن أقصى قدر ممكن من الإشعاع في ظل ظروف معينة يتم استقباله بواسطة وحدة مساحة تقع بشكل متعامد مع أشعة الشمس. سيكون هناك طاقة إشعاعية أقل لكل وحدة مساحة أفقية. المعادلة الأساسية لحساب الإشعاع الشمسي المباشر تعتمد على زاوية سقوط أشعة الشمس، أو بشكل أدق، على ارتفاع الشمس ( ح): س" = سخطيئة ح; أين س"- حادثة الإشعاع الشمسي على سطح أفقي، س- إشعاع شمسي مباشر بأشعة متوازية.
يسمى تدفق الإشعاع الشمسي المباشر على سطح أفقي بالتشمس.
التغيرات في الإشعاع الشمسي في الغلاف الجوي وعلى سطح الأرض
حوالي 30% من الإشعاع الشمسي المباشر الذي يسقط على الأرض ينعكس مرة أخرى إلى الفضاء الخارجي. أما الـ 70% المتبقية فتذهب إلى الغلاف الجوي. يمر الإشعاع الشمسي عبر الغلاف الجوي، وينتشر جزئيًا بواسطة غازات الغلاف الجوي والهباء الجوي ويتحول إلى شكل خاص من الإشعاع المتناثر. يتم امتصاص الإشعاع الشمسي المباشر جزئياً من قبل غازات وشوائب الغلاف الجوي ويتحول إلى حرارة، أي إلى حرارة. يذهب لتدفئة الجو.
يصل الإشعاع الشمسي المباشر، غير المشتت وغير الممتص في الغلاف الجوي، إلى سطح الأرض. وينعكس منه جزء صغير، ويمتص سطح الأرض معظم الإشعاع، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارة سطح الأرض. كما يصل جزء من الإشعاع المتناثر إلى سطح الأرض، وينعكس منه جزء منه، ويمتصه جزء آخر. أما الجزء الآخر من الإشعاع المتناثر فيصعد إلى الفضاء بين الكواكب.
ونتيجة لامتصاص وتشتت الإشعاع في الغلاف الجوي، فإن الإشعاع المباشر الذي يصل إلى سطح الأرض يختلف عن الإشعاع الذي وصل إلى حدود الغلاف الجوي. يتناقص تدفق الإشعاع الشمسي، ويتغير تركيبه الطيفي، حيث يتم امتصاص الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة وتنتشر في الغلاف الجوي بطرق مختلفة.
في أحسن الأحوال، أي. وفي أعلى موضع من الشمس ومع نقاء كافٍ للهواء، يمكن ملاحظة تدفق إشعاعي مباشر يبلغ حوالي 1.05 كيلووات/م2 على سطح الأرض. وفي الجبال على ارتفاعات تتراوح بين 4 و5 كيلومترات، لوحظت تدفقات إشعاعية تصل إلى 1.2 كيلو واط/م2 أو أكثر. ومع اقتراب الشمس من الأفق وزيادة سماكة الهواء الذي تعبره أشعة الشمس، يتناقص تدفق الإشعاع المباشر أكثر فأكثر.
يمتص الغلاف الجوي حوالي 23% من الإشعاع الشمسي المباشر. علاوة على ذلك، فإن هذا الامتصاص انتقائي: حيث تمتص الغازات المختلفة الإشعاع في أجزاء مختلفة من الطيف وبدرجات متفاوتة.
يمتص النيتروجين الإشعاع فقط عند الأطوال الموجية القصيرة جدًا في الجزء فوق البنفسجي من الطيف. إن طاقة الإشعاع الشمسي في هذا الجزء من الطيف لا تذكر تمامًا، لذا فإن امتصاص النيتروجين ليس له أي تأثير عمليًا على تدفق الإشعاع الشمسي. إلى حد أكبر قليلاً، ولكن لا يزال قليلًا جدًا، يمتص الأكسجين الإشعاع الشمسي - في منطقتين ضيقتين من الجزء المرئي من الطيف وفي الجزء فوق البنفسجي.
الأوزون هو امتصاص أقوى للإشعاع الشمسي. يمتص الأشعة الشمسية فوق البنفسجية والمرئية. وعلى الرغم من أن محتواه في الهواء صغير جداً، إلا أنه يمتص الأشعة فوق البنفسجية في الطبقات العليا من الغلاف الجوي بقوة بحيث لا تُلاحظ على الإطلاق في الطيف الشمسي على سطح الأرض موجات أقصر من 0.29 ميكرون. ويصل إجمالي امتصاص الأوزون للإشعاع الشمسي إلى 3% من الإشعاع الشمسي المباشر.
يمتص ثاني أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون) الإشعاع بقوة في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف، لكن محتواه في الغلاف الجوي لا يزال صغيرا، لذا فإن امتصاصه للإشعاع الشمسي المباشر منخفض بشكل عام. ومن بين الغازات، فإن الممتص الرئيسي للإشعاع في الغلاف الجوي هو بخار الماء، الذي يتركز في طبقة التروبوسفير وخاصة في الجزء السفلي منها. من التدفق الكلي للإشعاع الشمسي، يمتص بخار الماء الإشعاع في نطاقات الطول الموجي الموجودة في المناطق المرئية والقريبة من الأشعة تحت الحمراء من الطيف. كما أن الغيوم والشوائب الجوية تمتص الإشعاع الشمسي، أي. جزيئات الهباء الجوي العالقة في الغلاف الجوي. بشكل عام، يمثل امتصاص بخار الماء والهباء الجوي حوالي 15%، وتمتص السحب 5%.
في كل مكان على حدة، يتغير الامتصاص بمرور الوقت اعتمادًا على المحتوى المتغير للمواد الممتصة في الهواء، وخاصة بخار الماء والسحب والغبار، وعلى ارتفاع الشمس فوق الأفق، أي. على سمك طبقة الهواء التي تعبرها الأشعة في طريقها إلى الأرض.
لا يتم تخفيف الإشعاع الشمسي المباشر الذي يمر عبر الغلاف الجوي عن طريق الامتصاص فحسب، بل عن طريق التشتت أيضًا، ويتم تخفيفه بشكل ملحوظ. التشتت هو ظاهرة فيزيائية أساسية في تفاعل الضوء مع المادة. ويمكن أن تحدث في جميع الأطوال الموجية للطيف الكهرومغناطيسي، اعتمادًا على نسبة حجم الجسيمات المتناثرة إلى الطول الموجي للإشعاع الساقط.أثناء التشتت، يقوم الجسيم الموجود في مسار انتشار الموجة الكهرومغناطيسية "باستخراج" الطاقة بشكل مستمر من الموجة الساقطة ويعيد إشعاعها في كل الاتجاهات. وبالتالي، يمكن اعتبار الجسيم مصدرًا نقطيًا للطاقة المتناثرة. التشتتيسمى تحول جزء من الإشعاع الشمسي المباشر، والذي كان قبل أن ينتشر على شكل أشعة متوازية في اتجاه معين، إلى إشعاع ينتقل في جميع الاتجاهات. يحدث التشتت في الهواء الجوي غير المتجانس بصريًا والذي يحتوي على أصغر جزيئات الشوائب السائلة والصلبة - القطرات والبلورات والهباء الجوي الصغير، أي. في بيئة يختلف فيها معامل الانكسار من نقطة إلى أخرى. لكن الهواء النظيف، الخالي من الشوائب، هو أيضًا وسيلة غير متجانسة بصريًا، لأنه بسبب الحركة الحرارية للجزيئات، تنشأ باستمرار المكثفات والتخلخلات وتقلبات الكثافة. عند مواجهة الجزيئات والشوائب في الغلاف الجوي، تفقد أشعة الشمس اتجاه انتشارها الخطي وتتشتت. ينتشر الإشعاع من الجسيمات المتناثرة بطريقة كما لو كانت هي نفسها بواعث.
وفقا لقوانين التشتت، على وجه الخصوص، وفقا لقانون رايلي، فإن التركيب الطيفي للإشعاع المبعثر يختلف عن التركيب الطيفي للإشعاع المباشر. ينص قانون رايلي على أن تشتت الأشعة يتناسب عكسيا مع القوة الرابعة لطول الموجة:
س ? = 32? 3 (م-1) / 3ن؟ 4
أين س؟ - معامل في الرياضيات او درجة تشتت؛ م- معامل الانكسار في الغاز؛ ن– عدد الجزيئات لكل وحدة حجم؛ ؟ - الطول الموجي.
يتم تحويل حوالي 26٪ من طاقة التدفق الإجمالي للإشعاع الشمسي إلى إشعاعات متناثرة في الغلاف الجوي. ثم يصل حوالي ثلثي الإشعاع المتناثر إلى سطح الأرض. لكن هذا سيكون نوعًا خاصًا من الإشعاع، يختلف بشكل كبير عن الإشعاع المباشر. أولا، يأتي الإشعاع المتناثر إلى سطح الأرض ليس من القرص الشمسي، ولكن من السماء بأكملها. ولذلك، فمن الضروري قياس تدفقها على سطح أفقي. ويتم قياسه أيضًا بـ W/m2 (أو kW/m2).
ثانياً، يختلف الإشعاع المنتثر عن الإشعاع المباشر في التركيب الطيفي، حيث أن الأشعة ذات الأطوال الموجية المختلفة تتشتت بدرجات مختلفة. في طيف الإشعاعات المتفرقة، تتغير نسبة طاقة الأطوال الموجية المختلفة مقارنة بطيف الإشعاع المباشر لصالح الأشعة ذات الأطوال الموجية الأقصر. كلما كان حجم الجسيمات المتناثرة أصغر، زادت قوة تشتت أشعة الموجة القصيرة مقارنة بأشعة الموجة الطويلة.
الظواهر المرتبطة بتشتت الإشعاع
يرتبط تشتت الإشعاع بظواهر مثل اللون الأزرق للسماء والغسق والفجر وكذلك الرؤية. اللون الأزرق للسماء هو لون الهواء نفسه، وذلك بسبب تشتت أشعة الشمس فيه. ويكون الهواء شفافًا في طبقة رقيقة، كما يكون الماء شفافًا في طبقة رقيقة. ولكن في الغلاف الجوي السميك، يكون للهواء لون أزرق، تمامًا كما أن الماء بسمك صغير نسبيًا (عدة أمتار) له لون أخضر. فكيف يحدث تشتت الضوء الجزيئي بشكل عكسي؟ 4، ثم في طيف الضوء المتناثر الذي يرسله قبو السماء، تتحول الطاقة القصوى إلى اللون الأزرق. مع الارتفاع، كما تنخفض كثافة الهواء، أي. مع عدد الجزيئات المتناثرة، يصبح لون السماء أغمق ويتحول إلى اللون الأزرق الغامق، وفي الستراتوسفير - إلى اللون البنفسجي الأسود. كلما زادت الشوائب الموجودة في الهواء والتي تكون أكبر في الحجم من جزيئات الهواء، كلما زادت نسبة الأشعة طويلة الموجة في طيف الإشعاع الشمسي وأصبح لون السماء أكثر بياضا. عندما يصبح قطر جزيئات الضباب والسحب والهباء الجوي أكثر من 1-2 ميكرون، فإن الأشعة من جميع الأطوال الموجية لم تعد متناثرة، ولكنها تنعكس بشكل منتشر بالتساوي؛ لذلك فإن الأجسام البعيدة في الضباب والظلام المغبر لم تعد مغطاة بستارة زرقاء، بل بستارة بيضاء أو رمادية. ولهذا السبب فإن السحب التي يسقط عليها ضوء الشمس (أي الأبيض) تظهر بيضاء.
إن تشتت الإشعاع الشمسي في الغلاف الجوي له أهمية عملية كبيرة، حيث أنه يخلق ضوءا منتشرا خلال النهار. في حالة عدم وجود غلاف جوي على الأرض، لن يكون هناك ضوء إلا في حالة سقوط ضوء الشمس المباشر أو الأشعة الشمسية المنعكسة عن سطح الأرض والأجسام الموجودة عليها. بسبب الضوء المنتشر، يعمل الغلاف الجوي بأكمله خلال النهار كمصدر للإضاءة: أثناء النهار يكون الضوء أيضًا حيث لا تسقط أشعة الشمس بشكل مباشر، وحتى عندما تكون الشمس مخفية بواسطة السحب.
بعد غروب الشمس في المساء، لا يأتي الظلام على الفور. تظل السماء، وخاصة في ذلك الجزء من الأفق الذي تغرب فيه الشمس، مشرقة وترسل إشعاعات متناثرة متناقصة تدريجيًا إلى سطح الأرض. وبالمثل، في الصباح، حتى قبل شروق الشمس، تضيء السماء أكثر في اتجاه شروق الشمس وترسل ضوءًا منتشرًا إلى الأرض. وتسمى ظاهرة الظلام غير الكامل هذه بالشفق - المساء والصباح. والسبب في ذلك هو إضاءة الطبقات العليا من الغلاف الجوي بالشمس تحت الأفق وتناثر ضوء الشمس بها.
ويستمر ما يسمى بالشفق الفلكي في المساء حتى تغرب الشمس تحت الأفق عند الساعة 18؛ عند هذه النقطة يكون الظلام شديدًا بحيث يمكن رؤية النجوم الخافتة. يبدأ شفق الصباح الفلكي عندما يكون للشمس نفس الموقع تحت الأفق. ويسمى الجزء الأول من الشفق الفلكي المسائي أو الجزء الأخير من شفق الصباح، عندما تكون الشمس تحت الأفق بمقدار 8 درجات على الأقل، بالشفق المدني. تختلف مدة الشفق الفلكي حسب خط العرض والوقت من السنة. في خطوط العرض الوسطى يكون من 1.5 إلى ساعتين، في المناطق الاستوائية أقل، عند خط الاستواء أطول قليلاً من ساعة واحدة.
في خطوط العرض العليا في الصيف، قد لا تقع الشمس تحت الأفق على الإطلاق أو قد تغوص بشكل سطحي جدًا. إذا انخفضت الشمس تحت الأفق بأقل من 18 درجة، فلا يحدث الظلام الكامل على الإطلاق ويدمج شفق المساء مع شفق الصباح. وتسمى هذه الظاهرة بالليالي البيضاء.
يصاحب الشفق تغيرات جميلة ومذهلة في بعض الأحيان في لون السماء تجاه الشمس. تبدأ هذه التغييرات قبل غروب الشمس وتستمر بعد شروق الشمس. لديهم طابع طبيعي إلى حد ما ويطلق عليهم الفجر. الألوان المميزة للفجر هي الأرجواني والأصفر. لكن شدة وتنوع ظلال ألوان الفجر تختلف بشكل كبير اعتمادًا على محتوى شوائب الهباء الجوي في الهواء. تتنوع أيضًا نغمات إضاءة السحب عند الغسق.
وفي جزء السماء المقابل للشمس، يُلاحظ فجر مضاد، أيضًا مع تغير في درجات الألوان، مع غلبة اللون الأرجواني والبنفسجي البنفسجي. بعد غروب الشمس، يظهر ظل الأرض في هذا الجزء من السماء: قطعة زرقاء رمادية تنمو في الارتفاع وعلى الجوانب. يتم تفسير ظاهرة الفجر من خلال تشتت الضوء بواسطة أصغر جزيئات الهباء الجوي وحيود الضوء بواسطة جزيئات أكبر.
تكون الأجسام البعيدة أقل وضوحًا من الأجسام القريبة، وليس فقط بسبب انخفاض حجمها الظاهري. وحتى الأجسام الكبيرة جدًا الموجودة على مسافة معينة من الراصد يصبح من الصعب تمييزها بسبب تعكر الغلاف الجوي الذي يمكن رؤيتها من خلاله. يحدث هذا الضباب بسبب تشتت الضوء في الغلاف الجوي. ومن الواضح أنها تزداد مع زيادة شوائب الهباء الجوي في الهواء.
بالنسبة للعديد من الأغراض العملية، من المهم جدًا معرفة المسافة التي يتوقف فيها تمييز الخطوط العريضة للأشياء الموجودة خلف ستارة الهواء. تسمى المسافة التي لا يمكن عندها تمييز الخطوط العريضة للأشياء في الغلاف الجوي بنطاق الرؤية، أو ببساطة الرؤية. يتم تحديد نطاق الرؤية في أغلب الأحيان بالعين باستخدام كائنات معينة محددة مسبقًا (معتمة مقابل السماء)، وتكون المسافة إليها معروفة. هناك أيضًا عدد من الأدوات الضوئية لتحديد الرؤية.
في الهواء النظيف للغاية، على سبيل المثال، من أصل القطب الشمالي، يمكن أن يصل نطاق الرؤية إلى مئات الكيلومترات، حيث يحدث توهين الضوء من الأجسام الموجودة في هذا الهواء بسبب التشتت بشكل أساسي بواسطة جزيئات الهواء. في الهواء الذي يحتوي على الكثير من الغبار أو منتجات التكثيف، يمكن تقليل نطاق الرؤية إلى عدة كيلومترات أو حتى أمتار. وبالتالي، في الضباب الخفيف، يكون مدى الرؤية 500-1000 متر، وفي الضباب الكثيف أو نتوءات الرمال القوية يمكن أن تنخفض إلى عشرات أو حتى عدة أمتار.
الإشعاع الكلي، انعكاس الإشعاع الشمسي، الإشعاع الممتص، PAR، بياض الأرض
ويسمى كل الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى سطح الأرض - المباشر والمنتشر - بالإشعاع الكلي. وبالتالي إجمالي الإشعاع
س = س* الخطيئة ح + د,
أين س- إضاءة الطاقة بالإشعاع المباشر،
د- إضاءة الطاقة عن طريق الإشعاع المتناثر،
ح- ارتفاع الشمس .
تحت السماء الصافية، يكون للإشعاع الإجمالي تباين يومي بحد أقصى عند الظهر وتغير سنوي بحد أقصى في الصيف. الغيوم الجزئية التي لا تغطي قرص الشمس تزيد من الإشعاع الكلي مقارنة بالسماء الصافية؛ على العكس من ذلك، فإن الغيوم الكاملة تقللها. في المتوسط، يقلل الغيوم من إجمالي الإشعاع. لذلك، في الصيف، يكون وصول الإشعاع الإجمالي في فترة ما بعد الظهر أكبر في المتوسط منه في فترة ما بعد الظهر. ولنفس السبب يكون أعلى في النصف الأول من العام عنه في النصف الثاني.
س.ب. كروموف وأ.م. يعطي Petrosyants قيم منتصف النهار للإشعاع الكلي في أشهر الصيف بالقرب من موسكو مع سماء صافية: في المتوسط 0.78 كيلو واط / م 2، مع الشمس والسحب - 0.80، مع السحب المستمرة - 0.26 كيلو واط / م 2.
عند سقوط الإشعاع على سطح الأرض، يتم امتصاص الإشعاع الكلي في الغالب في الطبقة الرقيقة العليا من التربة أو في طبقة أكثر سمكًا من الماء ويتحول إلى حرارة، وينعكس جزئيًا. وتعتمد كمية انعكاس الإشعاع الشمسي على سطح الأرض على طبيعة هذا السطح. تسمى نسبة كمية الإشعاع المنعكس إلى إجمالي كمية الإشعاع الساقط على سطح معين بياض السطح. يتم التعبير عن هذه النسبة كنسبة مئوية.
لذلك، من التدفق الكلي للإشعاع الكلي ( سخطيئة ح + د) ينعكس جزء منه عن سطح الأرض ( سخطيئة ح + د)و أين أ- البياض السطحي. بقية الإشعاع الكلي ( سخطيئة ح + د) (1 – أ) يمتصه سطح الأرض ويذهب لتسخين الطبقات العليا من التربة والماء. ويسمى هذا الجزء الإشعاع الممتص.
يتراوح بياض سطح التربة بين 10-30%؛ في التربة السوداء الرطبة تنخفض إلى 5٪، وفي الرمال الخفيفة الجافة يمكن أن تزيد إلى 40٪. مع زيادة رطوبة التربة، ينخفض البياض. بياض الغطاء النباتي - الغابات والمروج والحقول - هو 10-25٪. تبلغ نسبة بياض سطح الثلج المتساقط حديثًا 80-90%، أما بياض الثلج طويل الأمد فيبلغ حوالي 50% وأقل. يتراوح بياض سطح الماء الأملس للإشعاع المباشر من نسبة قليلة (إذا كانت الشمس مرتفعة) إلى 70٪ (إذا كانت منخفضة)؛ كما يعتمد على الإثارة. بالنسبة للإشعاع المتناثر، تبلغ نسبة بياض الأسطح المائية 5-10%. في المتوسط، تبلغ نسبة البياض السطحي للمحيط العالمي 5-20%. ويتراوح بياض السطح العلوي للسحب من نسبة قليلة إلى 70-80% اعتمادًا على نوع الغطاء السحابي وسمكه - في المتوسط 50-60% (S.P. Khromov, M.A. Petrosyants, 2004).
تشير الأرقام الواردة إلى انعكاس الإشعاع الشمسي، ليس مرئيًا فحسب، بل عبر طيفه بأكمله. تقيس الوسائل الضوئية البياض فقط للإشعاع المرئي، والذي، بالطبع، قد يختلف قليلاً عن البياض بالنسبة لتدفق الإشعاع بأكمله.
الجزء الغالب من الإشعاع المنعكس عن سطح الأرض والسطح العلوي للسحب يتجاوز الغلاف الجوي إلى الفضاء الخارجي. ويتسرب أيضًا جزء (حوالي الثلث) من الإشعاع المتناثر إلى الفضاء الخارجي.
تسمى نسبة الإشعاع الشمسي المنعكس والمتناثر المتسرب إلى الفضاء إلى إجمالي كمية الإشعاع الشمسي الداخل إلى الغلاف الجوي بالبياض الكوكبي للأرض، أو ببساطة بياض الأرض.
بشكل عام، تقدر نسبة بياض كوكب الأرض بـ 31%. الجزء الرئيسي من بياض كوكب الأرض هو انعكاس الإشعاع الشمسي بواسطة السحب.
ويشارك جزء من الإشعاع المباشر والمنعكس في عملية التمثيل الضوئي في النبات، ولهذا سمي بهذا الاسم الإشعاع النشط ضوئيًا (بار). الاسمية –جزء من إشعاع الموجة القصيرة (من 380 إلى 710 نانومتر)، وهو الأكثر نشاطًا فيما يتعلق بعملية التمثيل الضوئي وعملية إنتاج النباتات، يتمثل في كل من الإشعاع المباشر والمتناثر.
النباتات قادرة على استهلاك الإشعاع الشمسي المباشر والمنعكس من الأجرام السماوية والأرضية في نطاق الطول الموجي من 380 إلى 710 نانومتر. يبلغ تدفق الإشعاع النشط في عملية التمثيل الضوئي ما يقرب من نصف التدفق الشمسي، أي. نصف إجمالي الإشعاع، بغض النظر عن الظروف الجوية والموقع. على الرغم من أنه إذا كانت القيمة 0.5 نموذجية للظروف الأوروبية، فهي أعلى قليلاً بالنسبة للظروف الإسرائيلية (حوالي 0.52). ومع ذلك، لا يمكن القول أن النباتات تستخدم PAR بالتساوي طوال حياتها وتحت ظروف مختلفة. تختلف كفاءة استخدام PAR، لذلك تم اقتراح مؤشرات "معامل استخدام PAR" والتي تعكس كفاءة استخدام PAR و"كفاءة التكاثر النباتي". تميز كفاءة phytocenoses نشاط التمثيل الضوئي للغطاء النباتي. وقد وجدت هذه المعلمة الاستخدام الأكثر انتشارًا بين الغابات لتقييم تواجد النباتات النباتية في الغابات.
ويجب التأكيد على أن النباتات نفسها قادرة على تكوين PAR في الغطاء النباتي. ويتحقق ذلك بسبب ترتيب الأوراق تجاه أشعة الشمس، وتناوب الأوراق، وتوزيع الأوراق بأحجام مختلفة وزوايا ميل عند مستويات مختلفة من النباتات النباتية، أي. من خلال ما يسمى بالعمارة النباتية. في الغطاء النباتي، تنكسر أشعة الشمس عدة مرات وتنعكس من سطح الورقة، وبالتالي تشكل نظام الإشعاع الداخلي الخاص بها.
إن الإشعاع المنتشر داخل الغطاء النباتي له نفس أهمية التمثيل الضوئي مثل الإشعاع المباشر والمنتشر الذي يصل إلى سطح الغطاء النباتي.
الإشعاع من سطح الأرض
الطبقات العليا من التربة والمياه، والغطاء الثلجي والغطاء النباتي نفسها تنبعث منها إشعاعات طويلة الموجة؛ يُطلق على هذا الإشعاع الأرضي في كثير من الأحيان اسم الإشعاع الجوهري لسطح الأرض.
ويمكن حساب الإشعاع الذاتي بمعرفة درجة الحرارة المطلقة لسطح الأرض. وفقًا لقانون ستيفان-بولتزمان، مع الأخذ في الاعتبار أن الأرض ليست جسمًا أسود تمامًا وبالتالي إدخال معامل؟ (عادة يساوي 0.95)، الإشعاع الأرضي هتحددها الصيغة
هس =؟؟ ت 4 ,
أين؟ - ثابت ستيفان بولتزمان، ت- درجة الحرارة، ك.
عند 288 ك، هق = 3.73 10 2 وات/م2. مثل هذا الإطلاق الكبير للإشعاع من سطح الأرض من شأنه أن يؤدي إلى تبريدها السريع إذا لم يتم منع ذلك من خلال العملية العكسية - امتصاص سطح الأرض للإشعاع الشمسي والجوي. تتراوح درجات الحرارة المطلقة لسطح الأرض بين 190 و350 كلفن. وفي درجات الحرارة هذه، يكون للإشعاع المنبعث أطوال موجية في حدود 4-120 ميكرومتر، وتصل طاقته القصوى إلى 10-15 ميكرومتر. وبالتالي فإن كل هذا الإشعاع هو من الأشعة تحت الحمراء، ولا تراه العين.
الإشعاع المضاد أو الإشعاع المضاد
يسخن الغلاف الجوي، ويمتص الإشعاع الشمسي (وإن كان بنسبة صغيرة نسبيًا، حوالي 15٪ من إجمالي الكمية القادمة إلى الأرض) والإشعاع الخاص به من سطح الأرض. بالإضافة إلى ذلك، فهي تتلقى الحرارة من سطح الأرض من خلال التوصيل الحراري، وكذلك من خلال تكثيف بخار الماء الذي تبخر من سطح الأرض. الجو الساخن يشع نفسه. تمامًا مثل سطح الأرض، فإنه ينبعث من الأشعة تحت الحمراء غير المرئية في نفس نطاق الطول الموجي تقريبًا.
يصل معظم (70%) من الإشعاع الجوي إلى سطح الأرض، والباقي يذهب إلى الفضاء الخارجي. ويسمى الإشعاع الجوي الذي يصل إلى سطح الأرض بالإشعاع المضاد هأ، لأنه موجه نحو إشعاع سطح الأرض نفسه. يمتص سطح الأرض الإشعاعات القادمة بالكامل تقريبًا (95-99%). وبذلك فإن الإشعاع المضاد يعتبر مصدراً مهماً للحرارة لسطح الأرض بالإضافة إلى الإشعاع الشمسي الممتص. ويزداد الإشعاع المضاد مع زيادة الغطاء السحابي لأن السحب نفسها تشع بقوة.
المادة الرئيسية في الغلاف الجوي التي تمتص الإشعاع الأرضي وترسل الإشعاع المضاد هي بخار الماء. يمتص الأشعة تحت الحمراء في نطاق واسع من الطيف - من 4.5 إلى 80 ميكرون، باستثناء الفاصل الزمني بين 8.5 و12 ميكرون.
يمتص أول أكسيد الكربون (ثاني أكسيد الكربون) الأشعة تحت الحمراء بقوة، ولكن فقط في منطقة ضيقة من الطيف؛ الأوزون أضعف وأيضا في منطقة ضيقة من الطيف. صحيح أن امتصاص ثاني أكسيد الكربون والأوزون يحدث في موجات تكون طاقتها في طيف الإشعاع الأرضي قريبة من الحد الأقصى (7-15 ميكرومتر).
يكون الإشعاع المضاد دائمًا أقل إلى حد ما من الإشعاع الأرضي. ولذلك فإن سطح الأرض يفقد حرارته بسبب الفارق الموجب بين إشعاعه والإشعاع المضاد. ويسمى الفرق بين إشعاع سطح الأرض والإشعاع المضاد للغلاف الجوي بالإشعاع الفعال هه:
هه = هس - هأ.
الإشعاع الفعال هو صافي الخسارة للطاقة الإشعاعية، وبالتالي الحرارة، من سطح الأرض ليلاً. يمكن تحديد الإشعاع الخاص وفقًا لقانون ستيفان-بولتزمان، بمعرفة درجة حرارة سطح الأرض، ويمكن حساب الإشعاع المضاد باستخدام الصيغة أعلاه.
يبلغ الإشعاع الفعال في الليالي الصافية حوالي 0.07-0.10 كيلووات/م2 في محطات الأراضي المنخفضة عند خطوط العرض المعتدلة ويصل إلى 0.14 كيلووات/م2 في المحطات الجبلية العالية (حيث يكون الإشعاع المضاد أقل). ومع زيادة الغيوم التي تزيد من الإشعاع المضاد، يقل الإشعاع الفعال. في الطقس الغائم يكون أقل بكثير منه في الطقس الصافي؛ وبالتالي يكون تبريد سطح الأرض ليلاً أقل.
وبطبيعة الحال، فإن الإشعاع الفعال موجود أيضًا أثناء النهار. ولكن خلال النهار يتم حظره أو تعويضه جزئيًا عن طريق الإشعاع الشمسي الممتص. ولذلك فإن سطح الأرض يكون أكثر دفئاً أثناء النهار منه في الليل، ولكن الإشعاع الفعال أثناء النهار يكون أيضاً أكبر.
وفي المتوسط، يفقد سطح الأرض في خطوط العرض الوسطى من خلال الإشعاع الفعال حوالي نصف كمية الحرارة التي يتلقاها من الإشعاع الممتص.
ومن خلال امتصاص إشعاعات الأرض وإرسال إشعاعات مضادة إلى سطح الأرض، يقلل الغلاف الجوي من تبريد الأخير ليلاً. خلال النهار، لا يفعل الكثير لمنع تسخين سطح الأرض بواسطة الإشعاع الشمسي. يُطلق على هذا التأثير للغلاف الجوي على النظام الحراري لسطح الأرض اسم تأثير الدفيئة أو الدفيئة بسبب التشبيه الخارجي بتأثير الزجاج في الدفيئة.
التوازن الإشعاعي لسطح الأرض
ويسمى الفرق بين الإشعاع الممتص والإشعاع الفعال بالتوازن الإشعاعي لسطح الأرض:
في=(سخطيئة ح + د)(1 – أ) – هه.
وفي الليل، عندما لا يكون هناك إشعاع كلي، فإن رصيد الإشعاع السلبي يساوي الإشعاع الفعال.
وينتقل ميزان الإشعاع من القيم السالبة ليلا إلى القيم الموجبة نهارا بعد شروق الشمس على ارتفاع 10-15 درجة. وتنتقل من القيم الموجبة إلى السلبية قبل غروب الشمس على نفس الارتفاع فوق الأفق. في ظل وجود غطاء ثلجي، يتحرك توازن الإشعاع إلى قيم موجبة فقط على ارتفاع شمسي يبلغ حوالي 20-25 درجة مئوية، حيث أنه مع وجود بياض كبير من الثلج، يكون امتصاصه للإشعاع الكلي منخفضًا. خلال النهار، يزداد التوازن الإشعاعي مع زيادة ارتفاع الشمس، ويتناقص مع انخفاضه.
متوسط قيم منتصف النهار للرصيد الإشعاعي في موسكو في الصيف تحت سماء صافية، مقدمة من S.P. كروموف و م. تبلغ طاقة بيتروسيانت (2004) حوالي 0.51 كيلووات/م2، وفي الشتاء 0.03 كيلووات/م2 فقط، وتحت الظروف الغائمة المتوسطة في الصيف حوالي 0.3 كيلووات/م2، وفي الشتاء تقترب من الصفر.