Η ακτινοβολία που φτάνει στο ανώτερο όριο της ατμόσφαιρας και στη συνέχεια στην επιφάνεια της γης απευθείας από τον Ήλιο (από τον ηλιακό δίσκο) με τη μορφή δέσμης παράλληλων ακτίνων ονομάζεται άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Η άμεση ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στο ανώτερο όριο της ατμόσφαιρας ποικίλλει με την πάροδο του χρόνου εντός μικρών ορίων, επομένως ονομάζεται ηλιακή σταθερά (Sq). Με μέση απόσταση από τη Γη στον Ήλιο 149,5 * 106 km, το τετραγωνικό είναι περίπου 1400 W/m2.
Όταν η ροή της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας διέρχεται από την ατμόσφαιρα, εξασθενεί λόγω της απορρόφησης (περίπου 15%) και της διασποράς (περίπου 25%) της ενέργειας από αέρια, αερολύματα και σύννεφα.
Σύμφωνα με τον νόμο της εξασθένησης του Bouguer, η άμεση ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της Γης με κάθετη (κάθετη) πρόσπτωση ακτίνων,
όπου p είναι ο συντελεστής ατμοσφαιρικής διαφάνειας. t είναι ο αριθμός των οπτικών μαζών της ατμόσφαιρας.
Η εξασθένηση της ηλιακής ροής στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από το ύψος του Ήλιου πάνω από τον ορίζοντα της Γης και τη διαφάνεια της ατμόσφαιρας. Όσο χαμηλότερο είναι το ύψος του πάνω από τον ορίζοντα, τόσο μεγαλύτερο αριθμόαπό τις οπτικές μάζες της ατμόσφαιρας διέρχεται μια ηλιακή ακτίνα. Μία οπτική μάζα της ατμόσφαιρας λαμβάνεται ως η μάζα που περνούν οι ακτίνες όταν ο Ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του (Εικ. 2.1). Όταν ο Ήλιος βρίσκεται στον ορίζοντα, η δέσμη διανύει μια διαδρομή μέσω της ατμόσφαιρας που είναι σχεδόν 35 φορές μεγαλύτερη από ό,τι όταν οι ακτίνες πέφτουν υπό γωνία 90° ως προς την επιφάνεια της Γης. Ο αριθμός των οπτικών μαζών της ατμόσφαιρας (m) σε διάφορα ηλιακά ύψη (Af) δίνεται παρακάτω.
t 1,0 1,0 1,1 1,2 1,3 1,6 2,0 2,9 5,6 10,4 26,0 34,4 L0 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5 1 0
Όσο περισσότερο οι ακτίνες του ήλιου ταξιδεύουν στην ατμόσφαιρα, τόσο πιο ισχυρή είναι η απορρόφηση και η διασπορά τους και τόσο περισσότερο αλλάζει η έντασή τους.
Ο συντελεστής διαφάνειας εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε υδρατμούς και αερολύματα στην ατμόσφαιρα: όσο περισσότερα από αυτά, τόσο χαμηλότερος είναι ο συντελεστής διαφάνειας με τον ίδιο αριθμό οπτικών μαζών που διέρχονται. Κατά μέσο όρο, για ολόκληρη τη ροή ακτινοβολίας σε μια ιδανική καθαρή ατμόσφαιρα, το p στο επίπεδο της θάλασσας είναι περίπου 0,9, σε πραγματικές ατμοσφαιρικές συνθήκες - 0,70...0,85, το χειμώνα είναι ελαφρώς υψηλότερο από το καλοκαίρι. Η άφιξη της άμεσης ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου. Η ροή της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει σε μια οριζόντια επιφάνεια ονομάζεται ηλιοφάνεια».
S" = Ssin A. Εάν η επιφάνεια της γης δεν είναι οριζόντια, όπως συμβαίνει συνήθως στη φύση, τότε η άφιξη ακτινοβολίας σε αυτήν εξαρτάται όχι μόνο από το ύψος του Ήλιου, αλλά και από την κλίση της επιφάνειας και από τον προσανατολισμό του σε σχέση με τα κύρια σημεία (από την έκθεση).
Στους μετεωρολογικούς σταθμούς, τα θερμόμετρα τοποθετούνται σε ειδικό θάλαμο, που ονομάζεται ψυχρομετρικός θάλαμος, οι τοίχοι του οποίου είναι περσίδες. Οι ακτίνες του Ήλιου δεν διεισδύουν σε ένα τέτοιο θάλαμο, αλλά την ίδια στιγμή έχει ο αέρας Ελεύθερη πρόσβασημέσα της.
Τα θερμόμετρα τοποθετούνται σε τρίποδο έτσι ώστε οι δεξαμενές να βρίσκονται σε ύψος 2 m από την ενεργή επιφάνεια.
Η θερμοκρασία του επείγοντα αέρα μετριέται με υδραργυρικό ψυχρομετρικό θερμόμετρο TM-4, το οποίο είναι εγκατεστημένο κάθετα. Σε θερμοκρασίες κάτω των -35 °C, χρησιμοποιήστε ένα θερμόμετρο χαμηλού βαθμού αλκοόλης TM-9.
Οι ακραίες θερμοκρασίες μετρώνται χρησιμοποιώντας θερμόμετρα μέγιστου TM-1 και ελάχιστου TM-2, τα οποία τοποθετούνται οριζόντια.
Για συνεχή καταγραφή της θερμοκρασίας του αέρα, χρησιμοποιείται θερμογράφος M-16A, ο οποίος τοποθετείται σε θάλαμο με περσίδες για καταγραφείς. Οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας γίνονται αντιληπτές από μια κυρτή διμεταλλική λωρίδα. Ανάλογα με την ταχύτητα περιστροφής του τυμπάνου, διατίθενται θερμογράφοι για καθημερινή ή εβδομαδιαία χρήση.
Σε καλλιέργειες και φυτεύσεις, η θερμοκρασία του αέρα μετράται χωρίς να διαταράσσεται η βλάστηση. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιούνται θερμόμετρα απομακρυσμένης ηλεκτρικής αντίστασης με εξάρτημα λήψης μικρού μεγέθους.
Εσωτερική άποψη του ψυχομετρικού θαλάμου:
1 - υγρόμετρο. 2 - ξηρά και υγρά θερμόμετρα. 3 - μέγιστα και ελάχιστα θερμόμετρα
Θερμογράφος M-16A:
1 - τύμπανο με ταινία. 2-- βέλος με φτερό. 3 - διμεταλλική λωρίδα
Η Γη δέχεται 1,36*10,24 θερμίδες ετησίως από τον Ήλιο. Σε σύγκριση με αυτό το ποσό ενέργειας, το υπόλοιπο ποσό ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της Γης είναι αμελητέα. Έτσι, η ακτινοβολούμενη ενέργεια των άστρων είναι το εκατο εκατομμυριοστό της ηλιακής ενέργειας, η κοσμική ακτινοβολία είναι δύο δισεκατομμυριοστά, εσωτερική θερμότηταΗ επιφάνεια της Γης είναι ίση με το ένα πέντε χιλιοστό της θερμότητας του ήλιου.
Ακτινοβολία από τον Ήλιο - ηλιακή ακτινοβολία- είναι η κύρια πηγή ενέργειας για όλες σχεδόν τις διεργασίες που συμβαίνουν στην ατμόσφαιρα, την υδρόσφαιρα και μέσα ανώτερα στρώματαλιθόσφαιρα.
Η μονάδα μέτρησης της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας είναι ο αριθμός των θερμίδων θερμότητας που απορροφάται από 1 cm2 μιας απόλυτα μαύρης επιφάνειας κάθετης προς την κατεύθυνση των ακτίνων του ήλιου σε 1 λεπτό (cal/cm2*min).
Η ροή της ακτινοβολούμενης ενέργειας από τον Ήλιο που φτάνει στην ατμόσφαιρα της γης είναι πολύ σταθερή. Η έντασή του ονομάζεται ηλιακή σταθερά (Io) και λαμβάνεται κατά μέσο όρο ότι είναι 1,88 kcal/cm2 min.
Η τιμή της ηλιακής σταθεράς κυμαίνεται ανάλογα με την απόσταση της Γης από τον Ήλιο και την ηλιακή δραστηριότητα. Οι διακυμάνσεις του καθ' όλη τη διάρκεια του έτους είναι 3,4-3,5%.
Εάν οι ακτίνες του ήλιου έπεφταν κάθετα παντού στην επιφάνεια της γης, τότε ελλείψει ατμόσφαιρας και με ηλιακή σταθερά 1,88 cal/cm2*min, κάθε τετραγωνικό εκατοστό θα λάμβανε 1000 kcal ετησίως. Λόγω του γεγονότος ότι η Γη είναι σφαιρική, αυτή η ποσότητα μειώνεται κατά 4 φορές και 1 τετρ. cm λαμβάνει κατά μέσο όρο 250 kcal ετησίως.
Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται μια επιφάνεια εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων.
Η μέγιστη ποσότητα ακτινοβολίας λαμβάνεται από μια επιφάνεια κάθετη προς την κατεύθυνση των ακτίνων του ήλιου, γιατί στην περίπτωση αυτή όλη η ενέργεια κατανέμεται σε μια περιοχή με διατομή ίση με τη διατομή της δέσμης των ακτίνων - α. Όταν η ίδια δέσμη ακτίνων προσπίπτει λοξά, η ενέργεια κατανέμεται σε μεγαλύτερη περιοχή (τμήμα β) και μια μοναδιαία επιφάνεια λαμβάνει λιγότερη από αυτήν. Όσο μικρότερη είναι η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων, τόσο μικρότερη είναι η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας.
Η εξάρτηση της έντασης της ηλιακής ακτινοβολίας από τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων εκφράζεται με τον τύπο:
I1 = I0 * sin h,
όπου I0 είναι η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας σε κάθετη πρόσπτωση ακτίνων. Έξω από την ατμόσφαιρα - η ηλιακή σταθερά.
I1 είναι η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας όταν οι ηλιακές ακτίνες πέφτουν υπό γωνία h.
Το I1 είναι τόσες φορές μικρότερο από το I0 όσες η διατομή a είναι μικρότερη από τη διατομή b.
Το Σχήμα 27 δείχνει ότι a/b = αμαρτία Α.
Η γωνία πρόσπτωσης των ηλιακών ακτίνων (ύψος του Ήλιου) είναι ίση με 90° μόνο σε γεωγραφικά πλάτη από 23°27"Β έως 23°27"Ν. (δηλαδή μεταξύ των τροπικών). Σε άλλα γεωγραφικά πλάτη είναι πάντα μικρότερη από 90° (Πίνακας 8). Σύμφωνα με τη μείωση της γωνίας πρόσπτωσης των ακτίνων, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια σε διαφορετικά γεωγραφικά πλάτη θα πρέπει επίσης να μειωθεί. Δεδομένου ότι το ύψος του Ήλιου δεν παραμένει σταθερό καθ' όλη τη διάρκεια του έτους και κατά τη διάρκεια της ημέρας, η ποσότητα της ηλιακής θερμότητας που δέχεται η επιφάνεια αλλάζει συνεχώς.
Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται μια επιφάνεια σχετίζεται άμεσα με σχετικά με τη διάρκεια του φωτισμού του από τις ακτίνες του ήλιου.
Στην ισημερινή ζώνη εκτός της ατμόσφαιρας, η ποσότητα της ηλιακής θερμότητας κατά τη διάρκεια του έτους δεν παρουσιάζει μεγάλες διακυμάνσεις, ενώ στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη αυτές οι διακυμάνσεις είναι πολύ μεγάλες (βλ. Πίνακα 9). ΣΕ χειμερινή περίοδοΟι διαφορές στο κέρδος ηλιακής θερμότητας μεταξύ υψηλών και χαμηλών γεωγραφικών πλάτη είναι ιδιαίτερα σημαντικές. Το καλοκαίρι, υπό συνθήκες συνεχούς φωτισμού, οι πολικές περιοχές λαμβάνουν τη μέγιστη ποσότητα ηλιακής θερμότητας ανά ημέρα στη Γη. Την ημέρα του θερινού ηλιοστασίου στο βόρειο ημισφαίριο είναι 36% υψηλότερο από την ημερήσια ποσότητα θερμότητας στον ισημερινό. Επειδή όμως η διάρκεια της ημέρας στον ισημερινό δεν είναι 24 ώρες (όπως αυτή τη στιγμή στον πόλο), αλλά 12 ώρες, η ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας ανά μονάδα χρόνου στον ισημερινό παραμένει η μεγαλύτερη. Το θερινό μέγιστο της ημερήσιας ποσότητας ηλιακής θερμότητας, που παρατηρείται γύρω στις 40-50° γεωγραφικό πλάτος, σχετίζεται με σχετικά μεγάλη διάρκεια ημέρας (μεγαλύτερη από αυτή τη στιγμή σε γεωγραφικό πλάτος 10-20°) με σημαντικό ηλιακό υψόμετρο. Οι διαφορές στην ποσότητα θερμότητας που λαμβάνεται από τις περιοχές του Ισημερινού και των πολικών είναι μικρότερες το καλοκαίρι από ό,τι το χειμώνα.
Το νότιο ημισφαίριο δέχεται περισσότερη θερμότητα το καλοκαίρι από το βόρειο ημισφαίριο, το χειμώνα - αντίστροφα (επηρεάζεται από αλλαγές στην απόσταση της Γης από τον Ήλιο). Και αν η επιφάνεια και των δύο ημισφαιρίων ήταν εντελώς ομοιογενής, τα ετήσια πλάτη των διακυμάνσεων της θερμοκρασίας στο νότιο ημισφαίριο θα ήταν μεγαλύτερα από ό,τι στο βόρειο.
Η ηλιακή ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα υφίσταται ποσοτικές και ποιοτικές αλλαγές.
Ακόμη και μια ιδανική, στεγνή και καθαρή ατμόσφαιρα απορροφά και διασκορπίζει τις ακτίνες, μειώνοντας την ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας. Η εξασθένηση μιας πραγματικής ατμόσφαιρας που περιέχει υδρατμούς και στερεές ακαθαρσίες στην ηλιακή ακτινοβολία είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή μιας ιδανικής ατμόσφαιρας. Η ατμόσφαιρα (οξυγόνο, όζον, διοξείδιο του άνθρακα, σκόνη και υδρατμοί) απορροφά κυρίως τις υπεριώδεις και υπέρυθρες ακτίνες. Η ακτινοβολούμενη ενέργεια του Ήλιου που απορροφάται από την ατμόσφαιρα μετατρέπεται σε άλλα είδη ενέργειας: θερμική, χημική κ.λπ. Γενικά, η απορρόφηση αποδυναμώνει την ηλιακή ακτινοβολία κατά 17-25%.
Μόρια ατμοσφαιρικών αερίων διασκορπίζουν ακτίνες με σχετικά σύντομα κύματα - βιολετί, μπλε. Αυτό εξηγεί το μπλε χρώμα του ουρανού. Ακτίνες διαφορετικών μηκών κύματος διασκορπίζονται εξίσου από ακαθαρσίες. Επομένως, όταν το περιεχόμενό τους είναι σημαντικό, ο ουρανός αποκτά μια υπόλευκη απόχρωση.
Λόγω της διασποράς και της αντανάκλασης του ηλιακού φωτός από την ατμόσφαιρα, το φως της ημέρας παρατηρείται τις συννεφιασμένες μέρες, τα αντικείμενα στη σκιά είναι ορατά και εμφανίζεται το φαινόμενο του λυκόφωτος.
Όσο μεγαλύτερη είναι η διαδρομή της δέσμης στην ατμόσφαιρα, τόσο μεγαλύτερο είναι το πάχος της που πρέπει να διέλθει και τόσο πιο σημαντικά μειώνεται η ηλιακή ακτινοβολία. Επομένως, με την ανύψωση, η επίδραση της ατμόσφαιρας στην ακτινοβολία μειώνεται. Το μήκος της διαδρομής του ηλιακού φωτός στην ατμόσφαιρα εξαρτάται από το ύψος του Ήλιου. Εάν πάρουμε το μήκος διαδρομής μιας ηλιακής ακτίνας στην ατμόσφαιρα ως ένα σε ηλιακό υψόμετρο 90° (m), η σχέση μεταξύ του ύψους του Ήλιου και του μήκους διαδρομής της ακτίνας στην ατμόσφαιρα θα είναι όπως φαίνεται στον Πίνακα . 10.
Η γενική εξασθένηση της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα σε οποιοδήποτε ύψος του Ήλιου μπορεί να εκφραστεί με τον τύπο Bouguer: Im= I0*pm, όπου Im είναι η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης που αλλάζει στην ατμόσφαιρα. I0 - ηλιακή σταθερά. m είναι η διαδρομή της δέσμης στην ατμόσφαιρα. σε ηλιακό υψόμετρο 90° ισούται με 1 (η μάζα της ατμόσφαιρας), p είναι ο συντελεστής διαφάνειας (κλασματικός αριθμός που δείχνει ποιο κλάσμα ακτινοβολίας φτάνει στην επιφάνεια σε m=1).
Σε ηλιακό υψόμετρο 90°, με m=1, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης I1 είναι p φορές μικρότερη από την Io, δηλ. I1=Io*p.
Εάν το ύψος του Ήλιου είναι μικρότερο από 90°, τότε το m είναι πάντα μεγαλύτερο από 1. Η διαδρομή μιας ηλιακής ακτίνας μπορεί να αποτελείται από πολλά τμήματα, καθένα από τα οποία είναι ίσο με 1. Η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας στο όριο μεταξύ των πρώτο (aa1) και δεύτερο (a1a2) τμήματα I1 είναι προφανώς ίσο με Io *p, ένταση ακτινοβολίας μετά τη διέλευση του δεύτερου τμήματος I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2. I3=I0p3 κ.λπ.
Η διαφάνεια της ατμόσφαιρας είναι μεταβλητή και ποικίλλει σε διαφορετικές συνθήκες. Ο λόγος της διαφάνειας της πραγματικής ατμόσφαιρας προς τη διαφάνεια της ιδανικής ατμόσφαιρας - ο συντελεστής θολότητας - είναι πάντα μεγαλύτερος από ένα. Εξαρτάται από την περιεκτικότητα σε υδρατμούς και σκόνη στον αέρα. Με την αύξηση του γεωγραφικού πλάτους, ο συντελεστής θολότητας μειώνεται: σε γεωγραφικά πλάτη από 0 έως 20° Β. w. είναι κατά μέσο όρο 4,6 σε γεωγραφικά πλάτη από 40 έως 50° Β. w. - 3,5, σε γεωγραφικά πλάτη από 50 έως 60° Β. w. - 2,8 και σε γεωγραφικά πλάτη από 60 έως 80° Β. w. - 2.0. Σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη, ο συντελεστής θολότητας το χειμώνα είναι μικρότερος από το καλοκαίρι και μικρότερος το πρωί από ό,τι κατά τη διάρκεια της ημέρας. Μειώνεται με το ύψος. Όσο υψηλότερος είναι ο συντελεστής θολότητας, τόσο μεγαλύτερη είναι η εξασθένηση της ηλιακής ακτινοβολίας.
Διακρίνω ηλιακή ακτινοβολία άμεση, διάχυτη και ολική.
Το τμήμα της ηλιακής ακτινοβολίας που διεισδύει μέσω της ατμόσφαιρας στην επιφάνεια της γης είναι η άμεση ακτινοβολία. Μέρος της ακτινοβολίας που διασκορπίζεται από την ατμόσφαιρα μετατρέπεται σε διάχυτη ακτινοβολία. Όλη η ηλιακή ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της γης, άμεση και διάχυτη, ονομάζεται ολική ακτινοβολία.
Η αναλογία μεταξύ άμεσης και διάχυτης ακτινοβολίας ποικίλλει σημαντικά ανάλογα με τη συννεφιά, τη σκόνη της ατμόσφαιρας, αλλά και το υψόμετρο του Ήλιου. Κάτω από καθαρό ουρανό μοιράσου διάσπαρτη ακτινοβολίαδεν υπερβαίνει το 0,1% κάτω από συννεφιά, η διάσπαρτη ακτινοβολία μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την άμεση ακτινοβολία.
Σε χαμηλό ηλιακό υψόμετρο συνολική ακτινοβολίααποτελείται σχεδόν εξ ολοκλήρου από διάσπαρτα. Με ηλιακό υψόμετρο 50° και καθαρό ουρανό, το ποσοστό της διάσπαρτης ακτινοβολίας δεν ξεπερνά το 10-20%.
Οι χάρτες των μέσων ετήσιων και μηνιαίων τιμών της συνολικής ακτινοβολίας μας επιτρέπουν να παρατηρήσουμε τα κύρια μοτίβα στη γεωγραφική της κατανομή. Οι ετήσιες τιμές της συνολικής ακτινοβολίας κατανέμονται κυρίως ζωνικά. Η μεγαλύτερη ετήσια ποσότητα συνολικής ακτινοβολίας στη Γη λαμβάνεται από την επιφάνεια στις τροπικές ερήμους της ενδοχώρας (Ανατολική Σαχάρα και κεντρική Αραβία). Μια αξιοσημείωτη μείωση της συνολικής ακτινοβολίας στον ισημερινό προκαλείται από την υψηλή υγρασία του αέρα και τα βαριά σύννεφα. Στην Αρκτική, η συνολική ακτινοβολία είναι 60-70 kcal/cm2 ετησίως. στην Ανταρκτική, λόγω της συχνής συχνότητας των καθαρών ημερών και της μεγαλύτερης διαφάνειας της ατμόσφαιρας, είναι κάπως υψηλότερο.
Τον Ιούνιο, το βόρειο ημισφαίριο, και ειδικά οι εσωτερικές τροπικές και υποτροπικές περιοχές, δέχονται τις μεγαλύτερες ποσότητες ακτινοβολίας. Τα ποσά της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται η επιφάνεια στα εύκρατα και πολικά γεωγραφικά πλάτη του βόρειου ημισφαιρίου διαφέρουν ελάχιστα, κυρίως λόγω της μεγάλης διάρκειας της ημέρας στις πολικές περιοχές. Ζωνοποίηση στην κατανομή της συνολικής ακτινοβολίας παραπάνω. ηπείρους στο βόρειο ημισφαίριο και στα τροπικά γεωγραφικά πλάτη του νότιου ημισφαιρίου σχεδόν δεν εκφράζεται. Εκδηλώνεται καλύτερα στο βόρειο ημισφαίριο πάνω από τον Ωκεανό και εκφράζεται ξεκάθαρα στα εξωτροπικά γεωγραφικά πλάτη του νότιου ημισφαιρίου. Κοντά στον νότιο πολικό κύκλο, η συνολική ηλιακή ακτινοβολία πλησιάζει το 0.
Τον Δεκέμβριο, οι μεγαλύτερες ποσότητες ακτινοβολίας εισέρχονται στο νότιο ημισφαίριο. Η ψηλή επιφάνεια πάγου της Ανταρκτικής, με υψηλή ατμοσφαιρική διαφάνεια, δέχεται σημαντικά περισσότερη συνολική ακτινοβολία από την επιφάνεια της Αρκτικής τον Ιούνιο. Υπάρχει πολλή ζέστη στις ερήμους (Καλαχάρι, Μεγάλη Αυστραλία), αλλά λόγω της μεγαλύτερης ωκεανικότητας του νότιου ημισφαιρίου (επιρροή υψηλή υγρασίααέρας και συννεφιά) η ποσότητα του εδώ είναι κάπως μικρότερη από ό,τι τον Ιούνιο στα ίδια γεωγραφικά πλάτη του βόρειου ημισφαιρίου. Στα ισημερινά και τροπικά γεωγραφικά πλάτη του βόρειου ημισφαιρίου, η συνολική ακτινοβολία αλλάζει σχετικά λίγο και η ζωνικότητα στην κατανομή της εκφράζεται ξεκάθαρα μόνο στα βόρεια του βόρειου τροπικού. Με την αύξηση του γεωγραφικού πλάτους, η συνολική ακτινοβολία μειώνεται αρκετά γρήγορα, η μηδενική ισογραμμή της βρίσκεται ελαφρώς βόρεια του Αρκτικού Κύκλου.
Η συνολική ηλιακή ακτινοβολία που χτυπά την επιφάνεια της Γης αντανακλάται εν μέρει πίσω στην ατμόσφαιρα. Ο λόγος της ποσότητας ακτινοβολίας που ανακλάται από μια επιφάνεια προς την ποσότητα ακτινοβολίας που προσπίπτει σε αυτήν την επιφάνεια ονομάζεται albedo. Το Albedo χαρακτηρίζει την ανακλαστικότητα μιας επιφάνειας.
Το άλμπεντο της επιφάνειας της γης εξαρτάται από την κατάσταση και τις ιδιότητές της: χρώμα, υγρασία, τραχύτητα κ.λπ. Το φρεσκοπεπτό χιόνι έχει τη μεγαλύτερη ανακλαστικότητα (85-95%). Μια ήρεμη επιφάνεια νερού, όταν οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν κάθετα πάνω της, αντανακλά μόνο το 2-5%, και όταν ο ήλιος είναι χαμηλά, σχεδόν όλες οι ακτίνες που πέφτουν πάνω της (90%). Albedo ξηρού chernozem - 14%, υγρό - 8, δάσος - 10-20, λιβαδιή βλάστηση - 18-30, αμμώδης επιφάνεια ερήμου - 29-35, επιφάνεια θαλάσσιος πάγος - 30-40%.
Το μεγάλο αλμπέντο της επιφάνειας του πάγου, ειδικά όταν καλύπτεται με φρεσκοπεσμένο χιόνι (έως και 95%), είναι ο λόγος χαμηλές θερμοκρασίεςστις πολικές περιοχές το καλοκαίρι, όταν η άφιξη της ηλιακής ακτινοβολίας εκεί είναι σημαντική.
Ακτινοβολία από την επιφάνεια της γης και την ατμόσφαιρα.Κάθε σώμα με θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν (μεγαλύτερη από μείον 273°) εκπέμπει ενέργεια ακτινοβολίας. Η συνολική ικανότητα εκπομπής ενός μαύρου σώματος είναι ανάλογη με την τέταρτη δύναμη της απόλυτης θερμοκρασίας του (T):
E = σ*T4 kcal/cm2 ανά λεπτό (νόμος Stefan-Boltzmann), όπου σ είναι σταθερός συντελεστής.
Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία του σώματος που εκπέμπει, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος των εκπεμπόμενων ακτίνων nm. Ο καυτός Ήλιος στέλνει στο διάστημα ακτινοβολία βραχέων κυμάτων. Η επιφάνεια της γης, απορροφώντας την ηλιακή ακτινοβολία βραχέων κυμάτων, θερμαίνεται και γίνεται επίσης πηγή ακτινοβολίας (γήινη ακτινοβολία). Αλλά δεδομένου ότι η θερμοκρασία της επιφάνειας της γης δεν υπερβαίνει αρκετές δεκάδες βαθμούς, αυτό ακτινοβολία μεγάλου μήκους, αόρατη.
Η γήινη ακτινοβολία συγκρατείται σε μεγάλο βαθμό από την ατμόσφαιρα (υδρατμοί, διοξείδιο του άνθρακα, όζον), αλλά ακτίνες με μήκος κύματος 9-12 μικρά διαφεύγουν ελεύθερα πέρα από την ατμόσφαιρα, και ως εκ τούτου η Γη χάνει μέρος της θερμότητάς της.
Η ατμόσφαιρα, απορροφώντας μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που διέρχεται από αυτήν και περισσότερο από το ήμισυ της γήινης ακτινοβολίας, εκπέμπει η ίδια ενέργεια τόσο στο διάστημα όσο και στην επιφάνεια της γης. Η ατμοσφαιρική ακτινοβολία που κατευθύνεται προς την επιφάνεια της γης προς την επιφάνεια της γης ονομάζεται αντίθετη ακτινοβολία.Αυτή η ακτινοβολία, όπως και η επίγεια ακτινοβολία, είναι μακράς κυματικής και αόρατης.
Υπάρχουν δύο ρεύματα ακτινοβολίας μακρών κυμάτων στην ατμόσφαιρα - ακτινοβολία από την επιφάνεια της Γης και ακτινοβολία από την ατμόσφαιρα. Η διαφορά μεταξύ τους, η οποία καθορίζει την πραγματική απώλεια θερμότητας από την επιφάνεια της γης, ονομάζεται αποτελεσματική ακτινοβολία.Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία της επιφάνειας εκπομπής, τόσο μεγαλύτερη είναι η αποτελεσματική ακτινοβολία. Η υγρασία του αέρα μειώνει την αποτελεσματική ακτινοβολία και τα σύννεφα τη μειώνουν πολύ.
Οι υψηλότερες ετήσιες ποσότητες αποτελεσματικής ακτινοβολίας παρατηρούνται στις τροπικές ερήμους - 80 kcal/cm2 ετησίως - λόγω των υψηλών επιφανειακών θερμοκρασιών, του ξηρού αέρα και του καθαρού ουρανού. Στον ισημερινό, με υψηλή υγρασία αέρα, η αποτελεσματική ακτινοβολία είναι μόνο περίπου 30 kcal/cm2 ετησίως, και η αξία της για τη γη και για τον ωκεανό διαφέρει πολύ λίγο. Η χαμηλότερη αποτελεσματική ακτινοβολία σε πολικές περιοχές. Σε εύκρατα γεωγραφικά πλάτη, η επιφάνεια της γης χάνει περίπου τη μισή ποσότητα θερμότητας που λαμβάνει από την απορρόφηση της συνολικής ακτινοβολίας.
Η ικανότητα της ατμόσφαιρας να μεταδίδει ακτινοβολία βραχέων κυμάτων από τον Ήλιο (άμεση και διάχυτη ακτινοβολία) και να διατηρεί την ακτινοβολία μεγάλων κυμάτων από τη Γη ονομάζεται φαινόμενο του θερμοκηπίου. Χάρη στο φαινόμενο του θερμοκηπίου μέση θερμοκρασίαΗ επιφάνεια της γης είναι +16°, απουσία της ατμόσφαιρας θα ήταν -22° (38° χαμηλότερη).
Ισοζύγιο ακτινοβολίας (υπολειπόμενη ακτινοβολία).Η επιφάνεια της γης δέχεται ταυτόχρονα ακτινοβολία και την απελευθερώνει. Η εισροή ακτινοβολίας αποτελείται από τη συνολική ηλιακή ακτινοβολία και την αντίθετη ακτινοβολία από την ατμόσφαιρα. Η κατανάλωση είναι η αντανάκλαση του ηλιακού φωτός από την επιφάνεια (albedo) και η ίδια η ακτινοβολία της επιφάνειας της γης. Η διαφορά μεταξύ της εισερχόμενης και της εξερχόμενης ακτινοβολίας - ισορροπία ακτινοβολίας,ή υπολειμματική ακτινοβολία.Η τιμή του ισοζυγίου ακτινοβολίας καθορίζεται από την εξίσωση
R = Q*(1-α) - I,
όπου Q είναι η συνολική ηλιακή ακτινοβολία που φθάνει ανά μονάδα επιφάνειας. α - albedo (κλάσμα); I - αποτελεσματική ακτινοβολία.
Εάν το εισόδημα είναι μεγαλύτερο από τη ροή, το ισοζύγιο ακτινοβολίας είναι θετικό εάν το εισόδημα είναι μικρότερο από τη ροή, το υπόλοιπο είναι αρνητικό. Τη νύχτα σε όλα τα γεωγραφικά πλάτη το ισοζύγιο ακτινοβολίας είναι αρνητικό, την ημέρα πριν το μεσημέρι είναι θετικό παντού εκτός από τα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη το χειμώνα. το απόγευμα - πάλι αρνητικό. Κατά μέσο όρο ανά ημέρα, το ισοζύγιο ακτινοβολίας μπορεί να είναι είτε θετικό είτε αρνητικό (Πίνακας 11).
Ο χάρτης των ετήσιων αθροισμάτων του ισοζυγίου ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης δείχνει μια απότομη αλλαγή στη θέση των ισογραμμών καθώς μετακινούνται από τη γη στον ωκεανό. Κατά κανόνα, το ισοζύγιο ακτινοβολίας της επιφάνειας του ωκεανού υπερβαίνει το ισοζύγιο ακτινοβολίας της ξηράς (η επίδραση του albedo και της αποτελεσματικής ακτινοβολίας). Η κατανομή του ισοζυγίου ακτινοβολίας είναι γενικά ζωνική. Στον ωκεανό σε τροπικά γεωγραφικά πλάτη, οι ετήσιες τιμές του ισοζυγίου ακτινοβολίας φτάνουν τα 140 kcal/cm2 (Αραβική Θάλασσα) και δεν υπερβαίνουν τα 30 kcal/cm2 στο όριο του πλωτού πάγου. Οι αποκλίσεις από τη ζώνη κατανομής του ισοζυγίου ακτινοβολίας στον Ωκεανό είναι ασήμαντες και προκαλούνται από την κατανομή της νεφελώσεως.
Σε ξηρά σε ισημερινά και τροπικά γεωγραφικά πλάτη, οι ετήσιες τιμές του ισοζυγίου ακτινοβολίας ποικίλλουν από 60 έως 90 kcal/cm2 ανάλογα με τις συνθήκες υγρασίας. Τα μεγαλύτερα ετήσια αθροίσματα του ισοζυγίου ακτινοβολίας παρατηρούνται σε εκείνες τις περιοχές όπου το albedo και η αποτελεσματική ακτινοβολία είναι σχετικά χαμηλά (υγρή τροπικά δάση, σαβάνες). Οι τιμές τους είναι χαμηλότερες σε πολύ υγρές (υψηλή συννεφιά) και πολύ ξηρές (υψηλή αποτελεσματική ακτινοβολία) περιοχές. Σε εύκρατα και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, η ετήσια τιμή του ισοζυγίου ακτινοβολίας μειώνεται με την αύξηση του γεωγραφικού πλάτους (η επίδραση της μείωσης της συνολικής ακτινοβολίας).
Τα ετήσια ποσά του ισοζυγίου ακτινοβολίας στις κεντρικές περιοχές της Ανταρκτικής είναι αρνητικά (αρκετές θερμίδες ανά 1 cm2). Στην Αρκτική, οι τιμές αυτών των ποσοτήτων είναι κοντά στο μηδέν.
Τον Ιούλιο το ισοζύγιο ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης σε σημαντικό τμήμα του νότιου ημισφαιρίου είναι αρνητικό. Γραμμή μηδενικό υπόλοιποδιέρχεται μεταξύ 40 και 50° Ν. w. Η υψηλότερη τιμή του ισοζυγίου ακτινοβολίας επιτυγχάνεται στην επιφάνεια του Ωκεανού στα τροπικά γεωγραφικά πλάτη του βόρειου ημισφαιρίου και στην επιφάνεια ορισμένων εσωτερικών θαλασσών, όπως η Μαύρη Θάλασσα (14-16 kcal/cm2 το μήνα).
Τον Ιανουάριο, η γραμμή μηδενικού ισοζυγίου βρίσκεται μεταξύ 40 και 50° Β. w. (πάνω από τους ωκεανούς υψώνεται κάπως προς τα βόρεια, πάνω από τις ηπείρους κατεβαίνει προς τα νότια). Ένα σημαντικό τμήμα του βόρειου ημισφαιρίου έχει αρνητικό ισοζύγιο ακτινοβολίας. Οι υψηλότερες τιμές του ισοζυγίου ακτινοβολίας περιορίζονται στα τροπικά γεωγραφικά πλάτη του νότιου ημισφαιρίου.
Κατά μέσο όρο ετησίως, το ισοζύγιο ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης είναι θετικό. Σε αυτή την περίπτωση, η θερμοκρασία της επιφάνειας δεν αυξάνεται, αλλά παραμένει περίπου σταθερή, κάτι που μπορεί να εξηγηθεί μόνο από τη συνεχή κατανάλωση περίσσειας θερμότητας.
Το ισοζύγιο ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας αποτελείται από την ηλιακή και την επίγεια ακτινοβολία που απορροφάται από αυτήν, αφενός, και την ατμοσφαιρική ακτινοβολία, αφετέρου. Είναι πάντα αρνητικό, αφού η ατμόσφαιρα απορροφά μόνο ένα μικρό μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας και εκπέμπει σχεδόν όσο και η επιφάνεια.
Το ισοζύγιο ακτινοβολίας της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας μαζί ως σύνολο για ολόκληρη τη Γη ανά έτος είναι κατά μέσο όρο μηδέν, αλλά σε γεωγραφικά πλάτη μπορεί να είναι θετικό και αρνητικό.
Η συνέπεια αυτής της κατανομής του ισοζυγίου ακτινοβολίας θα πρέπει να είναι η μεταφορά θερμότητας προς την κατεύθυνση από τον ισημερινό στους πόλους.
Ισορροπία θερμότητας.Η ισορροπία ακτινοβολίας είναι το πιο σημαντικό συστατικό της θερμικής ισορροπίας. Η εξίσωση του ισοζυγίου επιφανειακής θερμότητας δείχνει πώς μετατρέπεται η εισερχόμενη ενέργεια ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης:
όπου R είναι το ισοζύγιο ακτινοβολίας. LE - κατανάλωση θερμότητας για εξάτμιση (L - λανθάνουσα θερμότητα εξάτμισης, E - εξάτμιση).
P - τυρβώδης ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας.
A - ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ της επιφάνειας και των υποκείμενων στρωμάτων εδάφους ή νερού.
Το ισοζύγιο ακτινοβολίας μιας επιφάνειας θεωρείται θετικό εάν η ακτινοβολία που απορροφάται από την επιφάνεια υπερβαίνει την απώλεια θερμότητας και αρνητική εάν δεν την αναπληρώνει. Όλοι οι άλλοι όροι του ισοζυγίου θερμότητας θεωρούνται θετικοί εάν έχουν ως αποτέλεσμα απώλεια θερμότητας από την επιφάνεια (αν αντιστοιχούν στην κατανάλωση θερμότητας). Επειδή. όλοι οι όροι της εξίσωσης μπορούν να αλλάξουν, η θερμική ισορροπία διαταράσσεται συνεχώς και αποκαθίσταται ξανά.
Η εξίσωση του ισοζυγίου επιφανειακής θερμότητας που συζητήθηκε παραπάνω είναι κατά προσέγγιση, καθώς δεν λαμβάνει υπόψη κάποιους δευτερεύοντες παράγοντες που, υπό συγκεκριμένες συνθήκες, αποκτούν σπουδαίοςπαράγοντες, όπως η απελευθέρωση θερμότητας κατά την κατάψυξη, η κατανάλωσή της κατά την απόψυξη κ.λπ.
Η θερμική ισορροπία της ατμόσφαιρας αποτελείται από την ισορροπία ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας Ra, θερμότητα που προέρχεται από την επιφάνεια, Pa, θερμότητα που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα κατά τη συμπύκνωση, LE και οριζόντια μεταφορά θερμότητας (προσαγωγή) Aa. Το ισοζύγιο ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας είναι πάντα αρνητικό. Η εισροή θερμότητας ως αποτέλεσμα της συμπύκνωσης υγρασίας και το μέγεθος της τυρβώδους μεταφοράς θερμότητας είναι θετικά. Η έλξη θερμότητας οδηγεί, κατά μέσο όρο ανά έτος, στη μεταφορά της από χαμηλά γεωγραφικά πλάτη σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη: επομένως, σημαίνει απώλεια θερμότητας σε χαμηλά γεωγραφικά πλάτη και κέρδος θερμότητας σε μεγάλα γεωγραφικά πλάτη. Σε μια μακροπρόθεσμη παραγωγή, η θερμική ισορροπία της ατμόσφαιρας μπορεί να εκφραστεί με την εξίσωση Ra=Pa+LE.
Το ισοζύγιο θερμότητας της επιφάνειας και της ατμόσφαιρας μαζί ως σύνολο είναι ίσο με 0 σε μακροπρόθεσμο μέσο όρο (Εικ. 35).
Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που εισέρχεται στην ατμόσφαιρα ανά έτος (250 kcal/cm2) λαμβάνεται ως 100%. Η ηλιακή ακτινοβολία, που διεισδύει στην ατμόσφαιρα, ανακλάται εν μέρει από τα σύννεφα και πηγαίνει πίσω έξω από την ατμόσφαιρα - 38%, απορροφάται εν μέρει από την ατμόσφαιρα - 14% και εν μέρει με τη μορφή άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας φτάνει στην επιφάνεια της γης - 48%. Από το 48% που φτάνουν στην επιφάνεια, το 44% απορροφάται από αυτήν και το 4% αντανακλάται. Έτσι, το άλμπεντο της Γης είναι 42% (38+4).
Η ακτινοβολία που απορροφάται από την επιφάνεια της γης καταναλώνεται ως εξής: 20% χάνεται μέσω της αποτελεσματικής ακτινοβολίας, 18% δαπανάται για εξάτμιση από την επιφάνεια, 6% δαπανάται για θέρμανση του αέρα κατά την τυρβώδη ανταλλαγή θερμότητας (σύνολο 24%). Η κατανάλωση θερμότητας από την επιφάνεια εξισορροπεί την άφιξή της. Η θερμότητα που δέχεται η ατμόσφαιρα (14% απευθείας από τον Ήλιο, 24% από την επιφάνεια της γης), μαζί με την αποτελεσματική ακτινοβολία της Γης, κατευθύνεται στο διάστημα. Το άλμπεντο της Γης (42%) και η ακτινοβολία (58%) εξισορροπούν την εισροή της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα.
Εάν η ατμόσφαιρα μετέδιδε όλες τις ακτίνες του ήλιου στην επιφάνεια της γης, τότε το κλίμα οποιουδήποτε σημείου στη Γη θα εξαρτιόταν μόνο από το γεωγραφικό πλάτος. Αυτό πίστευαν στην αρχαιότητα. Ωστόσο, όταν οι ακτίνες του ήλιου περνούν από τη γήινη ατμόσφαιρα, όπως έχουμε ήδη δει, εξασθενούν λόγω των ταυτόχρονων διαδικασιών απορρόφησης και διασποράς. Σταγονίδια νερού και κρυστάλλους πάγουαπό τι είναι φτιαγμένα τα σύννεφα.
Εκείνο το μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας που φτάνει στην επιφάνεια της γης αφού διασκορπιστεί από την ατμόσφαιρα και τα σύννεφα ονομάζεται διάσπαρτη ακτινοβολία.Αυτό το τμήμα της ηλιακής ακτινοβολίας που διέρχεται από την ατμόσφαιρα χωρίς να διαχέεται ονομάζεταιάμεση ακτινοβολία.
Η ακτινοβολία διασκορπίζεται όχι μόνο από τα σύννεφα, αλλά και στον καθαρό ουρανό από μόρια, αέρια και σωματίδια σκόνης. Η αναλογία μεταξύ άμεσης και σκεδαζόμενης ακτινοβολίας ποικίλλει ευρέως. Εάν, με καθαρό ουρανό και κατακόρυφη πρόσπτωση ηλιακού φωτός, το ποσοστό της διάσπαρτης ακτινοβολίας είναι 0,1% της άμεσης ακτινοβολίας, τότε
Κάτω από συννεφιασμένους ουρανούς, η διάσπαρτη ακτινοβολία μπορεί να είναι μεγαλύτερη από την άμεση ακτινοβολία.
Σε μέρη του κόσμου όπου επικρατεί αίθριος καιρός, όπως π.χ Κεντρική Ασία, η κύρια πηγή θέρμανσης της επιφάνειας της γης είναι η άμεση ηλιακή ακτινοβολία. Όπου επικρατεί συννεφιασμένος καιρός, όπως, για παράδειγμα, στα βόρεια και βορειοδυτικά της ευρωπαϊκής επικράτειας της ΕΣΣΔ, η διάχυτη ηλιακή ακτινοβολία γίνεται σημαντική. Ο κόλπος Tikhaya, που βρίσκεται στα βόρεια, δέχεται διάσπαρτη ακτινοβολία σχεδόν μιάμιση φορά περισσότερο από την άμεση ακτινοβολία (Πίνακας 5). Στην Τασκένδη, αντίθετα, η διάχυτη ακτινοβολία είναι μικρότερη από το 1/3 της άμεσης ακτινοβολίας. Η άμεση ηλιακή ακτινοβολία στο Γιακούτσκ είναι μεγαλύτερη από ό,τι στο Λένινγκραντ. Αυτό εξηγείται από το γεγονός ότι στο Λένινγκραντ υπάρχουν περισσότερες συννεφιασμένες μέρες και λιγότερη διαφάνεια στον αέρα.
Albedo της επιφάνειας της γης. Η επιφάνεια της γης έχει την ικανότητα να ανακλά τις ακτίνες που πέφτουν πάνω της. Η ποσότητα της απορροφούμενης και ανακλώμενης ακτινοβολίας εξαρτάται από τις ιδιότητες της επιφάνειας της γης. Ο λόγος της ποσότητας της ενέργειας ακτινοβολίας που ανακλάται από την επιφάνεια ενός σώματος προς την ποσότητα της προσπίπτουσας ακτινοβολούμενης ενέργειας ονομάζεται albedo.Το Albedo χαρακτηρίζει την ανακλαστικότητα της επιφάνειας ενός σώματος. Όταν, για παράδειγμα, λένε ότι το άλμπεντο του φρεσκοπεσμένου χιονιού είναι 80-85%, αυτό σημαίνει ότι το 80-85% όλης της ακτινοβολίας που πέφτει στην επιφάνεια του χιονιού αντανακλάται από αυτό.
Το άλμπεντο του χιονιού και του πάγου εξαρτάται από την καθαρότητά τους. Στις βιομηχανικές πόλεις, λόγω της εναπόθεσης διαφόρων ακαθαρσιών, κυρίως αιθάλης, στο χιόνι, το albedo είναι λιγότερο. Αντίθετα, στις περιοχές της Αρκτικής το άλμπεντο του χιονιού μερικές φορές φτάνει το 94%. Δεδομένου ότι το άλμπεντο του χιονιού είναι το υψηλότερο σε σύγκριση με το άλμπεντο άλλων τύπων επιφάνειας της γης, η θέρμανση της επιφάνειας της γης συμβαίνει ασθενώς όταν υπάρχει χιονοκάλυψη. Το άλμπεντο της χλοοτάπητας και της άμμου είναι πολύ χαμηλότερο. Το άλμπεντο της χόρτης βλάστησης είναι 26%, και αυτό της άμμου είναι 30%. Αυτό σημαίνει ότι το γρασίδι απορροφά το 74% της ηλιακής ενέργειας και η άμμος - 70%. Η απορροφούμενη ακτινοβολία χρησιμοποιείται για εξάτμιση, ανάπτυξη φυτών και θέρμανση.
Το νερό έχει τη μεγαλύτερη ικανότητα απορρόφησης. Οι θάλασσες και οι ωκεανοί απορροφούν περίπου το 95% της ηλιακής ενέργειας που φτάνει στην επιφάνειά τους, δηλαδή το άλμπεντο του νερού είναι 5% (Εικ. 9). Είναι αλήθεια ότι το άλμπεντο του νερού εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης του ηλιακού φωτός (V.V. Shuleikin). Με κατακόρυφη πρόσπτωση ακτίνων από την επιφάνεια καθαρό νερόΜόνο το 2% της ακτινοβολίας αντανακλάται και όταν ο ήλιος είναι χαμηλά, σχεδόν όλη.
ΔΙΑΛΕΞΗ 2.
ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ.
Σχέδιο:
1. Η σημασία της ηλιακής ακτινοβολίας για τη ζωή στη Γη.
2. Είδη ηλιακής ακτινοβολίας.
3. Φασματική σύνθεση της ηλιακής ακτινοβολίας.
4. Απορρόφηση και διασπορά ακτινοβολίας.
5.PAR (φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία).
6. Ισορροπία ακτινοβολίας.
1. Η κύρια πηγή ενέργειας στη Γη για όλα τα έμβια όντα (φυτά, ζώα και ανθρώπους) είναι η ενέργεια του ήλιου.
Ο Ήλιος είναι μια μπάλα αερίου με ακτίνα 695.300 km. Η ακτίνα του Ήλιου είναι 109 φορές μεγαλύτερη από την ακτίνα της Γης (ισημερινή 6378,2 km, πολική 6356,8 km). Ο ήλιος αποτελείται κυρίως από υδρογόνο (64%) και ήλιο (32%). Τα υπόλοιπα αντιπροσωπεύουν μόνο το 4% της μάζας του.
Η ηλιακή ενέργεια είναι η κύρια προϋπόθεση για την ύπαρξη της βιόσφαιρας και ένας από τους κύριους παράγοντες διαμόρφωσης του κλίματος. Λόγω της ενέργειας του Ήλιου, οι μάζες αέρα στην ατμόσφαιρα κινούνται συνεχώς, γεγονός που εξασφαλίζει τη σταθερότητα της σύστασης αερίων της ατμόσφαιρας. Υπό την επίδραση της ηλιακής ακτινοβολίας, μια τεράστια ποσότητα νερού εξατμίζεται από την επιφάνεια των δεξαμενών, του εδάφους και των φυτών. Οι υδρατμοί που μεταφέρονται από τον άνεμο από τους ωκεανούς και τις θάλασσες στις ηπείρους είναι η κύρια πηγή βροχοπτώσεων για την ξηρά.
Η ηλιακή ενέργεια είναι απαραίτητη προϋπόθεση για την ύπαρξη πράσινων φυτών, τα οποία μετατρέπουν την ηλιακή ενέργεια σε οργανικές ουσίες υψηλής ενέργειας μέσω της διαδικασίας της φωτοσύνθεσης.
Η ανάπτυξη και η ανάπτυξη των φυτών είναι μια διαδικασία αφομοίωσης και επεξεργασίας της ηλιακής ενέργειας, επομένως η αγροτική παραγωγή είναι δυνατή μόνο εάν η ηλιακή ενέργεια φτάσει στην επιφάνεια της Γης. Ο Ρώσος επιστήμονας έγραψε: «Δώστε στον καλύτερο μάγειρα όσο καθαρό αέρα θέλει. ηλιακό φως, ένα ολόκληρο ποτάμι με καθαρό νερό, ζητήστε του να ετοιμάσει ζάχαρη, άμυλο, λίπη και δημητριακά από όλα αυτά και θα αποφασίσει ότι του γελάτε. Αλλά αυτό που φαίνεται απολύτως φανταστικό σε έναν άνθρωπο συμβαίνει ανεμπόδιστα στα πράσινα φύλλα των φυτών υπό την επίδραση της ενέργειας του Ήλιου». Υπολογίζεται ότι 1 τετρ. Ένα μέτρο φύλλων παράγει ένα γραμμάριο ζάχαρης την ώρα. Λόγω του γεγονότος ότι η Γη περιβάλλεται από ένα συνεχές κέλυφος της ατμόσφαιρας, οι ακτίνες του ήλιου, πριν φτάσουν στην επιφάνεια της γης, περνούν από όλο το πάχος της ατμόσφαιρας, το οποίο εν μέρει τις αντανακλά και εν μέρει τις διασκορπίζει, δηλ. την ποσότητα και την ποιότητα του ηλιακού φωτός που φτάνει στην επιφάνεια της γης. Οι ζωντανοί οργανισμοί αντιδρούν με ευαισθησία στις αλλαγές στην ένταση του φωτισμού που δημιουργείται από την ηλιακή ακτινοβολία. Λόγω των διαφορετικών αντιδράσεων στην ένταση του φωτός, όλες οι μορφές βλάστησης χωρίζονται σε φωτόφιλες και ανεκτικές στη σκιά. Ο ανεπαρκής φωτισμός στις καλλιέργειες προκαλεί, για παράδειγμα, κακή διαφοροποίηση των ιστών άχυρου των καλλιεργειών σιτηρών. Ως αποτέλεσμα, η αντοχή και η ελαστικότητα των ιστών μειώνονται, γεγονός που συχνά οδηγεί σε παραμονή των καλλιεργειών. Στις πυκνές καλλιέργειες καλαμποκιού, λόγω της χαμηλής ηλιακής ακτινοβολίας, ο σχηματισμός στάχυων στα φυτά εξασθενεί.
Η ηλιακή ακτινοβολία επηρεάζει χημική σύνθεσηαγροτικά προϊόντα. Για παράδειγμα, η περιεκτικότητα σε ζάχαρη των τεύτλων και των φρούτων, η περιεκτικότητα σε πρωτεΐνες στους κόκκους σιταριού εξαρτώνται άμεσα από τον αριθμό των ηλιόλουστων ημερών. Η ποσότητα του λαδιού στους σπόρους ηλίανθου και λιναριού αυξάνεται επίσης με την αύξηση της ηλιακής ακτινοβολίας.
Ο φωτισμός των υπέργειων τμημάτων των φυτών επηρεάζει σημαντικά την απορρόφηση των θρεπτικών συστατικών από τις ρίζες. Σε συνθήκες χαμηλού φωτισμού, η μεταφορά των αφομοιώσεων στις ρίζες επιβραδύνεται και ως αποτέλεσμα, οι βιοσυνθετικές διεργασίες που συμβαίνουν στα φυτικά κύτταρα αναστέλλονται.
Ο φωτισμός επηρεάζει επίσης την εμφάνιση, την εξάπλωση και την ανάπτυξη ασθενειών των φυτών. Η περίοδος μόλυνσης αποτελείται από δύο φάσεις που διαφέρουν ως προς την αντίδρασή τους στον παράγοντα φωτός. Το πρώτο από αυτά - η πραγματική βλάστηση των σπορίων και η διείσδυση της μολυσματικής αρχής στους ιστούς της επηρεασμένης καλλιέργειας - στις περισσότερες περιπτώσεις δεν εξαρτάται από την παρουσία και την ένταση του φωτός. Το δεύτερο - μετά τη βλάστηση των σπορίων - είναι πιο ενεργό υπό αυξημένο φωτισμό.
Η θετική επίδραση του φωτός επηρεάζει επίσης τον ρυθμό ανάπτυξης του παθογόνου στο φυτό ξενιστή. Αυτό είναι ιδιαίτερα εμφανές στους μύκητες σκουριάς. Όσο περισσότερο φως, τόσο πιο κοντό περίοδος επώασηςσε γραμμική σκουριά του σιταριού, κίτρινη σκουριά κριθαριού, σκουριά λιναριού και φασολιών κλπ. Και αυτό αυξάνει τον αριθμό των γενεών του μύκητα και αυξάνει την ένταση της ζημιάς. Η γονιμότητα αυξάνεται σε αυτό το παθογόνο υπό συνθήκες έντονου φωτισμού
Ορισμένες ασθένειες αναπτύσσονται πιο ενεργά σε ανεπαρκή φωτισμό, γεγονός που προκαλεί αποδυνάμωση των φυτών και μείωση της αντοχής τους σε ασθένειες (παθογόνα διαφόρων τύπων σήψης, ιδιαίτερα των λαχανικών).
Διάρκεια φωτός και φυτά. Ο ρυθμός της ηλιακής ακτινοβολίας (εναλλαγή φωτεινών και σκοτεινών τμημάτων της ημέρας) είναι ο πιο σταθερός περιβαλλοντικός παράγοντας που επαναλαμβάνεται από χρόνο σε χρόνο. Ως αποτέλεσμα πολλών ετών έρευνας, οι φυσιολόγοι έχουν διαπιστώσει την εξάρτηση της μετάβασης των φυτών στη γενετική ανάπτυξη από μια ορισμένη αναλογία της διάρκειας της ημέρας και της νύχτας. Από αυτή την άποψη, οι καλλιέργειες μπορούν να ταξινομηθούν σε ομάδες ανάλογα με τη φωτοπεριοδική αντίδρασή τους: σύντομη μέρα, η ανάπτυξη του οποίου καθυστερεί όταν η διάρκεια της ημέρας είναι μεγαλύτερη από 10 ώρες. Μια σύντομη μέρα προάγει την έναρξη των λουλουδιών, ενώ μια κουραστική μέρα το αποτρέπει. Τέτοιες καλλιέργειες περιλαμβάνουν σόγια, ρύζι, κεχρί, σόργο, καλαμπόκι κ.λπ.
μεγάλη μέρα μέχρι τις 12-13 η ώρα,που απαιτούν παρατεταμένο φωτισμό για την ανάπτυξή τους. Η ανάπτυξή τους επιταχύνεται όταν η διάρκεια της ημέρας είναι περίπου 20 ώρες Αυτές οι καλλιέργειες περιλαμβάνουν τη σίκαλη, τη βρώμη, το σιτάρι, το λινάρι, τον αρακά, το σπανάκι, το τριφύλλι κ.λπ.
ουδέτερη διάρκεια ημέρας, η ανάπτυξη της οποίας δεν εξαρτάται από τη διάρκεια της ημέρας, για παράδειγμα, ντομάτα, φαγόπυρο, όσπρια, ραβέντι.
Έχει διαπιστωθεί ότι για να αρχίσουν τα φυτά να ανθίζουν, είναι απαραίτητη η επικράτηση μιας ορισμένης φασματικής σύνθεσης στη ροή ακτινοβολίας. Τα φυτά μικρής ημέρας αναπτύσσονται ταχύτερα όταν η μέγιστη ακτινοβολία πέφτει στις μπλε-ιώδεις ακτίνες και τα φυτά μεγάλης ημέρας - σε κόκκινα. Η διάρκεια των ωρών της ημέρας (αστρονομική διάρκεια ημέρας) εξαρτάται από την εποχή του έτους και το γεωγραφικό πλάτος. Στον ισημερινό, η διάρκεια της ημέρας καθ' όλη τη διάρκεια του έτους είναι 12 ώρες ± 30 λεπτά. Καθώς μετακινείστε από τον ισημερινό στους πόλους μετά την εαρινή ισημερία (21.03), η διάρκεια της ημέρας αυξάνεται προς τα βόρεια και μειώνεται προς τα νότια. Μετά τη φθινοπωρινή ισημερία (23 Σεπτεμβρίου), η κατανομή της διάρκειας της ημέρας αντιστρέφεται. Στο βόρειο ημισφαίριο, η 22η Ιουνίου είναι η μεγαλύτερη ημέρα, η διάρκεια της οποίας είναι 24 ώρες βόρεια του Αρκτικού Κύκλου Η συντομότερη ημέρα στο Βόρειο Ημισφαίριο είναι η 22η Δεκεμβρίου και πέρα από τον Αρκτικό Κύκλο τους χειμερινούς μήνες ο Ήλιος δεν ανατέλλει. πάνω από τον ορίζοντα καθόλου. Στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη, για παράδειγμα στη Μόσχα, η διάρκεια της ημέρας ποικίλλει καθ 'όλη τη διάρκεια του έτους από 7 έως 17,5 ώρες.
2. Τύποι ηλιακής ακτινοβολίας.
Η ηλιακή ακτινοβολία αποτελείται από τρία συστατικά: την άμεση ηλιακή ακτινοβολία, τη διάχυτη και την ολική.
ΑΜΕΣΗ ΗΛΙΑΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑS -ακτινοβολία που προέρχεται από τον Ήλιο στην ατμόσφαιρα και στη συνέχεια στην επιφάνεια της γης με τη μορφή δέσμης παράλληλων ακτίνων. Η έντασή του μετριέται σε θερμίδες ανά cm2 ανά λεπτό. Εξαρτάται από το ύψος του ήλιου και την κατάσταση της ατμόσφαιρας (συννεφιά, σκόνη, υδρατμοί). Η ετήσια ποσότητα άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας στην οριζόντια επιφάνεια της επικράτειας της Σταυρούπολης είναι 65-76 kcal/cm2/min. Στο επίπεδο της θάλασσας, με υψηλή θέση του Ήλιου (καλοκαίρι, μεσημέρι) και καλή διαφάνεια, η άμεση ηλιακή ακτινοβολία είναι 1,5 kcal/cm2/min. Αυτό είναι το τμήμα μικρού μήκους κύματος του φάσματος. Όταν η ροή της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας διέρχεται από την ατμόσφαιρα, εξασθενεί λόγω της απορρόφησης (περίπου 15%) και της διασποράς (περίπου 25%) της ενέργειας από αέρια, αερολύματα και σύννεφα.
Η ροή της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που πέφτει σε μια οριζόντια επιφάνεια ονομάζεται ηλιοφάνεια μικρό= μικρό αμαρτία χο– κατακόρυφη συνιστώσα της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας.
μικρό – την ποσότητα θερμότητας που δέχεται μια επιφάνεια κάθετη στη δέσμη ,
χο – το ύψος του Ήλιου, δηλαδή η γωνία που σχηματίζει μια ηλιακή ακτίνα με οριζόντια επιφάνεια .
Στα όρια της ατμόσφαιρας, η ένταση της ηλιακής ακτινοβολίας είναιΈτσι= 1,98 kcal/cm2/min. – σύμφωνα με τη διεθνή συμφωνία του 1958 Και ονομάζεται ηλιακή σταθερά. Έτσι θα φαινόταν στην επιφάνεια αν η ατμόσφαιρα ήταν απολύτως διαφανής.
Ρύζι. 2.1. Μονοπάτι μιας ηλιαχτίδας στην ατμόσφαιρα στο διαφορετικά ύψηΉλιος
ΣΚΟΡΠΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑρε – Ως αποτέλεσμα της σκέδασης από την ατμόσφαιρα, μέρος της ηλιακής ακτινοβολίας επιστρέφει στο διάστημα, αλλά ένα σημαντικό μέρος της φτάνει στη Γη με τη μορφή διάσπαρτης ακτινοβολίας. Μέγιστη διάσπαρτη ακτινοβολία + 1 kcal/cm2/min. Παρατηρείται όταν ο ουρανός είναι καθαρός και υπάρχουν ψηλά σύννεφα. Κάτω από συννεφιασμένους ουρανούς, το φάσμα της διάσπαρτης ακτινοβολίας είναι παρόμοιο με αυτό του ήλιου. Αυτό είναι το τμήμα βραχέων κυμάτων του φάσματος. Μήκος κύματος 0,17-4 μικρά.
ΣΥΝΟΛΙΚΗ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑQ- αποτελείται από διάχυτη και άμεση ακτινοβολία σε οριζόντια επιφάνεια. Q= μικρό+ ρε.
Η αναλογία μεταξύ άμεσης και διάχυτης ακτινοβολίας στη σύνθεση της συνολικής ακτινοβολίας εξαρτάται από το ύψος του Ήλιου, τη συννεφιά και την ατμοσφαιρική ρύπανση και το ύψος της επιφάνειας πάνω από την επιφάνεια της θάλασσας. Καθώς το ύψος του Ήλιου αυξάνεται, το ποσοστό της διάσπαρτης ακτινοβολίας σε έναν ουρανό χωρίς σύννεφα μειώνεται. Όσο πιο διαφανής είναι η ατμόσφαιρα και όσο υψηλότερος είναι ο Ήλιος, τόσο μικρότερη είναι η αναλογία της διάσπαρτης ακτινοβολίας. Με συνεχή πυκνά σύννεφα, η συνολική ακτινοβολία αποτελείται εξ ολοκλήρου από διάσπαρτη ακτινοβολία. Το χειμώνα, λόγω της ανάκλασης της ακτινοβολίας από το κάλυμμα του χιονιού και της δευτερογενούς σκέδασής του στην ατμόσφαιρα, το μερίδιο της διάσπαρτης ακτινοβολίας στη συνολική ακτινοβολία αυξάνεται αισθητά.
Το φως και η θερμότητα που λαμβάνουν τα φυτά από τον Ήλιο είναι το αποτέλεσμα της συνολικής ηλιακής ακτινοβολίας. Να γιατί μεγάλης σημασίαςγια τη γεωργία έχουν στοιχεία για την ποσότητα ακτινοβολίας που δέχεται η επιφάνεια ανά ημέρα, μήνα, καλλιεργητική περίοδο, έτος.
Ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία. Albedo. Η συνολική ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της γης, μερικώς ανακλώμενη από αυτήν, δημιουργεί ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία (RK), που κατευθύνεται από την επιφάνεια της γης στην ατμόσφαιρα. Η τιμή της ανακλώμενης ακτινοβολίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από τις ιδιότητες και την κατάσταση της ανακλώσας επιφάνειας: χρώμα, τραχύτητα, υγρασία κ.λπ. αντανακλά την ηλιακή ακτινοβολία στο σύνολο. Το Albedo συνήθως εκφράζεται ως ποσοστό:
Οι παρατηρήσεις δείχνουν ότι το άλμπεντο διαφόρων επιφανειών ποικίλλει εντός σχετικά στενών ορίων (10...30%), με εξαίρεση το χιόνι και το νερό.
Το Albedo εξαρτάται από την υγρασία του εδάφους, με μια αύξηση στην οποία μειώνεται, κάτι που είναι σημαντικό στη διαδικασία αλλαγής του θερμικού καθεστώτος των αρδευόμενων αγρών. Λόγω της μείωσης του albedo όταν το έδαφος υγραίνεται, η απορροφούμενη ακτινοβολία αυξάνεται. Το άλμπεντο διαφόρων επιφανειών έχει μια καλά καθορισμένη ημερήσια και ετήσια διακύμανση, λόγω της εξάρτησης του άλμπεντο από το ύψος του Ήλιου. Χαμηλότερη τιμήΤο albedo παρατηρείται γύρω στο μεσημέρι και όλο το χρόνο το καλοκαίρι.
Η ακτινοβολία της ίδιας της Γης και η αντίθετη ακτινοβολία από την ατμόσφαιρα. Αποτελεσματική ακτινοβολία.Η επιφάνεια της Γης ως φυσικό σώμα που έχει θερμοκρασία πάνω από το απόλυτο μηδέν (-273 ° C) είναι μια πηγή ακτινοβολίας, η οποία ονομάζεται ακτινοβολία της ίδιας της Γης (E3). Κατευθύνεται στην ατμόσφαιρα και απορροφάται σχεδόν πλήρως από τους υδρατμούς, τα σταγονίδια νερού και το διοξείδιο του άνθρακα που περιέχεται στον αέρα. Η ακτινοβολία της Γης εξαρτάται από τη θερμοκρασία της επιφάνειάς της.
Η ατμόσφαιρα, απορροφώντας μια μικρή ποσότητα ηλιακής ακτινοβολίας και σχεδόν όλη την ενέργεια που εκπέμπεται από την επιφάνεια της γης, θερμαίνεται και, με τη σειρά της, εκπέμπει επίσης ενέργεια. Περίπου το 30% της ατμοσφαιρικής ακτινοβολίας πηγαίνει στο διάστημα, και περίπου το 70% έρχεται στην επιφάνεια της Γης και ονομάζεται αντίθετη ατμοσφαιρική ακτινοβολία (Ea).
Η ποσότητα ενέργειας που εκπέμπεται από την ατμόσφαιρα είναι ευθέως ανάλογη με τη θερμοκρασία, το διοξείδιο του άνθρακα, το όζον και τη θολότητα.
Η επιφάνεια της Γης απορροφά αυτή την αντίθετη ακτινοβολία σχεδόν εξ ολοκλήρου (90...99%). Έτσι, είναι για την επιφάνεια της γης σημαντική πηγήθερμότητα εκτός από την απορροφούμενη ηλιακή ακτινοβολία. Αυτή η επίδραση της ατμόσφαιρας στο θερμικό καθεστώς της Γης ονομάζεται φαινόμενο θερμοκηπίου ή θερμοκηπίου λόγω της εξωτερικής αναλογίας με την επίδραση του γυαλιού σε θερμοκήπια και θερμοκήπια. Το γυαλί μεταδίδει καλά τις ακτίνες του ήλιου, θερμαίνοντας το έδαφος και τα φυτά, αλλά εμποδίζει τη θερμική ακτινοβολία του θερμαινόμενου εδάφους και των φυτών.
Η διαφορά μεταξύ της ακτινοβολίας της ίδιας της επιφάνειας της Γης και της αντίθετης ακτινοβολίας της ατμόσφαιρας ονομάζεται αποτελεσματική ακτινοβολία: Eeff.
Eef=Ε3-ΕΑ
Τις καθαρές και μερικώς συννεφιασμένες νύχτες, η αποτελεσματική ακτινοβολία είναι πολύ μεγαλύτερη από ό,τι τις νυχτερινές νύχτες, και επομένως η νυχτερινή ψύξη της επιφάνειας της γης είναι μεγαλύτερη. Κατά τη διάρκεια της ημέρας καλύπτεται από την απορροφούμενη ολική ακτινοβολία, με αποτέλεσμα να ανεβαίνει η θερμοκρασία της επιφάνειας. Ταυτόχρονα, η αποτελεσματική ακτινοβολία αυξάνεται επίσης. Η επιφάνεια της γης στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη χάνει 70...140 W/m2 λόγω της αποτελεσματικής ακτινοβολίας, που είναι περίπου η μισή ποσότητα θερμότητας που λαμβάνει από την απορρόφηση της ηλιακής ακτινοβολίας.
3. Φασματική σύνθεση ακτινοβολίας.
Ο ήλιος, ως πηγή ακτινοβολίας, έχει ποικίλα εκπεμπόμενα κύματα. Οι ροές ακτινοβολούμενης ενέργειας ανάλογα με το μήκος κύματος χωρίζονται συμβατικά σε βραχέων κυμάτων (Χ < 4 мкм) и длинноволновую (А. >4 μm) ακτινοβολία.Το φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας στο όριο της γήινης ατμόσφαιρας βρίσκεται πρακτικά μεταξύ μήκους κύματος 0,17 και 4 μικρομέτρων, και αυτό της επίγειας και ατμοσφαιρικής ακτινοβολίας - από 4 έως 120 μικρά. Κατά συνέπεια, οι ροές της ηλιακής ακτινοβολίας (S, D, RK) ανήκουν στην ακτινοβολία βραχέων κυμάτων και η ακτινοβολία της Γης (£3) και της ατμόσφαιρας (Ea) ανήκει στην ακτινοβολία μακρών κυμάτων.
Το φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας μπορεί να χωριστεί σε τρία ποιοτικά διαφορετικά μέρη: την υπεριώδη (Υ< 0,40 мкм), видимую (0,40 мкм < Y < 0,75 μm) και υπέρυθρη (0,76 μm < Υ < 4 μm). Πριν από το υπεριώδες τμήμα του φάσματος της ηλιακής ακτινοβολίας βρίσκεται η ακτινοβολία ακτίνων Χ και πέρα από το υπέρυθρο τμήμα βρίσκεται η ραδιοεκπομπή του Ήλιου. Στο ανώτερο όριο της ατμόσφαιρας, το υπεριώδες τμήμα του φάσματος αντιπροσωπεύει περίπου το 7% της ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας, το 46% για την ορατή και το 47% για το υπέρυθρο.
Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από τη Γη και την ατμόσφαιρα ονομάζεται μακρινή υπέρυθρη ακτινοβολία.
Βιολογική δράση ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΟΙ ΤΥΠΟΙη ακτινοβολία στα φυτά ποικίλλει. Υπεριωδης ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑεπιβραδύνει τις διαδικασίες ανάπτυξης, αλλά επιταχύνει το πέρασμα των σταδίων σχηματισμού των αναπαραγωγικών οργάνων στα φυτά.
Έννοια της υπέρυθρης ακτινοβολίας, που απορροφάται ενεργά από το νερό από τα φύλλα και τους μίσχους των φυτών, είναι η θερμική του επίδραση, η οποία επηρεάζει σημαντικά την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών.
Άπω υπέρυθρη ακτινοβολίαπαράγει μόνο θερμική επίδραση στα φυτά. Η επιρροή του στην ανάπτυξη και ανάπτυξη των φυτών είναι ασήμαντη.
Ορατό τμήμα του ηλιακού φάσματος, πρώτον, δημιουργεί φωτισμό. Δεύτερον, η λεγόμενη φυσιολογική ακτινοβολία (A, = 0,35...0,75 μm), η οποία απορροφάται από τις χρωστικές των φύλλων, σχεδόν συμπίπτει με την περιοχή της ορατής ακτινοβολίας (εν μέρει σύλληψη της περιοχής της υπεριώδους ακτινοβολίας). Η ενέργειά του έχει σημαντική ρυθμιστική και ενεργειακή σημασία στη ζωή των φυτών. Μέσα σε αυτό το τμήμα του φάσματος, διακρίνεται μια περιοχή φωτοσυνθετικά ενεργής ακτινοβολίας.
4. Απορρόφηση και διασπορά της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα.
Καθώς η ηλιακή ακτινοβολία διέρχεται από την ατμόσφαιρα της γης, εξασθενεί λόγω της απορρόφησης και της διασποράς από τα ατμοσφαιρικά αέρια και τα αερολύματα. Ταυτόχρονα αλλάζει και η φασματική του σύνθεση. Με διαφορετικά ύψη του ήλιου και διαφορετικά ύψη του σημείου παρατήρησης πάνω από την επιφάνεια της γης, το μήκος της διαδρομής που διανύει μια ηλιακή ακτίνα στην ατμόσφαιρα δεν είναι το ίδιο. Καθώς το υψόμετρο μειώνεται, το υπεριώδες τμήμα της ακτινοβολίας μειώνεται ιδιαίτερα έντονα, το ορατό τμήμα μειώνεται κάπως λιγότερο και το υπέρυθρο τμήμα μειώνεται ελαφρώς.
Η διασπορά της ακτινοβολίας στην ατμόσφαιρα συμβαίνει κυρίως ως αποτέλεσμα συνεχών διακυμάνσεων (διακυμάνσεων) της πυκνότητας του αέρα σε κάθε σημείο της ατμόσφαιρας, που προκαλούνται από το σχηματισμό και την καταστροφή ορισμένων «συσσωματωμάτων» (συσσωματωμάτων) μορίων ατμοσφαιρικού αερίου. Η ηλιακή ακτινοβολία διασκορπίζεται επίσης από σωματίδια αερολύματος. Η ένταση της σκέδασης χαρακτηρίζεται από τον συντελεστή σκέδασης.
K= προσθήκη τύπου.
Η ένταση της σκέδασης εξαρτάται από τον αριθμό των σωματιδίων σκέδασης ανά μονάδα όγκου, από το μέγεθος και τη φύση τους, καθώς και από τα μήκη κύματος της ίδιας της σκεδαζόμενης ακτινοβολίας.
Όσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο πιο έντονα διασκορπίζονται οι ακτίνες. Για παράδειγμα, οι βιολετί ακτίνες διασκορπίζονται 14 φορές πιο έντονα από τις κόκκινες, γεγονός που εξηγεί το μπλε χρώμα του ουρανού. Όπως σημειώθηκε παραπάνω (βλ. Ενότητα 2.2), η άμεση ηλιακή ακτινοβολία, που διέρχεται από την ατμόσφαιρα, είναι μερικώς διάσπαρτη. Σε καθαρό και ξηρό αέρα, η ένταση του συντελεστή μοριακής σκέδασης υπακούει στο νόμο του Rayleigh:
k= c/Υ4 ,
όπου C είναι ένας συντελεστής που εξαρτάται από τον αριθμό των μορίων αερίου ανά μονάδα όγκου. X είναι το μήκος του σκεδαζόμενου κύματος.
Δεδομένου ότι τα μακρινά μήκη κύματος του κόκκινου φωτός είναι σχεδόν διπλάσια από το μήκος κύματος του ιώδους φωτός, τα πρώτα σκεδάζονται από μόρια αέρα 14 φορές λιγότερο από το δεύτερο. Δεδομένου ότι η αρχική ενέργεια (πριν από τη σκέδαση) των ιωδών ακτίνων είναι μικρότερη από εκείνη των μπλε και κυανών, η μέγιστη ενέργεια στο διάσπαρτο φως (διεσπαρμένη ηλιακή ακτινοβολία) μετατοπίζεται σε μπλε-μπλε ακτίνες, οι οποίες καθορίζουν το μπλε χρώμα του ουρανού. Έτσι, η διάσπαρτη ακτινοβολία είναι πιο πλούσια σε φωτοσυνθετικά ενεργές ακτίνες από την άμεση ακτινοβολία.
Στον αέρα που περιέχει ακαθαρσίες (μικρά σταγονίδια νερού, κρύσταλλοι πάγου, σωματίδια σκόνης κ.λπ.), η σκέδαση είναι ίδια για όλες τις περιοχές ορατής ακτινοβολίας. Επομένως, ο ουρανός παίρνει μια λευκωπή απόχρωση (εμφανίζεται ομίχλη). Τα στοιχεία του σύννεφου (μεγάλα σταγονίδια και κρύσταλλοι) δεν διασκορπίζουν καθόλου τις ακτίνες του ήλιου, αλλά τις αντανακλούν διάχυτα. Ως αποτέλεσμα, τα σύννεφα που φωτίζονται από τον Ήλιο έχουν άσπρο χρώμα.
5. PAR (φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία)
Φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία. Στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, δεν χρησιμοποιείται ολόκληρο το φάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας, αλλά μόνο αυτό
τμήμα που βρίσκεται στην περιοχή μήκους κύματος 0,38...0,71 μm - φωτοσυνθετικά ενεργή ακτινοβολία (PAR).
Είναι γνωστό ότι η ορατή ακτινοβολία, που γίνεται αντιληπτή από το ανθρώπινο μάτι ως λευκή, αποτελείται από έγχρωμες ακτίνες: κόκκινο, πορτοκαλί, κίτρινο, πράσινο, μπλε, λουλακί και μοβ.
Η απορρόφηση της ενέργειας της ηλιακής ακτινοβολίας από τα φύλλα των φυτών είναι επιλεκτική. Τα φύλλα απορροφούν πιο εντατικά τις μπλε-βιολετί (Χ = 0,48...0,40 μm) και πορτοκαλοκόκκινες (Χ = 0,68 μm) ακτίνες, λιγότερο - κιτρινοπράσινες (Α. = 0,58... 0,50 μm) και πολύ κόκκινες ( Α. > 0,69 μm) ακτίνες.
Στην επιφάνεια της γης, η μέγιστη ενέργεια στο φάσμα της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας, όταν ο Ήλιος είναι ψηλά, πέφτει στην περιοχή των κιτρινοπράσινων ακτίνων (ο ηλιακός δίσκος είναι κίτρινος). Όταν ο Ήλιος βρίσκεται κοντά στον ορίζοντα, οι μακρινές κόκκινες ακτίνες έχουν μέγιστη ενέργεια (ο ηλιακός δίσκος είναι κόκκινος). Επομένως, η ενέργεια του άμεσου ηλιακού φωτός συμβάλλει ελάχιστα στη διαδικασία της φωτοσύνθεσης.
Δεδομένου ότι το PAR είναι ένας από τους πιο σημαντικούς παράγοντες στην παραγωγικότητα των γεωργικών φυτών, οι πληροφορίες σχετικά με την ποσότητα του εισερχόμενου PAR, λαμβάνοντας υπόψη την κατανομή του στην επικράτεια και στο χρόνο, έχουν μεγάλη πρακτική σημασία.
Η ένταση της συστοιχίας φάσεων μπορεί να μετρηθεί, αλλά αυτό απαιτεί ειδικά φίλτρα που μεταδίδουν μόνο κύματα στην περιοχή 0,38...0,71 microns. Τέτοιες συσκευές υπάρχουν, αλλά δεν χρησιμοποιούνται στο δίκτυο των ακτινομετρικών σταθμών. Η τιμή PAR μπορεί να υπολογιστεί από δεδομένα για την άφιξη άμεσης, διάχυτης ή ολικής ακτινοβολίας χρησιμοποιώντας τους συντελεστές που προτείνει ο X. G. Tooming και:
Qfar = 0,43 μικρό" +0,57 D);
Συντάχθηκαν χάρτες της κατανομής των μηνιαίων και ετήσιων ποσών Fara στο έδαφος της Ρωσίας.
Για να χαρακτηριστεί ο βαθμός χρήσης του PAR από τις καλλιέργειες, χρησιμοποιείται ένας συντελεστής ευεργετική χρήση PAR:
KPIfar= (ποσόQ/ προβολείς/ποσόQ/ προβολείς) 100%,
Οπου άθροισμαQ/ προβολείς- το ποσό του PAR που δαπανάται για τη φωτοσύνθεση κατά τη διάρκεια της καλλιεργητικής περιόδου των φυτών· άθροισμαQ/ προβολείς- το ποσό του PAR που ελήφθη για καλλιέργειες κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου·
Οι καλλιέργειες σύμφωνα με τις μέσες τιμές KPIFAr τους χωρίζονται σε ομάδες (κατά): συνήθως παρατηρούνται - 0,5...1,5%; καλό - 1,5 ... 3,0; ρεκόρ - 3,5...5,0; θεωρητικά δυνατό - 6,0...8,0%.
6. ΙΣΟΖΥΓΙΟ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΤΗΣ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΣ ΤΗΣ ΓΗΣ
Η διαφορά μεταξύ των εισερχόμενων και εξερχόμενων ροών ακτινοβολούμενης ενέργειας ονομάζεται ισορροπία ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης (Β).
Το εισερχόμενο μέρος του ισοζυγίου ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης κατά τη διάρκεια της ημέρας αποτελείται από άμεση ηλιακή και διάσπαρτη ακτινοβολία, καθώς και από ατμοσφαιρική ακτινοβολία. Το μέρος των δαπανών του ισοζυγίου είναι η ακτινοβολία της επιφάνειας της γης και η ανακλώμενη ηλιακή ακτινοβολία:
σι= μικρό / + ρε+ Εα-E3-Rk
Η εξίσωση μπορεί να γραφτεί με άλλη μορφή: σι = Q- RK - Εφ.
Για τη νύχτα, η εξίσωση ισορροπίας ακτινοβολίας έχει την ακόλουθη μορφή:
B = Ea - E3, ή B = -Eeff.
Εάν η εισροή ακτινοβολίας είναι μεγαλύτερη από την εκροή, τότε το ισοζύγιο ακτινοβολίας είναι θετικό και η ενεργή επιφάνεια* θερμαίνεται. Όταν το υπόλοιπο είναι αρνητικό, κρυώνει. Το καλοκαίρι, το ισοζύγιο ακτινοβολίας είναι θετικό κατά τη διάρκεια της ημέρας και αρνητικό τη νύχτα. Η διέλευση του μηδενός γίνεται το πρωί περίπου 1 ώρα μετά την ανατολή του ηλίου και το βράδυ 1...2 ώρες πριν τη δύση του ηλίου.
Το ετήσιο ισοζύγιο ακτινοβολίας σε περιοχές όπου υπάρχει σταθερή χιονοκάλυψη έχει αρνητικές τιμές την ψυχρή περίοδο και θετικές τιμές τη θερμή περίοδο.
Η ισορροπία ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης επηρεάζει σημαντικά την κατανομή της θερμοκρασίας στο έδαφος και το επιφανειακό στρώμα της ατμόσφαιρας, καθώς και τις διαδικασίες εξάτμισης και τήξης χιονιού, το σχηματισμό ομίχλης και παγετού, αλλαγές στις ιδιότητες των μαζών αέρα (τους μεταμόρφωση).
Η γνώση του καθεστώτος ακτινοβολίας της γεωργικής γης καθιστά δυνατό τον υπολογισμό της ποσότητας ακτινοβολίας που απορροφάται από τις καλλιέργειες και το έδαφος ανάλογα με το ύψος του Ήλιου, τη δομή της καλλιέργειας και τη φάση ανάπτυξης των φυτών. Τα δεδομένα για το καθεστώς είναι επίσης απαραίτητα για την αξιολόγηση διαφορετικές τεχνικέςρύθμιση της θερμοκρασίας και της υγρασίας του εδάφους, η εξάτμιση, από την οποία εξαρτάται η ανάπτυξη και ανάπτυξη των φυτών, ο σχηματισμός της καλλιέργειας, η ποσότητα και η ποιότητά της.
Αποτελεσματικές γεωπονικές τεχνικές για την επιρροή της ακτινοβολίας και, κατά συνέπεια, του θερμικού καθεστώτος της ενεργού επιφάνειας είναι η κάλυψη του εδάφους με ένα λεπτό στρώμα τύρφης, σάπια κοπριά, πριονίδι κ.λπ.), η κάλυψη του εδάφους με πλαστική μεμβράνη και η άρδευση. . Όλα αυτά αλλάζουν την ανακλαστικότητα και την ικανότητα απορρόφησης της ενεργής επιφάνειας.
* Ενεργή επιφάνεια - η επιφάνεια του εδάφους, του νερού ή της βλάστησης, που απορροφά άμεσα την ηλιακή και ατμοσφαιρική ακτινοβολία και απελευθερώνει ακτινοβολία στην ατμόσφαιρα, ρυθμίζοντας έτσι το θερμικό καθεστώς των παρακείμενων στρωμάτων αέρα και των υποκείμενων στρωμάτων εδάφους, νερού, βλάστησης.
Η πιο σημαντική πηγή από την οποία η επιφάνεια και η ατμόσφαιρα της Γης λαμβάνουν θερμική ενέργεια είναι ο Ήλιος. Στέλνει μια κολοσσιαία ποσότητα ακτινοβολούμενης ενέργειας στον κοσμικό χώρο: θερμική, ελαφριά, υπεριώδης. Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα που εκπέμπονται από τον Ήλιο ταξιδεύουν με ταχύτητα 300.000 km/s.
Η θέρμανση της επιφάνειας της γης εξαρτάται από τη γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων του ήλιου. Όλες οι ακτίνες του ήλιου φτάνουν στην επιφάνεια της Γης παράλληλα μεταξύ τους, αλλά επειδή η Γη έχει σφαιρικό σχήμα, οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν σε διάφορα μέρη της επιφάνειάς της κάτω από διαφορετικές γωνίες. Όταν ο Ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του, οι ακτίνες του πέφτουν κάθετα και η Γη θερμαίνεται περισσότερο.
Ολόκληρο το σύνολο της ακτινοβολούμενης ενέργειας που στέλνει ο Ήλιος ονομάζεται ηλιακή ακτινοβολία,εκφράζεται συνήθως σε θερμίδες ανά μονάδα επιφάνειας ανά έτος.
Η ηλιακή ακτινοβολία καθορίζει καθεστώς θερμοκρασίαςαέρα τροπόσφαιρα της Γης.
πρέπει να σημειωθεί ότι σύνολοΗ ηλιακή ακτινοβολία είναι περισσότερο από δύο δισεκατομμύρια φορές την ποσότητα ενέργειας που λαμβάνει η Γη.
Η ακτινοβολία που φτάνει στην επιφάνεια της γης αποτελείται από άμεση και διάχυτη.
Η ακτινοβολία που έρχεται στη Γη απευθείας από τον Ήλιο με τη μορφή του άμεσου ηλιακού φωτός κάτω από έναν ουρανό χωρίς σύννεφα ονομάζεται ευθεία.Αυτή κουβαλάει μεγαλύτερος αριθμόςζεστασιά και φως. Αν ο πλανήτης μας δεν είχε ατμόσφαιρα, η επιφάνεια της γης θα δεχόταν μόνο άμεση ακτινοβολία.
Ωστόσο, περνώντας από την ατμόσφαιρα, περίπου το ένα τέταρτο της ηλιακής ακτινοβολίας διασκορπίζεται από μόρια αερίων και ακαθαρσίες και αποκλίνει από την άμεση διαδρομή. Μερικά από αυτά φτάνουν στην επιφάνεια της Γης, σχηματίζοντας διάσπαρτη ηλιακή ακτινοβολία.Χάρη στη διάσπαρτη ακτινοβολία, το φως διεισδύει σε μέρη όπου το άμεσο ηλιακό φως (άμεση ακτινοβολία) δεν διεισδύει. Αυτή η ακτινοβολία δημιουργεί φως ημέραςκαι δίνει χρώμα στον ουρανό.
Ολική ηλιακή ακτινοβολία
Όλες οι ακτίνες του ήλιου που φτάνουν στη Γη είναι συνολική ηλιακή ακτινοβολία,δηλ. το σύνολο της άμεσης και διάχυτης ακτινοβολίας (Εικ. 1).
Ρύζι. 1. Συνολική ηλιακή ακτινοβολία για το έτος
Κατανομή της ηλιακής ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης
Η ηλιακή ακτινοβολία κατανέμεται άνισα σε όλη τη γη. Εξαρτάται:
1. σχετικά με την πυκνότητα και την υγρασία του αέρα - όσο υψηλότερα είναι, τόσο λιγότερη ακτινοβολία δέχεται η επιφάνεια της γης.
2. ανάλογα με το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής - η ποσότητα της ακτινοβολίας αυξάνεται από τους πόλους στον ισημερινό. Η ποσότητα της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας εξαρτάται από το μήκος της διαδρομής που διανύουν οι ακτίνες του ήλιου στην ατμόσφαιρα. Όταν ο Ήλιος βρίσκεται στο ζενίθ του (η γωνία πρόσπτωσης των ακτίνων είναι 90°), οι ακτίνες του χτυπούν τη Γη μέσω της συντομότερης διαδρομής και εκπέμπουν εντατικά την ενέργειά τους σε μια μικρή περιοχή. Στη Γη, αυτό συμβαίνει στη ζώνη μεταξύ 23° Β. w. και 23° Ν. σ., δηλαδή μεταξύ των τροπικών. Καθώς απομακρύνεστε από αυτή τη ζώνη προς τα νότια ή τα βόρεια, το μήκος της διαδρομής των ακτίνων του ήλιου αυξάνεται, δηλαδή μειώνεται η γωνία πρόσπτωσης τους στην επιφάνεια της γης. Οι ακτίνες αρχίζουν να πέφτουν στη Γη με μικρότερη γωνία, σαν να γλιστρούν, πλησιάζοντας την εφαπτομένη στην περιοχή των πόλων. Ως αποτέλεσμα, η ίδια ροή ενέργειας κατανέμεται σε μια μεγαλύτερη περιοχή, επομένως η ποσότητα της ανακλώμενης ενέργειας αυξάνεται. Έτσι, στην περιοχή του ισημερινού, όπου οι ακτίνες του ήλιου πέφτουν στην επιφάνεια της γης υπό γωνία 90°, η ποσότητα της άμεσης ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται η επιφάνεια της γης είναι μεγαλύτερη και καθώς κινούμαστε προς τους πόλους, αυτή η ποσότητα απότομα μειώνεται. Επιπλέον, η διάρκεια της ημέρας εξαρτάται από το γεωγραφικό πλάτος της περιοχής. διαφορετικές εποχέςέτος, το οποίο καθορίζει επίσης την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που εισέρχεται στην επιφάνεια της γης·
3. Από την ετήσια και καθημερινή κίνηση της Γης - στα μεσαία και μεγάλα γεωγραφικά πλάτη, η εισροή της ηλιακής ακτινοβολίας ποικίλλει πολύ ανάλογα με τις εποχές, η οποία σχετίζεται με αλλαγές στο μεσημεριανό υψόμετρο του Ήλιου και τη διάρκεια της ημέρας.
4. για τη φύση της επιφάνειας της γης - όσο πιο ανοιχτόχρωμη είναι η επιφάνεια, τόσο περισσότερο το ηλιακό φως αντανακλά. Η ικανότητα μιας επιφάνειας να ανακλά την ακτινοβολία ονομάζεται albedo(από το λατινικό whiteness). Το χιόνι αντανακλά την ακτινοβολία ιδιαίτερα έντονα (90%), η άμμος πιο αδύναμη (35%) και το μαύρο έδαφος ακόμα πιο αδύναμο (4%).
Η επιφάνεια της γης απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία (απορροφημένη ακτινοβολία),θερμαίνεται και εκπέμπει θερμότητα στην ατμόσφαιρα (ανακλώμενη ακτινοβολία).Τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας εμποδίζουν σε μεγάλο βαθμό την επίγεια ακτινοβολία. Η ακτινοβολία που απορροφάται από την επιφάνεια της γης δαπανάται για τη θέρμανση του εδάφους, του αέρα και του νερού.
Εκείνο το μέρος της συνολικής ακτινοβολίας που παραμένει μετά την ανάκλαση και θερμική ακτινοβολίαεπιφάνεια της γης ονομάζεται ισορροπία ακτινοβολίας.Το ισοζύγιο ακτινοβολίας της επιφάνειας της γης ποικίλλει κατά τη διάρκεια της ημέρας και ανάλογα με τις εποχές του έτους, αλλά κατά μέσο όρο για το έτος έχει θετική τιμή παντού, με εξαίρεση τις ερήμους πάγου της Γροιλανδίας και της Ανταρκτικής. Μέγιστες τιμέςΗ ισορροπία ακτινοβολίας φτάνει σε χαμηλά γεωγραφικά πλάτη (μεταξύ 20° Β και 20° Ν) - πάνω από 42 * 10 2 J/m 2, σε γεωγραφικό πλάτος περίπου 60 ° και στα δύο ημισφαίρια μειώνεται σε 8 * 10 2 -13 * 10 2 J/m 2.
ακτίνες ηλίουδίνουν έως και το 20% της ενέργειάς τους στην ατμόσφαιρα, η οποία κατανέμεται σε όλο το πάχος του αέρα και επομένως η θέρμανση του αέρα που προκαλούν είναι σχετικά μικρή. Ο ήλιος θερμαίνει την επιφάνεια της Γης, η οποία μεταφέρει θερμότητα στον ατμοσφαιρικό αέρα λόγω μεταγωγή(από λατ. μεταγωγή- παράδοση), δηλαδή η κατακόρυφη κίνηση του αέρα που θερμαίνεται στην επιφάνεια της γης, στη θέση της οποίας κατεβαίνει ψυχρότερος αέρας. Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο η ατμόσφαιρα δέχεται το μεγαλύτερο μέρος της θερμότητάς της — κατά μέσο όρο, τρεις φορές περισσότερο από ό,τι απευθείας από τον Ήλιο.
Η παρουσία διοξειδίου του άνθρακα και υδρατμών δεν επιτρέπει στη θερμότητα που ανακλάται από την επιφάνεια της γης να διαφύγει ελεύθερα στο διάστημα. Δημιουργούν Το φαινόμενο του θερμοκηπίου,χάρη στην οποία η διαφορά θερμοκρασίας στη Γη κατά τη διάρκεια της ημέρας δεν υπερβαίνει τους 15 °C. Ελλείψει διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα, η επιφάνεια της γης θα κρυώσει κατά 40-50 °C κατά τη διάρκεια της νύχτας.
Ως αποτέλεσμα της αύξησης της κλίμακας της ανθρώπινης οικονομικής δραστηριότητας - η καύση άνθρακα και πετρελαίου σε θερμοηλεκτρικούς σταθμούς, εκπομπές βιομηχανικές επιχειρήσεις, αυξάνοντας τις εκπομπές των αυτοκινήτων - η περιεκτικότητα σε διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξάνεται, γεγονός που οδηγεί σε αύξηση του φαινομένου του θερμοκηπίου και απειλεί παγκόσμια αλλαγήκλίμα.
Οι ακτίνες του ήλιου, έχοντας περάσει από την ατμόσφαιρα, χτυπούν την επιφάνεια της Γης και τη θερμαίνουν, η οποία, με τη σειρά της, εκπέμπει θερμότητα στην ατμόσφαιρα. Αυτό εξηγεί χαρακτηριστικό στοιχείοτροπόσφαιρα: μείωση της θερμοκρασίας του αέρα με το ύψος. Υπάρχουν όμως περιπτώσεις που τα υψηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας αποδεικνύονται θερμότερα από τα χαμηλότερα. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται αναστροφή θερμοκρασίας(από το λατινικό inversio - αναποδογυρίζοντας).