АГРОМЕТЕОРОЛОГІЯ Електронний посібник
Головна Анотація Теоретичні відомості Глосарій Список використаних джерел Укладачі	1. ОСНОВНІ ВЛАСТИВОСТІ АТМОСФЕРИ ТА СОНЯЧНА РАДІАЦІЯ
	1.2. Сонячна радіація і радіаційний баланс 1.2.1. Вплив сонячної радіації на атмосферні процеси та живі організми 1.2.2. Спектральний склад сонячної радіації 1.2.3. Радіаційний баланс та його складові 1.2.4. Фотосинтетична активна радіація 1.2.5. Шляхи більш повного використання сонячної радіації в сільському господарстві 1.2.6. Прилади для вимірювання сонячної радіації 1.2.1. Вплив сонячної радіації на атмосферні процеси та живі організми Основним джерелом енергії всього живого на планеті є енергія Сонця. Сонце являє собою велику кулю з розжарених газів – гелію, водню та ін. Температура всередині +20 млн , зовні – +6 000 За такої високої температури відбувається розпад молекул складних речовин на атоми, ядра яких рухаються з дуже великою швидкістю. Ядра водню, з силою стикаючись з ядрами інших елементів, спричиняють їх руйнування чи перетворення. Виникають ядерні реакції, в результаті яких водень перетворюється на гелій, а маса ядер зменшується. Цей процес супроводжуються виділенням великої кількості енергії, приблизно 3,71 × 10^26. До Землі доходить дуже мала частина цієї енергії, проте її досить для існування життя на нашій планеті. Зелені рослини в процесі фотосинтезу перетворюють енергію Сонця на органічну речовину. При цьому рослини синтезують з вуглекислого газу, води та мінеральних речовин ґрунту первинні органічні речовини, виділяючи в атмосферу кисень. Живі організми реагують на зміну сонячної радіації та її спектральний склад, на тривалість світлового періоду доби. Усі види рослин поділяються на світлолюбні та тіньовитривалі. Є також група нейтральних рослин. До світлолюбних можна віднести такі культури, як рис, бавовну, соняшник, боби, кукурудзу, цукрові буряки, баштанні, овочі, сою. Недостатнє освітлення не впливає на продуктивність гороху, однорічних та багаторічних трав (еспарцету, конюшини, люцерни тощо). До групи нейтральних культур відносять гречку, деякі сорти квасолі, зернові (жито, пшеницю, ячмінь, овес). Існує взаємозв’язок між кількістю сонячних днів та вмістом білка у зерні пшениці, цукру у винограді, цукрових буряках, яблуках, грушах. Чим краща освітленість у весняно-літній період, тим більша кількість жирів (олії) нагромаджується у насінні льону, соняшнику, горіха. Під дією сонячної радіації відбувається випаровування води з поверхні Світового океану, формується погода (хмарність, опади), клімат. Сонячні промені, проходячи крізь атмосферу, викликають багато явищ: – блакитний колір неба; – сутінки; – червоний колір Сонця на горизонті; – веселку; – гало та ін. 1.2.2. Спектральний склад сонячної радіації На верхню межу атмосфери від Сонця приходить кількість радіації, що дорівнює 1377 Вт/м^2. Цю величину називають сонячною постійною S^0. До поверхні Землі крізь товщу атмосфери радіація надходить у вигляді паралельних променів, її називають прямою сонячною радіацією S^1. Частина сонячної радіації розсіюється молекулами атмосфери, тому її називають розсіяною радіацією. Разом вони складають сумарну радіацію Q: S^1 D Q Сама сонячна радіація складається з електромагнітних хвиль різної довжини. Довжина хвилі λ вимірюється в мікрометрах (мкм). Розподіл сонячної енергії за довжиною хвиль називається сонячним спектром. Він поділяється на 3 частини: Видима частина спектру створює освітленість. Якщо розкласти його на складові, отримаємо сім кольорів – веселку. Не вся радіація, що приходить на верхню межу атмосфери, доходить до земної поверхні. Вона частково поглинається і розсіюється газами та аерозолями атмосфери. Основними поглиначами є кисень (ультрафіолетова радіація), озон (всі частини спектру), вуглекислий газ (інфрачервона радіація), водяна пара (всі частини спектру). Сонячне випромінювання, що падає на земну поверхню, частково відбивається назад у атмосферу. Для характеристики цієї величини використовується альбедо (А) – відбиваюча здатність будь-якої поверхні. Розраховується як відношення відбитої радіації R до всієї, що надходить, сумарної Q: АR/Q×100% На альбедо впливають колір, вологість ґрунту, наявність рослинного покриву, крутизна та експозиція схилів. З усіх відомих поверхонь максимальне альбедо у свіжого снігу. 1.2.3. Радіаційний баланс та його складові Лише 43% сонячної радіації надходить до Землі. Дійшовши до земної поверхні, сонячне випромінювання частково поглинається, а частково відбивається в атмосферу. Радіаційний баланс – це різниця між кількістю сонячної радіації, яка досягла земної поверхні, і тією, що випромінюється нею. Він залежить від погодних умов, періоду доби та пори року. Складові радіаційного балансу у світлу сонячну погоду: B – пряма сонячна радіація; – розсіяна сонячна радіація; R – відбита сонячна радіація; Eз – ефективне випромінювання Землі; – ефективне випромінювання атмосфери. Різниця між називається ефективним випромінюванням і позначається Ееф: В Q Використовуючи альбедо, цю формулу можна записати так: В Q(1 Радіаційний баланс влітку та вдень позитивний, а взимку та вночі негативний. Знання радіаційного балансу дає змогу певною мірою впливати на температурний, світловий, водний режими ґрунту при вирощуванні сільськогосподарських культур. 1.2.4. Фотосинтетична активна радіація Для росту і розвитку рослин найбільше значення має та частина сонячного спектру, під дією якої відбувається фотосинтез. Її називають фотосинтетичною активною радіацією (ФАР). Вона розташована в межах 0,39 – 0,71 мкм довжини хвиль сонячного спектру. Фотосинтез рослин починається тоді, коли інтенсивність сонячної радіації досягає певної величини, яка називається компенсаційною точкою. На території України для сільськогосподарських культур вона становить 20 – 35 Вт/м^2. Для визначення ФАР застосовують наступну формулу: ∑ФАР ∑ Під дією ФАР відбувається забезпечення рослин теплом та процес фотосинтезу. 1.2.5. Шляхи більш повного використання сонячної радіації в сільському господарстві Для сільськогосподарського виробництва важливо знати і використовувати радіаційний потенціал конкретної території, регулюючи його в посівах та насадженнях. На надходження прямої сонячної радіації впливають: 1. Географічна широта та пора року, а також погодні умови (максимум – весною, коли атмосфера найбільш прозора; мінімум – взимку; хмарність зменшує прихід прямої сонячної радіації; на екваторі світловий день – 12 год, який збільшується до полюсів). 2. Експозиція та крутизна схилів (на південні схили приходить максимум сонячної енергії, на північні – мінімум. Тому на південних схилах сніг тане раніше, грунт прогрівається швидше, отже можна раніше починати сівбу, збирати урожай). 3. Напрямок сівби (дослідження показують, що при розташуванні рядків у північно-південному напрямку врожайність зернових та овочевих культур більша на 5 – 10%, ніж при західно-східному розташуванні). Шляхи більш повного використання сонячної енергії в сільському господарстві: 1. Застосовують штучне зменшення альбедо для прискорення танення снігу, що дає можливість раніше починати польові роботи (посипають перегноєм, торфом, попелом тощо). 2. При обрізуванні гілок на плодових деревах формують розріджену чи пірамідальну форму крони, яка сприяє кращому надходженню сонячної енергії. 3. У загущених високорослих посівах (наприклад, кукурудза на силос) знищують нижній ярус листя для більш повного прогрівання ґрунту. 4. Теплиці, парники. 5. Сонячні батареї (для освітлення, обігріву приміщень, опріснення морської води). 6. Сушіння зерна, плодів, ягід, сіна тощо. 1.2.6. Прилади для вимірювання сонячної радіації Для визначення тривалості сонячного сяйва використовують геліограф. Він складається з масивної скляної кулі, закріпленої на підставці, яка фокусує падаючі на неї сонячні промені. Фокус переміщується за рухом Сонця. На шляху руху точки фокуса закріплена картонна стрічка з поділками на години, яка встановлюється у пази чашки на підставці. Сонячні промені збираються у фокус і залишають пропалини на стрічці. За пропалинами визначають тривалість сонячного сяйва (в годинах і хвилинах). Для вимірювання потоків сонячної радіації використовують термоелектричні актинометричні прилади: актинометри, піранометри, альбедометри, балансоміри. Актинометр Янишевського використовують для вимірювання прямої сонячної радіації. Він має провідник – послідовно спаяні стрічки манганіну і константану, складений у вигляді зірочки. Непарні спаї розміщені навколо центра, парні – на периферії. Непарні спаї підклеєні до нижньої сторони тонкого зачорненого срібного диска. Кінці провідника виведені і підключаються до гальванометра. Спай вставлений у трубку. У широкій частині трубки знаходиться мідне кільце. Коли трубку спрямувати на Сонце, то сріблястий диск освітлюється прямими сонячними променями, а мідне кільце залишається в тіні. Непарні спаї більше нагріваються, ніж парні. Різниця температур буде тим більшою, чим сильніша сонячна радіація. Термострум, що виникає, вимірюють за допомогою гальванометра. У піранометрі термобатарея складена із скріплених смужок манганіну і константану, розміщених у горизонтальній площині. Парні і непарні термоспаї розміщені групами і пофарбовані: одні – білою фарбою, інші – чорною. В результаті утворюється пластинка-приймач з чергуванням білих та чорних квадратів, яка зверху закрита скляним ковпаком. Якщо на таку пластинку падають сонячні промені, то у провіднику виникає термострум, сила якого пропорційна інтенсивності діючої радіації. Таким чином вимірюється сумарна радіація. Якщо приймач затінити від дії прямого сонячного випромінювання, то на нього діятиме тільки розсіяне світло, тобто вимірюється розсіяна радіація. Альбедометр – це піранометр, конструктивно пристосований для вимірювання падаючої і відбитої радіації. Падаючу (сумарну) радіацію вимірюють при спрямуванні приймача вгору, а відбиту – при спрямуванні вниз. За формулою обчислюють альбедо підстилаючої поверхні. Балансомір призначений для вимірювання радіаційного балансу горизонтальної поверхні. Його приймач складається з двох тонких пластинок – мідної та пофарбованої у чорний колір фольги. Пластинки розміщені паралельно, приклеєні відповідно до спаїв термобатареї і зачорненими поверхнями спрямовані в протилежні сторони. Якщо поверхню однієї пластинки спрямувати до зеніту, то поверхня другої пластинки буде спрямована вниз, до земної поверхні. Різницю між потоками радіації зверху і знизу, тобто радіаційний баланс діяльного шару, покаже балансомір. Питання по самоконтролю 1. Що називають сонячним спектром 2. На які частини поділяється сонячний спектр 3. Дайте визначення радіаційного балансу 4. Дайте визначення фотосинтетичної активної радіації 5. Перелічіть термоелектричні актинометричні прилади
	Попередня тема	На початок	Наступна тема