ПРАВИТЕЛЬСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
(СПбГУ)
Факультет географии и геоэкологии
Кафедра климатологии и мониторинга окружающей среды
РЕФЕРАТ
« Потоки солнечной энергии в атмосфере у поверхности Земли (полный поток, солнечные и земные фотоны). Влияние состава.»
Студентки 4 курса
Специальность 020602 «Метеорология»
Прохорова Ульяна Вячеславовна
Преподаватель:
Довгалюк Юлия Александровна
Санкт-Петербург
2012
| Солнце – основной источник энергии на Земле и так как речь в данном реферате идет именно об этом источнике энергии, для начала стоит немного рассказать о Солнце. Солнце Центральное светило солнечной системы, отстоящее от Земли в среднем на расстояние 149 450 000 км. В первом приближении Солнце шарообразно; его линейный диаметр 1 390 600 км в 109 раз больше диаметра Земли. Площадь поверхности Солнца 6,075·1012 км2; объем 1,42·1018 км3, т. е. в 1300000 раз больше объема Земли. Масса Солнца составляет 1,985·1033 г, т. е. примерно в 333 000 раз больше массы Земли. Средняя плотность - вчетверо меньше, чем средняя плотность Земли. Ускорение силы тяжести на поверхности Солнца равно 2,7·104 см/с2, т. е. в 28 раз больше, чем на поверхности Земли. Угловой диаметр солнечного диска, видимый с Земли, 31"59,3". Температура основной излучающей поверхности Солнца — фотосферы — близка к 6000 К, температуры в глубине порядка 40 000 000 К. Поэтому все вещества, из которых состоит Солнце, находятся в газообразном состоянии, несмотря на огромное давление в недрах. |
| Солнечная радиация |
| Обычно имеется в виду электромагнитная радиация Солнца, распространяющаяся в пространстве в виде электромагнитных волн со скоростью почти 300 000 км/с и проникающая в земную атмосферу. До земной поверхности она доходит в виде прямой и рассеянной радиации. Энергия Солнечной Радиации называется лучистой энергией Солнца. Она является основным источником энергии атмосферных процессов и обычно измеряется по ее тепловому действию и выражается в калориях за единицу времени на единицу поверхности. На границе атмосферы на среднем расстоянии Земли от Солнца поток солнечной радиации около 2 кал/см2·мин (солнечная постоянная); всего Земля получает от Солнца 2,4·1018 кал лучистой энергии в 1 мин. Спектр солнечной радиации на границе земной атмосферы практически заключается между длинами волн 0,17 и 4 мкм, с максимумом при 0,475 мкм. Около 48% энергии приходится на видимую часть спектра (λ=0,40÷0,76 мкм), 7%—на ультрафиолетовую (λ < 0,40 мкм) и 45%—на инфракрасную (λ > 0,76 мкм). Проходя сквозь земную атмосферу, солнечная радиация изменяется и по интенсивности и по спектральному составу вследствие ее поглощения и рассеяния атмосферными газами и взвешенными в воздухе жидкими и твердыми частицами. В результате у земной поверхности поток прямой солнечной радиации, поступающей от солнечного диска, колеблется в зависимости от физических свойств атмосферы и длины пути, проходимого в атмосфере солнечными лучами, в широких пределах, но не превышает на уровне моря 1,5 кал/см2·мин на поверхность, перпендикулярную к лучам; с высотой над уровнем моря он возрастает. Спектр солнечной радиации у поверхности Земли ограничен длинами волн 0,29 и 2,0 мкм, а максимум энергии смещен в интервал желто-зеленых лучей. Часть солнечной радиации, рассеянной в атмосфере, доходит до поверхности Земли от всего небесного свода и называется рассеянной радиацией. Ее поток меняется в зависимости от высоты Солнца, замутненности атмосферы и условий облачности и иногда достигает значений порядка 0,7—1,0 кал/см2·мин. В спектре рассеянной радиации увеличено процентное содержание синих, фиолетовых, ультрафиолетовых лучей. Совокупность прямой и рассеянной солнечной радиации, падающей на горизонтальную поверхность, называется суммарной радиацией. Часть прямой солнечной радиации отражается от поверхности Земли и облаков и уходит в космос; рассеянная радиация также частично уходит в космическое пространство. Остальная солнечная радиация в основном переходит в тепло, нагревая земную поверхность и воздух, и в небольшой доле — в химическую энергию при диссоциации молекул атмосферных газов в верхних слоях, при фотосинтезе и т. д. |
| Солнечная постоянная |
| Поток солнечной радиации вне атмосферы при среднем расстоянии Земли от Солнца. Определяется путем экстраполяции из спектроболометрических измерений на различных высотах. При этом вводятся поправки на ту часть инфракрасной и ультрафиолетовой радиации, которая поглощается в высших слоях атмосферы. Современные определения дают величину между 1,95 и 2,00 кал/см2·мин. Наиболее вероятной считается величина 2,00±0,4 кал/см2·мин. В 1957 г. Международная актинометрическая комиссия рекомендовала для обработки наблюдений стандартную величину 1,98 кал/см2·мин по новой пиргелиометрической шкале. Для климатологических расчетов часто принимают значение 2 кал/см2×мин. Колебания в значениях от одного дня к другому, связанные с изменениями физического состояния Солнца, очень малы и вряд ли выходят за пределы ошибок наблюдений. Иногда говоря о солнечной постоянной, имеется в виду не среднее, а действительное расстояние Земли от Солнца. Тогда при годовом движении Земли она должна меняться в пределах ±3,5%. В этом случае применяется синоним: внеатмосферная интенсивность солнечной радиации. Фотоны
Влияние состава атмосферы на солнечную радиацию. В данном пункте, разумно привести график, который наиболее ярко показывает влияние атмосферных газов (а именно парниковых газов) на количество приходящей радиации. Здесь рассматриваются полосы поглощения различными атмосферными газами различных частей спектра приходящего солнечного излучения.
|
Рассмотрим избирательное поглощение лучистой энергии в атмосфере. Любое вещество имеет свои полосы поглощения. Из газов, входящих всегда в состав атмосферы, существенным для нас селективным поглощением обладают лишь O2, O3, CO2 и водяной пар H2O. Кислород вызывает интенсивное поглощение света
В далекой ультрафиолетовой области для длин волн l <200 нм, с максимумом поглощения около l =155нм. Поглощение в этой области спектра настолько велико уже в самых высоких слоях атмосферы, что солнечные лучи с длиной волны l <200нм не доходят до высот, доступных для наблюдения с поверхности Земли и самолетов. Кислород также дает систему полос в видимой области спектра: A (759,4- 70,3 нм; l max=759,6 нм); B (686,8 - 694,6 нм; l max=686,9 нм).
Рис.2. Распределение энергии в нормальном солнечном спектре.
Спектр поглощения земной атмосферы.
Углекислый газ (CO2) - основная узкая полоса с l max=4,3 мкм, остальные - слишком незначительны, поэтому не имеют для нас существенного значения. Озон (O3) имеет весьма сложный спектр поглощения, линии и полосы которого охватывают всю область солнечного спектра, начиная от крайних ультрафиолетовых лучей и до далекой инфракрасной области[1]. В земной атмосфере озона мало, он располагается в виде слоя (10 - 40 км) с центром тяжести на высоте около 22 км, но обладает сильной поглощательной способностью. Его полосы: п.Гартлея (200 - 320 нм; l max=255 нм); п.Шапюи (500 - 650 нм; l max=600 нм). Наибольшее значение в поглощении лучистой энергии в атмосфере имеет водяной пар (H2O), которого очень много в нашей атмосфере (влажность, облака и т.п.), его полосы поглощения: r s t (0,926 - 0,978 мкм; l max=0,935 мкм); F (1,095 - 1,165 мкм; l max=1,130 мкм); Y (1,319 - 1,498 мкм; l max=1.395); W (1,762 - 1.977 мкм; l max=1.870 мкм); C (2,520 - 2,845 мкм; l max=2,680 мкм). Наиболее точная формула для расчета величины поглощенной в атмосфере энергии солнечной радиации имеет вид:
D E=0,156*(m*v )0,294 кал/см2* мин.
где m - пройденный лучами путь,v - общее содержание водяного пара в вертикальном столбе атмосферы единичного сечения (1 см2).
Список литературы:
1) «Курс метеорологии» под ред. Г.Н.Тверского, Гидрометеоиздат, Л., 1951г..
2) Справочник “Атмосфера”, Гидрометеоиздат, Л., 1991г.
3) «Большая советская энциклопедия» третье издание, Советская энциклопедия М.,1969 – 1978гг
4) «Физическая метеорология», Матвеев Л.Т., Л., 2000г.
5) Теоретические основы атмосферной оптики. Тимофеев Ю.М., Васильев А.В., СПб.: Наука, 2003г.
(zip - application/zip)
Статистика файлового архива
