Güneş radyasyonu nedir? Radyasyon türleri ve vücut üzerindeki etkisi. Toplam güneş radyasyonu

Güneş, güç ve sağlık veren bir sıcaklık ve ışık kaynağıdır. Ancak etkisi her zaman olumlu değildir. Enerji eksikliği veya fazlalığı, yaşamın doğal süreçlerini bozabilir ve çeşitli sorunlara neden olabilir. Birçoğu bronzlaşmış cildin soluk tenden çok daha güzel göründüğünden emindir, ancak doğrudan ışınlar altında uzun süre kalırsanız ciddi yanıklara maruz kalabilirsiniz. Güneş radyasyonu, atmosferden geçen elektromanyetik dalgalar şeklinde dağıtılan gelen bir enerji akışıdır. Birim yüzey alanı başına aktardığı enerjinin gücü (watt/m2) ile ölçülür. Güneşin insanı nasıl etkilediğini bilerek olumsuz etkilerini önleyebilirsiniz.

Güneş radyasyonu nedir

Güneş ve enerjisi hakkında pek çok kitap yazıldı. Güneş, dünyadaki tüm fiziksel ve coğrafi olayların ana enerji kaynağıdır.. Işığın iki milyarda biri gezegenin atmosferinin üst katmanlarına nüfuz ederken, çoğu kozmik uzaya yerleşiyor.

Işık ışınları diğer enerji türlerinin birincil kaynaklarıdır. Yeryüzüne ve suya düştüklerinde ısı oluşturarak iklim özelliklerini ve hava durumunu etkilerler.

Bir kişinin ışık ışınlarına maruz kalma derecesi, radyasyonun düzeyine ve güneş altında geçirilen süreye bağlıdır. İnsanlar, x-ışınlarını, kızılötesi ışınları ve ultraviyole ışınlarını kullanarak birçok dalga türünü kendi yararlarına kullanırlar. Ancak büyük miktarlarda saf haliyle güneş dalgaları insan sağlığını olumsuz yönde etkileyebilir.

Radyasyon miktarı şunlara bağlıdır:

• Güneş'in konumu. En fazla radyasyon, gündönümünün oldukça yüksek olduğu ve havanın bulutsuz olduğu ovalarda ve çöllerde meydana gelir. Bulutlar ışık akısının önemli bir bölümünü emdiğinden kutup bölgeleri minimum miktarda ışık alır;
• günün uzunluğu. Ekvatora ne kadar yakınsa gün o kadar uzun olur. İnsanların en fazla ısıyı aldığı yer burasıdır;
• atmosferik özellikler: bulutluluk ve nem. Ekvatorda artan bulutluluk ve nem, ışığın geçişine engel oluyor. Bu nedenle ışık akısı miktarı tropikal bölgelere göre daha azdır.

Dağıtım

Güneş ışığının dünya yüzeyi üzerindeki dağılımı eşit değildir ve şunlara bağlıdır:

• atmosferin yoğunluğu ve nemi. Ne kadar büyük olursa radyasyona maruz kalma oranı o kadar düşük olur;
• bölgenin coğrafi enlemi. Kutuplardan ekvatora doğru gidildikçe alınan ışık miktarı artar.;
• Yer hareketleri. Radyasyon miktarı yılın zamanına bağlı olarak değişir;
• Dünya yüzeyinin özellikleri. Kar gibi açık renkli yüzeylerde büyük miktarda ışık yansıtılır. Chernozem ışık enerjisini en zayıf şekilde yansıtır.

Topraklarının genişliğinden dolayı Rusya'nın radyasyon seviyeleri önemli ölçüde farklılık gösteriyor. Kuzey bölgelerdeki güneş ışınımı yaklaşık olarak aynıdır - 365 gün boyunca 810 kWh/m2, güney bölgelerde - 4100 kWh/m2'den fazladır.

Güneşin parladığı saatlerin uzunluğu da önemlidir.. Bu göstergeler, yalnızca coğrafi enlemden değil aynı zamanda dağların varlığından da etkilenen farklı bölgelerde değişiklik göstermektedir. Rusya'daki güneş radyasyonu haritası, doğal ışığın bölge sakinlerinin elektrik ve ısı ihtiyaçlarını oldukça karşılayabildiğinden, bazı bölgelerde güç kaynağı hatlarının kurulmasının tavsiye edilmediğini açıkça göstermektedir.

Türler

Işık akışları Dünya'ya farklı şekillerde ulaşır. Güneş radyasyonunun türleri şunlara bağlıdır:

• Güneşten gelen ışınlara direkt ışınım denir. Güçleri güneşin ufkun üzerindeki yüksekliğine bağlıdır. Maksimum seviye öğlen 12'de, minimum seviye ise sabah ve akşam gözlenir. Ayrıca, etkinin yoğunluğu yılın zamanına da bağlıdır: en büyüğü yaz aylarında, en küçüğü ise kışın meydana gelir. Dağlarda radyasyon seviyesinin düz yüzeylerden daha yüksek olması karakteristiktir. Kirli hava aynı zamanda doğrudan ışık akışını da azaltır. Güneş ufkun üzerinde ne kadar alçaksa, ultraviyole radyasyon o kadar az olur.
• Yansıyan radyasyon, su veya dünya yüzeyinden yansıyan radyasyondur.
• Işık akısı dağıldığında dağınık güneş radyasyonu oluşur. Bulutsuz havalarda gökyüzünün mavi rengi buna bağlıdır.

Emilen güneş radyasyonu, dünya yüzeyinin albedo yansıtıcılığına bağlıdır.

Radyasyonun spektral bileşimi çeşitlidir:

• renkli veya görünür ışınlar aydınlatma sağlar ve bitkilerin yaşamında büyük öneme sahiptir;
• ultraviyole radyasyonun fazlalığı veya eksikliği zarar verebileceğinden insan vücuduna orta derecede nüfuz etmelidir;
• Kızılötesi ışınlama sıcaklık hissi verir ve bitki örtüsünün büyümesini etkiler.

Toplam güneş radyasyonu, dünyaya nüfuz eden doğrudan ve dağınık ışınlardır.. Bulut yokluğunda öğlen 12 civarında ve yaz aylarında maksimuma ulaşır.

Okurlarımızdan hikayeler

Vladimir
61 yaşında

Etki nasıl oluşuyor?

Elektromanyetik dalgalar farklı parçalardan oluşur. Görünmez, kızılötesi ve görünür, ultraviyole ışınlar vardır. Radyasyon akışlarının farklı enerji yapılarına sahip olması ve insanları farklı şekilde etkilemesi karakteristiktir.

Işık akısı insan vücudunun durumu üzerinde faydalı, iyileştirici bir etkiye sahip olabilir. Işık, görme organlarından geçerek metabolizmayı, uyku düzenini düzenler ve kişinin genel refahını etkiler. Ayrıca ışık enerjisi sıcaklık hissine neden olabilir. Cilt ışınlandığında vücutta uygun metabolizmayı destekleyen fotokimyasal reaksiyonlar meydana gelir.

Ultraviyole, 290 ila 315 nm arasında bir dalga boyuna sahip olan yüksek bir biyolojik yeteneğe sahiptir. Bu dalgalar vücutta D vitamini sentezler ve aynı zamanda tüberküloz virüsünü birkaç dakikada, stafilokokları çeyrek saat içinde, tifo basilini ise 1 saatte yok edebilir.

Bulutsuz havanın, ortaya çıkan grip salgınlarının ve örneğin havadaki damlacıklar tarafından bulaşabilen difteri gibi diğer hastalıkların süresini kısaltması karakteristiktir.

Vücudun doğal kuvvetleri, kişiyi ani atmosferik dalgalanmalardan korur: hava sıcaklığı, nem, basınç. Bununla birlikte, bazen bu tür koruma zayıflar, bu da güçlü nemin etkisi altında yüksek sıcaklıkla birlikte sıcak çarpmasına yol açar.

Radyasyonun etkisi vücuda nüfuz etme derecesine bağlıdır. Dalgalar ne kadar uzun olursa radyasyon kuvveti de o kadar güçlü olur. Kızılötesi dalgalar cilt altına 23 cm'ye kadar nüfuz edebilir, görünür akışlar - 1 cm'ye kadar, ultraviyole - 0,5-1 mm'ye kadar nüfuz edebilir.

İnsanlar güneşin aktivitesi sırasında, açık alanlarda bulunduklarında her türlü ışın alırlar. Işık dalgaları bir kişinin dünyaya uyum sağlamasına izin verir, bu nedenle tesislerde rahat bir refah sağlamak için en uygun aydınlatma seviyesi için koşullar yaratmak gerekir.

İnsanlar üzerindeki etkisi

Güneş radyasyonunun insan sağlığı üzerindeki etkisi çeşitli faktörler tarafından belirlenir. Bir kişinin ikamet ettiği yer, iklim ve doğrudan ışınlar altında geçirilen süre önemlidir.

Güneş eksikliği nedeniyle Uzak Kuzey sakinleri ve madenciler gibi faaliyetleri yeraltında çalışmayı içeren insanlar, çeşitli işlev bozuklukları, azalmış kemik gücü ve sinir bozuklukları yaşarlar.

Yeterli ışık alamayan çocuklarda raşitizm daha sık görülür. Ayrıca diş hastalıklarına karşı daha duyarlıdırlar ve tüberküloza yakalanma süreleri de daha uzundur.

Ancak gece ve gündüz periyodik olarak değişmeden ışık dalgalarına çok fazla maruz kalmak sağlık üzerinde zararlı etkiler yaratabilir. Örneğin, Kuzey Kutbu'nda yaşayanlar sıklıkla sinirlilik, yorgunluk, uykusuzluk, depresyon ve azalan çalışma yeteneğinden muzdariptir.

Rusya Federasyonu'ndaki radyasyon, örneğin Avustralya'dakinden daha az aktiftir.

Bu nedenle uzun süreli radyasyona maruz kalan kişiler:

• cilt kanserine yakalanma riski yüksek;
• cildi kurutma eğilimi artar, bu da yaşlanma sürecini, pigmentasyon ve erken kırışıklıkların görünümünü hızlandırır;
• görme yeteneklerinde bozulma, katarakt, konjonktivit olabilir;
• bağışıklığı zayıflattı.

İnsanlarda D vitamini eksikliği, malign neoplazmların, aşırı vücut ağırlığına yol açan metabolik bozuklukların, endokrin bozukluklarının, uyku bozukluklarının, fiziksel yorgunluğun ve kötü ruh halinin nedenlerinden biridir.

Güneş ışığını sistematik olarak alan ve güneşlenmeyi kötüye kullanmayan bir kişi, kural olarak sağlık sorunları yaşamaz:

• kalp ve kan damarlarının stabil işleyişine sahiptir;
• sinir hastalıklarından muzdarip değildir;
• iyi bir ruh hali var;
• normal bir metabolizmaya sahiptir;
• nadiren hastalanır.

Bu nedenle, yalnızca dozlanmış miktardaki radyasyonun insan sağlığı üzerinde olumlu bir etkisi olabilir.

Kendinizi nasıl korursunuz?

Radyasyona aşırı maruz kalmak vücudun aşırı ısınmasına, yanıklara ve bazı kronik hastalıkların alevlenmesine neden olabilir.. Güneşlenmeyi sevenlerin aşağıdaki basit kurallara dikkat etmesi gerekir:

• Açık alanlarda dikkatli bir şekilde güneşlenin;
• Sıcak havalarda dağınık ışınların altında gölgede saklanın. Bu özellikle tüberküloz ve kalp hastalığından muzdarip küçük çocuklar ve yaşlılar için geçerlidir.

Günün güvenli bir saatinde güneşlenmenin gerekli olduğu ve ayrıca uzun süre kavurucu güneşin altında kalmamak gerektiği unutulmamalıdır. Ayrıca şapka, güneş gözlüğü, kapalı giysiler giyerek başınızı sıcak çarpmasından korumalı, ayrıca çeşitli güneş kremleri kullanmalısınız.

Tıpta güneş radyasyonu

Işık akıları tıpta aktif olarak kullanılmaktadır:

• X ışınları, dalgaların yumuşak doku ve iskelet sisteminden geçme yeteneğini kullanır;
• izotopların eklenmesi, iç organlardaki konsantrasyonlarını kaydetmeyi ve birçok patolojiyi ve iltihaplanma odağını tespit etmeyi mümkün kılar;
• Radyasyon tedavisi kötü huylu tümörlerin büyümesini ve gelişimini yok edebilir.

Dalgaların özellikleri birçok fizyoterapötik cihazda başarıyla kullanılmaktadır:

• Kızılötesi radyasyona sahip cihazlar, dalgaların hücresel yapıları eski haline getirme kabiliyeti nedeniyle iç inflamatuar süreçlerin, kemik hastalıklarının, osteokondrozun, romatizmanın ısıl tedavisinde kullanılır.
• Ultraviyole ışınları canlılar üzerinde olumsuz etki yapabilir, bitki büyümesini engelleyebilir, mikroorganizmaları ve virüsleri baskılayabilir.

Güneş ışınımının hijyenik önemi büyüktür. Tedavide ultraviyole radyasyona sahip cihazlar kullanılır:

• çeşitli cilt yaralanmaları: yaralar, yanıklar;
• enfeksiyonlar;
• ağız boşluğu hastalıkları;
• onkolojik neoplazmlar.

Ek olarak, radyasyonun bir bütün olarak insan vücudu üzerinde olumlu bir etkisi vardır: güç verebilir, bağışıklık sistemini güçlendirebilir, vitamin eksikliğini giderebilir.

Güneş ışığı tam bir insan yaşamının önemli bir kaynağıdır. Yeterli miktarda tedariki, gezegendeki tüm canlıların olumlu varlığına yol açar. Kişi radyasyonun derecesini azaltamaz ancak olumsuz etkilerinden kendini koruyabilir.

Dünyanın ısı ve ışık enerjisinin kaynağı güneş ışınımıdır. Güneş ışınlarının geliş açısı ekvatordan kutuplara doğru azaldığı için değeri yerin enlemine bağlıdır. Güneş ışınlarının geliş açısı ne kadar küçük olursa o kadar fazla olur. geniş yüzey aynı kesite sahip bir güneş ışın demeti dağıtılır ve dolayısıyla birim alan başına daha az enerji düşer.

Yıl boyunca Dünya'nın Güneş etrafında 1 devrim yapması, hareket etmesi, ekseninin yörünge düzlemine (ekliptik) sabit bir eğim açısını koruması nedeniyle, farklı yüzey ısıtma koşullarıyla karakterize edilen yılın mevsimleri ortaya çıkar.

21 Mart ve 23 Eylül tarihlerinde Güneş ekvatorun altında zirvesindedir (Ekinoks Günleri). 22 Haziran'da Güneş, Kuzey Tropik üzerinde, 22 Aralık'ta ise Güney Tropik üzerinde zirvede. Dünya yüzeyinde, ışık bölgeleri ve termal bölgeler ayırt edilir (ortalama yıllık izoterm +20 o C boyunca, sıcak (sıcak) bölgenin sınırı vardır; ortalama yıllık izoterm +20 o C ile izoterm +10 o C arasında) +10 o C izotermi boyunca ılıman bir bölge vardır - soğuk bölgenin sınırları.

Güneş ışınları, onu ısıtmadan şeffaf atmosferden geçer, dünyanın yüzeyine ulaşır, onu ısıtır ve uzun dalga radyasyonu nedeniyle hava ısıtılır. Yüzeyin ve dolayısıyla havanın ısınma derecesi, her şeyden önce alanın enlemine ve ayrıca 1) deniz seviyesinden yüksekliğe bağlıdır (yukarı doğru yükseldikçe, hava sıcaklığı ortalama olarak azalır. 100 m'de 0,6°C; 2) altta yatan yüzeyin farklı renkte olabilen ve farklı albedoya sahip özellikleri - kayaların yansıtma yeteneği. Ayrıca farklı yüzeyler farklı ısı kapasitesine ve ısı transferine sahiptir. Yüksek ısı kapasitesi nedeniyle su yavaş yavaş ısınır, ancak kara bunun tersini yapar. 3)kıyılardan kıtaların içlerine doğru havadaki su buharı miktarı azalır ve atmosfer ne kadar şeffaf olursa, güneş ışınları su damlacıkları tarafından içine o kadar az saçılır ve daha fazla güneş ışınları yerkürenin yüzeyine ulaşır. Toprak.

Dünyaya gelen güneş maddesinin ve enerjisinin tamamına güneş radyasyonu denir. Doğrudan ve dağınık olarak ayrılmıştır. Doğrudan radyasyon- bu, bulutsuz bir gökyüzü altında atmosfere giren bir dizi doğrudan güneş ışığıdır. Dağınık radyasyon- Atmosfere dağılan radyasyonun bir kısmı, ışınlar her yöne gider. P + P = Toplam radyasyon. Toplam radyasyonun Dünya yüzeyinden yansıyan kısmına yansıyan radyasyon denir. Toplam radyasyonun Dünya yüzeyi tarafından emilen kısmı emilen radyasyondur. Isıtılmış atmosferden Dünya'nın yüzeyine, Dünya'dan gelen ısı akışının tersi yönde hareket eden termal enerjiye, atmosferin karşı radyasyonu denir.

Kcal/cm cinsinden yıllık toplam güneş ışınımı miktarı 2 yıl (T.V. Vlasova'ya göre).

Etkili radyasyon– Dünya yüzeyinden atmosfere gerçek ısı transferini ifade eden bir miktar. Dünyanın radyasyonu ile atmosferin karşı radyasyonu arasındaki fark, yüzeyin ısınmasını belirler. Radyasyon dengesi doğrudan etkili radyasyona bağlıdır - güneş radyasyonunun gelişi ve tüketimine ilişkin iki sürecin etkileşiminin sonucudur. Terazinin değeri büyük ölçüde bulanıklıktan etkilenir. Geceleri önemli olduğu yerlerde, Dünya'dan gelen uzun dalga radyasyonunu yakalayarak uzaya kaçmasını engeller.

Alttaki yüzeyin ve yüzey hava katmanlarının sıcaklığı ve ısı dengesi doğrudan güneş ışınımının akışına bağlıdır.

Isı dengesi, güneş ışınlarının doğrudan ısıttığı yüzeydeki sıcaklığı, büyüklüğünü ve değişimini belirler. Bu yüzey ısıtıldığında ısıyı (uzun dalga aralığında) hem alttaki katmanlara hem de atmosfere aktarır. Yüzeyin kendisine aktif yüzey denir.

Atmosferin ve bir bütün olarak Dünya yüzeyinin ısı dengesinin ana bileşenleri

Kuru ve bitki örtüsünden yoksun yüzey sıcaklığının günlük değişiminde, açık bir günde maksimum saat 14:00'ten sonra, minimum ise gün doğumu civarında meydana gelir. Bulutluluk, nem ve yüzeydeki bitki örtüsü günlük sıcaklık düzenini bozabilir.

Gündüz maksimum kara yüzeyi sıcaklıkları +80 o C veya daha fazla olabilir. Günlük dalgalanmalar 40 dereceye ulaşıyor. Aşırı değerlerin büyüklüğü ve sıcaklık genlikleri, yerin enlemine, yılın zamanına, bulutluluğa, yüzeyin termal özelliklerine, rengine, pürüzlülüğüne, bitki örtüsünün doğasına ve eğim yönüne (maruz kalma) bağlıdır.

Yüzey ısıtıldığında ısıyı toprağa aktarır. Isının katmandan katmana aktarılması zaman alır ve gün içindeki maksimum ve minimum sıcaklık değerlerinin başlama anları her 10 cm için yaklaşık 3 saat gecikir. Katman ne kadar derin olursa, o kadar az ısı alır ve içindeki sıcaklık dalgalanmaları o kadar zayıf olur. Ortalama 1 m derinlikte toprak sıcaklığındaki günlük dalgalanmalar "ortadan kalkar". Durdukları katmana sabit günlük sıcaklık katmanı denir.

Tropikal enlemlerde 5-10 m derinlikte ve yüksek enlemlerde 25 m derinlikte, sıcaklığın yüzeyin üzerindeki ortalama yıllık hava sıcaklığına yakın olduğu sabit bir yıllık sıcaklık tabakası vardır.

Su daha yavaş ısınır ve ısıyı daha yavaş serbest bırakır. Ayrıca güneş ışınları çok derinlere nüfuz ederek daha derindeki katmanları doğrudan ısıtabilir. Isının derinliğe aktarımı, moleküler termal iletkenlik nedeniyle çok fazla değil, daha büyük ölçüde suların türbülans veya akıntılarla karışması nedeniyle gerçekleşir. Suyun yüzey katmanları soğuduğunda, termal konveksiyon meydana gelir ve buna karışım da eşlik eder.

Karadan farklı olarak okyanus yüzeyindeki günlük sıcaklık dalgalanmaları daha küçüktür. Yüksek enlemlerde ortalama sadece 0,1°С, orta enlemlerde - 0,4°С, tropikal enlemlerde - 0,5°С'dir. Bu dalgalanmaların nüfuz derinliği 15-20 m'dir.

Okyanus yüzeyindeki yıllık sıcaklık genlikleri ekvator enlemlerinde 1°С ile ılıman enlemlerde 10.2°С arasında değişmektedir. Yıllık sıcaklık dalgalanmaları 200-300 m derinliğe kadar nüfuz eder.

Su kütlelerindeki sıcaklık maksimumlarının anları karaya göre daha gecikmelidir. Maksimum 15-16 saat civarında, minimum ise gün doğumundan 2-3 saat sonra ortaya çıkar. Kuzey yarımkürede okyanus yüzeyinde yıllık maksimum sıcaklık Ağustos ayında, minimum sıcaklık ise Şubat ayında görülür.

Güneş radyasyonu, iklimi oluşturan başlıca faktördür ve dünya yüzeyinde ve atmosferinde meydana gelen tüm fiziksel süreçler için pratik olarak tek enerji kaynağıdır. Bir veya başka bir sıcaklık rejimi yaratarak organizmaların yaşam aktivitesini belirler; bulutların ve yağışların oluşmasına yol açar; atmosferin genel dolaşımının temel nedenidir, dolayısıyla tüm tezahürleriyle insan yaşamı üzerinde büyük bir etkiye sahiptir. İnşaat ve mimaride güneş radyasyonu en önemli çevresel faktördür - binaların yönelimi, yapısal, mekan planlama, renk, plastik çözümler ve diğer birçok özellik buna bağlıdır.

GOST R 55912-2013 “İnşaat Klimatolojisi” uyarınca, güneş radyasyonuyla ilgili aşağıdaki tanımlar ve kavramlar benimsenmiştir:

• doğrudan radyasyon - doğrudan güneşin görünür diskinden gelen paralel ışınlar ışını şeklinde yüzeye gelen toplam güneş radyasyonunun bir kısmı;
• dağınık güneş radyasyonu- atmosfere saçıldıktan sonra tüm gökyüzünden yüzeye gelen toplam güneş ışınımının bir kısmı;
• yansıyan radyasyon- alt yüzeyden yansıyan toplam güneş ışınımının bir kısmı (binaların cepheleri, çatıları dahil);
• güneş radyasyonu yoğunluğu- ışınlara dik olarak yerleştirilmiş tek bir alandan birim zamanda geçen güneş radyasyonu miktarı.

Modern evsel GOST'lerde, SP'lerde (SNiP'ler) ve inşaat ve mimariyle ilgili diğer düzenleyici belgelerde güneş ışınımının tüm değerleri, 1 m2 başına saat başına kilovat (kW h/m2) cinsinden ölçülür. Zaman birimi genellikle bir ay olarak alınır. Güneş ışınım akı gücünün anlık (saniye) değerini (kW/m2) elde etmek için ay için verilen değerin aydaki gün sayısına, gündeki saat sayısına ve saat cinsinden saniyeye bölünmesi gerekir.

Bina yönetmeliklerinin birçok eski baskısında ve birçok modern klimatoloji referans kitabında, güneş ışınımı değerleri m2 başına megajoule veya kilokalori (MJ / m2, Kcal / m2) cinsinden verilmektedir. Bu büyüklükleri birinden diğerine dönüştürmek için kullanılan katsayılar Ek 1'de verilmiştir.

Fiziksel varlık. Güneş ışınları Dünya'ya Güneş'ten gelir. Güneş bize en yakın yıldızdır ve Dünya'dan ortalama 149.450.000 km uzaklıktadır. Temmuz ayı başında, Dünya'nın Güneş'e en uzak olduğu dönemde ("aphelion") bu mesafe 152 milyon km'ye çıkarken, Ocak ayı başında 147 milyon km'ye ("perihelion") düşer.

Güneş çekirdeğinin içinde sıcaklık 5 milyon K'yi aşıyor ve basınç Dünya'dakinden birkaç milyar kat daha yüksek, bunun sonucunda hidrojen helyuma dönüşüyor. Bu termonükleer reaksiyon sırasında, Güneş'ten elektromanyetik dalgalar şeklinde her yöne yayılan radyant enerji üretilir. Aynı zamanda, meteorolojide genellikle kısa dalga ve uzun dalga bölümlerine ayrılan Dünya'ya tam bir dalga boyu spektrumu gelir. Kısa dalga 0,1 ila 4 µm (1 µm = 10~ 6 m) dalga boyu aralığındaki radyasyona radyasyon denir. Uzun uzunluklara sahip radyasyon (4 ila 120 μm arası) şu şekilde sınıflandırılır: uzun dalga. Güneş radyasyonu ağırlıklı olarak kısa dalga boyundadır; belirtilen dalga boyu aralığı tüm güneş radyasyonu enerjisinin %99'unu oluştururken, dünyanın yüzeyi ve atmosferi uzun dalga radyasyonu yayar ve yalnızca kısa dalga radyasyonunu yansıtabilir.

Güneş sadece enerji değil aynı zamanda ışık kaynağıdır. Görünür ışık yalnızca 0,40 ila 0,76 mikron arasında dar bir dalga boyu aralığını kaplar, ancak bu aralık tüm güneş ışınımı enerjisinin %47'sini içerir. Yaklaşık 0,40 mikron dalga boyuna sahip ışık mor, yaklaşık 0,76 mikron dalga boyuna sahip ışık ise kırmızı olarak algılanır. İnsan gözü diğer tüm dalga boylarını algılamaz; onlar bizim için görünmezler 1 . Kızılötesi radyasyon (0,76 ila 4 mikron arası) toplam enerjinin %44'ünü, ultraviyole radyasyon (0,01 ila 0,39 mikron arası) ise %9'unu oluşturur. Atmosferin üst sınırındaki güneş radyasyonu spektrumundaki maksimum enerji, spektrumun mavi-mavi bölgesinde ve dünya yüzeyinde - sarı-yeşil bölgede bulunur.

Belirli bir yüzeye gelen güneş ışınımının niceliksel bir ölçüsüdür. enerji aydınlatma, veya güneş radyasyonu akışı - birim zamanda birim alan başına düşen radyant enerji miktarı. Maksimum güneş ışınımı miktarı atmosferin üst sınırına ulaşır ve güneş sabitinin değeri ile karakterize edilir. Güneş sabiti - Bu, güneş ışınımının dünya atmosferinin üst sınırında, dünyanın güneşten ortalama mesafesinde, güneş ışınlarına dik bir alan boyunca akışıdır. Dünya Meteoroloji Örgütü'nün (WMO) 2007 yılında onayladığı son verilere göre bu değer 1.366 kW/m2 (1366 W/m2)'dir.

Güneş ışınları atmosferde hareket ettikçe radyasyon bir takım önemli değişikliklere uğradığından, önemli ölçüde daha az miktarda güneş radyasyonu dünya yüzeyine ulaşır. Bir kısmı atmosferik gazlar ve aerosoller tarafından emilir ve ısıya dönüşür; atmosferi ısıtmaya gider ve bir kısmı dağılarak özel bir dağınık radyasyon biçimine dönüşür.

İşlem devralmalar Atmosferdeki radyasyon seçicidir; farklı gazlar onu spektrumun farklı kısımlarında ve değişen derecelerde emer. Güneş ışınımını emen ana gazlar su buharı (H 2 0), ozon (0 3) ve karbondioksittir (C0 2). Örneğin stratosferik ozon, yukarıda da bahsettiğimiz gibi dalga boyu 0,29 mikrondan kısa olan canlılara zararlı radyasyonu tamamen absorbe eder, bu nedenle ozon tabakası Dünya'daki yaşamın varlığı için doğal bir kalkandır. Ozon ortalama olarak güneş ışınımının yaklaşık %3'ünü emer. Spektrumun kırmızı ve kızılötesi bölgelerinde, su buharı güneş ışınımını en çok emer. Spektrumun aynı bölgesinde karbondioksitin soğurma bantları vardır, ancak

Işık ve renk, “Mimari Fizik” disiplininin diğer bölümlerinde daha ayrıntılı olarak ele alınmaktadır.

genel olarak doğrudan radyasyon emilimi düşüktür. Güneş radyasyonu hem doğal hem de antropojenik kökenli aerosoller tarafından, özellikle de kurum parçacıkları tarafından güçlü bir şekilde emilir. Toplamda, güneş ışınımının yaklaşık %15'i su buharı ve aerosoller tarafından, yaklaşık %5'i ise bulutlar tarafından emilir.

Saçılma Radyasyon, elektromanyetik radyasyon ve madde arasındaki, moleküllerin ve atomların radyasyonun bir kısmını emdiği ve daha sonra onu her yöne yeniden yaydığı fiziksel bir etkileşim sürecidir. Bu, saçılan parçacıkların boyutunun, gelen radyasyonun dalga boyuna oranına bağlı olan çok önemli bir süreçtir. Saçılmanın yalnızca gaz molekülleri tarafından gerçekleştirildiği kesinlikle temiz havada, Rayleigh yasası yani saçılan ışınların dalga boyunun dördüncü kuvvetiyle ters orantılıdır. Dolayısıyla gökyüzünün mavi rengi, güneş ışınlarının içindeki saçılımından dolayı havanın rengidir, çünkü mor ve mavi ışınlar hava tarafından turuncu ve kırmızı olanlardan çok daha iyi dağılır.

Havada boyutları radyasyonun dalga boyuyla karşılaştırılabilecek parçacıklar varsa (aerosoller, su damlacıkları, buz kristalleri), o zaman saçılma Rayleigh yasasına uymayacaktır ve saçılan radyasyon kısa dalga ışınları açısından o kadar zengin olmayacaktır. Çapı 1-2 mikrondan büyük parçacıklarda saçılma değil, gökyüzünün beyazımsı rengini belirleyen dağınık yansıma meydana gelecektir.

Saçılma, doğal ışığın oluşumunda büyük rol oynar: Gündüz Güneş'in yokluğunda dağınık (yaygın) ışık yaratır. Saçılma olmasaydı, yalnızca doğrudan güneş ışığının düştüğü yerde ışık olurdu. Alacakaranlık ve şafak, gün doğumu ve gün batımındaki bulutların rengi de bu olguyla ilişkilidir.

Böylece, güneş radyasyonu dünya yüzeyine iki akış şeklinde ulaşır: doğrudan ve dağınık radyasyon.

Doğrudan radyasyon(5) Güneş diskinden doğrudan dünya yüzeyine gelir. Bu durumda güneş ışınlarına dik olarak konumlandırılan tek bir alan tarafından mümkün olan maksimum miktarda radyasyon alınacaktır (5). Birim başına yatay yüzey daha az miktarda radyant enerji Y alacaktır, buna aynı zamanda denir güneşlenme:

У = ?-8шА 0 , (1.1)

Nerede Ve 0 - Güneş ışınlarının yatay bir yüzeye geliş açısını belirleyen Güneş'in ufkun üzerindeki yüksekliği.

Dağınık radyasyon(/)) güneş diski hariç gök kubbenin tüm noktalarından dünya yüzeyine girer.

Dünya yüzeyine ulaşan güneş ışınlarının tümüne denir. toplam güneş radyasyonu (0:

• (1.2)
• 0 = + /) = Ve 0 + /).

Bu tür radyasyonun gelişi önemli ölçüde yalnızca astronomik nedenlere değil aynı zamanda bulutluluğa da bağlıdır. Bu nedenle meteorolojide ayırt etmek gelenekseldir. olası radyasyon miktarları bulutsuz koşullar altında gözlemlendi ve gerçek radyasyon miktarları, gerçek bulut koşullarında meydana gelir.

Dünya yüzeyine düşen güneş ışınımının tamamı onun tarafından emilip ısıya dönüştürülmez. Bir kısmı yansıtılır ve bu nedenle alttaki yüzey tarafından kaybolur. Bu kısım denir yansıyan radyasyon(/?k) ve değeri şunlara bağlıdır: albedo Dünya yüzeyi (Lc):

k = - 100%.

Albedo değeri birliğin kesirleri veya yüzde olarak ölçülür. İnşaat ve mimaride bir birimin kesirleri daha sık kullanılır. Ayrıca inşaat ve kaplama malzemelerinin yansıtıcılığını, cephe renginin açıklığını vb. ölçerler. Klimatolojide albedo yüzde olarak ölçülür.

Albedo, alttaki yüzeyin yansımasının ayrılmaz bir göstergesi olduğundan, Dünya ikliminin oluşum süreçleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu yüzeyin durumuna (pürüzlülüğü, rengi, nem içeriği) bağlıdır ve çok geniş sınırlar içerisinde değişiklik gösterir. En yüksek albedo değerleri (%75'e kadar) yeni yağmış karın karakteristiğidir ve en düşük albedo değerleri, dik güneş ışığının (%3) olduğu su yüzeyinin karakteristiğidir. Toprağın ve bitki örtüsü yüzeyinin albedosu ortalama %10 ila %30 arasında değişmektedir.

Dünyanın tamamını bir bütün olarak düşünürsek albedo'su %30'dur. Bu miktara denir Dünya'nın gezegensel albedo'su uzaya giden yansıyan ve saçılan güneş ışınımının atmosfere giren toplam ışınım miktarına oranıdır.

Kentsel alanlarda albedo genellikle doğal, bozulmamış manzaralardan daha düşüktür. Ilıman iklime sahip büyük şehirlerin toprakları için karakteristik albedo değeri% 15-18'dir. Güney şehirlerinde, cephelerin ve çatıların renklendirilmesinde daha açık renklerin kullanılması nedeniyle albedo kural olarak daha yüksektir; yoğun binaların ve binalar için koyu renk çözümlerinin bulunduğu kuzey şehirlerde albedo daha düşüktür. Bu, sıcak güney ülkelerinde emilen güneş ışınımı miktarının azaltılmasına, böylece binanın termal arka planının azaltılmasına ve kuzeydeki soğuk bölgelerde ise tam tersine emilen güneş ışınımının payının arttırılmasına ve genel termal arka planın arttırılmasına olanak tanır.

Emilen Radyasyon(*U P0GL) aynı zamanda denir kısa dalga radyasyon dengesi (j'de) ve toplam ve yansıyan radyasyon (iki kısa dalga akısı) arasındaki farktır:

^emme = 5 k = 0~ ben K- (1.4)

Dünya yüzeyinin üst katmanlarını ve üzerinde bulunan her şeyi (bitki örtüsü, yollar, binalar, yapılar vb.) Isıtır ve bunun sonucunda insan gözüyle görülemeyen uzun dalga radyasyon yayarlar. Bu radyasyona daha çok denir dünya yüzeyinin kendi radyasyonu(? 3). Stefan-Boltzmann yasasına göre değeri mutlak sıcaklığın dördüncü kuvvetiyle orantılıdır.

Atmosfer aynı zamanda çoğu dünya yüzeyine ulaşan ve neredeyse tamamı tarafından emilen uzun dalga boylu radyasyon da yayar. Bu radyasyona denir atmosferden gelen karşı radyasyon (E a). Atmosferin karşı radyasyonu bulutluluk ve hava nemi arttıkça artar ve dünya yüzeyi için çok önemli bir ısı kaynağıdır. Bununla birlikte, atmosferin uzun dalga radyasyonu, dünya yüzeyinin ısı kaybetmesinden dolayı her zaman dünyanınkinden biraz daha azdır ve bu değerler arasındaki farka denir. Dünyanın etkili radyasyonu (E ef).

Ortalama olarak, ılıman enlemlerde, dünya yüzeyi, etkili radyasyon yoluyla, emilen güneş radyasyonundan aldığı ısı miktarının yaklaşık yarısını kaybeder. Atmosfer, dünyanın radyasyonunu emerek ve dünya yüzeyine karşı radyasyon göndererek, bu yüzeyin geceleri soğumasını azaltır. Gün boyunca Dünya yüzeyinin ısınmasını önlemek için çok az şey yapar. Dünya atmosferinin dünya yüzeyinin termal rejimi üzerindeki bu etkisine denir. sera etkisi. Dolayısıyla sera etkisi olgusu, ısının Dünya yüzeyine yakın tutulmasıdır. Bu süreçte, konsantrasyonu özellikle şehirlerde yüksek olan karbondioksit başta olmak üzere, teknojenik kökenli gazlar önemli bir rol oynamaktadır. Ancak asıl rol hala doğal kökenli gazlara aittir.

Atmosferdeki, Dünya'dan uzun dalga radyasyonunu emen ve karşı radyasyon gönderen ana madde su buharı 8,5 ila 12 mikron arasındaki dalga boyu aralığı dışında neredeyse tüm uzun dalga radyasyonunu emer. "şeffaflık penceresi" su buharı. Sadece bu aralıkta karasal radyasyon atmosfer yoluyla dış uzaya geçer. Su buharına ek olarak, karbondioksit uzun dalga radyasyonunu güçlü bir şekilde emer ve tam olarak su buharının şeffaflık penceresinde olduğu gibi metan, nitrojen oksit, kloroflorokarbonlar (freonlar) ve diğer bazı gaz safsızlıkları da çok fazla emer; daha zayıf.

Dünya yüzeyine yakın ısının tutulması, yaşamın sürdürülmesi için çok önemli bir süreçtir. O olmasaydı, Dünya'nın ortalama sıcaklığı mevcut sıcaklıktan 33°C daha düşük olurdu ve canlı organizmalar Dünya'da pek yaşayamazdı. Bu nedenle, mesele sera etkisi değil (sonuçta atmosferin oluştuğu andan itibaren ortaya çıktı), antropojenik aktivitenin etkisi altında meydana geldiği gerçeğidir. kazanmak bu etki. Bunun nedeni, organik yakıtın yanması sırasında yayılan, başta C0 2 olmak üzere, teknolojik kökenli sera gazlarının konsantrasyonundaki hızlı artıştır. Bu, gelen aynı radyasyonla gezegende kalan ısı oranının artmasına ve dolayısıyla dünya yüzeyinin ve atmosferinin sıcaklığının artmasına neden olabilir. Geçtiğimiz 100 yılda gezegenimizin hava sıcaklığı ortalama 0,6°C arttı.

CO2 konsantrasyonu sanayi öncesi değerine göre iki katına çıktığında küresel ısınmanın yaklaşık 3°C (çeşitli tahminlere göre - 1,5 ila 5,5°C) olacağına inanılmaktadır. Bu durumda en büyük değişikliklerin yüksek enlemlerdeki troposferde sonbahar-kış döneminde meydana gelmesi gerekir. Bunun sonucunda Kuzey Kutbu ve Antarktika'daki buzlar erimeye başlayacak ve Dünya Okyanusu'nun seviyesi yükselmeye başlayacak. Bu artış 25 ila 165 cm arasında değişebiliyor, bu da denizlerin ve okyanusların kıyı kesimlerinde yer alan birçok şehrin sular altında kalacağı anlamına geliyor.

Dolayısıyla bu milyonlarca insanın hayatını etkileyen çok önemli bir konudur. Bunu dikkate alarak, 1988'de antropojenik iklim değişikliği sorununa ilişkin ilk Uluslararası Konferans Toronto'da düzenlendi. Bilim adamları, atmosferdeki karbondioksit artışı nedeniyle sera etkisindeki artışın sonuçlarının, küresel bir nükleer savaşın sonuçlarından sonra ikinci sırada olduğu sonucuna vardılar. Aynı zamanda Birleşmiş Milletler'de (BM) Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) kuruldu. IPCC - Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli Artan yüzey sıcaklıklarının iklim, Dünya Okyanusu ekosistemi, bir bütün olarak biyosfer ve gezegen nüfusunun yaşamı ve sağlığı üzerindeki etkisini inceleyen bilim dalı.

1992 yılında, New York'ta İklim Değişikliği Çerçeve Sözleşmesi (FCCC) kabul edildi; bunun temel amacı, atmosferdeki sera gazı konsantrasyonlarının, iklim sistemine insan müdahalesinin tehlikeli sonuçlarını önleyecek seviyelerde istikrarını sağlamaktı. . Sözleşmenin pratikte uygulanması için, Kyoto Protokolü Aralık 1997'de Kyoto'da (Japonya) düzenlenen uluslararası bir konferansta kabul edildi. Bu Protokol, 2005 yılında bu Protokolü onaylayan Rusya dahil katılımcı ülkelerin sera gazı emisyonlarına ilişkin spesifik kotaları tanımlamaktadır.

Bu kitabın yazıldığı sırada iklim değişikliğine adanmış en son konferanslardan biri, 30 Kasım - 12 Aralık 2015 tarihleri ​​arasında Paris'te düzenlenen İklim Konferansı'ydı. Bu konferansın amacı, iklim değişikliğindeki artışı sınırlamak için uluslararası bir anlaşma imzalamaktır. 2100 yılına kadar gezegenin ortalama sıcaklığı 2°C'yi aşmayacak.

Dolayısıyla, çeşitli kısa dalga ve uzun dalga radyasyon akışlarının etkileşimi sonucunda, dünya yüzeyi sürekli olarak ısı alır ve kaybeder. Radyasyon girişi ve çıkışının elde edilen değeri radyasyon dengesi (İÇİNDE), dünya yüzeyinin ve havanın zemin katmanının termal durumunu, yani bunların ısıtılmasını veya soğutulmasını belirler:

İÇİNDE = Q- «k - ?eff = 60 - A)-? ef =

= (5"sin/^ > + D)(l-A)-E^f = B k + B a. (

Radyasyon dengesine ilişkin veriler, hem doğal koşullarda hem de mimari ortamda çeşitli yüzeylerin ısınma ve soğuma derecesinin değerlendirilmesi, binaların ve yapıların termal rejiminin hesaplanması, buharlaşmanın belirlenmesi, topraktaki ısı rezervlerinin belirlenmesi, tarımsal sulamanın rasyonelleştirilmesi için gereklidir. alanlar ve diğer ulusal ekonomik amaçlar.

Ölçüm yöntemleri. İklim kalıplarını ve mikroiklim koşullarının oluşumunu anlamak için Dünya'nın radyasyon dengesine ilişkin çalışmaların kilit önemi, gözlemsel verilerin bileşenleri üzerindeki temel rolünü belirler - Aktinometrik gözlemler.

Rusya'daki meteoroloji istasyonlarında kullanılıyor termoelektrik yöntem Radyasyon akılarının ölçümü. Ölçülen radyasyon, aletlerin siyah alıcı yüzeyi tarafından emilir, ısıya dönüşür ve termopilin aktif bağlantı noktalarını ısıtır, pasif bağlantı noktaları ise radyasyon tarafından ısıtılmaz ve daha düşük bir sıcaklığa sahiptir. Aktif ve pasif bağlantıların sıcaklıklarındaki fark nedeniyle, termopilin terminalinde ölçülen radyasyonun yoğunluğuyla orantılı bir termoelektromotor kuvvet ortaya çıkar. Bu nedenle çoğu aktinometrik alet akraba- radyasyon akılarını kendileri değil, bunlarla orantılı miktarları (akım veya voltaj) ölçerler. Bu amaçla cihazlar örneğin dijital multimetrelere ve daha önce işaretçi galvanometrelere bağlanıyordu. Aynı zamanda her cihazın pasaportu sözde içerir. "dönüşüm faktörü" - Elektrikli ölçüm cihazının bölüm fiyatı (W/m2). Bu çarpan, belirli bir ilgili cihazın okumaları ile okumaların karşılaştırılmasıyla hesaplanır. mutlak cihazlar - pireliometreler.

Mutlak cihazların çalışma prensibi farklıdır. Böylece, Ångström kompanzasyon pireliometresinde kararmış bir metal plaka güneşe maruz bırakılırken benzer bir başka plaka gölgede kalır. Aralarında plakalara bağlı termoelement bağlantı noktalarına aktarılan bir sıcaklık farkı oluşur ve böylece bir termoelektrik akım uyarılır. Bu durumda aküden gelen akım, güneşteki plaka ile aynı sıcaklığa kadar ısınıncaya kadar gölgeli plakadan geçirilir ve ardından termoelektrik akım kaybolur. Geçen "telafi edici" akımın gücüne bağlı olarak, karartılmış plakanın aldığı ısı miktarı belirlenebilir ve bu da ilk plakanın Güneş'ten aldığı ısı miktarına eşit olacaktır. Bu sayede güneş radyasyonunun miktarı belirlenebilmektedir.

Rusya'daki (ve daha önce SSCB'deki) hava istasyonlarında, radyasyon dengesinin bileşenlerinin gözlemleri yapılırken, aktinometrik veri serilerinin homojenliği, aynı tip cihazların kullanılması ve bunların dikkatli kalibrasyonunun yanı sıra aynı şekilde sağlanır. Ölçme ve veri işleme teknikleri. İntegral güneş ışınımının alıcıları olarak (

Görünümü Şekil 2'de gösterilen Savinov-Yanishevsky termoelektrik aktinometresinde. Şekil 1.6'da, alıcı kısım, termopilin tek (aktif) bağlantı noktalarının yalıtım yoluyla yapıştırıldığı, gümüş folyodan yapılmış ince metal karartılmış bir disktir. Ölçümler sırasında bu disk güneş ışınımını emer, bunun sonucunda diskin ve aktif bağlantı noktalarının sıcaklığı artar. Eşit (pasif) bağlantılar, izolasyon yoluyla cihaz gövdesindeki bir bakır halkaya yapıştırılmıştır ve dış hava sıcaklığına yakın bir sıcaklığa sahiptir. Termopilin dış devresini kapatırken bu sıcaklık farkı, gücü güneş ışınımının yoğunluğuyla orantılı olan bir termoelektrik akım oluşturur.

Pirinç. 1.6.

Bir piranometrede (Şekil 1.7), alıcı kısım çoğunlukla, gelen radyasyonun etkisi altında eşit olmayan şekilde ısıtılan, kararmış ve beyaz bağlantılara sahip, örneğin manganin ve konstantan gibi bir termoelementler pilini temsil eder. Cennet kubbesinin tamamından yayılan radyasyonun algılanabilmesi için cihazın alıcı kısmının yatay konumda olması gerekmektedir. Piranometre, bir ekranla doğrudan radyasyondan gölgelenir ve bir cam kapakla atmosferden gelen karşı radyasyondan korunur. Toplam radyasyon ölçülürken piranometre doğrudan ışınlardan gölgelenmez.

Pirinç. 1.7.

Özel bir cihaz (katlama plakası), piranometre kafasının iki konuma yerleştirilmesine olanak tanır: alıcı yukarı ve alıcı aşağı. İkinci durumda, piranometre dünya yüzeyinden yansıyan kısa dalga radyasyonunu ölçer. Rota gözlemlerinde sözde yürüyüş albe-dometre, bu, bir sapla eğimli bir yalpa çemberine bağlı bir piranometre kafasıdır.

Termoelektrik denge ölçer, termopilli bir gövdeden, iki alıcı plakadan ve bir saptan oluşur (Şekil 1.8). Disk şeklindeki gövde (/), termopilin monte edildiği yerde kare bir çentik içerir (2). Halletmek ( 3 ), gövdeye lehimlenmiştir, denge ölçerin bir stand üzerine kurulmasına yarar.

Pirinç. 1.8.

Denge ölçerin kararmış alıcı plakalarından biri yukarıya, diğeri aşağıya, dünya yüzeyine doğru yönlendirilir. Gölgesiz denge ölçerin çalışma prensibi, aktif yüzeye (U, /) gelen her türlü radyasyonun ve E a), cihazın yukarıya bakan kararmış alıcı yüzeyi tarafından emilir ve aktif yüzeyden kaçan her türlü radyasyon (/?k, /?l ve E3), aşağı bakan plaka tarafından emilir. Her bir alıcı plakanın kendisi de uzun dalga radyasyonu yayar; ayrıca çevredeki hava ve cihazın gövdesi ile ısı alışverişi meydana gelir. Ancak mahfazanın yüksek ısı iletkenliği nedeniyle daha fazla ısı transferi meydana gelir ve bu da alıcı plakalar arasında önemli bir sıcaklık farkının oluşmasına izin vermez. Bu nedenle her iki plakanın içsel radyasyonu ihmal edilebilir ve ısınmalarındaki farktan denge ölçerin bulunduğu düzlemdeki herhangi bir yüzeyin radyasyon dengesinin değeri belirlenebilir.

Denge ölçerin alıcı yüzeyleri bir cam kapakla örtülmediğinden (aksi takdirde uzun dalga radyasyonunu ölçmek mümkün olmazdı), bu cihazın okumaları rüzgar hızına bağlıdır ve bu da alıcı yüzeylerin sıcaklık farkını azaltır. Bu nedenle denge ölçerin okumaları, rüzgar hızını daha önce cihaz seviyesinde ölçerek sakin koşullara yol açar.

İçin otomatik kayıtÖlçümlerde, yukarıda açıklanan cihazlarda ortaya çıkan termoelektrik akım, kayıt yapan bir elektronik potansiyometreye beslenir. Akım gücündeki değişiklikler hareketli bir kağıt bant üzerine kaydedilirken, aktinometrenin alıcı kısmı Güneş'i takip edecek şekilde otomatik olarak dönmesi gerekir ve piranometrenin özel bir halka koruması ile her zaman doğrudan radyasyondan gölgelenmesi gerekir.

Aktinometrik gözlemler, temel meteorolojik gözlemlerden farklı olarak günde altı kez şu saatlerde yapılır: 00:30, 06:30, 09:30, 12:30, 15:30 ve 18:30. Her türlü kısa dalga radyasyonunun yoğunluğu Güneş'in ufuk üzerindeki yüksekliğine bağlı olduğundan, gözlem periyotları aşağıdakilere göre ayarlanmaktadır: ortalama güneş zamanı istasyonlar.

Karakteristik değerler. Doğrudan ve toplam radyasyon akılarının büyüklükleri, mimari ve iklimsel analizlerde en önemli rollerden birini oynar. Ufuk kenarlarındaki binaların yönelimi, mekan planlaması ve renk çözümleri, iç yerleşim planı, ışık açıklıklarının boyutu ve bir dizi diğer mimari özellik bunlarla ilişkilidir. Bu nedenle güneş ışınımının bu değerleri için karakteristik değerlerin günlük ve yıllık değişimi özel olarak dikkate alınacaktır.

Enerji aydınlatması bulutsuz gökyüzü altında doğrudan güneş radyasyonu güneşin yüksekliğine, güneş ışınının yolundaki atmosferin özelliklerine bağlıdır; şeffaflık katsayısı(Güneş ışınları dik olarak düştüğünde güneş ışınımının ne kadarının dünya yüzeyine ulaştığını gösteren bir değer) ve bu yolun uzunluğu.

Bulutsuz gökyüzü altında doğrudan güneş radyasyonu, öğlen saatlerinde maksimuma ulaşan oldukça basit bir günlük döngüye sahiptir (Şekil 1.9). Şekilden de anlaşılacağı üzere gün içerisinde güneş ışınımının akışı gün doğumundan öğlene kadar önce hızlı, sonra yavaş yavaş artmakta, öğleden gün batımına kadar önce yavaş, sonra hızla azalmaktadır. Ocak ve Temmuz aylarında açık gökyüzü altında gün ortası ışınımındaki farklılıklar, esasen kışın yaz aylarına göre daha düşük olan Güneş'in öğle vakti yüksekliğindeki farklılıklardan kaynaklanmaktadır. Aynı zamanda kıtasal bölgelerde, sabah ve öğleden sonra saatlerindeki atmosferik şeffaflık farkından dolayı günlük döngüde bir asimetri sıklıkla gözlenir. Atmosferin şeffaflığı aynı zamanda doğrudan güneş ışınımının aylık ortalama değerlerinin yıllık seyrini de etkilemektedir. Bulutsuz gökyüzü altında maksimum radyasyon ilkbahar aylarına kayabilir, çünkü ilkbaharda atmosferdeki toz ve nem içeriği sonbahara göre daha düşüktür.

5 1, kW/m2

B", kW/m2

Pirinç. 1.9.

ve ortalama bulutlu koşullar altında (b):

7 - Temmuz ayında ışınlara dik bir yüzeyde; 2 - Temmuz ayında yatay bir yüzeyde; 3 - Ocak ayında dik bir yüzeyde; 4 - Ocak ayında yatay bir yüzeyde

Bulutluluk, güneş ışınımının gelişini azaltır ve günlük döngüsünü önemli ölçüde değiştirebilir; bu, öncesi ve öğleden sonra saatlik toplamların oranında kendini gösterir. Bu nedenle, ilkbahar-yaz aylarında Rusya'nın kıtasal bölgelerinin çoğunda, öğle öncesi saatlerde saatlik doğrudan radyasyon miktarları öğleden sonraya göre daha fazladır (Şekil 1.9, B). Bu esas olarak sabah 9-10'da gelişmeye başlayan ve öğleden sonra saatlerinde maksimuma ulaşan, dolayısıyla radyasyonu azaltan bulutluluğun günlük değişimi tarafından belirlenir. Gerçek bulutlu koşullar altında doğrudan güneş ışınımının akışındaki genel azalma çok önemli olabilir. Örneğin, muson iklimine sahip Vladivostok'ta yaz aylarında bu kayıplar% 75'e ulaşıyor ve St. Petersburg'da ortalama bir yılda bile bulutlar doğrudan radyasyonun% 65'inin dünya yüzeyine ulaşmasını engelliyor, Moskova'da - yaklaşık yarısı - .

Dağıtım yıllık miktarlar Rusya toprakları üzerindeki ortalama bulutlu koşullar altında doğrudan güneş ışınımı Şekil 2'de gösterilmektedir. 1.10. Güneş radyasyonunun miktarını azaltan bu faktör büyük ölçüde atmosferik dolaşıma bağlı olup radyasyonun enlemsel dağılımının bozulmasına yol açmaktadır.

Şekilden de anlaşılacağı üzere genel olarak yatay bir yüzeye gelen yıllık direkt radyasyon miktarı yüksek enlemlerden alçak enlemlere doğru 800'den yaklaşık 3000 MJ/m2'ye çıkmaktadır. Rusya'nın Avrupa kısmındaki çok sayıda bulut, Doğu Sibirya bölgelerine kıyasla yıllık miktarlarda bir azalmaya yol açıyor; burada esas olarak kışın Asya antisiklonunun etkisiyle yıllık miktarlar artıyor. Aynı zamanda yaz musonları Uzak Doğu'nun kıyı bölgelerinde yıllık radyasyon akışının azalmasına neden oluyor. Rusya topraklarında doğrudan güneş ışınımının öğlen yoğunluğundaki değişiklik aralığı yaz aylarında 0,54-0,91 kW/m2 ile kışın 0,02-0,43 kW/m2 arasında değişmektedir.

Dağınık radyasyon yatay yüzeye giriş de gün içinde değişiklik gösterir, öğlene kadar artar ve ondan sonra azalır (Şekil 1.11).

Doğrudan güneş ışınımı durumunda olduğu gibi, dağınık ışınımın gelişi yalnızca güneşin yüksekliğinden ve günün uzunluğundan değil, aynı zamanda atmosferin şeffaflığından da etkilenir. Bununla birlikte, ikincisinin azalması, dağınık radyasyonun (doğrudan radyasyonun aksine) artmasına neden olur. Ayrıca, saçılan radyasyon büyük ölçüde bulut örtüsüne bağlıdır: ortalama bulutlu koşullar altında gelişi, açık gökyüzü altında gözlemlenen değerlerin iki katından daha fazladır. Bazı günlerde bulutluluk bu rakamı 3-4 kat artırıyor. Bu nedenle, saçılan radyasyon, özellikle Güneş'in alçak bir konumunda doğrudan radyasyonu önemli ölçüde tamamlayabilir.

Pirinç. 1.10. Ortalama bulutlu koşullarda yatay bir yüzeye gelen doğrudan güneş ışınımı, yıllık MJ/m2 (1 MJ/m2 = 0,278 kW? h/m2)

/), kW/m2 0,3 g

• 0,2 -
• 0,1 -

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Saat

Pirinç. 1.11.

ve ortalama bulutlu koşullar altında (b)

Tropik bölgelerdeki dağınık güneş radyasyonunun miktarı, doğrudan radyasyonun %50 ila %75'i arasında değişir; 50-60° enlemlerinde doğrudan güneş ışınımına yakındır ve yüksek enlemlerde neredeyse tüm yıl boyunca doğrudan güneş ışınımını aşar.

Saçılan radyasyonun akışını etkileyen çok önemli bir faktör, albedo altta yatan yüzey. Albedo yeterince büyükse, alttaki yüzeyden yansıyan ve atmosfer tarafından geri saçılan radyasyon, dağınık radyasyonun gelişinde önemli bir artışa neden olabilir. Etki, en yüksek yansıtma özelliğine sahip olan kar örtüsünün varlığında en belirgindir.

Bulutsuz gökyüzü altında toplam radyasyon (olası radyasyon) yerin enlemine, güneşin yüksekliğine, atmosferin optik özelliklerine ve alttaki yüzeyin yapısına bağlıdır. Açık gökyüzü koşullarında, maksimum öğle saatlerinde olmak üzere basit bir günlük döngüye sahiptir. Doğrudan radyasyonun karakteristiği olan günlük döngünün asimetrisi, toplam radyasyonda çok az ortaya çıkar, çünkü günün ikinci yarısında atmosferik bulanıklığın artması nedeniyle doğrudan radyasyondaki azalma, dağınık radyasyondaki bir artışla telafi edilir. aynı faktör. Yıllık süreçte, bölgenin büyük bölümünde bulutsuz gökyüzü altında toplam radyasyonun maksimum yoğunluğu

Rusya topraklarında güneşin maksimum öğle yüksekliği nedeniyle Haziran ayında gözlenmektedir. Bununla birlikte, bazı bölgelerde bu etki, atmosferik şeffaflığın etkisiyle ve Mayıs ayına kadar maksimum kaymalarla (örneğin, Transbaikalia, Primorye, Sakhalin ve Doğu Sibirya'nın bazı bölgelerinde) örtüşmektedir. Bulutsuz gökyüzü altında toplam güneş radyasyonunun aylık ve yıllık miktarlarının dağılımı Tablo'da verilmektedir. 1.9 ve Şek. 1,12 enlem ortalamalı değerler biçiminde.

Verilen tablo ve şekilden yılın her mevsiminde güneşin yüksekliğinin değişmesine bağlı olarak kuzeyden güneye doğru hem yoğunluk hem de radyasyon miktarının arttığı görülmektedir. Bunun istisnası, uzun gün uzunluğu ve güneş yüksekliği kombinasyonunun kuzeyde ve bir bütün olarak Rusya'da oldukça yüksek toplam radyasyon değerleri sağladığı Mayıs'tan Temmuz'a kadar olan dönemdir, radyasyon alanı bulanıktır, yani. belirgin bir eğimi yoktur.

Tablo 1.9

Yatay bir yüzeydeki toplam güneş radyasyonu

bulutsuz bir gökyüzü ile (kW h/m 2)

Pirinç. 1.12. Çeşitli enlemlerde bulutsuz bir gökyüzüne sahip yatay bir yüzeydeki toplam güneş ışınımı (1 MJ/m2 = 0,278 kWh/m2)

Bulutluluk varsa Toplam güneş ışınımı yalnızca bulutların sayısı ve şekline göre değil aynı zamanda güneş diskinin durumuna göre de belirlenir. Güneş diski bulutların arasından parladığında, dağınık radyasyonun artması nedeniyle toplam radyasyon, bulutsuz koşullara göre daha da artabilir.

Ortalama bulutlu koşullar için, toplam radyasyonun tamamen doğal bir günlük değişimi gözlemlenir: gün doğumundan öğlene kadar kademeli bir artış ve öğleden gün batımına kadar bir azalma. Aynı zamanda bulutluluğun günlük değişimi, bulutsuz bir gökyüzünün özelliği olan öğlene göre değişimin simetrisini bozar. Böylece, sıcak dönemde Rusya'nın çoğu bölgesinde toplam radyasyonun öğleden önceki değerleri öğleden sonraki değerlerden %3-8 daha yüksektir; bu oranın olduğu Uzak Doğu'nun muson bölgeleri hariç. zıt. Toplam radyasyonun ortalama uzun vadeli aylık toplamlarının yıllık seyrinde, belirleyici astronomik faktörle birlikte, bir dolaşım faktörü (bulutluluğun etkisiyle) ortaya çıkar, böylece maksimum Haziran'dan Temmuz'a ve hatta Mayıs'a kadar değişebilir (Şek. 1.13).

• 600 -
• 500 -
• 400 -
• 300 -
• 200 -

m.Çelyuskin

Salehard

Arhangelsk

St.Petersburg

Petropavlovsk

Kamçatski

Habarovsk

Astragan

Pirinç. 1.13. Gerçek bulutlu koşullar altında Rusya'nın bireysel şehirlerinde yatay bir yüzeydeki toplam güneş ışınımı (1 MJ/m2 = 0,278 kWh/m2)

5", MJ/m2 700

Yani toplam radyasyonun aylık ve yıllık gerçek miktarı mümkün olanın yalnızca bir kısmıdır. Yaz aylarında gerçek miktarların olası miktarlardan en büyük sapmaları, bulutluluğun toplam radyasyonu %40-60 oranında azalttığı Uzak Doğu'da görülmektedir. Genel olarak, toplam yıllık toplam radyasyon akışı Rusya toprakları boyunca enlem yönünde değişmekte olup, kuzey denizlerinin kıyılarında 2800 MJ/m2'den Rusya'nın güney bölgelerinde - Kuzeyde 4800-5000 MJ/m2'ye yükselmektedir. Kafkasya, Aşağı Volga bölgesi, Transbaikalia ve Primorsky Bölgesi (Şekil 1.14).

Pirinç. 1.14. Yatay bir yüzeye gelen toplam radyasyon, yılda MJ/m2

Yaz aylarında, farklı enlemlerde bulunan şehirler arasında gerçek bulut koşulları altında toplam güneş ışınımı farklılıkları ilk bakışta göründüğü kadar "dramatik" değildir. Rusya'nın Astrahan'dan Cape Chelyuskin'e kadar olan Avrupa kısmı için bu değerler 550-650 MJ/m2 aralığında yer almaktadır. Kışın, kutup gecelerinin yaşandığı Kuzey Kutbu hariç çoğu şehirde toplam radyasyon ayda 50-150 MJ/m2'dir.

Karşılaştırma için: kentsel gelişime ilişkin Ocak ayı ortalama ısı göstergeleri (Moskova'nın gerçek verilerine dayanarak hesaplanmıştır), kentsel kent merkezlerinde ayda 220 MJ/m2 ile düşük yoğunluklu konut gelişiminin olduğu otoyollar arası alanlarda 120-150 MJ/m2 arasında değişmektedir. Üretim ve hizmet-depo bölgelerinde Ocak ayındaki ısı göstergeleri 140 MJ/m2'dir. Ocak ayında Moskova'daki toplam güneş radyasyonu 62 MJ/m2'dir. Böylece, kışın, güneş radyasyonu kullanılarak, orta yoğunluklu bir binanın hesaplanan ısısının% 10-15'inden fazlasını (% 40'lık güneş panellerinin verimliliği dikkate alınarak) karşılamak mümkündür. Irkutsk ve Yakutsk, toprakları tamamen fotovoltaik panellerle kaplı olsa da güneşli kış havalarıyla ünlüdür.

Yaz aylarında toplam güneş ışınımı kışa göre 6-9 kat artar, ısı tüketimi ise 5-7 kat azalır. Temmuz ayında ısı endeksleri yerleşim yerlerinde 35 MJ/m2 veya daha düşük, sanayi bölgelerinde ise 15 MJ/m2 veya daha düşük değerlere düşmektedir. toplam güneş ışınımının %3-5'inden fazlasını oluşturmayan değerlere. Bu nedenle, ısıtma ve aydınlatma ihtiyaçlarının minimum düzeyde olduğu yaz aylarında, Rusya genelinde geri dönüştürülemeyen bu yenilenebilir doğal kaynağın fazlalığı vardır ve bu, en azından şehirlerde ve apartmanlarda fotovoltaik panel kullanmanın fizibilitesini bir kez daha sorgulamaktadır. .

Toplam bina alanının eşit olmayan dağılımı, nüfus yoğunluğu ve çeşitli bölgelerin işlevsel amacı ile de ilişkili olan elektrik tüketimi (ısıtma ve sıcak su temini olmadan)

Isı yoğunluğu, bina alanının 1 m2'si başına her türlü enerjinin (elektrik, ısıtma, sıcak su temini) tüketiminin ortalama göstergesidir.

yoğun yerleşim alanlarında aylık 37 MJ/m 2 'den (yıllık miktarın 1/12'si olarak hesaplanmıştır) ve düşük bina yoğunluğunun olduğu bölgelerde ayda 10-15 MJ/m 2 'ye kadar vakalar. Gündüz ve yaz aylarında elektrik tüketimi doğal olarak düşüyor. Temmuz ayında konut ve karma kullanım alanlarının çoğunda elektrik tüketiminin yoğunluğu 8-12 MJ/m2 olup, Moskova'da gerçek bulutlu koşullar altında toplam güneş radyasyonu yaklaşık 600 MJ/m2 civarındadır. Bu nedenle, kentsel alanların güç kaynağı ihtiyaçlarını karşılamak için (Moskova örneğini kullanırsak), güneş ışınımının yalnızca %1,5-2'sinden yararlanmak gerekir. Geriye kalan radyasyon, eğer bertaraf edilirse, fazla olacaktır. Aynı zamanda, güç kaynağı sistemleri üzerindeki yükün maksimum olduğu ve güneşin neredeyse hiç parlamadığı veya hiç parlamadığı akşam ve gece aydınlatması için gündüz güneş ışınımının biriktirilmesi ve korunması sorunu henüz çözülmemiştir. Bu, Güneş'in hâlâ oldukça yüksekte olduğu alanlar ile Güneş'in halihazırda ufkun altında battığı alanlar arasında uzun mesafeler üzerinden elektrik iletilmesini gerektirecektir. Aynı zamanda ağlardaki elektrik kayıpları, fotovoltaik panellerin kullanımıyla sağlanan tasarruflarla karşılaştırılabilecek düzeyde olacaktır. Veya üretimi, kurulumu ve daha sonra imha edilmesi, tüm çalışma süresi boyunca biriken enerji tasarruflarıyla karşılanması muhtemel olmayan enerji maliyetleri gerektirecek yüksek kapasiteli pillerin kullanılması gerekecektir.

Şehir ölçeğinde alternatif bir güç kaynağı kaynağı olarak güneş panellerine geçişin fizibilitesini sorgulanabilir kılan, aynı derecede önemli olan bir diğer faktör de, sonuçta fotosellerin çalışmasının şehirde emilen güneş radyasyonunda önemli bir artışa yol açması ve sonuç olarak yaz aylarında şehirde hava sıcaklığının artmasına. Böylece, fotovoltaik paneller ve bunlardan güç alan iç mekan klimaları sayesinde soğutmayla eşzamanlı olarak şehirdeki hava sıcaklığında genel bir artış olacak ve bu da sonuçta, damıtıcı kullanımı yoluyla elektrik tasarrufundan elde edilen tüm ekonomik ve çevresel faydaları sıfıra indirecek. çok pahalı fotovoltaik paneller.

Güneş ışınımını elektriğe dönüştüren ekipmanın kurulumunun çok sınırlı bir durum listesinde haklı olduğu sonucu çıkıyor: yalnızca yaz aylarında, yalnızca kuru, sıcak, parçalı bulutlu havaya sahip iklim bölgelerinde, yalnızca küçük kasabalarda veya müstakil yazlık köylerde ve ancak bu elektriğin binaların iç ortamının iklimlendirme ve havalandırma tesisatlarını çalıştırmak için kullanılması durumunda. Diğer durumlarda - diğer alanlarda, diğer kentsel koşullarda ve yılın diğer zamanlarında - ılıman bir iklime sahip orta ve büyük şehirlerdeki sıradan binaların elektrik ve ısı temini ihtiyaçları için fotovoltaik panellerin ve güneş kolektörlerinin kullanılması etkisizdir.

Güneş radyasyonunun biyoiklimsel önemi. Güneş ışınımının canlı organizmalar üzerindeki etkisinin belirleyici rolü, güneş spektrumunun görünür ve kızılötesi kısımlarındaki termal enerji nedeniyle radyasyon ve ısı dengelerinin oluşumuna katılımdan kaynaklanmaktadır.

Görünür ışınlar organizmalar için özellikle önemlidir. İnsanlar gibi çoğu hayvan, ışığın spektral bileşimini ayırt etmede iyidir ve hatta bazı böcekler ultraviyole aralığında bile görebilir. Işık görüşüne ve ışık yönelimine sahip olmak hayatta kalmak için önemli bir faktördür. Örneğin, bir kişide renkli görmenin varlığı, yaşamdaki en psiko-duygusal ve optimize edici faktörlerden biridir. Karanlıkta olmak tam tersi bir etkiye sahiptir.

Bildiğiniz gibi yeşil bitkiler organik maddeleri sentezleyerek insanlar dahil diğer tüm organizmalar için besin üretirler. Yaşam için gerekli olan bu işlem, güneş ışınımının özümsenmesi sırasında meydana gelir ve bitkiler, 0,38-0,71 mikron dalga boyu aralığındaki spektrumun belirli bir aralığını kullanırlar. Bu radyasyona denir fotosentetik olarak aktif radyasyon(PAR) ve bitki verimliliği için çok önemlidir.

Işığın görünen kısmı doğal aydınlatma yaratır. Buna göre, tüm bitkiler ışığı seven ve gölgeye dayanıklı olarak ikiye ayrılır. Yetersiz ışık, kök zayıflığına neden olur, bitkilerde başak ve başak oluşumunu zayıflatır, kültür bitkilerinde şeker içeriğini ve yağ miktarını azaltır, mineral besin ve gübre kullanımını zorlaştırır.

Biyolojik etki kızılötesi ışınlar bitki ve hayvan dokuları tarafından emildiğinde termal etki oluşur. Bu durumda moleküllerin kinetik enerjisi değişir, elektriksel ve kimyasal işlemler hızlanır. Kızılötesi radyasyon nedeniyle, bitki ve hayvanların çevreden aldıkları ısı eksikliği (özellikle yüksek dağlık bölgelerde ve yüksek enlemlerde) telafi edilir.

Ultraviyole radyasyon biyolojik özelliklere ve insanlar üzerindeki etkilerine göre genellikle üç bölgeye ayrılırlar: A bölgesi - dalga boyları 0,32 ila 0,39 mikron arasında; B bölgesi - 0,28 ila 0,32 μm ve C bölgesi - 0,01 ila 0,28 μm. A Bölgesi nispeten zayıf bir şekilde ifade edilen biyolojik etkiyle karakterize edilir. Sadece bazı organik maddelerin floresansına neden olur; insanlarda ciltte pigment oluşumunu ve hafif eritemi (cildin kızarıklığını) teşvik eder.

B alanının ışınları çok daha aktiftir. Organizmaların ultraviyole ışınımına, ciltte, kanda vb. değişikliklere karşı çeşitli reaksiyonları. esas olarak onlardan dolayı. Ultraviyole radyasyonun bilinen vitamin oluşturucu etkisi, ergosteron besin maddelerinin, büyüme ve metabolizma üzerinde güçlü bir uyarıcı etkiye sahip olan O vitaminine dönüştürülmesidir.

Canlı hücreler üzerindeki en güçlü biyolojik etki, C bölgesinin ışınları tarafından uygulanır. Güneş ışığının bakteri yok edici etkisi esas olarak bunlara bağlıdır. Küçük dozlarda ultraviyole ışınları bitkiler, hayvanlar ve insanlar, özellikle çocuklar için gereklidir. Ancak büyük miktarlarda C bölgesi ışınları tüm canlılar için yıkıcıdır ve Dünya'daki yaşam ancak bu kısa dalga radyasyonun atmosferin ozon tabakası tarafından neredeyse tamamen engellenmesi nedeniyle mümkündür. Aşırı dozda ultraviyole radyasyonun biyosfer ve insanlar üzerindeki etkisi sorununun çözümü, son yıllarda Dünya atmosferindeki ozon tabakasının tükenmesi nedeniyle özellikle acil hale geldi.

Dünya yüzeyine ulaşan ultraviyole radyasyonun (UVR) canlı bir organizma üzerindeki etkisi çok çeşitlidir. Yukarıda belirtildiği gibi orta dozlarda faydalı bir etkiye sahiptir: Canlılığı artırır ve vücudun bulaşıcı hastalıklara karşı direncini artırır. UVR eksikliği, UV eksikliği veya UV açlığı adı verilen patolojik olaylara yol açar ve E vitamini eksikliğiyle kendini gösterir, bu da vücutta fosfor-kalsiyum metabolizmasının bozulmasına yol açar.

Aşırı UVR çok ciddi sonuçlara yol açabilir: cilt kanseri oluşumu, diğer onkolojik oluşumların gelişimi, fotokeratitin (“kar körlüğü”) ortaya çıkması, fotokonjonktivit ve hatta katarakt; canlı organizmaların bağışıklık sisteminin yanı sıra bitkilerdeki mutajenik süreçlerin bozulması; inşaat ve mimaride yaygın olarak kullanılan polimer malzemelerin özelliklerinde değişiklikler ve tahribatlar. Örneğin, UV radyasyonu cephe boyalarının rengini bozabilir veya polimer kaplama ve yapısal yapı ürünlerinin mekanik olarak tahrip olmasına yol açabilir.

Güneş ışınımının mimari ve inşaat açısından önemi. Güneş enerjisi ile ilgili veriler, binaların ve ısıtma ve iklimlendirme sistemlerinin termal dengesinin hesaplanmasında, çeşitli malzemelerin yaşlanma süreçlerinin analiz edilmesinde, radyasyonun bir kişinin termal durumu üzerindeki etkisi dikkate alınarak, en uygun tür kompozisyonunun seçilmesinde kullanılır. belirli bir alanın peyzajı ve diğer birçok amaç için yeşil alanlar. Güneş radyasyonu, enerji tüketimini planlarken, çeşitli yapıları tasarlarken ve ulaşımı organize ederken bilgisi gerekli olan, dünya yüzeyinin doğal aydınlatma rejimini belirler. Bu nedenle radyasyon rejimi, kentsel planlama, mimari ve inşaat faktörlerinin önde gelenlerinden biridir.

Binaların yalıtımı hijyenik gelişimin en önemli koşullarından biridir, bu nedenle önemli bir çevresel faktör olarak yüzeylerin doğrudan güneş ışığıyla ışınlanmasına özellikle dikkat edilir. Aynı zamanda Güneş sadece iç ortam üzerinde hijyenik bir etkiye sahip olup patojenleri öldürmekle kalmaz, aynı zamanda kişi üzerinde psikolojik bir etkiye de sahiptir. Bu tür bir ışınlamanın etkisi güneş ışığına maruz kalma sürecinin süresine bağlıdır, bu nedenle güneşlenme saat cinsinden ölçülür ve süresi Rusya Sağlık Bakanlığı'nın ilgili belgeleriyle standartlaştırılır.

Binaların iç ortamı için konforlu koşullar, insan çalışması ve dinlenme koşulları sağlayan gerekli minimum güneş radyasyonu, yaşam ve çalışma tesislerinin gerekli aydınlatmasından, insan vücudu için gerekli ultraviyole radyasyon miktarından, emilen ısı miktarından oluşur. dış çitlerle ve binaların içine aktarılarak iç ortamın termal konforu sağlanır. Bu gereksinimlere göre mimari ve planlama kararları alınmakta, oturma odaları, mutfaklar, kullanım ve çalışma alanlarının yönelimi belirlenmektedir. Aşırı güneş radyasyonu varsa, sundurmalar, panjurlar, panjurlar ve diğer güneşten korunma cihazlarının kurulması gerekir.

Farklı yönelimli yüzeylere (dikey ve yatay) gelen güneş ışınımı (doğrudan ve dağınık) miktarlarının analizinin aşağıdaki ölçekte yapılması tavsiye edilir:

• ayda 50 kWh/m2'den az - önemsiz radyasyon;
• Ayda 50-100 kWh/m2 - ortalama radyasyon;
• Ayda 100-200 kW h/m 2 - yüksek radyasyon;
• ayda 200 kWh/m2'den fazla - aşırı radyasyon.

Ilıman enlemlerde özellikle kış aylarında gözlenen önemsiz radyasyon nedeniyle binaların ısıl dengesine katkısı ihmal edilebilecek kadar azdır. Ilıman enlemlerdeki ortalama radyasyonla, dünya yüzeyinin ve üzerinde bulunan binaların, yapıların, yapay yüzeylerin vb. radyasyon dengesinin negatif değerleri bölgesine geçiş vardır. Bu bakımdan gün içinde güneşten aldıkları ısıdan daha fazlasını günlük döngü sırasında kaybetmeye başlarlar. Binaların ısı dengesindeki bu kayıplar, iç ısı kaynakları (elektrikli cihazlar, sıcak su boruları, insanların metabolik ısı üretimi vb.) tarafından karşılanmaz ve ısıtma sistemlerinin çalışmasıyla telafi edilmesi gerekir - ısıtma dönemi başlar .

Yüksek radyasyon ve gerçek bulutlu koşullar ile kentsel alanın termal arka planı ve binaların iç ortamı, yapay ısıtma ve soğutma sistemleri kullanılmadan konfor bölgesindedir.

Ilıman enlemlerdeki şehirlerde, özellikle ılıman karasal ve keskin karasal iklimlerde yer alan şehirlerde aşırı radyasyon ile yaz aylarında binaların ve iç ve dış ortamlarının aşırı ısınması gözlemlenebilir. Bu bağlamda mimarlar, mimari çevreyi aşırı güneş ışınımından koruma göreviyle karşı karşıyadır. Uygun alan planlama çözümleri kullanılır, binaların ufuk boyunca en uygun şekilde yönlendirilmesi, cephelerin mimari güneşten korunma elemanları ve ışık açıklıkları seçilir. Aşırı ısınmaya karşı koruma sağlayacak mimari araçlar yeterli değilse, binaların iç ortamının yapay olarak iklimlendirilmesine ihtiyaç duyulur.

Radyasyon rejimi aynı zamanda ışık açıklıklarının yönü ve boyutunun seçimini de etkiler. Düşük radyasyonda, dış çitlerden ısı kaybının standarttan daha yüksek olmayan bir seviyede tutulması şartıyla, ışık açıklıklarının boyutu herhangi bir boyuta artırılabilir. Aşırı radyasyon durumunda, ışık açıklıkları minimum boyutta yapılarak tesisin güneş ışığı ve doğal aydınlatması gereklilikleri sağlanır.

Yansıtıcılıklarını (albedo) belirleyen cephelerin hafifliği de güneşten korunma gerekliliklerine göre veya tersine, serin ve soğuk nemli iklime sahip ve ortalama veya düşük seviyelere sahip alanlarda güneş ışınımının maksimum emilim olasılığı dikkate alınarak seçilir. Yaz aylarında güneş radyasyonu. Kaplama malzemelerini yansıtma yeteneklerine göre seçmek için, çeşitli yönlerdeki binaların duvarlarına ne kadar güneş ışınımının ulaştığını ve çeşitli malzemelerin bu ışınımı absorbe etme yeteneğinin ne olduğunu bilmek gerekir. Radyasyonun duvara ulaşması, mekanın enlemine ve duvarın ufkun kenarlarına göre nasıl yönlendirildiğine bağlı olduğundan, duvarın ısınması ve ona bitişik odaların içindeki sıcaklık buna bağlı olacaktır.

Çeşitli cephe kaplama malzemelerinin emme kapasitesi renklerine ve durumlarına bağlıdır (Tablo 1.10). Çeşitli yönelimlerdeki duvarlara 1 gelen güneş ışınımının aylık miktarları ve bu duvarların albedosu biliniyorsa, bu duvarların emdiği ısı miktarı belirlenebilir.

Tablo 1.10

Yapı malzemelerinin emme kapasitesi

Bulutsuz bir gökyüzü altında çeşitli yönlerdeki dikey yüzeylerde gelen güneş ışınımının (doğrudan ve dağınık) miktarına ilişkin veriler “Bina Klimatolojisi” ortak girişiminde verilmektedir.

Bina kabuğu için uygun malzeme ve renkleri seçerek; Duvarların albedosunu değiştirerek, duvar tarafından emilen radyasyon miktarını değiştirebilir ve böylece duvarların güneş ısısıyla ısınmasını azaltabilir veya artırabilirsiniz. Bu teknik, çeşitli ülkelerin geleneksel mimarisinde aktif olarak kullanılmaktadır. Herkes güney şehirlerinin çoğu konut binasının genel açık rengiyle (renkli dekorlu beyaz) renklendirilmesiyle ayırt edildiğini bilir; örneğin İskandinav şehirleri çoğunlukla koyu tuğladan yapılmış veya binaların kaplaması için koyu renkli tahtalar kullanan şehirlerdir.

100 kWh/m2 absorbe edilen radyasyonun dış yüzey sıcaklığını yaklaşık 4°C arttırdığı tahmin edilmektedir. Rusya'nın çoğu bölgesindeki binaların duvarları, güneye ve doğuya yönlendirildiklerinde, koyu tuğladan yapılmışsa ve sıvanmamışsa batı, güneybatı ve güneydoğuya yönlendirildiklerinde saatte ortalama bu miktarda radyasyon alır veya koyu renkli sıvaya sahiptir.

Radyasyonu hesaba katmadan aylık ortalama duvar sıcaklığından, ısı mühendisliği hesaplamalarında en sık kullanılan karakteristik olan dış hava sıcaklığına geçiş için ek bir sıcaklık katkısı eklenir. Şurada: duvar tarafından emilen aylık güneş ışınımı miktarına bağlı olarak İçine(Şekil 1.15). Böylece duvara gelen toplam güneş ışınımının şiddeti ve bu duvar yüzeyinin albedosu bilinerek, hava sıcaklığına uygun bir düzeltme getirilerek sıcaklığının hesaplanması mümkün olmaktadır.

İçine, kWh/m2

Pirinç. 1.15. Güneş ışınımının emilmesi nedeniyle duvarın dış yüzeyinin sıcaklığındaki artış

Genel durumda, absorbe edilen radyasyondan kaynaklanan sıcaklık ilavesi ceteris paribus olarak belirlenir, yani. rüzgar hızından bağımsız olarak kapalı yapının aynı hava sıcaklığı, nemi ve termal direncinde.

Açık havalarda, gün ortasında güney, öğleden önce - güneydoğu ve öğleden sonra - güneybatı duvarları 350-400 kWh/m2'ye kadar güneş ısısını emebilir ve ısınarak dışarıdaki sıcaklıkların 15-20 ° C daha yüksek olmasını sağlayabilir. hava sıcaklığı. Bu büyük sıcaklık kon-

aynı binanın duvarları arasındaki güvenler. Bazı bölgelerdeki bu zıtlıklar sadece yazın değil, aynı zamanda soğuk mevsimde, güneşli, az rüzgarlı havalarda, hatta çok düşük hava sıcaklıklarında da önemli hale geliyor. Metal yapılar özellikle aşırı ısınmaya karşı hassastır. Bu nedenle, mevcut gözlemlere göre, ılıman ve keskin bir karasal iklime sahip olan, kış ve yaz aylarında parçalı bulutlu hava ile karakterize edilen, öğle vakti açık bir gökyüzü ile karakterize edilen Yakutya'da, çevre yapıların alüminyum kısımları ve Yakut hidroelektrik santralinin çatısı istasyon, ikincisinin düşük değerlerinde bile hava sıcaklığının 40-50 ° C üzerinde ısıtılır.

Yalıtımlı duvarların güneş ışınımının emilmesi nedeniyle aşırı ısınması, mimari tasarım aşamasında sağlanmalıdır. Bu etki, yalnızca mimari yöntemlerle duvarların aşırı güneş ışığına karşı korunmasını değil, aynı zamanda binalar için uygun planlama çözümlerini, farklı yönlendirilmiş cepheler için farklı güçte ısıtma sistemlerinin kullanılmasını, yapılarda stresi azaltmak için tasarıma dikişlerin dahil edilmesini ve sıcaklık deformasyonları vb. nedeniyle derzlerin sıkılığının ihlali.

Tabloda 1.11 örnek olarak eski SSCB'nin çeşitli coğrafi nesneleri için belirli albedo değerlerinde Haziran ayında soğurulan güneş ışınımının aylık miktarlarını göstermektedir. Bu tablodan, binanın kuzey duvarının albedo'sunun% 30, güney duvarının ise% 50 olması durumunda Odessa, Tiflis ve Taşkent'te aynı derecede ısınacakları görülmektedir. Kuzey bölgelerde, kuzey duvarının albedosu %10'a düşerse, albedosu %30 olan bir duvardan neredeyse 1,5 kat daha fazla ısı alacaktır.

Tablo 1.11

Çeşitli albedo değerlerinde (kW h/m2) Haziran ayında bina duvarları tarafından emilen aylık güneş ışınımı miktarları

Yukarıdaki örneklerde, "Bina Klimatolojisi" ortak girişiminde ve iklim referans kitaplarında yer alan toplam (doğrudan ve dağınık) güneş ışınımına ilişkin verilere dayanarak, dünya yüzeyinden ve çevredeki nesnelerden (örneğin mevcut binalar) yansıyan güneş ışınımı binaların çeşitli duvarları. Yönelimlerine daha az bağlıdır, bu nedenle inşaatla ilgili düzenleyici belgelerde yer almamaktadır. Bununla birlikte, bu yansıyan radyasyon oldukça yoğun olabilir ve güç açısından doğrudan veya dağınık radyasyonla karşılaştırılabilir olabilir. Bu nedenle mimari tasarım sırasında her özel durum için hesaplamalar dikkate alınmalıdır.

Slavlar arasında Dazhbog, eski Yunanlılar arasında Apollon, Hint-İranlılar arasında Mithra, eski Mısırlılar arasında Amon Ra, Aztekler arasında Tonatiuh - eski panteizmde insanlar Güneş Tanrısını bu isimlerle adlandırmışlardır.

Antik çağlardan beri insanlar Güneş'in Dünya'daki yaşam için ne kadar önemli olduğunu anlamış ve onu tanrılaştırmışlardır.

Güneş'in parlaklığı çok büyüktür ve 3,85x10 23 kW tutarındadır. Sadece 1 m 2 alana etki eden güneş enerjisi, 1,4 kW gücündeki bir motoru şarj etme kapasitesine sahiptir.

Enerjinin kaynağı yıldızın çekirdeğinde meydana gelen termonükleer reaksiyondur.

Bu durumda oluşan 4 He, dünyadaki helyumun neredeyse tamamını (%0,01) oluşturur.

Sistemimizin yıldızı elektromanyetik ve parçacık radyasyon yayar. Protonlardan, elektronlardan ve α parçacıklarından oluşan güneş rüzgarı, Güneş'in koronasının dışından uzaya “esiyor”. Güneş rüzgârıyla yılda 2-3x10-14 yıldız kütlesi kaybolur. Manyetik fırtınalar ve aurora parçacık radyasyonuyla ilişkilidir.

Elektromanyetik radyasyon (güneş radyasyonu) gezegenimizin yüzeyine doğrudan ve dağınık ışınlar şeklinde ulaşır. Spektral aralığı:

• ultraviyole radyasyon;
• X ışınları;
• γ-ışınları.

Kısa dalga kısmı enerjinin yalnızca %7'sini oluşturur. Görünür ışık, güneşin radyasyon enerjisinin %48'ini oluşturur. Esas olarak mavi-yeşil radyasyon spektrumundan oluşur, %45'i kızılötesi radyasyondur ve yalnızca küçük bir kısmı radyo radyasyonu ile temsil edilir.

Ultraviyole radyasyon, dalga boyuna bağlı olarak ikiye ayrılır:

Uzun dalga boyundaki ultraviyole radyasyonun çoğu dünya yüzeyine ulaşır. Gezegenin yüzeyine ulaşan UV-B enerjisinin miktarı ozon tabakasının durumuna bağlıdır. UV-C, ozon tabakası ve atmosferik gazlar tarafından neredeyse tamamen emilir. 1994 yılında WHO ve WMO bir ultraviyole indeksi (UV, W/m2) getirilmesini önerdi.

Işığın görünür kısmı atmosfer tarafından emilmez, ancak bir miktar spektrumdaki dalgalar dağılır. Kızılötesi renk veya orta dalga termal enerjisi esas olarak su buharı ve karbondioksit tarafından emilir. Uzun dalga spektrumunun kaynağı dünyanın yüzeyidir.

Yukarıdaki aralıkların tümü Dünya'daki yaşam için büyük önem taşımaktadır. Güneş ışınımının önemli bir kısmı Dünya yüzeyine ulaşmaz. Gezegenin yüzeyinde aşağıdaki radyasyon türleri kaydedilir:

• %1 ultraviyole;
• %40 optik;
• %59 kızılötesi.

Güneş ışınımının yoğunluğu şunlara bağlıdır:

• enlem;
• mevsim;
• günün saati;
• atmosferik koşullar;
• Dünya yüzeyinin özellikleri ve kabartması.

Dünyanın farklı yerlerinde güneş radyasyonu canlı organizmaları farklı şekilde etkiler.

Işık enerjisinin etkisi altında meydana gelen fotobiyolojik süreçler, rollerine bağlı olarak aşağıdaki gruplara ayrılabilir:

• biyolojik olarak aktif maddelerin sentezi (fotosentez);
• uzayda gezinmeye ve bilgi edinmeye yardımcı olan fotobiyolojik süreçler (fototaksi, görme, fotoperiyodizm);
• Zarar verici etkiler (mutasyonlar, kanserojen süreçler, biyoaktif maddeler üzerinde yıkıcı etkiler).

Işık radyasyonunun vücuttaki fotobiyolojik süreçler üzerinde uyarıcı bir etkisi vardır - vitaminlerin, pigmentlerin sentezi, hücresel fotostimülasyon. Güneş ışığının hassaslaştırıcı etkisi şu anda araştırılmaktadır.

İnsan vücudunun cildini etkileyen ultraviyole radyasyon, birçok fizyolojik sürecin düzenleyicisi olan D, B4 vitaminlerinin ve proteinlerin sentezini uyarır. Ultraviyole radyasyon şunları etkiler:

• metabolik süreçler;
• bağışıklık sistemi;
• sinir sistemi;
• Endokrin sistemi.

Ultraviyole radyasyonun hassaslaştırıcı etkisi dalga boyuna bağlıdır:

Güneş ışığının uyarıcı etkisi, spesifik ve spesifik olmayan bağışıklığın arttırılmasıyla ifade edilir. Örneğin orta derecede doğal UV radyasyonuna maruz kalan çocuklarda soğuk algınlığı sayısı 1/3 oranında azalır. Aynı zamanda tedavinin etkinliği artar, komplikasyon görülmez ve hastalığın süresi kısalır.

Kısa dalga UV radyasyonunun bakterisidal özellikleri tıpta, gıda endüstrisinde ve ilaç üretiminde ortamların, havanın ve ürünlerin dezenfeksiyonu için kullanılmaktadır. Ultraviyole radyasyon tüberküloz basilini birkaç dakika içinde, stafilokokları 25 dakika içinde ve tifoya neden olan etkeni 60 dakika içinde yok eder.

Spesifik olmayan bağışıklık, ultraviyole ışınlamaya yanıt olarak, iltifat titrelerinde ve aglütinasyonda bir artış ve fagosit aktivitesinde bir artışla yanıt verir. Ancak artan UV radyasyonu vücutta patolojik değişikliklere neden olur:

• cilt kanseri;
• güneş eritemi;
• çillerin, nevüslerin, güneş mercimeklerinin ortaya çıkmasıyla ifade edilen bağışıklık sistemine zarar.

Görünür güneş ışığı:

• görsel bir analizör kullanarak bilgilerin %80'inin elde edilmesini mümkün kılar;
• metabolik süreçleri hızlandırır;
• ruh halini ve genel refahı iyileştirir;
• ısıtır;
• merkezi sinir sisteminin durumunu etkiler;
• sirkadiyen ritimleri belirler.

Kızılötesi radyasyona maruz kalma derecesi dalga boyuna bağlıdır:

• uzun dalga - zayıf nüfuz etme kabiliyetine sahiptir ve büyük ölçüde cilt yüzeyi tarafından emilerek eriteme neden olur;
• kısa dalga - vücudun derinliklerine nüfuz ederek vazodilatör, analjezik ve antiinflamatuar etki sağlar.

Güneş radyasyonunun canlı organizmalar üzerindeki etkisinin yanı sıra, Dünya'nın iklimini şekillendirmede de büyük önemi vardır.

Güneş ışınımının iklim açısından önemi

Güneş, dünyanın iklimini şekillendiren ana ısı kaynağıdır. Dünyanın gelişiminin ilk aşamalarında Güneş, şimdikinden %30 daha az ısı yaydı. Ancak atmosferin gazlar ve volkanik tozlarla doyması sayesinde Dünya'daki iklim nemli ve sıcaktı.

Güneşlenme şiddetinde iklimin ısınmasına ve soğumasına neden olan bir döngüsellik vardır. Döngüsellik, 14-19. yüzyıllarda başlayan Küçük Buzul Çağı'nı açıklıyor. ve 1900-1950 döneminde iklim ısınması gözlendi.

Gezegenin tarihinde, güneş ışınımının yüzeydeki yeniden dağılımını değiştiren ve iklimi etkileyen eksen eğimi ve yörünge eksantrikliğinde periyodik değişiklikler vardır. Örneğin bu değişiklikler Sahra Çölü'nün alanındaki artış ve azalışlara da yansıyor.

Buzul arası dönemler yaklaşık 10.000 yıl sürer. Dünya şu anda Heliosen adı verilen buzullararası bir dönemdedir. İlk insanoğlunun tarımsal faaliyetleri sayesinde bu dönem beklenenden daha uzun sürdü.

Bilim adamları, kuru ve sıcak bir iklimin serin ve nemli bir iklime dönüştüğü 35-45 yıllık iklim değişikliği döngülerini tanımladılar. İç su kütlelerinin dolmasını, Dünya Okyanusunun seviyesini ve Kuzey Kutbu'ndaki buzullaşmadaki değişiklikleri etkiler.

Güneş radyasyonu farklı şekilde dağıtılır. Örneğin orta enlemlerde 1984'ten 2008'e kadar olan dönemde toplam ve doğrudan güneş ışınımında artış, saçılan ışınımda ise azalma olmuştur. Yıl boyunca yoğunlukta da değişiklikler gözlenmektedir. Böylece zirve Mayıs-Ağustos aylarında, minimum ise kışın meydana gelir.

Yazın Güneş'in yüksekliği ve gündüz süresi daha fazla olduğundan bu süre toplam yıllık radyasyonun %50'sini oluşturur. Ve Kasım'dan Şubat'a kadar olan dönemde - sadece% 5.

Dünyanın belirli bir yüzeyine düşen güneş ışınımının miktarı önemli iklim göstergelerini etkiler:

• sıcaklık;
• nem;
• atmosferik basınç;
• bulutluluk;
• yağış;
• rüzgar hızı.

Güneş radyasyonundaki artış sıcaklığı ve atmosfer basıncını artırır; diğer özellikler ise bunun tersi yöndedir. Bilim adamları, Güneş'ten gelen toplam ve doğrudan radyasyon seviyelerinin iklim üzerinde en büyük etkiye sahip olduğunu buldu.

Güneşten korunma önlemleri

Güneş radyasyonunun insanlar üzerinde ısı ve güneş çarpması şeklinde hassaslaştırıcı ve zarar verici etkisi vardır ve radyasyonun cilt üzerinde olumsuz etkileri vardır. Günümüzde bronzlaşma karşıtı harekete çok sayıda ünlü katıldı.

Örneğin Angelina Jolie, iki haftalık bronzlaşma için hayatının birkaç yılını feda etmek istemediğini söylüyor.

Kendinizi güneş ışınlarından korumak için şunları yapmalısınız:

1. sabah ve akşam saatlerinde güneşlenmek en güvenli zamandır;
2. güneş gözlüğü kullanın;
3. aktif güneş döneminde:

• vücudun başını ve açık bölgelerini örtün;
• UV filtreli güneş koruyucu kullanın;
• özel kıyafetler satın alın;
• kendinizi geniş kenarlı bir şapka veya güneş şemsiyesi ile koruyun;
• içme rejimini gözlemleyin;
• yoğun fiziksel aktiviteden kaçının.

Akıllıca kullanıldığında güneş radyasyonunun insan vücudu üzerinde faydalı bir etkisi vardır.

ATMOSFER

Atmosfer. GO'nun yapısı, bileşimi, kökeni ve önemi. Atmosferdeki termal süreçler. Güneş radyasyonu, çeşitleri, enlemsel dağılımı ve dünya yüzeyine dönüşümü.

Atmosfer- Yer çekimi kuvveti tarafından tutulan ve gezegenin dönüşüne katılan Dünya'nın hava kabuğu. Yer çekimi kuvveti atmosferi Dünya yüzeyine yakın tutar. Atmosferin en yüksek basıncı ve yoğunluğu yer yüzeyinde görülür; yukarıya doğru çıkıldıkça basınç ve yoğunluk azalır. 18 km yükseklikte basınç 10 kat, 80 km yükseklikte ise 75.000 kat azalır. Atmosferin alt sınırı Dünya'nın yüzeyidir, üst sınırın geleneksel olarak 1000-1200 km rakım olduğu varsayılır. Atmosferin kütlesi 5,13 x 1015 tondur ve bu miktarın %99'u 36 km yüksekliğe kadar olan alt katmanda bulunmaktadır.

Atmosferin yüksek katmanlarının varlığına dair deliller şunlardır:

22-25 km yükseklikte atmosferde sedefli bulutlar bulunur;

80 km yükseklikte gece bulutları görülebilir;

Yaklaşık 100-120 km yükseklikte göktaşlarının yanması gözlenir, yani. burada atmosfer hâlâ oldukça yoğun;

Yaklaşık 220 km yükseklikte, ışığın atmosferik gazlar tarafından saçılması başlar (alacakaranlık olgusu);

Auroralar yaklaşık 1000-1200 km yükseklikte başlar; bu olay, havanın güneşten gelen parçacık akışlarıyla iyonlaşmasıyla açıklanır. Oldukça seyrekleşmiş atmosfer 20.000 km yüksekliğe kadar uzanır; dünyanın koronasını oluşturur ve fark edilmeden gezegenler arası gaza dönüşür.

Atmosfer, bir bütün olarak gezegen gibi, batıdan doğuya doğru saat yönünün tersine döner. Dönme nedeniyle elipsoid şeklini alır, yani. Atmosfer ekvatorun yakınında kutuplara yakın olduğundan daha kalındır. Güneş'in tersi yönde bir çıkıntısı var, Dünya'nın kuyruklu yıldız gibi seyrekleşmiş bu "gaz kuyruğu" yaklaşık 120 bin km uzunluğa sahip. Atmosfer, ısı ve nem alışverişi yoluyla diğer jeosferlerle bağlantılıdır. Atmosferdeki süreçlerin enerjisi Güneş'ten gelen elektromanyetik radyasyondur.

Atmosferin gelişimi. Hidrojen ve helyum uzayda en yaygın elementler olduğundan, şüphesiz Dünya'nın doğduğu proto-gezegensel gaz ve toz bulutunun parçalarıydılar. Bu bulutun sıcaklığının çok düşük olması nedeniyle ilk dünya atmosferi yalnızca hidrojen ve helyumdan oluşmuş olabilir. Bulutu oluşturan maddenin diğer tüm unsurları katı haldeydi. Dev gezegenlerde böyle bir atmosfer gözleniyor; görünüşe göre gezegenlerin büyük çekim gücü ve Güneş'e olan uzaklıkları nedeniyle birincil atmosferlerini korumuşlar.

Bunu Dünya'nın ısınması izledi: Gezegenin yerçekimsel sıkışması ve içindeki radyoaktif elementlerin bozunması nedeniyle ısı üretildi. Dünya, hidrojen-helyum atmosferini kaybetmiş ve derinliklerinden salınan gazlardan (karbondioksit, amonyak, metan, hidrojen sülfür) kendi ikincil atmosferini oluşturmuştur. A.P.'ye göre. Vinogradov (1959), bu atmosferde çoğu H2O, ardından CO2, CO, HCl, HF, H2S, N2, NH4Cl ve CH4 vardı (modern volkanik gazların bileşimi yaklaşık olarak aynıdır) ). V. Sokolov (1959) burada H2 ve NH3'ün de bulunduğuna inanıyordu. Oksijen yoktu ve atmosferde indirgeyici koşullar hüküm sürüyordu. Şimdi benzer atmosferler Mars ve Venüs'te de gözleniyor; bunların %95'i karbondioksittir.

Atmosferin gelişimindeki bir sonraki aşama, abiojenikten biyojeniğe, indirgeyici koşullardan oksitleyici koşullara geçiş oldu. Dünyanın gaz kabuğunun ana bileşenleri N2, CO2, CO'dur. Yan ürünler olarak - CH 4, O 2. Oksijen, Güneş'ten gelen ultraviyole ışınların etkisi altında atmosferin üst kısmındaki su moleküllerinden ortaya çıktı; Aynı zamanda yer kabuğunu oluşturan oksitlerden de salınabiliyordu ama büyük çoğunluğu yine yer kabuğundaki minerallerin oksidasyonu veya atmosferdeki hidrojen ve bileşiklerinin oksidasyonu sonucu kayboluyordu.

Azot-oksijen atmosferinin gelişiminin son aşaması, Dünya'da yaşamın ortaya çıkışı ve fotosentez mekanizmasının ortaya çıkışı ile ilişkilidir. Biyojenik oksijen içeriği artmaya başladı. Aynı zamanda atmosfer, bir kısmı büyük kömür ve karbonat birikintilerine giren karbondioksiti neredeyse tamamen kaybetti.

Bu, hidrojen-helyum atmosferinden modern olana giden yoldur; burada asıl rol artık nitrojen ve oksijen tarafından oynanır ve argon ve karbon dioksit safsızlık olarak mevcuttur. Modern nitrojen de biyojenik kökenlidir.

Atmosfer gazlarının bileşimi.

atmosferik hava– Süspansiyon halinde toz ve su içeren gazların mekanik karışımı. Deniz seviyesindeki temiz ve kuru hava, çeşitli gazların bir karışımıdır ve ana atmosferik gazlar - nitrojen (hacim konsantrasyonu %78,08) ve oksijen (%20,95) arasındaki oran sabittir. Bunlara ek olarak atmosferik havada argon (%0,93) ve karbondioksit (%0,03) bulunur. Diğer gazların (neon, helyum, metan, kripton, ksenon, hidrojen, iyot, karbon monoksit ve nitrojen oksitler) miktarı ihmal edilebilir düzeydedir (%0,1'den az) (tablo).

Tablo 2

Atmosferin gaz bileşimi

Atmosferin yüksek katmanlarında, Güneş'ten gelen sert radyasyonun etkisi altında havanın bileşimi değişir, bu da oksijen moleküllerinin atomlara parçalanmasına (ayrışmasına) yol açar. Atomik oksijen, atmosferin yüksek katmanlarının ana bileşenidir. Son olarak, atmosferin Dünya yüzeyinden en uzak katmanlarında ana bileşenler en hafif gazlar olan hidrojen ve helyumdur. Atmosferin üst katmanlarında yeni bir bileşik keşfedildi: hidroksil OH. Bu bileşiğin varlığı atmosferde yüksek rakımlarda su buharının oluşumunu açıklamaktadır. Maddenin büyük kısmı Dünya yüzeyinden 20 km uzaklıkta yoğunlaştığından, havanın bileşimindeki yükseklikle birlikte meydana gelen değişikliklerin atmosferin genel bileşimi üzerinde gözle görülür bir etkisi yoktur.

Atmosferin en önemli bileşenleri ozon ve karbondioksittir. Ozon triatomik oksijendir ( HAKKINDA 3 ), Dünya yüzeyinden 70 km yüksekliğe kadar atmosferde bulunur. Havanın zemin katmanlarında, esas olarak atmosferik elektriğin etkisi altında ve organik maddelerin oksidasyonu sürecinde ve atmosferin daha yüksek katmanlarında (stratosfer) - Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyonun etkisinin bir sonucu olarak oluşur. oksijen molekülü üzerinde. Ozonun büyük kısmı stratosferde bulunur (bu nedenle stratosfere genellikle ozonosfer denir). 20-25 km yükseklikte maksimum ozon konsantrasyonu tabakasına ozon ekranı denir. Genel olarak ozon tabakası güneş enerjisinin yaklaşık %13'ünü emer. Belirli bölgelerdeki ozon konsantrasyonunun azalmasına “ozon delikleri” denir.

Karbondioksit, su buharıyla birlikte atmosferde sera etkisine neden olur. Sera etkisi- atmosferin Güneş'ten gelen kısa dalga radyasyonunu iletme ve Dünya'dan uzun dalga radyasyonu yaymama yeteneği ile açıklanan, atmosferin iç katmanlarının ısınması. Eğer atmosferde iki kat daha fazla karbondioksit olsaydı, dünyanın ortalama sıcaklığı 18 0 C'ye ulaşırdı, şimdi ise 14-15 0 C.

Atmosferdeki gazların toplam ağırlığı yaklaşık 4,5 10 15 tondur. Dolayısıyla birim alan başına atmosferin "ağırlığı" veya atmosfer basıncı deniz seviyesinde yaklaşık 10,3 ton/m 2'dir.

Havada çapı bir mikronun kesri kadar olan çok sayıda partikül madde bulunmaktadır. Bunlar yoğunlaşma çekirdekleridir. Onlar olmasaydı sis, bulut ve yağış oluşumu mümkün olmazdı. Birçok optik ve atmosferik olay, atmosferdeki parçacık maddelerle ilişkilidir. Atmosfere girme yolları farklıdır: volkanik kül, yakıtın yanmasından kaynaklanan duman, bitki poleni, mikroorganizmalar. Son zamanlarda endüstriyel emisyonlar ve radyoaktif bozunma ürünleri yoğunlaşma çekirdeği görevi görüyor.

Atmosferin önemli bir bileşeni su buharıdır, nemli ekvator ormanlarında miktarı %4'e ulaşır, kutup bölgelerinde ise %0,2'ye düşer. Su buharı, toprak yüzeyinden ve su kütlelerinden buharlaşmanın yanı sıra bitkiler tarafından nemin terlemesi nedeniyle atmosfere girer. Su buharı bir sera gazıdır ve karbondioksitle birlikte dünyanın uzun dalga radyasyonunun çoğunu yakalayarak gezegenin soğumasını engeller.

Atmosfer mükemmel bir yalıtkan değildir; iyonlaştırıcıların etkisinden dolayı elektrik iletme yeteneğine sahiptir - Güneş'ten gelen ultraviyole radyasyon, kozmik ışınlar, radyoaktif maddelerden gelen radyasyon. Maksimum elektrik iletkenliği 100-150 km yükseklikte gözlenir. Atmosferdeki iyonların ve dünya yüzeyinin yükünün birleşik eyleminin bir sonucu olarak, atmosferde bir elektrik alanı yaratılır. Dünyanın yüzeyine göre atmosfer pozitif yüklüdür. Vurgula nötrosfer– nötr bileşime sahip bir katman (80 km'ye kadar) ve iyonosfer– iyonize katman.

Atmosferin yapısı.

Atmosferin birkaç ana katmanı vardır. Dünya yüzeyine bitişik olan alt kısma denir troposfer(kutuplarda yükseklik 8-10 km, ılıman enlemlerde 12 km ve ekvatorun üzerinde 16-18 km). Hava sıcaklığı yükseklikle birlikte kademeli olarak azalır - her 100 m'lik yükselişte ortalama 0,6 °C, bu sadece dağlık bölgelerde değil, aynı zamanda Belarus'un yükseklerinde de gözle görülür şekilde kendini gösterir.

Troposfer, toplam hava kütlesinin% 80'ini, atmosferik yabancı maddelerin büyük kısmını ve neredeyse tüm su buharını içerir. Atmosferin 10-12 km yükseklikteki bu bölümünde bulutlar oluşur, fırtınalar, yağmurlar ve havayı şekillendiren ve gezegenimizin farklı bölgelerindeki iklim koşullarını belirleyen diğer fiziksel süreçler meydana gelir. Troposferin doğrudan dünya yüzeyine bitişik olan alt katmanına denir. zemin katmanı.

Dünya yüzeyinin etkisi yaklaşık 20 km yüksekliğe kadar uzanır ve daha sonra hava doğrudan Güneş tarafından ısıtılır. Böylece, 20-25 km yükseklikte bulunan GO'nun sınırı, diğer şeylerin yanı sıra, dünya yüzeyinin termal etkisi ile belirlenmektedir. Bu yükseklikte hava sıcaklığındaki enlem farklılıkları ortadan kalkar ve coğrafi bölge bulanıklaşır.

Ne kadar yüksek başlarsa stratosfer okyanus veya kara yüzeyinden 50-55 km yüksekliğe kadar uzanır. Atmosferin bu katmanı önemli ölçüde azalır, oksijen ve nitrojen miktarı azalır ve hidrojen, helyum ve diğer hafif gazların miktarı artar. Burada oluşan ozon tabakası ultraviyole radyasyonu emer ve Dünya yüzeyinin termal koşullarını ve troposferdeki fiziksel süreçleri büyük ölçüde etkiler. Stratosferin alt kısmında hava sıcaklığı sabittir; burada izotermal bir katman bulunur. 22 km yükseklikten başlayarak hava sıcaklığı yükselir, stratosferin üst sınırında 0 0 C'ye ulaşır (sıcaklığın artması burada güneş ışınımını emen ozonun varlığıyla açıklanır). Stratosferde yoğun yatay hava hareketleri meydana gelir. Hava akış hızı 300-400 km/saat'e ulaşır. Stratosfer atmosferdeki havanın %20'sinden daha azını içerir.

55-80 km yükseklikte mezosfer(bu katmanda yükseklik arttıkça hava sıcaklığı azalır ve üst sınıra yakın yerlerde -80 0 C'ye düşer), 80-800 km arasında termosfer helyum ve hidrojenin hakim olduğu (hava sıcaklığı yükseklikle hızla artar ve 800 km yükseklikte 1000 0 C'ye ulaşır). Mezosfer ve termosfer birlikte kalın bir katman oluşturur. iyonosfer(yüklü parçacıkların bölgesi - iyonlar ve elektronlar).

Atmosferin en üstteki, oldukça seyrekleşmiş kısmı (800 ila 1200 km arası) ekzosfer. Atom halindeki gazların hakim olduğu bu bölgede sıcaklık 2000°C'ye kadar yükselir.

Sivil toplum yaşamında atmosferin önemi büyüktür. Atmosferin Dünya'nın iklimi üzerinde olumlu bir etkisi vardır ve onu aşırı soğuma ve ısınmadan korur. Atmosferi olmayan gezegenimizde günlük sıcaklık dalgalanmaları 200°C'ye ulaşır: gündüz +100°C ve üzeri, gece -100°C. Şu anda Dünya yüzeyindeki ortalama hava sıcaklığı +14°C'dir. Atmosfer, meteorların ve sert radyasyonun Dünya'ya ulaşmasına izin vermez. Atmosfer olmasaydı ses olmazdı, kutup ışıkları olmazdı, bulutlar olmazdı ve yağış olmazdı.

İklim oluşturan süreçler şunları içerir: ısı sirkülasyonu, nem sirkülasyonu ve atmosferik sirkülasyon.

Atmosferdeki ısı değişimi. Isı devri atmosferin termal rejimini sağlar ve radyasyon dengesine bağlıdır; Dünya yüzeyine gelen (radyant enerji formunda) ve onu terk eden ısı akışları (Dünya tarafından emilen radyant enerji ısıya dönüştürülür).

Güneş radyasyonu– Güneşten gelen elektromanyetik radyasyonun akışı. Atmosferin üst sınırında güneş ışınımının yoğunluğu (akı yoğunluğu) 8,3 J/(cm2/dakika)'dır. Güneş ışığının dik gelişiyle 1 cm2 siyah yüzeyin 1 dakikada yaydığı ısı miktarına ne ad verilir? güneş sabiti.

Dünya tarafından alınan güneş radyasyonunun miktarı aşağıdakilere bağlıdır:

1. Dünya ile Güneş arasındaki mesafe hakkında. Dünya, Ocak ayı başlarında Güneş'e en yakın, Temmuz ayı başlarında ise en uzak konumdadır; bu iki mesafe arasındaki fark 5 milyon km'dir, bunun sonucunda Dünya, Dünya'dan Güneş'e olan ortalama mesafeye göre (Nisan başında) ilk durumda% 3,4 daha fazla, ikinci durumda ise% 3,5 daha az radyasyon alır. ve Ekim ayı başında);

2. Güneş ışınlarının dünya yüzeyine gelme açısı; bu açı coğrafi enleme, güneşin ufuk üzerindeki yüksekliğine (gün boyunca ve mevsimlere göre değişir) ve topoğrafyanın doğasına bağlıdır. dünya yüzeyinin;

3. Işınım enerjisinin atmosferde (saçılma, soğurma, uzaya geri yansıma) ve dünya yüzeyinde dönüşümünden. Dünyanın ortalama albedosu %43'tür.

Tüm radyasyonun yaklaşık %17'si emilir; Ozon, oksijen ve nitrojen esas olarak kısa dalga ultraviyole ışınlarını emer, su buharı ve karbondioksit ise uzun dalga kızılötesi ışınımı emer. Atmosfer radyasyonun %28'ini dağıtır; %21'i yeryüzüne ulaşır, %7'si uzaya gider. Gök kubbenin tamamından dünya yüzeyine ulaşan radyasyon kısmına denir. dağınık radyasyon . Saçılmanın özü, elektromanyetik dalgaları emen bir parçacığın kendisinin bir ışık radyasyonu kaynağı haline gelmesi ve üzerine düşen dalgaların aynısını yaymasıdır. Hava molekülleri çok küçüktür ve boyut olarak spektrumun mavi kısmının dalga boyuyla karşılaştırılabilir. Temiz havada moleküler saçılma baskın olduğundan gökyüzünün rengi mavidir. Hava tozlu olduğunda gökyüzünün rengi beyazımsı olur. Gökyüzünün rengi atmosferdeki yabancı maddelerin içeriğine bağlıdır. Kırmızı ışınları saçan yüksek su buharı içeriğiyle gökyüzü kırmızımsı bir renk alır. Alacakaranlık ve beyaz geceler fenomeni dağınık radyasyonla ilişkilidir, çünkü Güneş ufkun altına battıktan sonra atmosferin üst katmanları aydınlatılmaya devam eder.

Bulut tepeleri radyasyonun yaklaşık %24'ünü yansıtır. Sonuç olarak atmosferin üst sınırına ulaşan tüm güneş ışınımının yaklaşık %31'inin ışın akışı şeklinde dünya yüzeyine yaklaşmasına denir; doğrudan radyasyon . Doğrudan ve saçılan radyasyonun toplamına (%52) ne ad verilir? toplam radyasyon. Doğrudan ve dağınık ışınım arasındaki oran, atmosferin bulutluluğuna, tozluluğuna ve Güneş'in yüksekliğine bağlı olarak değişir. Toplam güneş ışınımının dünya yüzeyine dağılımı bölgeseldir. Yılda en yüksek toplam güneş ışınımı 840-920 kJ/cm2 ile Kuzey Yarımküre'nin tropik enlemlerinde gözlenir, bu da düşük bulutluluk ve yüksek hava şeffaflığıyla açıklanır. Ekvatorda yoğun bulutluluk ve yüksek nem nedeniyle şeffaflığın azalması nedeniyle toplam radyasyon yılda 580-670 kJ/cm2'ye düşer. Ilıman enlemlerde, toplam radyasyon miktarı yılda 330-500 kJ/cm2, kutup enlemlerinde - yılda 250 kJ/cm2, Antarktika'da ise kıtanın yüksek rakımı ve düşük hava nemi nedeniyle biraz daha azdır. daha yüksek.

Dünya yüzeyine ulaşan toplam güneş ışınımı kısmen geri yansıtılır. Yüzde olarak ifade edilen, yansıyan radyasyonun toplam radyasyona oranına denir. albedo. Albedo, bir yüzeyin yansıtıcılığını karakterize eder ve rengine, nemine ve diğer özelliklerine bağlıdır.

Yeni yağan kar, %90'a kadar en yüksek yansıtma oranına sahiptir. Albedo kumdan %30-35, çimenden %20, yaprak döken ormanlardan %16-27, iğne yapraklılardan %6-19; kuru çernozemin albedosu %14, ıslak çernozemin ise %8'dir. Bir gezegen olarak Dünya'nın albedosu %35 olarak alınmıştır.

Radyasyonu emerek Dünyanın kendisi bir radyasyon kaynağı haline gelir. Dünyanın termal radyasyonu - karasal radyasyon– uzun dalgadır çünkü Dalga boyu sıcaklığa bağlıdır: yayan cismin sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, onun yaydığı ışınların dalga boyu da o kadar kısa olur. Dünyanın yüzeyinden gelen radyasyon atmosferi ısıtır ve kendisi de uzaya radyasyon yaymaya başlar ( atmosferden gelen radyasyona karşı) ve dünyanın yüzeyine. Atmosferden gelen karşıt akım radyasyonu da uzun dalgalıdır. Atmosferde iki uzun dalga radyasyon akışı vardır: yüzey radyasyonu (karasal radyasyon) ve atmosferik radyasyon. Dünya yüzeyindeki gerçek ısı kaybını belirleyen aralarındaki farka denir. etkili radyasyon Uzaya yönlendiriliyor çünkü karasal radyasyon daha fazladır. Etkili radyasyon gündüz ve yaz aylarında daha fazladır, çünkü yüzey ısınmasına bağlıdır. Etkili radyasyon havanın nemine bağlıdır: Havadaki su buharı veya su damlacıkları ne kadar fazla olursa radyasyon o kadar az olur (bu nedenle kışın bulutlu hava her zaman açık havadan daha sıcaktır). Genel olarak, Dünya için etkili radyasyon yılda 190 kJ/cm2'ye eşittir (tropikal çöllerde en yüksek 380, kutup enlemlerinde en küçüğü yılda 85 kJ/cm2'dir).

Dünya aynı anda radyasyon alır ve onu serbest bırakır. Alınan ve tüketilen radyasyon arasındaki farka denir. radyasyon dengesi, veya artık radyasyon. Yüzey radyasyon dengesinin gelişi, toplam radyasyon (Q) ve atmosferin karşı radyasyonudur. Tüketim – yansıyan radyasyon (Rk) ve karasal radyasyon. Karasal radyasyon ve karşı atmosferik radyasyon arasındaki fark - etkili radyasyon (E eff) eksi işaretine sahiptir ve radyasyon dengesindeki akış hızının bir parçasıdır:

R b =Q-E eff -R k

Radyasyon dengesi bölgesel olarak dağıtılır: ekvatordan kutuplara doğru azalır. En yüksek radyasyon dengesi ekvator enlemlerinin karakteristiğidir ve yılda 330-420 kJ/cm2 tutarındadır, tropik enlemlerde yılda 250-290 kJ/cm2'ye düşer (etkili radyasyondaki artışla açıklanır), ılıman enlemlerde radyasyon dengesi yılda 210-85 kJ/cm2'ye düşer, kutup enlemlerinde değeri sıfıra yaklaşır. Radyasyon dengesinin genel bir özelliği, okyanuslar üzerinde tüm enlemlerde radyasyon dengesinin 40-85 kJ/cm2 daha yüksek olmasıdır, çünkü Suyun albedosu ve okyanusun etkin radyasyonu daha düşüktür.

Atmosferik radyasyon dengesinin (R b) gelen kısmı, etkili radyasyondan (E ef) ve emilen güneş radyasyonundan (R p) oluşur, giden kısım, uzaya kaçan atmosferik radyasyon (E a) tarafından belirlenir:

R b = E ef - E a + R p

Atmosferin radyasyon dengesi negatif, yüzey radyasyon dengesi ise pozitiftir. Atmosferin ve dünya yüzeyinin toplam radyasyon dengesi sıfırdır, yani. Dünya parlak bir denge halindedir.

Isı dengesi – Dünya yüzeyine ışınım dengesi şeklinde gelen ve oradan ayrılan ısı akışlarının cebirsel toplamı. Yüzeyin ve atmosferin termal dengesinden oluşur. Dünya yüzeyinin ısı dengesinin gelen kısmında bir radyasyon dengesi vardır, çıkan kısımda buharlaşma için, Dünya'dan atmosferi ısıtmak için, toprağı ısıtmak için ısı tüketimi vardır. Isı aynı zamanda fotosentez için de kullanılır. Toprak oluşumu ancak bu maliyetler %1'i geçmez. Okyanuslarda buharlaşma nedeniyle, tropikal enlemlerde ise atmosferi ısıtmak için daha fazla ısı kaybının olduğu unutulmamalıdır.

Atmosferin ısı dengesinde, gelen kısım, su buharının yoğunlaşması sırasında açığa çıkan ve yüzeyden atmosfere aktarılan ısıdır; akış hızı negatif radyasyon dengesinden oluşur. Dünya yüzeyinin ve atmosferinin ısı dengesi sıfırdır, yani. Dünya termal denge halindedir.

Dünya yüzeyinin termal rejimi.

Dünyanın yüzeyi doğrudan güneş ışınlarıyla ısıtılır ve ondan atmosfer ısıtılır. Isıyı alan ve veren yüzeye denir aktif yüzey . Yüzey sıcaklık rejiminde günlük ve yıllık sıcaklık değişimleri ayırt edilir. Yüzey sıcaklıklarının günlük değişimi – gün boyunca yüzey sıcaklığındaki değişiklik. Arazi yüzeyi sıcaklıklarının günlük değişimi (kuru ve bitki örtüsünden yoksun), saat 13:00 civarında bir maksimum ve gün doğumundan önce bir minimum ile karakterize edilir. Gündüz maksimum kara yüzeyi sıcaklıkları subtropiklerde 80 0 C'ye, ılıman enlemlerde ise yaklaşık 60 0 C'ye ulaşabilir.

Maksimum ve minimum günlük yüzey sıcaklığı arasındaki farka denir. günlük sıcaklık aralığı. Günlük sıcaklık genliği yazın 40 0 ​​C'ye ulaşabilir; kışın günlük sıcaklık genliği en küçüktür - 10 0 C'ye kadar.

Yüzey sıcaklığının yıllık değişimi – Yıl boyunca ortalama aylık yüzey sıcaklığının değişimi, güneş ışınımının seyrine göre belirlenir ve yerin enlemine bağlıdır. Ilıman enlemlerde kara yüzeyinin maksimum sıcaklığı Temmuz ayında, minimum sıcaklığı ise Ocak ayında görülür; okyanusta maksimum ve minimum değerler bir ay gecikir.

Yıllık yüzey sıcaklığı aralığı aylık maksimum ve minimum ortalama sıcaklıklar arasındaki farka eşit; enlem arttıkça artar, bu da güneş radyasyonundaki artan dalgalanmalarla açıklanır. Yıllık sıcaklık genliği kıtalarda en büyük değerlerine ulaşır; okyanuslarda ve deniz kıyılarında çok daha az var. En küçük yıllık sıcaklık genliği ekvator enlemlerinde (2-3 0), en büyüğü ise kıtalardaki yarı arktik enlemlerde (60 0'dan fazla) gözlenir.

Atmosferin termal rejimi. Atmosferdeki hava doğrudan güneş ışınlarıyla hafifçe ısıtılır. Çünkü hava kabuğu güneş ışınlarını serbestçe iletir. Atmosfer alttaki yüzey tarafından ısıtılır. Isı atmosfere konveksiyon, adveksiyon ve su buharının yoğunlaşması yoluyla aktarılır. Toprak tarafından ısıtılan hava katmanları hafifleyerek yukarı doğru yükselirken, daha soğuk ve dolayısıyla daha ağır olan hava aşağıya doğru çöker. Termal sonucu konveksiyon Yüksek hava katmanları ısınıyor. İkinci ısı transfer süreci ise öneri– yatay hava transferi. Adveksiyonun rolü ısıyı alçak enlemlerden yüksek enlemlere aktarmaktır; kış mevsiminde ısı okyanuslardan kıtalara aktarılır. Su buharı yoğunlaşması- Isıyı atmosferin yüksek katmanlarına aktaran önemli bir işlem - buharlaşma sırasında, atmosferdeki yoğunlaşma sırasında buharlaşan yüzeyden ısı alınır, bu ısı açığa çıkar.

Yükseklik arttıkça sıcaklık azalır. Birim mesafe başına hava sıcaklığındaki değişime denir. dikey sıcaklık gradyanı, ortalama olarak 100 m'de 0,6 0'dır. Aynı zamanda troposferin farklı katmanlarındaki bu azalmanın seyri farklıdır: 1,5 km yüksekliğe kadar 0,3-0,4 0; 0,5-0,6 – 1,5-6 km yükseklikler arasında; 0,65-0,75 – 6 ila 9 km arası ve 0,5-0,2 – 9 ila 12 km arası. Zemin katmanında (2 m kalınlığında), eğimler 100 m başına yeniden hesaplandığında yüzlerce derece olarak hesaplanır. Yükselen havada sıcaklık adyabatik olarak değişir. Adyabatik süreç - çevre ile ısı alışverişi olmadan (tek kütle halinde, diğer ortamlarla ısı alışverişi olmadan) dikey hareketi sırasında hava sıcaklığının değiştirilmesi süreci.

Tanımlanan dikey sıcaklık dağılımında sıklıkla istisnalar gözlenir. Üst hava katmanlarının yere bitişik alt katmanlardan daha sıcak olduğu görülür. Bu fenomene denir sıcaklık inversiyonu (yükseklik arttıkça sıcaklık artar) . Çoğu zaman, bir inversiyon, özellikle kışın, açık, sessiz gecelerde dünya yüzeyinin kuvvetli soğumasından kaynaklanan, yüzey hava katmanının kuvvetli soğumasının bir sonucudur. Engebeli arazilerde, soğuk hava kütleleri yamaçlar boyunca yavaşça akar ve havzalarda, çöküntülerde vb. durur. Ters dönmeler, hava kütleleri sıcak bölgelerden soğuk bölgelere hareket ettiğinde de oluşabilir, çünkü ısıtılmış hava, alttaki soğuk bir yüzeye aktığında, alt katmanları gözle görülür şekilde soğur (sıkıştırma inversiyonu).

Hava sıcaklığının günlük ve yıllık değişimi.

Hava sıcaklığının günlük değişimi gün boyunca hava sıcaklığındaki değişiklik denir - genel olarak dünya yüzeyinin sıcaklığının seyrini yansıtır, ancak maksimum ve minimumların başlangıç ​​​​anları biraz gecikir, maksimum 14:00'te, minimum ise daha sonra meydana gelir. güneşin doğuşu.

Günlük hava sıcaklığı aralığı (gün içindeki maksimum ve minimum hava sıcaklıkları arasındaki fark) karada okyanusa göre daha yüksektir; yüksek enlemlere (tropikal çöllerde en yüksek - 40 0 ​​​​C'ye kadar) taşınırken azalır ve çıplak topraklı yerlerde artar. Hava sıcaklığının günlük genliği, iklim kıtasallığının göstergelerinden biridir. Çöllerde deniz iklimine sahip bölgelere göre çok daha fazladır.

Hava sıcaklığının yıllık değişimi (yıl boyunca ortalama aylık sıcaklıktaki değişim) öncelikle yerin enlemine göre belirlenir. Yıllık hava sıcaklığı aralığı - Aylık maksimum ve minimum ortalama sıcaklıklar arasındaki fark.

Hava sıcaklığının coğrafi dağılımı şu şekilde gösterilir: izoterm – Haritadaki aynı sıcaklıklara sahip noktaları birleştiren çizgiler. Hava sıcaklığının dağılımı bölgeseldir; yıllık izotermler genellikle enlem altı bir boyuta sahiptir ve radyasyon dengesinin yıllık dağılımına karşılık gelir.

Yıl ortalaması olarak en sıcak paralel 10 0 N enlemdir. 27 0 C sıcaklıkta – bu termal ekvator. Yazın termal ekvator 20 0 N enlemine kayar, kışın ise 5 0 N enleminde ekvatora yaklaşır. Kuzey Bölgesi'ndeki termal ekvatorun kayması, Kuzey Bölgesi'nde alçak enlemlerde bulunan arazi alanının UP'ye kıyasla daha büyük olması ve yıl boyunca daha yüksek sıcaklıklara sahip olmasıyla açıklanmaktadır.