2. Радиационный баланс земной поверхности.

Разность между приходящими к поверхности земли и уходящими от нее потоками лучистой энергии называют радиационным балансом земной поверхности. Радиационный баланс включает в следующие элементы, называемые составляющими радиационного баланса:

приходная часть радиационного баланса,

расходная часть баланса.

Уравнение радиационного баланса земной поверхности имеет следующий вид:

В = S ^/ + D – R – E_з+ E_а,

Это уравнение соответствует ясной дневной погоде.

При пасмурной погоде днем в балансе отсутствует прямая радиация:

В = D – R – E_з+ E_а,

В ночное время суток радиационный баланс равен:

В = E_а – E_з= - E_эф.

Если приход радиации больше расхода, то радиационный баланс положителен и земная поверхность нагревается, при отрицательном – охлаждается.

Радиационный баланс днем положителен, а ночью отрицателен. Он переходит от ночных отрицательных значений к дневным положительным после восхода Солнца при высоте его 10—15°. От положительных значений к отрицательным радиационный баланс переходит перед заходом Солнца при той же его высоте над горизонтом.

Схема составляющих радиационного баланса

Земной поверхности

Составляющие радиационного баланса измеряются в энергетических единицах Вт/м² . До 1960 г. они измерялись в тепловых единицах кал/(см²*мин).

1 кал/(см²*мин) = 698 Вт/м²

Суммы радиации, поступающие на единицу поверхности за определенный промежуток времени, измеряют в Дж/м².

3. Фотосинтетически активная радиация.

Солнечная радиация – важнейшее условие жизни растений. Это энергия, которую растения используют в процессе фотосинтеза для создания органических веществ.

Часть лучистой энергии Солнца и неба, которую растения усваивают в процессе фотосинтеза, называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). ФАР занимает участок видимого спектра с длиной волны от 0,38 до 0,71 мкм. Усвоение солнечной энергии происходит с помощью хлорофилла листьями растений. Для светолюбивых растений, компенсационная точка, выше которой начинается накопление органического вещества, оставляет 20…25 Вт/м².

Коэффициент полезного действия (КПД _ФАР) – это отношение части ФАР, затраченной на фотосинтез и образования биомассы, к общей части ФАР.

где - сумма солнечной радиации на горизонтальную поверхность; – сумма рассеянной радиации за декаду, месяц, вегетационный период.

4. Методы и приборы для измерения составляющих радиационного баланса.

Для измерения составляющих радиационного баланса используют следующие приборы:

а) термоэлектрический актинометр - для измерения прямой солнечной радиации;

б) пиранометр - для измерения рассеянной и суммарной;

в) альбедометр - для измерения отражательной способности,

г) балансомер - для измерения радиационного баланса земной поверхности, гелиограф - для измерения продолжительности солнечного сияния.

Термоэлектрический актинометр Савинова-Янишевского — служит для измерения прямой солнечной радиации, приходящей на поверхность, перпендикулярно солнечным лучам. Приемной частью актинометра является термозвездочка (рис. 3), состоящая из зачерненного диска из фольги, к которому прикреплены внутренние спаи термоэлектрической батареи, имеющие вид звездочки. Внешние спаи приклеены к медному диску, положенному на термозвездочку и зажатому в корпусе прибора. Термозвездочка вмонтирована в трубу актинометра (рис. 4).

Рис. 3. Схема термозвездочки актинометра.

1 — диск из фольги, 2 — внутренние спаи, 3 — внешние спаи,

4 — медный диск, 5 — изоляционная прокладка

При измерении диск из фольги поглощает солнечную радиацию, следовательно температура диска и внутренних спаев повышается. Внешние спаи не нагреваются, они имеют температуру корпуса прибора, близкую к температуре воздуха. Таким образом, под действием разности температур внешних и внутренних спаев в цепи термобатареи возникает термоэлектрический ток, измеряемый гальванометром.

Рис.4. Термоэлектрический актинометр Савинова-Янишевского.

1 — крышка, 2 -винт для установки актинометра по широте местности,

3 — винт для наведения трубки актинометра на Солнце,

4 — ось склонений, 5 — экран, 6 — рукоятка,

7 — трубка, 8 — сектор широт,

9 — провода для подключения к гальванометру, 10 — отверстие

Термоэлектрический пиранометр Янишевского — применяют для измерения суммарной и рассеянной солнечной радиации. Приемная часть прибора представляет собой термоэлектрическую батарею, состоящую из манганиновых и константановых полосок. Четные спаи термобатареи имеющие белый цвет, покрыты магнезией, а нечетные спаи -черные, покрыты сажей (рис. 5). Сверху термобатарея закрыта стеклянным колпаком, предохраняющим ее от ветра и осадков. Солнечная радиация, поступающая на прибор, поглощается зачерненными спаями больше, чем белыми. В результате неодинакового нагревания спаев создается разность температур в термобатареи, что обуславливает появление термоэлектрического тока, который измеряется гальванометром.

При измерении только рассеянной солнечной радиации используют теневой экран, который защищает термобатарею от воздействия прямой солнечной радиации.