Was ist Sonnenstrahlung in der Geographie? Einfluss der Sonnenstrahlung auf den Menschen

Ich gehörte zu denen, die gerne in der sengenden Sonne am Strand lagen. Alles war so, bis ich eine sehr schwere Verbrennung erlitt. Die Auswirkungen der Sonne auf den Menschen sind nicht so harmlos. Ich erzähle dir mehr darüber Sonnenstrahlung und was man von ihr erwarten kann.

Was ist Sonnenstrahlung und welche Arten gibt es?

Wir alle wissen, wie wichtig die Sonne für unseren Planeten ist. Die gesamte Energie, die es abgibt, wird Sonnenstrahlung genannt. Sein Weg vom Stern selbst zur Erde ist sehr lang und daher wird ein Teil der Sonnenenergie absorbiert und ein Teil gestreut. Die Sonnenstrahlung wird in verschiedene Arten unterteilt:

• gerade;
• zerstreut;
• gesamt;
• absorbiert;
• reflektiert.

Direkte Sonnenstrahlung ist diejenige, die die Erdoberfläche vollständig erreicht, während Streustrahlung nicht in die Atmosphäre eindringt. Zusammen werden diese beiden Strahlungen als total bezeichnet. Ein gewisser Teil der Sonnenwärme entweicht an die Erdoberfläche. Eine solche Strahlung wird üblicherweise als absorbiert bezeichnet. Einige Bereiche des Bodens können die Sonnenstrahlen reflektieren. Daher kommt auch der Name – reflektierte Sonnenstrahlung. Vor Sonnenaufgang die Gesamtenergie der Sonne. Wenn die Sonne nicht sehr hoch steht, wird der Großteil der Strahlung gestreut.

Einfluss der Sonnenstrahlung auf den Menschen

Die Sonne kann Ihre Gesundheit sowohl verbessern als auch schädigen. Wenn Sie zu oft dem Sonnenlicht ausgesetzt sind, besteht ein erhöhtes Risiko für die Entwicklung Hautkrankheiten, auch onkologische. Darüber hinaus können Sehstörungen auftreten.

Obwohl es schädlich ist, viel in der Sonne zu sein, würde ich niemals in den nördlichen Regionen leben wollen, wo die Menschen ständig auf sonniges Wetter warten. Durch mangelnde Sonneneinstrahlung kann der Stoffwechsel im Körper gestört werden Übergewicht. Auch für Kinder ist mangelnder Sonnenschein äußerst unerwünscht.

Bei normale Bedingungen Leben, Sonnenstrahlung hält die menschliche Gesundheit auf dem gewünschten Niveau. Alle Organe und Systeme funktionieren störungsfrei. Im Allgemeinen ist die Sonneneinstrahlung in Maßen gut, und dies sollte immer beachtet werden.

Sonnenstrahlung (Sonnenstrahlung) ist die Gesamtheit der Sonnenmaterie und -energie, die auf die Erde gelangt. Die Sonnenstrahlung besteht aus den folgenden zwei Hauptbestandteilen: Erstens aus Wärme- und Lichtstrahlung, die eine Kombination darstellt Elektromagnetische Wellen; zweitens Korpuskularstrahlung.

Wärmeenergie in der Sonne Kernreaktionen verwandelt sich in strahlende Energie. Wenn die Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche fallen, wird Strahlungsenergie wieder in Wärmeenergie umgewandelt. Sonnenstrahlung transportiert somit Licht und Wärme.

Intensität der Sonnenstrahlung. Solarkonstante. Sonnenstrahlung ist die wichtigste Wärmequelle für geografische Hülle. Die zweite Wärmequelle für die geografische Hülle ist die Wärme, die aus den inneren Sphären und Schichten unseres Planeten kommt.

Aufgrund der Tatsache, dass es in der geografischen Hülle eine Energieart gibt ( Strahlungsenergie ) geht äquivalent in eine andere Form ( Wärmeenergie ), dann kann die Strahlungsenergie der Sonnenstrahlung in Einheiten der Wärmeenergie ausgedrückt werden - Joule (J).

Die Intensität der Sonnenstrahlung muss in erster Linie außerhalb der Atmosphäre gemessen werden, da sie beim Durchgang durch die Luftsphäre umgewandelt und abgeschwächt wird. Die Intensität der Sonnenstrahlung wird durch die Sonnenkonstante ausgedrückt.

Solarkonstante - Dies ist der Fluss von Sonnenenergie in 1 Minute auf eine Fläche mit einem Querschnitt von 1 cm 2, senkrecht zu den Sonnenstrahlen und außerhalb der Atmosphäre. Die Solarkonstante kann auch als die Wärmemenge definiert werden, die in einer Minute an der oberen Grenze der Atmosphäre von 1 cm 2 einer schwarzen Oberfläche senkrecht zu den Sonnenstrahlen aufgenommen wird.

Die Solarkonstante beträgt 1,98 cal/(cm 2 x min) oder 1.352 kW/m 2 x min.

Da die obere Atmosphäre einen erheblichen Teil der Strahlung absorbiert, ist es wichtig, deren Stärke an der oberen Grenze der geografischen Hülle, also in der unteren Stratosphäre, zu kennen. Die Sonneneinstrahlung an der oberen Grenze der geografischen Hülle wird ausgedrückt konventionelle Solarkonstante . Der Wert der konventionellen Solarkonstante beträgt 1,90 - 1,92 cal / (cm 2 x min) oder 1,32 - 1,34 kW / (m 2 x min).

Die Sonnenkonstante bleibt entgegen ihrem Namen nicht konstant. Sie ändert sich aufgrund von Änderungen im Abstand der Sonne zur Erde, während sich die Erde entlang ihrer Umlaufbahn bewegt. So gering diese Schwankungen auch sein mögen, sie wirken sich immer auf das Wetter und das Klima aus.

Im Durchschnitt erhält jeder Quadratkilometer der Troposphäre 10,8 x 10 15 J (2,6 x 10 15 cal) pro Jahr. Diese Wärmemenge kann durch die Verbrennung von 400.000 Tonnen Kohle gewonnen werden. Die gesamte Erde erhält pro Jahr eine Wärmemenge, die durch den Wert 5,74 x 10 24 J (1,37 x 10 24 cal) bestimmt wird.

Verteilung der Sonnenstrahlung „an der oberen Grenze der Atmosphäre“ bzw. bei absolut transparenter Atmosphäre. Kenntnisse über die Verteilung der Sonnenstrahlung, bevor sie in die Atmosphäre eintritt, oder die sogenannte solares (sonniges) Klima , ist wichtig für die Bestimmung der Rolle und des Anteils der Lufthülle der Erde selbst (Atmosphäre) an der Wärmeverteilung über die Erdoberfläche und an der Bildung ihres thermischen Regimes.

Die pro Flächeneinheit empfangene Menge an Sonnenwärme und Licht wird zum einen durch den Einfallswinkel der Strahlen in Abhängigkeit von der Höhe der Sonne über dem Horizont und zum anderen durch die Länge des Tages bestimmt.

Die Strahlungsverteilung an der oberen Grenze der geografischen Hülle, die nur durch astronomische Faktoren bestimmt wird, ist gleichmäßiger als ihre tatsächliche Verteilung an der Erdoberfläche.

Ohne Atmosphäre würde die jährliche Strahlungsmenge in äquatorialen Breiten 13.480 MJ/cm2 (322 kcal/cm2) und an den Polen 5.560 MJ/m2 (133 kcal/cm2) betragen. In die polaren Breiten sendet die Sonne etwas weniger als die Hälfte (etwa 42 %) der Wärmemenge, die am Äquator ankommt.

Es scheint, dass die Sonneneinstrahlung der Erde relativ zur Äquatorialebene symmetrisch ist. Dies geschieht jedoch nur zweimal im Jahr, an den Tagen der Frühlings- und Herbst-Tagundnachtgleiche. Die Neigung der Rotationsachse und die jährliche Bewegung der Erde bestimmen ihre asymmetrische Bestrahlung durch die Sonne. Im Januarteil des Jahres erhält die Südhalbkugel mehr Wärme und im Juliteil erhält die Nordhalbkugel mehr Wärme. Genau das ist es Hauptgrund saisonale Rhythmen in der geografischen Hülle.

Der Unterschied zwischen dem Äquator und dem Pol der Sommerhalbkugel ist gering: Der Äquator erhält 6.740 MJ/m2 (161 kcal/cm2) und der Pol empfängt etwa 5.560 MJ/m2 (133 kcal/cm2 pro Halbjahr). Gleichzeitig sind die Polarländer der Winterhalbkugel jedoch völlig ohne Sonnenwärme und Licht.

Am Tag der Sonnenwende erhält der Pol noch mehr Wärme als der Äquator – 46,0 MJ/m2 (1,1 kcal/cm2) und 33,9 MJ/m2 (0,81 kcal/cm2).

Im Allgemeinen ist das jährliche Sonnenklima an den Polen 2,4-mal kälter als am Äquator. Allerdings müssen wir bedenken, dass die Pole im Winter überhaupt nicht von der Sonne erwärmt werden.

Das tatsächliche Klima aller Breitengrade ist größtenteils auf terrestrische Faktoren zurückzuführen. Die wichtigsten dieser Faktoren sind: erstens die Abschwächung der Strahlung in der Atmosphäre und zweitens die unterschiedliche Intensität der Absorption der Sonnenstrahlung durch die Erdoberfläche bei unterschiedlichen geografischen Bedingungen.

Veränderungen der Sonnenstrahlung beim Durchgang durch die Atmosphäre. Als direktes Sonnenlicht bezeichnet man, wenn es bei wolkenlosem Himmel in die Atmosphäre eindringt direkte Sonneneinstrahlung . Sein Maximalwert bei hoher Transparenz der Atmosphäre auf einer Oberfläche senkrecht zu den Strahlen in der tropischen Zone beträgt etwa 1,05 – 1,19 kW/m 2 (1,5 – 1,7 cal/cm 2 x min. In mittleren Breiten beträgt die Spannung der Mittagsstrahlung beträgt üblicherweise ca. 0,70 - 0,98 kW/m 2 x min (1,0 - 1,4 cal/cm 2 x min). Im Gebirge steigt dieser Wert deutlich an.

Ein Teil der Sonnenstrahlen wird durch den Kontakt mit Gasmolekülen und Aerosolen gestreut und verstrahlt Streustrahlung . Streustrahlung gelangt nicht mehr von der Sonnenscheibe, sondern vom gesamten Himmel auf die Erdoberfläche und erzeugt flächendeckendes Tageslicht. Es sorgt für helles Licht an sonnigen Tagen und dort, wo direkte Strahlen nicht eindringen, beispielsweise unter dem Blätterdach des Waldes. Neben der Direktstrahlung dient auch die diffuse Strahlung als Wärme- und Lichtquelle.

Absoluter Wert Je intensiver die direkte Linie ist, desto größer ist die Streustrahlung. Relativer Wert Die Streustrahlung nimmt mit abnehmendem Anteil der Direktstrahlung zu: In mittleren Breiten macht sie im Sommer 41 %, im Winter 73 % des gesamten Strahlungseintrags aus. Spezifisches Gewicht Streustrahlung an der Gesamtmenge der Gesamtstrahlung hängt auch von der Höhe der Sonne ab. In hohen Breiten beträgt der Anteil der Streustrahlung etwa 30 %, in polaren Breiten etwa 70 % der gesamten Strahlung.

Im Allgemeinen macht Streustrahlung etwa 25 % des gesamten auf unserem Planeten ankommenden Sonnenstrahlenflusses aus.

Somit gelangt direkte und diffuse Strahlung auf die Erdoberfläche. Zusammen bilden sich Direkt- und Streustrahlung Gesamtstrahlung , was bestimmt thermisches Regime der Troposphäre .

Durch die Absorption und Streuung der Strahlung schwächt die Atmosphäre diese deutlich. Dämpfungsbetrag hängt von der Transparenzkoeffizient, zeigt an, welcher Anteil der Strahlung die Erdoberfläche erreicht. Wenn die Troposphäre nur aus Gasen bestünde, wäre der Transparenzkoeffizient gleich 0,9, d. h. sie würde etwa 90 % der die Erde erreichenden Strahlung durchlassen. Allerdings sind immer Aerosole in der Luft vorhanden, wodurch der Transparenzkoeffizient auf 0,7 – 0,8 sinkt. Die Transparenz der Atmosphäre ändert sich mit dem Wetter.

Da die Dichte der Luft mit der Höhe abnimmt, sollte die von den Strahlen durchdrungene Gasschicht nicht in km atmosphärischer Dicke ausgedrückt werden. Die verwendete Maßeinheit ist optische Masse, gleich der Dicke der Luftschicht bei senkrechtem Strahleneinfall.

Die Abschwächung der Strahlung in der Troposphäre ist tagsüber gut zu beobachten. Wenn sich die Sonne dem Horizont nähert, durchdringen ihre Strahlen mehrere optische Massen. Gleichzeitig schwächt sich ihre Intensität so stark ab, dass man mit ungeschütztem Auge in die Sonne schauen kann. Wenn die Sonne aufgeht, nimmt die Anzahl der optischen Massen ab, die ihre Strahlen passieren, was zu einer Zunahme der Strahlung führt.

Der Grad der Schwächung der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre wird ausgedrückt Lamberts Formel :

I i = I 0 p m , wo

I i – Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht,

I 0 – Solarkonstante,

p – Transparenzkoeffizient,

m ist die Anzahl der optischen Massen.

Sonnenstrahlung an der Erdoberfläche. Die Menge der Strahlungsenergie pro Einheit Erdoberfläche hängt in erster Linie vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlen ab. Gleiche Gebiete am Äquator sowie in mittleren und hohen Breiten erhalten unterschiedlich viel Strahlung.

Die Sonneneinstrahlung (Beleuchtung) wird stark reduziert Trübung. Große Wolken in äquatorialen und gemäßigten Breiten sowie niedrige Wolken in tropischen Breiten führen zu erheblichen Anpassungen der zonalen Verteilung der Sonnenstrahlungsenergie.

Die Verteilung der Sonnenwärme über die Erdoberfläche wird auf Karten der gesamten Sonneneinstrahlung dargestellt. Wie diese Karten zeigen, größte Zahl Sonnenwärme - von 7.530 bis 9.200 MJ/m2 (180-220 kcal/cm2) wird von tropischen Breiten empfangen. Aufgrund der starken Bewölkung erhalten die äquatorialen Breiten etwas weniger Wärme: 4.185 – 5.860 MJ/m2 (100–140 kcal/cm2).

Von den tropischen bis zu den gemäßigten Breiten nimmt die Strahlung ab. Auf den arktischen Inseln beträgt sie nicht mehr als 2.510 MJ/m2 (60 kcal/cm2) pro Jahr. Die Strahlungsverteilung über die Erdoberfläche hat zonal-regionalen Charakter. Jede Zone ist in separate Bereiche (Regionen) unterteilt, die sich leicht voneinander unterscheiden.

Saisonale Schwankungen der Gesamtstrahlung.

In äquatorialen und tropischen Breiten variieren die Höhe der Sonne und der Einfallswinkel der Sonnenstrahlen von Monat zu Monat geringfügig. Die Gesamtstrahlung in allen Monaten wird charakterisiert durch große Mengen Saisonale Veränderungen der thermischen Bedingungen fehlen entweder oder sind nur sehr unbedeutend. Im Äquatorgürtel sind zwei Maxima schwach sichtbar, die dem Zenitstand der Sonne entsprechen.

In der gemäßigten Zone Im Jahresverlauf der Strahlung ist das Sommermaximum deutlich ausgeprägt, bei dem der Monatswert der Gesamtstrahlung nicht kleiner als der tropische ist. Die Zahl der warmen Monate nimmt mit dem Breitengrad ab.

In den Polarzonen Das Strahlungsregime ändert sich dramatisch. Hier stoppt, je nach Breitengrad, von mehreren Tagen bis zu mehreren Monaten nicht nur die Heizung, sondern auch die Beleuchtung. Im Sommer ist die Beleuchtung hier kontinuierlich, was die monatliche Strahlungsmenge deutlich erhöht.

Aufnahme von Strahlung durch die Erdoberfläche. Albedo. Die gesamte Strahlung, die die Erdoberfläche erreicht, wird teilweise von Böden und Gewässern absorbiert und in Wärme umgewandelt. Auf den Ozeanen und Meeren wird die gesamte Strahlung für die Verdunstung aufgewendet. Ein Teil der Gesamtstrahlung wird in die Atmosphäre reflektiert ( reflektierte Strahlung).

Sonnenstrahlung ist die Energie, die die Erde erreicht Sonnenstrahlung in Form eines Stroms elektromagnetischer Wellen.

Die Sonne verbreitet kraftvolle Energie um sich herum elektromagnetische Strahlung. Nur ein Zweimilliardstel davon gelangt in die obere Erdatmosphäre, aber es sind 2.500.000.000 Milliarden Kalorien pro Minute.

Nicht alle Energiefluss erreicht die Erdoberfläche – der größte Teil davon wird vom Planeten in den Weltraum zurückgeschleudert. Die Erde reflektiert den Angriff jener Strahlen, die für die lebende Materie auf dem Planeten zerstörerisch sind. Der wichtigste „Verteidiger“ des Lebens ist Ozon, das in entsteht obere Schichten Atmosphäre, in einer Höhe von 10 bis 30 km. Der Ozon-„Schirm“ absorbiert einen erheblichen Teil der Wärmestrahlung von der Erdoberfläche und gibt die Wärme dann an die Erde zurück, wodurch das sogenannte entsteht Treibhauseffekt. Mit zunehmender Intensität der Sonneneinstrahlung nimmt auch die Menge an Ozon in der Atmosphäre zu und seine wärmende Wirkung nimmt zu.

Auf ihrem weiteren Weg zur Erde stoßen die Sonnenstrahlen auf Hindernisse in Form von Wasserdampf und Molekülen, die die Atmosphäre füllen. Kohlendioxid und in der Luft schwebende Staubpartikel. Der atmosphärische „Filter“ absorbiert einen erheblichen Teil der Strahlen, streut sie und reflektiert sie. Das Reflexionsvermögen von Wolken ist besonders hoch. Dadurch empfängt die Erdoberfläche direkt nur 2/3 der Strahlung, die vom Ozonschirm durchgelassen wird. Aber von diesem Teil wird entsprechend der Reflektivität viel reflektiert verschiedene Oberflächen(reflektiert Schnee am stärksten).

Die „Bilanzierung“ der Sonnenstrahlung für den gesamten Globus summiert sich auf die folgende Weise. An der oberen Grenze der Atmosphäre erhält jeder Quadratzentimeter der Oberfläche einer Platte, die senkrecht zur Sonneneinstrahlung steht, 2 Kalorien pro Minute. Diese Größe wird Solarkonstante genannt.

Etwas mehr als 100.000 Kalorien pro 1 cm2 und Minute gelangen auf die gesamte Erdoberfläche. Diese Strahlung wird von der Vegetation, dem Boden und der Oberfläche von Meeren und Ozeanen absorbiert. Es wird in Wärme umgewandelt, die für die Erwärmung der Atmosphärenschichten, die Bewegung von Wasser- und Luftmassen und die Entstehung der großen Vielfalt an Lebensformen auf unserem riesigen Planeten verwendet wird.

Sonnenstrahlung erreicht die Erdoberfläche auf unterschiedliche Weise: direkt von der Sonne, wenn diese nicht von Wolken bedeckt ist (Direktstrahlung); vom Himmelsgewölbe und den Wolken, die direktes Sonnenlicht streuen (gestreut oder diffus); aus der Atmosphäre, die durch Absorption von Strahlung (thermisch oder langwellig) erhitzt wird. Direkte und diffuse Strahlung gibt es nur tagsüber. Zusammen bilden sie die gesamte oder integrale Strahlung. Die Sonnenstrahlung, die nach Verlust durch Reflexion an der Oberfläche verbleibt, wird als absorbiert bezeichnet. Die Sonneneinstrahlung wird mit Instrumenten gemessen. Sie werden aktinometrisch genannt. (vom griechischen Wort „actinos“ – Strahl).

IN letzten Jahren Dem Problem der Nutzung von Solarenergie wird immer mehr Aufmerksamkeit geschenkt nationale Wirtschaft. Tatsächlich überflutet die Sonne die Erde mit einem ganzen Ozean an Energie, der praktisch unerschöpflich ist. Die Menschheit muss lernen, diese Energie zu sammeln und in andere Formen umzuwandeln, die für den Gebrauch praktisch sind. Das in Aschgabat ansässige Institut für Solarenergie untersucht dieses Problem in unserem Land.

Bereits entwickelt Verschiedene Arten Solaranlagen („Helios“ bedeutet auf Griechisch Sonne). Ihre Aufgabe ist es, die Dichte der verstreuten Sonnenenergie zu erhöhen. Nur mit Hilfe großer Spiegel, die die Strahlen bündeln, ist es möglich, die Konzentration der Sonnenenergie zu erhöhen. Paraboloidspiegel erhöhen die Temperatur im Fokus auf 3600°C. Bei dieser Temperatur schmelzen fast alle Metalle; Das Solarschmelzen sorgt für eine außergewöhnliche Reinheit der Legierungen, es ist die Zukunft.

IN verschiedene Länder Solare Entsalzungsanlagen, Warmwasserbereiter und Trockner sind bereits in Betrieb. Für die Bewohner der Wüste – für Hirten, Bauarbeiter und Geologen – sind kompakte Beispiele von „Solarküchen“ entstanden. Sie werden von der Erde aus gestartet und nutzen ausschließlich die Energie der Sonnenstrahlung. Künstliche Satelliten, Raumschiffe und Labore.

Wärmequellen. Im Leben der Atmosphäre entscheidend verfügt über thermische Energie. Die Hauptquelle dieser Energie ist die Sonne. Die Wärmestrahlung des Mondes, der Planeten und Sterne ist für die Erde so unbedeutend, dass sie praktisch nicht berücksichtigt werden kann. Deutlich mehr Wärmeenergie wird durch die innere Wärme der Erde bereitgestellt. Nach Berechnungen der Geophysiker erhöht der ständige Wärmefluss aus dem Erdinneren die Temperatur der Erdoberfläche um 0°.1. Allerdings ist ein solcher Wärmeeintrag noch so gering, dass er auch nicht berücksichtigt werden muss. Somit kann nur die Sonne als einzige Wärmeenergiequelle auf der Erdoberfläche angesehen werden.

Sonnenstrahlung. Die Sonne, deren Photosphärentemperatur (abstrahlende Oberfläche) etwa 6000 °C beträgt, strahlt Energie in alle Richtungen in den Weltraum ab. Ein Teil dieser Energie trifft in Form eines riesigen Strahls paralleler Sonnenstrahlen auf die Erde. Als Sonnenenergie bezeichnet man die Energie, die in Form direkter Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche gelangt direkte Sonneneinstrahlung. Aber nicht die gesamte auf die Erde gerichtete Sonnenstrahlung erreicht die Erdoberfläche, da die Sonnenstrahlen, die eine dicke Schicht der Atmosphäre durchdringen, teilweise von dieser absorbiert, teilweise von Molekülen und schwebenden Luftpartikeln gestreut und teilweise von Wolken reflektiert werden. Der Teil der Sonnenenergie, der in der Atmosphäre verloren geht, nennt man Streustrahlung. Gestreute Sonnenstrahlung wandert durch die Atmosphäre und erreicht die Erdoberfläche. Wir nehmen diese Art von Strahlung als gleichmäßiges Tageslicht wahr, wenn die Sonne vollständig von Wolken bedeckt ist oder gerade unter dem Horizont verschwunden ist.

Direkte und diffuse Sonnenstrahlung, die die Erdoberfläche erreicht, wird von dieser nicht vollständig absorbiert. Ein Teil der Sonnenstrahlung wird von der Erdoberfläche zurück in die Atmosphäre reflektiert und findet sich dort in Form eines Strahlenstroms, dem sogenannten reflektierte Sonnenstrahlung.

Die Zusammensetzung der Sonnenstrahlung ist sehr komplex, was mit der sehr hohen Temperatur der strahlenden Oberfläche der Sonne zusammenhängt. Herkömmlicherweise wird das Spektrum der Sonnenstrahlung je nach Wellenlänge in drei Teile unterteilt: Ultraviolett (η).<0,4<μ видимую глазом (η von 0,4μ bis 0,76μ) und dem Infrarotanteil (η >0,76μ). Neben der Temperatur der Sonnenphotosphäre wird die Zusammensetzung der Sonnenstrahlung an der Erdoberfläche auch durch die Absorption und Streuung eines Teils der Sonnenstrahlen beim Durchgang durch die Lufthülle der Erde beeinflusst. In dieser Hinsicht wird die Zusammensetzung der Sonnenstrahlung an der oberen Grenze der Atmosphäre und an der Erdoberfläche unterschiedlich sein. Basierend auf theoretischen Berechnungen und Beobachtungen wurde festgestellt, dass an der Grenze der Atmosphäre ultraviolette Strahlung 5 %, sichtbare Strahlung 52 % und Infrarotstrahlung 43 % ausmacht. An der Erdoberfläche (bei einer Sonnenhöhe von 40°) machen ultraviolette Strahlen nur 1 %, sichtbare Strahlen 40 % und Infrarotstrahlen 59 % aus.

Intensität der Sonnenstrahlung. Unter der Intensität der direkten Sonneneinstrahlung versteht man die pro Minute aufgenommene Wärmemenge in Kalorien. aus der Strahlungsenergie der Sonnenoberfläche in 1 cm 2, senkrecht zu den Sonnenstrahlen gelegen.

Zur Messung der Intensität der direkten Sonnenstrahlung werden spezielle Instrumente verwendet – Aktinometer und Pyrheliometer; Die Menge der Streustrahlung wird mit einem Pyranometer bestimmt. Die automatische Registrierung der Dauer der Sonneneinstrahlung erfolgt durch Aktinographen und Heliographen. Die spektrale Intensität der Sonnenstrahlung wird mit einem Spektrobolographen bestimmt.

An der Grenze der Atmosphäre, wo die absorbierenden und streuenden Wirkungen der Erdlufthülle ausgeschlossen sind, beträgt die Intensität der direkten Sonnenstrahlung etwa 2 Kot um 1 cm 2 Oberflächen in 1 Minute. Diese Menge heißt Solarkonstante. Sonnenstrahlungsintensität in 2 Kot um 1 cm 2 in 1 Minute. liefert im Laufe des Jahres so viel Wärme, dass es ausreichen würde, eine Eisschicht zum Schmelzen zu bringen 35 M dick, wenn eine solche Schicht die gesamte Erdoberfläche bedecken würde.

Zahlreiche Messungen der Intensität der Sonnenstrahlung geben Anlass zu der Annahme, dass die Menge der an der oberen Grenze der Erdatmosphäre ankommenden Sonnenenergie um mehrere Prozent schwankt. Schwingungen sind periodisch und nicht periodisch und hängen offenbar mit Prozessen zusammen, die auf der Sonne selbst ablaufen.

Darüber hinaus kommt es im Laufe des Jahres zu einer gewissen Änderung der Intensität der Sonnenstrahlung, da sich die Erde bei ihrer jährlichen Rotation nicht in einem Kreis, sondern in einer Ellipse bewegt, in deren einem Brennpunkt sich die Sonne befindet . Dabei verändert sich der Abstand der Erde zur Sonne und damit auch die Intensität der Sonnenstrahlung. Die größte Intensität wird um den 3. Januar beobachtet, wenn die Erde der Sonne am nächsten ist, und die niedrigste um den 5. Juli, wenn die Erde ihren maximalen Abstand von der Sonne hat.

Aus diesem Grund sind Schwankungen der Intensität der Sonnenstrahlung sehr gering und können nur von theoretischem Interesse sein. (Die Energiemenge bei maximalem Abstand verhält sich zu der Energiemenge bei minimalem Abstand im Verhältnis 100:107, d. h. der Unterschied ist völlig vernachlässigbar.)

Bestrahlungsbedingungen der Erdoberfläche. Allein die Kugelform der Erde führt dazu, dass die Strahlungsenergie der Sonne sehr ungleichmäßig auf der Erdoberfläche verteilt ist. An den Tagen der Frühlings- und Herbst-Tagundnachtgleiche (21. März und 23. September) beträgt der Einfallswinkel der Strahlen nur am Äquator mittags 90° (Abb. 30) und bei Annäherung an die Pole auch von 90 auf 0° verringern. Auf diese Weise,

Wenn am Äquator die empfangene Strahlungsmenge mit 1 angenommen wird, wird sie am 60. Breitengrad mit 0,5 ausgedrückt und am Pol mit 0.

Darüber hinaus hat der Globus eine tägliche und jährliche Bewegung und die Erdachse ist um 66° zur Umlaufebene geneigt.5. Aufgrund dieser Neigung entsteht zwischen der Äquatorialebene und der Orbitalebene ein Winkel von 23°30. Dieser Umstand führt dazu, dass die Einfallswinkel der Sonnenstrahlen für die gleichen Breitengrade innerhalb von 47° (23,5 + 23,5) variieren ).

Je nach Jahreszeit ändert sich nicht nur der Einfallswinkel der Strahlen, sondern auch die Beleuchtungsdauer. Wenn in tropischen Ländern die Länge von Tag und Nacht zu jeder Jahreszeit ungefähr gleich ist, ist sie in Polarländern im Gegenteil sehr unterschiedlich. Also zum Beispiel bei 70° N. w. im Sommer geht die Sonne bei 80° N 65 Tage lang nicht unter. sh. - 134 und am Pol -186. Aus diesem Grund ist die Strahlung am Nordpol am Tag der Sommersonnenwende (22. Juni) um 36 % höher als am Äquator. Bezogen auf das gesamte Sommerhalbjahr ist die Gesamtmenge an Wärme und Licht, die der Pol empfängt, nur 17 % geringer als am Äquator. So kompensiert die Beleuchtungsdauer im Sommer in Polarländern weitgehend den Strahlungsmangel, der durch den kleinen Einfallswinkel der Strahlen entsteht. Im Winterhalbjahr sieht das Bild völlig anders aus: Die Strahlungsmenge am gleichen Nordpol wird gleich 0 sein. Dadurch ist die durchschnittliche Strahlungsmenge am Nordpol im Jahresverlauf um 2,4 geringer als am Nordpol Äquator. Aus all dem Gesagten folgt, dass die Menge an Sonnenenergie, die die Erde durch Strahlung erhält, durch den Einfallswinkel der Strahlen und die Dauer der Bestrahlung bestimmt wird.

Ohne eine Atmosphäre auf verschiedenen Breitengraden würde die Erdoberfläche die folgende Wärmemenge pro Tag erhalten, ausgedrückt in Kalorien pro 1 cm 2(siehe Tabelle auf Seite 92).

Gewöhnlich wird die in der Tabelle angegebene Strahlungsverteilung über die Erdoberfläche genannt Sonnenklima. Wir wiederholen, dass wir eine solche Strahlungsverteilung nur an der oberen Grenze der Atmosphäre haben.

Schwächung der Sonnenstrahlung in der Atmosphäre. Bisher haben wir über die Bedingungen für die Verteilung der Sonnenwärme auf der Erdoberfläche gesprochen, ohne die Atmosphäre zu berücksichtigen. Inzwischen ist die Atmosphäre in diesem Fall von großer Bedeutung. Die Sonnenstrahlung erfährt beim Durchgang durch die Atmosphäre eine Streuung und darüber hinaus eine Absorption. Beide Prozesse zusammen schwächen die Sonnenstrahlung erheblich.

Die Sonnenstrahlen erfahren beim Durchgang durch die Atmosphäre zunächst eine Streuung (Diffusion). Streuung entsteht dadurch, dass Lichtstrahlen, die von Luftmolekülen und Partikeln fester und flüssiger Körper in der Luft gebrochen und reflektiert werden, vom geraden Weg abweichen Zu wirklich „zerstreuen“.

Durch Streuung wird die Sonnenstrahlung stark abgeschwächt. Mit zunehmender Menge an Wasserdampf und insbesondere Staubpartikeln nimmt die Streuung zu und die Strahlung wird abgeschwächt. In Großstädten und Wüstengebieten, wo der Staubgehalt der Luft am größten ist, schwächt die Ausbreitung die Strahlungsstärke um 30-45 %. Dank der Streuung entsteht Tageslicht, das Objekte beleuchtet, auch wenn die Sonnenstrahlen nicht direkt auf sie fallen. Die Streuung bestimmt auch die Farbe des Himmels.

Betrachten wir nun die Fähigkeit der Atmosphäre, Strahlungsenergie der Sonne zu absorbieren. Die Hauptgase, aus denen die Atmosphäre besteht, absorbieren relativ wenig Strahlungsenergie. Verunreinigungen (Wasserdampf, Ozon, Kohlendioxid und Staub) haben dagegen ein hohes Aufnahmevermögen.

In der Troposphäre ist Wasserdampf die bedeutendste Verunreinigung. Sie absorbieren besonders stark Infrarot (langwellige), also überwiegend thermische Strahlung. Und je mehr Wasserdampf in der Atmosphäre vorhanden ist, desto natürlicher und. Absorption. Die Menge an Wasserdampf in der Atmosphäre unterliegt großen Veränderungen. Unter natürlichen Bedingungen schwankt er zwischen 0,01 und 4 % (Volumen).

Ozon hat ein sehr hohes Absorptionsvermögen. Eine erhebliche Beimischung von Ozon befindet sich, wie bereits erwähnt, in den unteren Schichten der Stratosphäre (oberhalb der Tropopause). Ozon absorbiert ultraviolette (kurzwellige) Strahlen fast vollständig.

Auch Kohlendioxid verfügt über ein hohes Absorptionsvermögen. Es absorbiert hauptsächlich langwellige, also vorwiegend thermische Strahlung.

Auch Staub in der Luft absorbiert einen Teil der Sonnenstrahlung. Bei Erwärmung durch Sonnenstrahlen kann die Lufttemperatur deutlich ansteigen.

Von der gesamten Sonnenenergie, die auf die Erde gelangt, absorbiert die Atmosphäre nur etwa 15 %.

Die Schwächung der Sonnenstrahlung durch Streuung und Absorption durch die Atmosphäre ist je nach Breitengrad der Erde sehr unterschiedlich. Dieser Unterschied hängt hauptsächlich vom Einfallswinkel der Strahlen ab. Am Zenitstand der Sonne durchqueren die senkrecht einfallenden Strahlen die Atmosphäre auf dem kürzesten Weg. Mit abnehmendem Einfallswinkel verlängert sich der Strahlengang und die Schwächung der Sonnenstrahlung nimmt zu. Letzteres ist aus der Zeichnung (Abb. 31) und der beigefügten Tabelle deutlich zu erkennen (in der Tabelle wird der Verlauf des Sonnenstrahls am Zenitstand der Sonne als eins angenommen).

Je nach Einfallswinkel der Strahlen verändert sich nicht nur die Anzahl der Strahlen, sondern auch deren Qualität. Während der Zeit, in der die Sonne ihren Zenit (über dem Kopf) erreicht, beträgt der Anteil der ultravioletten Strahlung 4 %.

sichtbar – 44 % und Infrarot – 52 %. Wenn die Sonne nahe am Horizont steht, gibt es überhaupt keine ultravioletten Strahlen, sichtbare 28 % und Infrarotstrahlen 72 %.

Die Komplexität des Einflusses der Atmosphäre auf die Sonnenstrahlung wird noch dadurch verschärft, dass ihre Übertragungskapazität je nach Jahreszeit und Wetterbedingungen stark variiert. Wenn der Himmel also die ganze Zeit wolkenlos bliebe, könnte der jährliche Verlauf des Zustroms der Sonnenstrahlung in verschiedenen Breiten grafisch wie folgt ausgedrückt werden (Abb. 32). Die Zeichnung zeigt deutlich, dass bei einem wolkenlosen Himmel in Moskau im Mai Im Juni und Juli würde die Wärme stärker durch Sonneneinstrahlung aufgenommen werden als am Äquator. Ebenso würde in der zweiten Maihälfte, im Juni und in der ersten Julihälfte am Nordpol mehr Wärme empfangen als am Äquator und in Moskau. Wir wiederholen, dass dies bei einem wolkenlosen Himmel der Fall wäre. Doch in Wirklichkeit funktioniert das nicht, denn Bewölkung schwächt die Sonneneinstrahlung deutlich ab. Lassen Sie uns ein Beispiel geben, das in der Grafik dargestellt ist (Abb. 33). Die Grafik zeigt, wie viel Sonnenstrahlung die Erdoberfläche nicht erreicht: Ein erheblicher Teil davon wird durch die Atmosphäre und Wolken verzögert.

Es muss jedoch gesagt werden, dass die von den Wolken aufgenommene Wärme teilweise zur Erwärmung der Atmosphäre beiträgt und teilweise indirekt die Erdoberfläche erreicht.

Tägliche und jährliche Schwankungen der SonnenintensitätLichtstrahlung. Die Intensität der direkten Sonnenstrahlung an der Erdoberfläche hängt von der Höhe der Sonne über dem Horizont und vom Zustand der Atmosphäre (ihrem Staubgehalt) ab. Wenn. Wenn die Transparenz der Atmosphäre den ganzen Tag über konstant wäre, würde die maximale Intensität der Sonnenstrahlung mittags und das Minimum bei Sonnenaufgang und Sonnenuntergang beobachtet. In diesem Fall wäre die Grafik der täglichen Intensität der Sonnenstrahlung relativ zu einem halben Tag symmetrisch.

Der Gehalt an Staub, Wasserdampf und anderen Verunreinigungen in der Atmosphäre ändert sich ständig. Dadurch wird die Transparenz der Luft verändert und die Symmetrie des Intensitätsdiagramms der Sonnenstrahlung gestört. Besonders im Sommer kommt es häufig zur Mittagszeit, wenn die Erdoberfläche stark erhitzt wird, zu starken Aufwärtsströmungen der Luft, und die Menge an Wasserdampf und Staub in der Atmosphäre nimmt zu. Dies führt zu einer deutlichen Reduzierung der Sonneneinstrahlung zur Mittagszeit; Die maximale Strahlungsintensität wird in diesem Fall in den Vormittags- oder Nachmittagsstunden beobachtet. Die jährliche Schwankung der Intensität der Sonnenstrahlung hängt auch mit Veränderungen der Höhe der Sonne über dem Horizont im Laufe des Jahres und mit dem Zustand der Transparenz der Atmosphäre in verschiedenen Jahreszeiten zusammen. In den Ländern der nördlichen Hemisphäre erreicht die Sonne ihren höchsten Stand über dem Horizont im Monat Juni. Gleichzeitig ist jedoch die größte Staubigkeit der Atmosphäre zu beobachten. Daher tritt die maximale Intensität normalerweise nicht mitten im Sommer auf, sondern in den Frühlingsmonaten, wenn die Sonne recht hoch* über dem Horizont aufsteigt und die Atmosphäre nach dem Winter relativ klar bleibt. Um die jährliche Variation der Sonnenstrahlungsintensität auf der Nordhalbkugel zu veranschaulichen, präsentieren wir Daten zu monatlichen Durchschnittswerten der Mittagsstrahlungsintensität in Pawlowsk.

Die Wärmemenge der Sonnenstrahlung. Tagsüber erhält die Erdoberfläche kontinuierlich Wärme aus direkter und diffuser Sonnenstrahlung oder nur aus diffuser Strahlung (bei bewölktem Wetter). Die tägliche Wärmemenge wird anhand aktinometrischer Beobachtungen ermittelt: unter Berücksichtigung der Menge an direkter und diffuser Strahlung, die auf die Erdoberfläche gelangt. Nachdem die Wärmemenge für jeden Tag ermittelt wurde, wird die Wärmemenge berechnet, die die Erdoberfläche pro Monat oder pro Jahr erhält.

Die tägliche Wärmemenge, die die Erdoberfläche durch Sonneneinstrahlung erhält, hängt von der Intensität der Strahlung und der Dauer ihrer Einwirkung während des Tages ab. Dabei erfolgt der minimale Wärmeeintrag im Winter und der maximale im Sommer. In der geografischen Verteilung der Gesamtstrahlung rund um den Globus ist deren Zunahme mit abnehmendem Breitengrad zu beobachten. Diese Position wird durch die folgende Tabelle bestätigt.

Die Rolle der direkten und diffusen Strahlung bei der jährlichen Wärmemenge, die die Erdoberfläche in verschiedenen Breitengraden der Erde empfängt, ist unterschiedlich. In hohen Breiten wird die jährliche Wärmemenge durch Streustrahlung dominiert. Mit abnehmendem Breitengrad dominiert die direkte Sonneneinstrahlung. In der Tikhaya-Bucht beispielsweise liefert die diffuse Sonnenstrahlung 70 % der jährlichen Wärmemenge und die direkte Strahlung nur 30 %. In Taschkent hingegen beträgt die direkte Sonnenstrahlung 70 %, die Streustrahlung nur 30 %.

Reflexionsvermögen der Erde. Albedo. Wie bereits angedeutet, absorbiert die Erdoberfläche nur einen Teil der Sonnenenergie, die sie in Form von direkter und diffuser Strahlung erreicht. Der andere Teil wird in der Atmosphäre reflektiert. Das Verhältnis der Menge der von einer bestimmten Oberfläche reflektierten Sonnenstrahlung zur Menge des auf diese Oberfläche einfallenden Strahlungsenergieflusses wird Albedo genannt. Die Albedo wird in Prozent ausgedrückt und charakterisiert das Reflexionsvermögen einer bestimmten Oberfläche.

Die Albedo hängt von der Beschaffenheit der Oberfläche (Bodeneigenschaften, Vorhandensein von Schnee, Vegetation, Wasser usw.) und vom Einfallswinkel der Sonnenstrahlen auf die Erdoberfläche ab. Wenn die Strahlen beispielsweise in einem Winkel von 45° auf die Erdoberfläche fallen, dann gilt:

Aus den obigen Beispielen wird deutlich, dass das Reflexionsvermögen verschiedener Objekte nicht gleich ist. In der Nähe von Schnee ist es am größten und in der Nähe von Wasser am geringsten. Allerdings beziehen sich die von uns herangezogenen Beispiele nur auf die Fälle, in denen die Höhe der Sonne über dem Horizont 45° beträgt. Wenn dieser Winkel kleiner wird, nimmt das Reflexionsvermögen zu. So reflektiert Wasser beispielsweise bei einer Sonnenhöhe von 90° nur 2 %, bei 50° - 4 %, bei 20° - 12 %, bei 5° - 35-70 % (je nach Beschaffenheit der Wasseroberfläche). ).

Im Durchschnitt reflektiert die Erdoberfläche bei wolkenlosem Himmel 8 % der Sonnenstrahlung. Darüber hinaus werden 9 % von der Atmosphäre reflektiert. Somit reflektiert der Globus als Ganzes bei wolkenlosem Himmel 17 % der auf ihn einfallenden Strahlungsenergie der Sonne. Wenn der Himmel mit Wolken bedeckt ist, werden 78 % der Strahlung von ihnen reflektiert. Wenn wir natürliche Bedingungen annehmen, basierend auf dem Verhältnis zwischen einem wolkenlosen Himmel und einem mit Wolken bedeckten Himmel, das in der Realität beobachtet wird, beträgt das Reflexionsvermögen der Erde als Ganzes 43 %.

Terrestrische und atmosphärische Strahlung. Die Erde, die Sonnenenergie empfängt, erwärmt sich und wird selbst zu einer Quelle der Wärmestrahlung in den Weltraum. Allerdings unterscheiden sich die von der Erdoberfläche emittierten Strahlen stark von den Sonnenstrahlen. Die Erde sendet nur langwellige (λ 8-14 μ) unsichtbare Infrarot-(Wärme-)Strahlen aus. Die von der Erdoberfläche abgegebene Energie nennt man terrestrische Strahlung. Strahlung von der Erde entsteht... Tag-und Nacht. Je höher die Temperatur des emittierenden Körpers ist, desto größer ist die Strahlungsintensität. Die terrestrische Strahlung wird in den gleichen Einheiten wie die Sonnenstrahlung bestimmt, also in Kalorien ab 1 cm 2 Oberflächen in 1 Minute. Beobachtungen haben gezeigt, dass die Menge der terrestrischen Strahlung gering ist. Normalerweise erreicht es 15-18 Hundertstel Kalorien. Bei kontinuierlicher Einwirkung kann es jedoch zu einem erheblichen thermischen Effekt kommen.

Die stärkste terrestrische Strahlung erhält man bei wolkenlosem Himmel und guter Transparenz der Atmosphäre. Die Bewölkung (insbesondere niedrige Wolken) reduziert die Erdstrahlung erheblich und bringt sie häufig auf Null. Hier können wir sagen, dass die Atmosphäre zusammen mit den Wolken eine gute „Decke“ ist, die die Erde vor übermäßiger Abkühlung schützt. Teile der Atmosphäre, wie auch Bereiche der Erdoberfläche, geben entsprechend ihrer Temperatur Energie ab. Diese Energie heißt atmosphärische Strahlung. Die Intensität der atmosphärischen Strahlung hängt von der Temperatur des strahlenden Teils der Atmosphäre sowie von der Menge an Wasserdampf und Kohlendioxid in der Luft ab. Atmosphärische Strahlung gehört zur langwelligen Gruppe. Es breitet sich in der Atmosphäre in alle Richtungen aus; ein Teil davon erreicht die Erdoberfläche und wird von dieser absorbiert, der andere Teil gelangt in den interplanetaren Raum.

UM die Ankunft und der Verbrauch von Sonnenenergie auf der Erde. Die Erdoberfläche empfängt einerseits Sonnenenergie in Form von direkter und diffuser Strahlung und verliert andererseits einen Teil dieser Energie in Form von Erdstrahlung. Durch die Ankunft und den Verbrauch von Sonnenenergie wird ein bestimmtes Ergebnis erzielt. In einigen Fällen kann dieses Ergebnis positiv, in anderen negativ sein. Lassen Sie uns Beispiele für beides nennen.

8. Januar. Der Tag ist wolkenlos. Auf 1 cm 2 Erdoberfläche in 20 Tagen empfangen Kot direkte Sonneneinstrahlung und 12 Kot Streustrahlung; insgesamt ergibt das 32 cal. Gleichzeitig aufgrund der Strahlung 1 cm? Die Erdoberfläche verlor 202 cal. Daraus ergibt sich in der Buchhaltungssprache, dass die Bilanz einen Verlust von 170 aufweist Kot(negative Bilanz).

6. Juli. Der Himmel ist fast wolkenlos. 630 erhalten durch direkte Sonneneinstrahlung Kot, aus Streustrahlung 46 cal. Insgesamt erhielt die Erdoberfläche also 1 cm 2 676 cal. 173 gingen durch terrestrische Strahlung verloren cal. Die Bilanz weist einen Gewinn von 503 aus Kot(Bilanz ist positiv).

Anhand der aufgeführten Beispiele wird unter anderem völlig klar, warum gemäßigte Breiten im Winter kalt und im Sommer warm sind.

Nutzung der Sonnenstrahlung für technische und häusliche Zwecke. Sonnenstrahlung ist eine unerschöpfliche natürliche Energiequelle. Die Menge an Sonnenenergie auf der Erde lässt sich anhand dieses Beispiels beurteilen: Wenn wir beispielsweise die Wärme der Sonnenstrahlung nutzen, die nur auf 1/10 der Fläche der UdSSR fällt, können wir Energie in Höhe der Arbeit gewinnen von 30.000 Dnjepr-Wasserkraftwerken.

Schon lange versuchen Menschen, die kostenlose Energie der Sonnenstrahlung für ihre Bedürfnisse zu nutzen. Bis heute sind viele verschiedene Solarkraftwerke entstanden, die mit Sonnenstrahlung arbeiten und in der Industrie sowie zur Deckung des häuslichen Bedarfs der Bevölkerung weit verbreitet sind. In den südlichen Regionen der UdSSR basieren Solarwarmwasserbereiter, Boiler, Salzwasserentsalzungsanlagen, Solartrockner (zum Trocknen von Früchten), Küchen, Badehäuser, Gewächshäuser und Geräte für medizinische Zwecke auf der Grundlage der weit verbreiteten Nutzung der Sonnenstrahlung Industrie und Stadtwerke. Sonnenstrahlung wird in Resorts häufig zur Behandlung und Verbesserung der Gesundheit der Menschen genutzt.

Die Energie der Sonne ist die Quelle des Lebens auf unserem Planeten. Die Sonne erwärmt die Atmosphäre und die Erdoberfläche. Dank der Sonnenenergie wehen Winde, der Wasserkreislauf findet in der Natur statt, Meere und Ozeane erwärmen sich, Pflanzen entwickeln sich und Tiere haben Nahrung (siehe Abb. 1.1). Der Sonnenstrahlung ist es zu verdanken, dass fossile Brennstoffe auf der Erde existieren.

Abbildung 1.1 – Der Einfluss der Sonnenstrahlung auf die Erde

Sonnenenergie kann in Wärme oder Kälte, Antriebskraft und Strom umgewandelt werden. Die Hauptenergiequelle für fast alle natürlichen Prozesse auf der Erdoberfläche und in der Atmosphäre ist die Energie, die von der Sonne in Form von Sonnenstrahlung auf die Erde gelangt.

Abbildung 1.2 stellt ein Klassifizierungsschema dar, das die Prozesse widerspiegelt, die auf der Erdoberfläche und in ihrer Atmosphäre unter dem Einfluss der Sonnenstrahlung ablaufen.

Die Ergebnisse der direkten Sonnenaktivität sind der thermische Effekt und der photoelektrische Effekt, wodurch die Erde Wärmeenergie und Licht erhält. Die Folge der indirekten Aktivität der Sonne sind entsprechende Effekte in der Atmosphäre, Hydrosphäre und Geosphäre, die das Auftreten von Wind und Wellen verursachen, die Strömung von Flüssen bestimmen und Bedingungen für die Erhaltung der inneren Wärme der Erde schaffen.

Abbildung 1.2 – Klassifizierung erneuerbarer Energiequellen

Die Sonne ist eine Gaskugel mit einem Radius von 695.300 km, dem 109-fachen des Erdradius, und einer strahlenden Oberflächentemperatur von etwa 6000 °C. Die Temperatur im Inneren der Sonne erreicht 40 Millionen °C.

Abbildung 1.3 zeigt ein Diagramm der Struktur der Sonne. Die Sonne ist ein riesiger „thermonuklearer Reaktor“, der mit Wasserstoff betrieben wird und jede Sekunde 564 Millionen Tonnen Wasserstoff durch Schmelzen in 560 Millionen Tonnen Helium verarbeitet. Der Verlust von vier Millionen Tonnen Masse entspricht 9:1-10 9 GW h Energie (1 GW entspricht 1 Million kW). In einer Sekunde wird mehr Energie produziert, als sechs Milliarden Kernkraftwerke in einem Jahr produzieren könnten. Dank der schützenden Hülle der Atmosphäre gelangt nur ein Teil dieser Energie an die Erdoberfläche.

Der Abstand zwischen den Mittelpunkten der Erde und der Sonne beträgt durchschnittlich 1,496 * 10 8 km.

Jährlich Sonne sendet etwa 1,6 zur Erde 10 18 kW h Strahlungsenergie oder 1,3 * 10 24 cal Wärme. Das ist 20.000 Mal mehr als der derzeitige weltweite Energieverbrauch. Beitrag Sonne in der Energiebilanz der Erde ist 5000-mal größer als der Gesamtbeitrag aller anderen Quellen.

Diese Wärmemenge würde ausreichen, um eine 35 m dicke Eisschicht, die die Erdoberfläche bei 0 °C bedeckt, zum Schmelzen zu bringen.

Im Vergleich zur Sonnenstrahlung sind alle anderen Energiequellen, die die Erde erreichen, vernachlässigbar. Somit beträgt die Energie der Sterne ein Hundertmillionstel der Sonnenenergie; kosmische Strahlung - zwei Teile pro Milliarde. Die innere Wärme, die aus den Tiefen der Erde an ihre Oberfläche gelangt, beträgt ein Zehntausendstel der Sonnenenergie.

Abbildung 1.3 – Diagramm der Struktur der Sonne

Auf diese Weise. Die Sonne ist praktisch die einzige Wärmeenergiequelle auf der Erde.

Im Zentrum der Sonne befindet sich der Sonnenkern (siehe Abb. 1.4). Die Photosphäre ist die sichtbare Oberfläche der Sonne, die die Hauptstrahlungsquelle darstellt. Die Sonne ist von einer Sonnenkorona umgeben, die eine sehr hohe Temperatur aufweist, aber extrem verdünnt ist und daher mit bloßem Auge nur während Zeiten totaler Sonnenfinsternis sichtbar ist.

Die sichtbare Oberfläche der Sonne, die Strahlung aussendet, wird Photosphäre (Lichtsphäre) genannt. Es besteht aus heißen Dämpfen verschiedener chemischer Elemente in ionisiertem Zustand.

Über der Photosphäre befindet sich die leuchtende, fast transparente Atmosphäre der Sonne, bestehend aus verdünnten Gasen, die Chromosphäre genannt wird.

Oberhalb der Chromosphäre befindet sich die äußere Hülle der Sonne, die sogenannte Korona.

Die Gase, aus denen die Sonne besteht, befinden sich in einem Zustand ständiger heftiger (intensiver) Bewegung, wodurch sogenannte Sonnenflecken, Fackeln und Protuberanzen entstehen.

Sonnenflecken sind große Trichter, die durch Wirbelbewegungen von Gasmassen entstehen, deren Geschwindigkeit 1-2 km/s erreicht. Die Temperatur der Flecken ist 1500 °C niedriger als die Sonnentemperatur und beträgt etwa 4500 °C. Die Anzahl der Sonnenflecken variiert von Jahr zu Jahr mit einem Zeitraum von etwa 11 Jahren.

Abbildung 1.4 – Struktur der Sonne

Solarfackeln sind Emissionen von Sonnenenergie und Protuberanzen sind kolossale Explosionen in der Chromosphäre der Sonne, die Höhen von bis zu 2 Millionen Kilometern erreichen.

Beobachtungen haben gezeigt, dass mit zunehmender Anzahl von Sonnenflecken die Anzahl der Faculae und Protuberanzen zunimmt und dementsprechend die Sonnenaktivität zunimmt.

Mit zunehmender Sonnenaktivität kommt es auf der Erde zu magnetischen Stürmen, die sich negativ auf die Telefon-, Telegrafen- und Funkkommunikation sowie auf die Lebensbedingungen auswirken. Mit dem gleichen Phänomen ist auch eine Zunahme der Polarlichter verbunden.

Es ist zu beachten, dass während der Periode zunehmender Sonnenflecken zunächst die Intensität der Sonnenstrahlung zunimmt, was mit einer allgemeinen Zunahme der Sonnenaktivität in der Anfangsperiode verbunden ist, und dann die Sonnenstrahlung abnimmt, wenn die Fläche der Sonnenflecken zunimmt. mit einer Temperatur, die 1500 ° niedriger ist als die Temperatur der Photosphäre.

Der Teil der Meteorologie, der die Auswirkungen der Sonnenstrahlung auf die Erde und in der Atmosphäre untersucht, wird Aktinometrie genannt.

Bei der Durchführung aktinometrischer Arbeiten ist es notwendig, den Stand der Sonne am Firmament zu kennen. Diese Position wird durch die Höhe oder den Azimut der Sonne bestimmt.

Höhe der Sonne Er nennt man den Winkelabstand von der Sonne zum Horizont, also den Winkel zwischen der Richtung zur Sonne und der Ebene des Horizonts.

Der Winkelabstand der Sonne vom Zenit, also von ihrer Vertikalrichtung, wird Azimut oder Zenitabstand genannt.

Es besteht ein Zusammenhang zwischen Höhe und Zenitabstand

(1.1)

Der Azimut der Sonne wird selten bestimmt, nur für spezielle Arbeiten.

Die Höhe der Sonne über dem Horizont wird durch die Formel bestimmt:

Wo - Breitengrad des Beobachtungsortes;

- Die Deklination der Sonne ist der Bogen des Deklinationskreises vom Äquator zur Sonne, der je nach Sonnenstand auf beiden Seiten des Äquators von 0 bis ±90° berechnet wird;

T - Stundenwinkel der Sonne oder wahre Sonnenzeit in Grad.

Der Wert der Deklination der Sonne für jeden Tag wird in astronomischen Nachschlagewerken über einen langen Zeitraum angegeben.

Mit der Formel (1.2) können Sie für jeden Zeitpunkt rechnen T Höhe der Sonne Er oder in einer bestimmten Höhe hc Bestimmen Sie die Zeit, zu der sich die Sonne in einer bestimmten Höhe befindet.

Die maximale Mittagshöhe der Sonne für verschiedene Tage im Jahr wird nach folgender Formel berechnet:

(1.3)