Cara menentukan radiasi matahari dari peta. Rumus perhitungan radiasi matahari langsung dan total. Spektrum radiasi matahari

zonaldistribusi radiasi matahari di permukaan bumi.

Radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi dilemahkan oleh penyerapan dan hamburan atmosfer. Selain itu, atmosfer selalu terdapat awan, dan radiasi matahari langsung seringkali tidak mencapai permukaan bumi, diserap, dihamburkan, dan dipantulkan kembali oleh awan. Keadaan mendung dapat mengurangi masuknya radiasi langsung dalam rentang yang luas. Misalnya, di zona gurun hanya 20% radiasi matahari langsung yang hilang karena adanya awan. Namun pada iklim monsun, hilangnya radiasi langsung akibat tutupan awan mencapai 75%. Petersburg, bahkan rata-rata setiap tahunnya, awan mencegah 65% radiasi langsung mencapai permukaan bumi.

Distribusi radiasi matahari langsung di seluruh dunia sangatlah kompleks, karena tingkat transparansi atmosfer dan kondisi kekeruhan sangat bervariasi tergantung pada situasi geografis. Masuknya radiasi langsung terbesar di musim panas bukan terjadi di garis lintang kutub, seperti di batas atmosfer, tetapi pada garis lintang 30-40°. Di garis lintang kutub, redaman radiasi akibat rendahnya ketinggian matahari terlalu besar. Pada musim semi dan musim gugur, radiasi langsung maksimum tidak terjadi di ekuator, seperti di perbatasan atmosfer, tetapi pada 10-20° di musim semi dan 20-30° di musim gugur: terlalu banyak mendung di ekuator . Hanya pada musim dingin di belahan bumi ini zona khatulistiwa menerima radiasi di permukaan bumi, serta di batas atas atmosfer, lebih banyak daripada semua zona lainnya.

Besaran radiasi hamburan umumnya lebih kecil dibandingkan radiasi langsung, namun urutan besarannya sama. Di garis lintang tropis dan tengah, jumlah radiasi difus berkisar antara setengah hingga dua pertiga dari radiasi langsung; pada garis lintang 50-60° sudah mendekati garis lurus, dan pada garis lintang tinggi (60-90°) radiasi yang tersebar lebih besar daripada radiasi langsung hampir sepanjang tahun. Di musim panas, masuknya radiasi tersebar di lintang tinggi lebih besar dibandingkan di wilayah lain di belahan bumi utara.

Distribusi geografis total radiasi

Mari kita perhatikan distribusi jumlah (jumlah) total radiasi tahunan dan bulanan di seluruh dunia. Kita melihat bahwa ini tidak sepenuhnya bersifat zonal: isolin radiasi pada peta tidak bertepatan dengan lingkaran lintang. Penyimpangan ini dijelaskan oleh fakta bahwa distribusi radiasi di seluruh dunia dipengaruhi oleh transparansi atmosfer dan kekeruhan. Jumlah total radiasi tahunan di garis lintang tropis dan subtropis melebihi 140 kkal/cm2. Jumlahnya sangat tinggi di gurun subtropis yang berawan, dan di Afrika bagian utara jumlahnya mencapai 200-220 kkal/cm2. Namun di kawasan hutan khatulistiwa dengan tingkat kekeruhan yang tinggi (di atas lembah Amazon dan Kongo, di seluruh Indonesia) kadarnya berkurang menjadi 100-120 kkal/cm2. Pada garis lintang yang lebih tinggi di kedua belahan bumi, jumlah total radiasi tahunan menurun, mencapai 60-80 kkal/cm2 pada garis lintang 60°. Namun kemudian mereka tumbuh lagi - sedikit di belahan bumi utara, tetapi sangat signifikan di Antartika yang berawan dan bersalju, di mana di bagian dalam benua mereka mencapai 120-130 kkal/cm2, yaitu nilai yang mendekati tropis dan melebihi nilai khatulistiwa. Jumlah radiasi di lautan lebih rendah dibandingkan di daratan.

Pada bulan Desember, jumlah radiasi tertinggi, hingga 20-22 kkal/cm2 dan bahkan lebih tinggi lagi, terjadi di gurun di belahan bumi selatan. Namun di daerah berawan dekat khatulistiwa, jumlah tersebut berkurang menjadi 8-12 kkal/cm2. Di musim dingin di belahan bumi utara, radiasi menurun dengan cepat ke arah utara; di utara paralel ke-50 nilainya kurang dari 2 kkal/cm2 dan sedikit di utara Lingkaran Arktik nilainya nol. Pada musim panas di belahan bumi selatan, suhunya menurun ke selatan hingga 10 kkal/cm2 dan lebih rendah lagi pada garis lintang 50-60°. Namun kemudian meningkat - hingga 20 kkal/cm2 di lepas pantai Antartika dan lebih dari 30 kkal/cm2 di dalam Antartika, yang mana jumlah ini lebih besar dibandingkan pada musim panas di daerah tropis.

Pada bulan Juni, jumlah radiasi tertinggi, lebih dari 22 kkal/cm2, terjadi di Afrika bagian timur laut, Arab, dan Dataran Tinggi Iran. Hingga 20 kkal/cm2 dan lebih tinggi di Asia Tengah; jauh lebih sedikit, hingga 14 kkal/cm2, di bagian tropis benua di belahan bumi selatan. Di daerah khatulistiwa yang berawan, seperti pada bulan Desember, kadarnya berkurang menjadi 8-12 kkal/cm2. Di musim panas belahan bumi utara, jumlah radiasi menurun secara perlahan dari daerah subtropis ke utara, dan utara 50° LU. w. meningkat, mencapai 20 kkal/cm2 atau lebih di cekungan Arktik. Di musim dingin di belahan bumi selatan, suhunya dengan cepat menurun ke arah selatan, hingga nol di atas Lingkaran Antartika.
(http://gisssu.narod.ru/world/wcl_txt.ht

(Q) merupakan gabungan antara radiasi matahari langsung yang datang langsung dari matahari dan radiasi difusi (pancaran energi yang dihamburkan oleh awan dan dirinya sendiri).

Total radiasi di bawah langit tak berawan (kemungkinan radiasi) bergantung pada garis lintang tempat, ketinggian matahari, sifat permukaan di bawahnya, dan transparansi atmosfer, yaitu. dari kandungan aerosol dan. Peningkatan kandungan aerosol menyebabkan penurunan radiasi langsung dan peningkatan radiasi hambur. Yang terakhir ini juga terjadi dengan peningkatan albedo permukaan di bawahnya. Porsi radiasi hamburan dalam total radiasi di bawah langit tak berawan adalah 20–25%.

Distribusi jumlah total radiasi bulanan dan tahunan di bawah langit tak berawan di seluruh wilayah Rusia diberikan dalam tabel dalam bentuk nilai rata-rata garis lintang.

Pada semua musim sepanjang tahun, jumlah radiasi total meningkat dari utara ke selatan sesuai dengan perubahan ketinggian matahari. Pengecualian adalah periode Mei hingga Juli, ketika kombinasi panjang hari panjang dan tinggi matahari memberikan nilai total radiasi yang cukup tinggi di utara.

Total radiasi di bawah langit tak berawan ditandai dengan nilai yang lebih tinggi di bagian Asia dibandingkan di bagian Eropa.

Pada kondisi langit cerah, total radiasi mempunyai siklus diurnal sederhana dengan maksimum pada siang hari. Dalam kursus tahunan, maksimum diamati pada bulan Juni, bulan dengan ketinggian matahari tertinggi.

Kedatangan total radiasi bulanan dan tahunan dalam kondisi aktual hanyalah sebagian dari apa yang mungkin terjadi, yang merupakan manifestasi dari pengaruh kekeruhan. Penyimpangan terbesar antara kedatangan bulanan aktual dan kemungkinan terjadi pada musim panas di Timur Jauh, di mana, di bawah pengaruh monsun, keadaan mendung mengurangi total radiasi sebesar 40–60%. Secara umum, untuk tahun ini, bagian terbesar dari total kemungkinan radiasi berada di wilayah paling selatan Rusia - hingga 80%.

Di hadapan awan, total radiasi ditentukan tidak hanya oleh jumlah dan bentuk awan, tetapi juga oleh keadaan piringan matahari. Ketika piringan matahari terbuka, munculnya awan menyebabkan peningkatan total radiasi akibat peningkatan radiasi hamburan. Pada hari-hari tertentu, radiasi hamburan dapat dibandingkan dengan radiasi langsung. Dalam kasus ini, total radiasi harian yang masuk mungkin melebihi radiasi di langit tak berawan.

Dalam perjalanan radiasi total tahunan, faktor penentunya adalah faktor astronomi, namun karena pengaruh kekeruhan, masuknya radiasi maksimum dapat diamati bukan pada bulan Juni, seperti yang biasa terjadi pada langit tak berawan, tetapi pada bulan Juli dan bahkan. di bulan Mei.

Saya akan berterima kasih jika Anda membagikan artikel ini di jejaring sosial:

Radiasi matahari merupakan faktor utama pembentuk iklim dan praktis satu-satunya sumber energi untuk semua proses fisik yang terjadi di permukaan bumi dan atmosfernya. Ini menentukan aktivitas kehidupan organisme, menciptakan rezim suhu tertentu; menyebabkan pembentukan awan dan curah hujan; merupakan penyebab mendasar terjadinya peredaran atmosfer secara umum, sehingga mempunyai pengaruh yang sangat besar terhadap kehidupan manusia dalam segala manifestasinya. Dalam konstruksi dan arsitektur, radiasi matahari adalah faktor lingkungan yang paling penting - orientasi bangunan, strukturnya, perencanaan ruang, warna, solusi plastik dan banyak fitur lainnya bergantung padanya.

Menurut GOST R 55912-2013 “Klimatologi Konstruksi”, definisi dan konsep berikut terkait dengan radiasi matahari diadopsi:

radiasi langsung - bagian dari total radiasi matahari yang sampai ke permukaan dalam bentuk berkas sinar sejajar yang datang langsung dari piringan tampak matahari;
radiasi matahari yang tersebar- bagian dari total radiasi matahari yang sampai ke permukaan dari seluruh langit setelah hamburan di atmosfer;
radiasi yang dipantulkan- bagian dari total radiasi matahari yang dipantulkan dari permukaan di bawahnya (termasuk dari fasad, atap bangunan);
intensitas radiasi matahari- jumlah radiasi matahari yang lewat per satuan waktu melalui suatu area yang terletak tegak lurus terhadap sinar tersebut.

Semua nilai radiasi matahari dalam GOST domestik modern, SP (SNiPs) dan dokumen peraturan lainnya yang berkaitan dengan konstruksi dan arsitektur diukur dalam kilowatt per jam per 1 m2 (kW h/m2). Satuan waktu biasanya diambil satu bulan. Untuk memperoleh nilai daya fluks radiasi matahari sesaat (detik) (kW/m2), nilai yang diberikan untuk bulan tersebut harus dibagi dengan jumlah hari dalam sebulan, jumlah jam dalam sehari, dan detik dalam jam.

Dalam banyak peraturan bangunan edisi awal dan banyak buku referensi klimatologi modern, nilai radiasi matahari diberikan dalam megajoule atau kilokalori per m 2 (MJ / m 2, Kcal / m 2). Koefisien untuk mengubah besaran ini dari satu besaran ke besaran lain diberikan dalam Lampiran 1.

Entitas fisik. Radiasi matahari datang ke bumi dari Matahari. Matahari merupakan bintang terdekat dengan kita, yang rata-rata berjarak 149.450.000 km dari Bumi. Pada awal Juli, saat Bumi berada pada titik terjauh dari Matahari (“aphelion”), jarak ini bertambah menjadi 152 juta km, dan pada awal Januari berkurang menjadi 147 juta km (“perihelion”).

Di dalam inti matahari, suhunya melebihi 5 juta K, dan tekanannya beberapa miliar kali lebih tinggi daripada di Bumi, akibatnya hidrogen berubah menjadi helium. Selama reaksi termonuklir ini, energi radiasi dihasilkan, yang menyebar dari Matahari ke segala arah dalam bentuk gelombang elektromagnetik. Pada saat yang sama, seluruh spektrum panjang gelombang mencapai Bumi, yang dalam meteorologi biasanya dibagi menjadi bagian gelombang pendek dan gelombang panjang. Gelombang pendek disebut radiasi dalam rentang panjang gelombang dari 0,1 hingga 4 µm (1 µm = 10~ 6 m). Radiasi dengan panjang yang besar (dari 4 hingga 120 mikron) diklasifikasikan sebagai gelombang panjang. Radiasi matahari sebagian besar merupakan gelombang pendek - rentang panjang gelombang yang ditentukan menyumbang 99% dari total energi radiasi matahari, sedangkan permukaan bumi dan atmosfer memancarkan radiasi gelombang panjang dan hanya dapat memantulkan radiasi gelombang pendek.

Matahari tidak hanya merupakan sumber energi, tetapi juga cahaya. Cahaya tampak menempati rentang panjang gelombang yang sempit, hanya dari 0,40 hingga 0,76 mikron, tetapi rentang ini mengandung 47% dari seluruh energi radiasi matahari. Cahaya dengan panjang gelombang sekitar 0,40 mikron dianggap ungu, dengan panjang gelombang sekitar 0,76 mikron dianggap merah. Mata manusia tidak melihat semua panjang gelombang lainnya, mis. mereka tidak terlihat oleh kita 1 . Radiasi inframerah (dari 0,76 hingga 4 mikron) menyumbang 44%, dan radiasi ultraviolet (dari 0,01 hingga 0,39 mikron) menyumbang 9% dari total energi. Energi maksimum dalam spektrum radiasi matahari di batas atas atmosfer terletak di wilayah spektrum biru-biru, dan di permukaan bumi - di wilayah kuning-hijau.

Ukuran kuantitatif radiasi matahari yang sampai pada suatu permukaan tertentu adalah penerangan energi, atau fluks radiasi matahari - jumlah energi radiasi yang jatuh per satuan luas per satuan waktu. Jumlah maksimum radiasi matahari mencapai batas atas atmosfer dan ditandai dengan nilai konstanta matahari. Konstanta matahari - Ini adalah aliran radiasi matahari pada batas atas atmosfer bumi melalui suatu daerah yang tegak lurus sinar matahari, pada jarak rata-rata bumi dari matahari. Menurut data terakhir yang disetujui oleh Organisasi Meteorologi Dunia (WMO) pada tahun 2007, nilainya adalah 1,366 kW/m2 (1366 W/m2).

Jumlah radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi jauh lebih kecil, karena ketika sinar matahari bergerak melalui atmosfer, radiasi tersebut mengalami sejumlah perubahan yang signifikan. Sebagian diserap oleh gas atmosfer dan aerosol dan diubah menjadi panas, mis. pergi untuk memanaskan atmosfer, dan sebagian darinya menghilang dan berubah menjadi bentuk khusus dari radiasi hamburan.

Proses pengambilalihan Radiasi di atmosfer bersifat selektif - gas yang berbeda menyerapnya di berbagai bagian spektrum dan pada tingkat yang berbeda-beda. Gas utama yang menyerap radiasi matahari adalah uap air (H 2 0), ozon (0 3) dan karbon dioksida (C0 2). Misalnya seperti disebutkan di atas, ozon stratosfer menyerap sepenuhnya radiasi berbahaya bagi organisme hidup dengan panjang gelombang lebih pendek dari 0,29 mikron, itulah sebabnya lapisan ozon merupakan perisai alami bagi keberadaan kehidupan di Bumi. Rata-rata, ozon menyerap sekitar 3% radiasi matahari. Di wilayah spektrum merah dan inframerah, uap air menyerap radiasi matahari paling signifikan. Namun, di wilayah spektrum yang sama terdapat pita serapan karbon dioksida

Cahaya dan warna dibahas lebih rinci di bagian lain dari disiplin “Fisika Arsitektur”.

secara umum penyerapan radiasi langsungnya rendah. Radiasi matahari diserap oleh aerosol yang berasal dari alam dan antropogenik, terutama oleh partikel jelaga. Secara total, sekitar 15% radiasi matahari diserap oleh uap air dan aerosol, dan sekitar 5% oleh awan.

Penyebaran radiasi adalah proses fisik interaksi antara radiasi elektromagnetik dan materi, di mana molekul dan atom menyerap sebagian radiasi dan kemudian memancarkannya kembali ke segala arah. Ini adalah proses yang sangat penting, yang bergantung pada rasio ukuran partikel yang berhamburan dan panjang gelombang radiasi yang datang. Di udara yang benar-benar bersih, di mana hamburan hanya dilakukan oleh molekul gas, ia patuh hukum Rayleigh, yaitu berbanding terbalik dengan pangkat empat panjang gelombang sinar hamburan. Jadi, warna biru langit adalah warna udara itu sendiri, akibat hamburan sinar matahari di dalamnya, karena sinar ungu dan biru jauh lebih baik dihamburkan di udara daripada sinar jingga dan merah.

Jika ada partikel di udara yang ukurannya sebanding dengan panjang gelombang radiasi - aerosol, tetesan air, kristal es - maka hamburan tidak akan mematuhi hukum Rayleigh, dan radiasi yang tersebar tidak akan kaya akan sinar gelombang pendek. Pada partikel yang diameternya lebih besar dari 1-2 mikron, tidak akan terjadi hamburan, melainkan pantulan difus, yang menentukan warna keputihan langit.

Hamburan memainkan peran besar dalam pembentukan cahaya alami: jika tidak ada Matahari di siang hari, hal ini menciptakan cahaya tersebar (menyebar). Jika tidak ada hamburan, cahaya hanya akan ada di tempat yang terkena sinar matahari langsung. Senja dan fajar, warna awan saat matahari terbit dan terbenam juga dikaitkan dengan fenomena ini.

Jadi, radiasi matahari mencapai permukaan bumi dalam dua aliran: radiasi langsung dan radiasi menyebar.

Radiasi langsung(5) muncul ke permukaan bumi langsung dari piringan matahari. Dalam hal ini, jumlah radiasi maksimum yang mungkin akan diterima oleh satu area yang terletak tegak lurus terhadap sinar matahari (5). Per unit horisontal permukaan akan menerima lebih sedikit energi radiasi Y, disebut juga insolasi:

У = ?-8шА 0 , (1.1)

Di mana Dan 0 - ketinggian Matahari di atas cakrawala, yang menentukan sudut datangnya sinar matahari pada permukaan horizontal.

Radiasi yang tersebar(/)) memasuki permukaan bumi dari semua titik kubah angkasa, kecuali piringan matahari.

Semua radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi disebut total radiasi matahari (0:

(1.2)
0 = + /) = Dan 0+ /).

Kedatangan jenis radiasi ini sangat bergantung tidak hanya pada penyebab astronomi, tetapi juga pada kekeruhan. Oleh karena itu, dalam meteorologi sudah lazim untuk membedakannya jumlah radiasi yang mungkin diamati dalam kondisi tidak berawan, dan jumlah radiasi sebenarnya, terjadi dalam kondisi awan nyata.

Tidak semua radiasi matahari yang jatuh ke permukaan bumi diserap olehnya dan diubah menjadi panas. Sebagian darinya dipantulkan dan oleh karena itu hilang oleh permukaan di bawahnya. Bagian ini disebut radiasi yang dipantulkan(/?k), dan nilainya bergantung pada albedo permukaan bumi (Lc):

Sebuah k = - 100%.

Nilai albedo diukur dalam pecahan kesatuan atau persentase. Dalam konstruksi dan arsitektur, pecahan suatu satuan lebih sering digunakan. Mereka juga mengukur reflektifitas bahan bangunan dan finishing, kecerahan warna fasad, dll. Dalam klimatologi, albedo diukur dalam persentase.

Albedo memiliki dampak yang signifikan terhadap proses pembentukan iklim bumi, karena merupakan indikator integral dari reflektifitas permukaan di bawahnya. Itu tergantung pada keadaan permukaan tertentu (kekasaran, warna, kadar air) dan bervariasi dalam rentang yang sangat luas. Nilai albedo tertinggi (hingga 75%) merupakan karakteristik salju yang baru turun, dan nilai terendah adalah karakteristik permukaan air dengan paparan sinar matahari yang curam (“3%). Albedo permukaan tanah dan vegetasi rata-rata bervariasi antara 10 hingga 30%.

Jika kita menganggap seluruh bumi secara keseluruhan, albedo-nya adalah 30%. Besaran ini disebut Albedo planet bumi dan merupakan rasio radiasi matahari yang dipantulkan dan dihamburkan ke luar angkasa dengan jumlah total radiasi yang masuk ke atmosfer.

Di daerah perkotaan, albedo biasanya lebih rendah dibandingkan di daerah alami yang tidak terganggu. Nilai karakteristik albedo untuk wilayah kota besar beriklim sedang adalah 15-18%. Di kota-kota selatan, albedo biasanya lebih tinggi karena penggunaan warna-warna terang pada pewarnaan fasad dan atap; di kota-kota utara dengan bangunan padat dan skema warna gelap untuk bangunan, albedo lebih rendah. Hal ini memungkinkan negara-negara selatan yang panas untuk mengurangi jumlah radiasi matahari yang diserap, sehingga mengurangi latar belakang termal bangunan, dan di wilayah utara yang dingin, sebaliknya, untuk meningkatkan porsi radiasi matahari yang diserap, sehingga meningkatkan latar belakang termal secara keseluruhan.

Radiasi yang Diserap(*U P0GL) disebut juga keseimbangan radiasi gelombang pendek (VC) dan merupakan perbedaan antara radiasi total dan radiasi pantulan (dua fluks gelombang pendek):

^menyerap = 5 k = 0~ Aku K- (1.4)

Ini memanaskan lapisan atas permukaan bumi dan segala sesuatu yang ada di atasnya (tutupan vegetasi, jalan, bangunan, bangunan, dll.), akibatnya mereka memancarkan radiasi gelombang panjang yang tidak terlihat oleh mata manusia. Radiasi ini lebih sering disebut radiasinya sendiri pada permukaan bumi(? 3). Nilainya, menurut hukum Stefan-Boltzmann, sebanding dengan pangkat empat suhu absolut.

Atmosfer juga memancarkan radiasi gelombang panjang, yang sebagian besar mencapai permukaan bumi dan hampir seluruhnya diserap olehnya. Radiasi ini disebut counter radiasi dari atmosfer (E a). Kontra-radiasi atmosfer meningkat seiring dengan meningkatnya kekeruhan dan kelembapan udara serta merupakan sumber panas yang sangat penting bagi permukaan bumi. Namun demikian, radiasi gelombang panjang di atmosfer selalu sedikit lebih kecil daripada radiasi bumi, sehingga permukaan bumi kehilangan panas, dan perbedaan antara nilai-nilai ini disebut radiasi efektif bumi (E efektif).

Rata-rata, di daerah beriklim sedang, permukaan bumi melalui radiasi efektif kehilangan sekitar setengah jumlah panas yang diterimanya dari radiasi matahari yang diserap. Dengan menyerap radiasi bumi dan mengirimkan radiasi balasan ke permukaan bumi, atmosfer mengurangi pendinginan permukaan tersebut pada malam hari. Pada siang hari, hal ini tidak banyak membantu mencegah pemanasan permukaan bumi. Pengaruh atmosfer bumi terhadap rezim termal permukaan bumi disebut efek rumah kaca. Jadi, fenomena efek rumah kaca adalah tertahannya panas di dekat permukaan bumi. Peran penting dalam proses ini dimainkan oleh gas-gas yang berasal dari teknogenik, terutama karbon dioksida, yang konsentrasinya sangat tinggi di perkotaan. Namun peran utama masih dimiliki oleh gas-gas yang berasal dari alam.

Zat utama di atmosfer yang menyerap radiasi gelombang panjang dari bumi dan mengirimkan radiasi balasan adalah uap air Ia menyerap hampir semua radiasi gelombang panjang kecuali rentang panjang gelombang 8,5 hingga 12 mikron, yang disebut "jendela transparansi" uap air. Hanya dalam interval inilah radiasi terestrial masuk ke luar angkasa melalui atmosfer. Selain uap air, karbon dioksida sangat menyerap radiasi gelombang panjang, dan justru di jendela transparansi uap air, serta metana, nitrogen oksida, klorofluorokarbon (freon) dan beberapa pengotor gas lainnya, banyak menyerap; lebih lemah.

Retensi panas di dekat permukaan bumi merupakan proses yang sangat penting untuk mempertahankan kehidupan. Tanpanya, suhu rata-rata bumi akan menjadi 33°C lebih rendah dari suhu saat ini, dan organisme hidup akan sulit hidup di Bumi. Oleh karena itu, intinya bukanlah efek rumah kaca itu sendiri (bagaimanapun juga, efek itu muncul sejak atmosfer terbentuk), tetapi fakta bahwa di bawah pengaruh aktivitas antropogenik terjadi. memperoleh efek ini. Alasannya adalah peningkatan pesat konsentrasi gas rumah kaca yang berasal dari teknogenik, terutama C0 2, yang dihasilkan selama pembakaran bahan bakar organik. Hal ini dapat menyebabkan fakta bahwa, dengan radiasi masuk yang sama, proporsi panas yang tersisa di planet ini akan meningkat, dan akibatnya suhu permukaan bumi dan atmosfer akan meningkat. Selama 100 tahun terakhir, suhu udara di planet kita telah meningkat rata-rata 0,6°C.

Dipercaya bahwa ketika konsentrasi CO 2 berlipat ganda dibandingkan nilai pra-industri, pemanasan global akan menjadi sekitar 3°C (menurut berbagai perkiraan - dari 1,5 hingga 5,5°C). Dalam hal ini, perubahan terbesar akan terjadi di troposfer di garis lintang tinggi pada periode musim gugur-musim dingin. Akibatnya, es di Kutub Utara dan Antartika akan mulai mencair dan permukaan laut akan mulai naik. Peningkatan ini bisa berkisar antara 25 hingga 165 cm, yang berarti banyak kota yang terletak di wilayah pesisir laut dan samudera akan terendam banjir.

Oleh karena itu, ini adalah masalah yang sangat penting yang mempengaruhi kehidupan jutaan orang. Mengingat hal ini, pada tahun 1988 Konferensi Internasional pertama tentang masalah perubahan iklim antropogenik diadakan di Toronto. Para ilmuwan telah menyimpulkan bahwa dampak peningkatan efek rumah kaca akibat peningkatan karbon dioksida di atmosfer adalah yang kedua setelah dampak perang nuklir global. Pada saat yang sama, Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim (IPCC) dibentuk di bawah Persatuan Bangsa-Bangsa (PBB). IPCC - Panel Antarpemerintah tentang Perubahan Iklim), yang mempelajari dampak kenaikan suhu permukaan terhadap iklim, ekosistem Samudra Dunia, biosfer secara keseluruhan, termasuk kehidupan dan kesehatan penduduk bumi.

Pada tahun 1992, Konvensi Kerangka Kerja Perubahan Iklim (FCCC) diadopsi di New York, yang tujuan utamanya adalah untuk memastikan stabilisasi konsentrasi gas rumah kaca di atmosfer pada tingkat yang dapat mencegah konsekuensi berbahaya dari intervensi manusia dalam sistem iklim. . Untuk implementasi praktis konvensi tersebut, Protokol Kyoto diadopsi pada konferensi internasional pada bulan Desember 1997 di Kyoto (Jepang). Protokol ini menetapkan kuota khusus untuk emisi gas rumah kaca oleh negara-negara peserta, termasuk Rusia, yang meratifikasi Protokol ini pada tahun 2005.

Pada saat penulisan buku ini, salah satu konferensi terbaru yang didedikasikan untuk perubahan iklim adalah Konferensi Iklim di Paris, yang diadakan dari tanggal 30 November hingga 12 Desember 2015. Tujuan dari konferensi ini adalah untuk menandatangani perjanjian internasional untuk membatasi peningkatan perubahan iklim. suhu rata-rata planet ini tidak lebih dari 2°C.

Jadi, akibat interaksi berbagai aliran radiasi gelombang pendek dan gelombang panjang, permukaan bumi terus menerus menerima dan kehilangan panas. Nilai aliran masuk dan keluar radiasi yang dihasilkan adalah keseimbangan radiasi (DI DALAM), yang menentukan keadaan termal permukaan bumi dan lapisan udara terestrial, yaitu pemanasan atau pendinginannya:

DI DALAM = Q- «k - ?eff = 60 - A)-? ef =

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

Data tentang keseimbangan radiasi diperlukan untuk menilai tingkat pemanasan dan pendinginan berbagai permukaan baik dalam kondisi alam maupun di lingkungan arsitektur, menghitung rezim termal bangunan dan struktur, menentukan penguapan, cadangan panas dalam tanah, dan menjatah irigasi pertanian. bidang dan keperluan perekonomian nasional lainnya.

Metode pengukuran. Pentingnya studi keseimbangan radiasi bumi untuk memahami pola iklim dan pembentukan kondisi iklim mikro menentukan peran mendasar data observasi pada komponen-komponennya - pengamatan aktinometri.

Di stasiun meteorologi di Rusia digunakan metode termoelektrik pengukuran fluks radiasi. Radiasi terukur diserap oleh permukaan penerima instrumen yang berwarna hitam, berubah menjadi panas dan memanaskan sambungan aktif thermopile, sedangkan sambungan pasif tidak dipanaskan oleh radiasi dan memiliki suhu yang lebih rendah. Karena perbedaan suhu sambungan aktif dan pasif, gaya gerak termoelektromotif muncul di terminal termopile, sebanding dengan intensitas radiasi yang diukur. Jadi, sebagian besar instrumen aktinometri adalah relatif- mereka tidak mengukur fluks radiasi itu sendiri, tetapi besaran yang sebanding dengannya - arus atau tegangan. Untuk tujuan ini, perangkat dihubungkan, misalnya, ke multimeter digital, dan sebelumnya ke galvanometer penunjuk. Selain itu, paspor setiap perangkat berisi apa yang disebut "faktor konversi" - harga pembagian alat ukur listrik (W/m2). Pengganda ini dihitung dengan membandingkan pembacaan suatu instrumen relatif tertentu dengan pembacaannya mutlak perangkat - pirheliometer.

Prinsip pengoperasian perangkat absolut berbeda. Jadi, dalam pirheliometer kompensasi Ångström, pelat logam yang menghitam terkena sinar matahari, sementara pelat serupa lainnya tetap berada di tempat teduh. Perbedaan suhu muncul di antara keduanya, yang ditransfer ke sambungan termoelemen yang menempel pada pelat, dan dengan demikian arus termoelektrik tereksitasi. Dalam hal ini, arus dari baterai dialirkan melalui pelat yang diarsir hingga memanas hingga mencapai suhu yang sama dengan pelat di bawah sinar matahari, setelah itu arus termoelektrik menghilang. Berdasarkan kekuatan arus “kompensasi” yang dilewatkan, seseorang dapat menentukan jumlah panas yang diterima oleh pelat yang menghitam, yang selanjutnya akan sama dengan jumlah panas yang diterima dari Matahari oleh pelat pertama. Dengan cara ini jumlah radiasi matahari dapat ditentukan.

Di stasiun cuaca di Rusia (dan sebelumnya di Uni Soviet), yang melakukan pengamatan terhadap komponen keseimbangan radiasi, homogenitas rangkaian data aktinometri dipastikan melalui penggunaan instrumen jenis yang sama dan kalibrasi yang cermat, serta teknik pengukuran dan pengolahan data yang sama. Sebagai penerima radiasi matahari integral (

Dalam aktinometer termoelektrik Savinov-Yanishevsky, tampilannya ditunjukkan pada Gambar. 1.6, bagian penerima adalah piringan logam tipis menghitam yang terbuat dari kertas perak, di mana sambungan ganjil (aktif) dari termopile direkatkan melalui insulasi. Selama pengukuran, piringan ini menyerap radiasi matahari, akibatnya suhu piringan dan sambungan aktif meningkat. Sambungan genap (pasif) direkatkan melalui insulasi ke cincin tembaga di badan perangkat dan memiliki suhu yang mendekati suhu udara luar. Perbedaan suhu ini, ketika sirkuit eksternal termopile ditutup, menghasilkan arus termoelektrik, yang kekuatannya sebanding dengan intensitas radiasi matahari.

Beras. 1.6.

Dalam piranometer (Gbr. 1.7), bagian penerima paling sering mewakili baterai termoelemen, misalnya, terbuat dari manganin dan konstantan, dengan sambungan menghitam dan putih, yang dipanaskan secara tidak merata di bawah pengaruh radiasi yang masuk. Bagian penerima perangkat harus memiliki posisi horizontal untuk dapat melihat radiasi yang tersebar dari seluruh kubah langit. Pyranometer dinaungi dari radiasi langsung oleh sebuah layar, dan dilindungi dari radiasi balasan dari atmosfer dengan penutup kaca. Saat mengukur radiasi total, piranometer tidak terlindung dari sinar langsung.

Beras. 1.7.

Perangkat khusus (pelat lipat) memungkinkan kepala piranometer ditempatkan di dua posisi: penerima di atas dan penerima di bawah. Dalam kasus terakhir, pyranometer mengukur radiasi gelombang pendek yang dipantulkan dari permukaan bumi. Dalam pengamatan rute, yang disebut mendaki albe-dometer, yang merupakan kepala piranometer yang dihubungkan ke gimbal yang dapat dimiringkan dengan pegangan.

Pengukur keseimbangan termoelektrik terdiri dari badan dengan thermopile, dua pelat penerima dan sebuah pegangan (Gbr. 1.8). Badan berbentuk cakram (/) memiliki potongan persegi tempat termopile dipasang (2). Menangani ( 3 ), disolder ke badan, berfungsi untuk memasang pengukur keseimbangan pada dudukan.

Beras. 1.8.

Satu pelat penerima timbangan yang menghitam diarahkan ke atas, yang lain - ke bawah, menuju permukaan bumi. Prinsip pengoperasian pengukur keseimbangan tanpa bayangan didasarkan pada kenyataan bahwa semua jenis radiasi yang sampai pada permukaan aktif (U, /) dan E a), diserap oleh permukaan penerima perangkat yang menghitam, menghadap ke atas, dan semua jenis radiasi yang keluar dari permukaan aktif (/? k, /? l dan E3), diserap oleh pelat yang mengarah ke bawah. Setiap pelat penerima itu sendiri juga memancarkan radiasi gelombang panjang; selain itu, pertukaran panas terjadi dengan udara sekitar dan badan perangkat. Namun, karena konduktivitas termal yang tinggi pada wadah, terjadi perpindahan panas yang lebih besar, yang tidak memungkinkan terbentuknya perbedaan suhu yang signifikan antara pelat penerima. Oleh karena itu, radiasi intrinsik kedua pelat dapat diabaikan, dan dari perbedaan pemanasannya, nilai keseimbangan radiasi suatu permukaan pada bidang tempat meteran keseimbangan berada dapat ditentukan.

Karena permukaan penerima meteran keseimbangan tidak ditutupi oleh penutup kaca (jika tidak maka tidak mungkin mengukur radiasi gelombang panjang), pembacaan perangkat ini bergantung pada kecepatan angin, yang mengurangi perbedaan suhu permukaan penerima. Oleh karena itu, pembacaan alat pengukur keseimbangan mengarah pada kondisi tenang, setelah sebelumnya mengukur kecepatan angin pada ketinggian alat tersebut.

Untuk pendaftaran otomatis Untuk pengukuran, arus termoelektrik yang timbul pada perangkat yang dijelaskan di atas disuplai ke potensiometer elektronik perekam. Perubahan kuat arus dicatat pada pita kertas bergerak, sedangkan aktinometer harus berputar secara otomatis sehingga bagian penerimanya mengikuti Matahari, dan piranometer harus selalu terlindung dari radiasi langsung dengan pelindung cincin khusus.

Pengamatan aktinometri, berbeda dengan pengamatan meteorologi dasar, dilakukan enam kali sehari pada waktu-waktu berikut: 00:30, 06:30, 09:30, 12:30, 15:30, dan 18:30. Karena intensitas semua jenis radiasi gelombang pendek bergantung pada ketinggian Matahari di atas cakrawala, periode pengamatan diatur menurut berarti waktu matahari stasiun.

Nilai-nilai karakteristik. Besaran fluks radiasi langsung dan total memainkan salah satu peran terpenting dalam analisis arsitektur dan iklim. Dengan pertimbangan merekalah orientasi bangunan di sisi cakrawala, perencanaan ruang dan solusi warnanya, tata letak internal, ukuran bukaan cahaya dan sejumlah fitur arsitektur lainnya dikaitkan. Oleh karena itu, variasi nilai karakteristik harian dan tahunan akan dipertimbangkan secara khusus untuk nilai radiasi matahari tersebut.

Penerangan energi radiasi matahari langsung di bawah langit tak berawan tergantung pada ketinggian matahari, sifat-sifat atmosfer pada lintasan sinar matahari, yang dicirikan oleh koefisien transparansi(nilai yang menunjukkan berapa fraksi radiasi matahari yang mencapai permukaan bumi ketika sinar matahari jatuh secara vertikal) dan panjang lintasannya.

Radiasi matahari langsung di bawah langit tak berawan memiliki siklus diurnal yang cukup sederhana dengan maksimum sekitar tengah hari (Gbr. 1.9). Berikut dari gambar tersebut, pada siang hari fluks radiasi matahari mula-mula dengan cepat, kemudian perlahan-lahan meningkat dari matahari terbit hingga siang hari dan mula-mula perlahan, kemudian dengan cepat menurun dari siang hingga matahari terbenam. Perbedaan penyinaran tengah hari di bawah langit cerah pada bulan Januari dan Juli terutama disebabkan oleh perbedaan ketinggian matahari tengah hari, yang lebih rendah pada musim dingin dibandingkan pada musim panas. Sementara itu, di kawasan kontinental sering terlihat asimetri siklus diurnal akibat perbedaan transparansi atmosfer pada pagi dan sore hari. Transparansi atmosfer juga mempengaruhi nilai rata-rata bulanan radiasi matahari langsung setiap tahunnya. Radiasi maksimum di bawah langit tak berawan mungkin bergeser ke bulan-bulan musim semi, karena pada musim semi kandungan debu dan kadar air di atmosfer lebih rendah dibandingkan pada musim gugur.

5 1, kW/m 2

B", kW/m2

Beras. 1.9.

dan dalam kondisi berawan rata-rata (b):

7 - pada permukaan yang tegak lurus terhadap sinar pada bulan Juli; 2 - di permukaan horizontal pada bulan Juli; 3 - pada permukaan tegak lurus pada bulan Januari; 4 - di permukaan horizontal pada bulan Januari

Kekeruhan mengurangi datangnya radiasi matahari dan dapat mengubah siklus hariannya secara signifikan, yang diwujudkan dalam rasio jumlah jam sebelum dan sore hari. Jadi, di sebagian besar wilayah kontinental Rusia pada bulan-bulan musim semi-musim panas, jumlah radiasi langsung per jam pada jam-jam sebelum tengah hari lebih besar daripada pada sore hari (Gbr. 1.9, B). Hal ini terutama ditentukan oleh variasi kekeruhan diurnal yang mulai berkembang pada pukul 9-10 pagi dan mencapai maksimum pada sore hari, sehingga mengurangi radiasi. Pengurangan keseluruhan masuknya radiasi matahari langsung dalam kondisi mendung bisa sangat signifikan. Misalnya, di Vladivostok, dengan iklim monsunnya, kerugian di musim panas mencapai 75%, dan di St. Petersburg, bahkan rata-rata setiap tahun, awan mencegah 65% radiasi langsung mencapai permukaan bumi, di Moskow - sekitar setengahnya. .

Distribusi jumlah tahunan radiasi matahari langsung dalam kondisi berawan rata-rata di wilayah Rusia ditunjukkan pada Gambar. 1.10. Sebagian besar, faktor yang mengurangi jumlah radiasi matahari ini bergantung pada sirkulasi atmosfer, yang menyebabkan terganggunya distribusi radiasi garis lintang.

Seperti dapat dilihat dari gambar, secara umum, jumlah radiasi langsung tahunan yang mencapai permukaan horizontal meningkat dari lintang tinggi ke lintang rendah dari 800 menjadi hampir 3000 MJ/m2. Banyaknya jumlah awan di Rusia bagian Eropa menyebabkan penurunan jumlah awan tahunan dibandingkan dengan wilayah Siberia Timur, di mana, terutama karena pengaruh antisiklon Asia di musim dingin, jumlah awan tahunan meningkat. Pada saat yang sama, monsun musim panas menyebabkan penurunan aliran radiasi tahunan di wilayah pesisir Timur Jauh. Kisaran perubahan intensitas radiasi matahari langsung tengah hari di wilayah Rusia bervariasi dari 0,54-0,91 kW/m 2 di musim panas hingga 0,02-0,43 kW/m 2 di musim dingin.

Radiasi yang tersebar memasuki permukaan horizontal juga berubah pada siang hari, meningkat hingga tengah hari dan menurun setelahnya (Gbr. 1.11).

Seperti halnya radiasi matahari langsung, datangnya radiasi menyebar tidak hanya dipengaruhi oleh ketinggian matahari dan lamanya hari, tetapi juga oleh transparansi atmosfer. Namun, penurunan radiasi menyebabkan peningkatan radiasi tersebar (berlawanan dengan radiasi langsung). Selain itu, radiasi yang tersebar sangat bergantung pada tutupan awan: dalam kondisi berawan rata-rata, kedatangannya lebih dari dua kali lipat nilai yang diamati saat langit cerah. Pada hari-hari tertentu, keadaan mendung meningkatkan angka ini sebanyak 3-4 kali lipat. Dengan demikian, radiasi hamburan dapat secara signifikan melengkapi radiasi langsung, terutama pada posisi rendah Matahari.

Beras. 1.10. Radiasi matahari langsung yang mencapai permukaan horizontal dalam kondisi berawan rata-rata, MJ/m2 per tahun (1 MJ/m2 = 0,278 kW? h/m2)

/), kW/m 2 0,3 gram

0,2 -
0,1 -

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Jam

Beras. 1.11.

dan dalam kondisi berawan rata-rata (b)

Jumlah radiasi matahari yang menyebar di daerah tropis berkisar antara 50 hingga 75% dari radiasi langsung; pada garis lintang 50-60° mendekati radiasi matahari langsung, dan pada garis lintang tinggi melebihi radiasi matahari langsung hampir sepanjang tahun.

Faktor yang sangat penting yang mempengaruhi fluks radiasi hamburan adalah albedo permukaan di bawahnya. Jika albedo cukup besar, maka radiasi yang dipantulkan dari permukaan di bawahnya, dihamburkan kembali oleh atmosfer, dapat menyebabkan peningkatan kedatangan radiasi hamburan secara signifikan. Efeknya paling terasa ketika ada lapisan salju, yang memiliki reflektifitas paling besar.

Radiasi total di bawah langit tak berawan (kemungkinan radiasi) tergantung pada garis lintang suatu tempat, ketinggian matahari, sifat optik atmosfer dan sifat permukaan di bawahnya. Dalam kondisi langit cerah ia mempunyai siklus diurnal sederhana dengan maksimum pada siang hari. Asimetri siklus diurnal, karakteristik radiasi langsung, hanya sedikit terlihat dalam total radiasi, karena penurunan radiasi langsung akibat peningkatan kekeruhan atmosfer pada paruh kedua hari dikompensasi oleh peningkatan radiasi hamburan karena faktor yang sama. Dalam kursus tahunan, intensitas maksimum radiasi total di bawah langit tak berawan di sebagian besar wilayah

wilayah Rusia diamati pada bulan Juni karena ketinggian matahari tengah hari maksimum. Namun, di beberapa daerah pengaruh ini tumpang tindih dengan pengaruh transparansi atmosfer, dan maksimum bergeser ke bulan Mei (misalnya di Transbaikalia, Primorye, Sakhalin dan di sejumlah wilayah Siberia Timur). Distribusi jumlah total radiasi matahari bulanan dan tahunan di bawah langit tak berawan diberikan dalam Tabel. 1.9 dan pada Gambar. 1,12 dalam bentuk nilai rata-rata garis lintang.

Dari tabel dan gambar di atas terlihat jelas bahwa pada semua musim sepanjang tahun baik intensitas maupun jumlah radiasi meningkat dari utara ke selatan sesuai dengan perubahan ketinggian matahari. Pengecualian adalah periode Mei hingga Juli, ketika kombinasi panjang hari dan tinggi matahari memberikan nilai total radiasi yang cukup tinggi di utara dan di Rusia secara keseluruhan, medan radiasi menjadi kabur, yaitu. tidak memiliki gradien yang jelas.

Tabel 1.9

Total radiasi matahari pada permukaan horizontal

dengan langit tak berawan (kW h/m 2)

	Lintang geografis, °LU









September

Beras. 1.12. Total radiasi matahari pada permukaan horizontal dengan langit tak berawan di berbagai garis lintang (1 MJ/m2 = 0,278 kWh/m2)

Jika ada mendung total radiasi matahari tidak hanya ditentukan oleh jumlah dan bentuk awan, tetapi juga oleh keadaan piringan matahari. Ketika piringan matahari bersinar menembus awan, total radiasi dibandingkan kondisi tanpa awan bahkan mungkin meningkat karena peningkatan radiasi hamburan.

Untuk kondisi berawan rata-rata, variasi radiasi total harian yang sepenuhnya alami diamati: peningkatan bertahap dari matahari terbit hingga siang hari dan penurunan dari siang hingga matahari terbenam. Pada saat yang sama, variasi kekeruhan diurnal merusak simetri variasi relatif terhadap siang hari, yang merupakan karakteristik langit tak berawan. Jadi, di sebagian besar wilayah Rusia selama periode hangat, nilai total radiasi sebelum tengah hari adalah 3-8% lebih tinggi daripada nilai sore hari, dengan pengecualian wilayah monsun di Timur Jauh, yang rasionya adalah di depan. Dalam perjalanan tahunan rata-rata jumlah total radiasi bulanan jangka panjang, bersama dengan faktor astronomi yang menentukan, faktor sirkulasi muncul (melalui pengaruh kekeruhan), sehingga maksimum dapat bergeser dari bulan Juni ke Juli dan bahkan ke Mei (Gbr. .1.13).

600 -
500 -
400 -
300 -
200 -

m.Chelyuskin

Salehard

Arkhangelsk

Sankt Peterburg

Petropavlovsk

Kamchatsky

Khabarovsk

Astrakhan

Beras. 1.13. Total radiasi matahari pada permukaan horizontal di masing-masing kota di Rusia dalam kondisi berawan nyata (1 MJ/m 2 = 0,278 kWh/m 2)

5", MJ/m 2 700

Jadi, kedatangan total radiasi bulanan dan tahunan hanyalah sebagian dari apa yang mungkin terjadi. Penyimpangan terbesar antara jumlah aktual dan jumlah yang mungkin terjadi di musim panas terjadi di Timur Jauh, di mana kondisi mendung mengurangi total radiasi sebesar 40-60%. Secara umum, total masuknya radiasi total tahunan bervariasi di seluruh wilayah Rusia dalam arah garis lintang, meningkat dari 2800 MJ/m2 di pantai laut utara menjadi 4800-5000 MJ/m2 di wilayah selatan Rusia - Utara Kaukasus, wilayah Volga Bawah, Transbaikalia, dan Wilayah Primorsky (Gbr. 1.14).

Beras. 1.14. Total radiasi yang sampai pada permukaan horizontal, MJ/m2 per tahun

Di musim panas, perbedaan total radiasi matahari dalam kondisi awan nyata antara kota-kota yang terletak di garis lintang berbeda tidaklah “dramatis” seperti yang terlihat pada pandangan pertama. Untuk Rusia bagian Eropa dari Astrakhan hingga Cape Chelyuskin, nilai tersebut berada pada kisaran 550-650 MJ/m2. Di musim dingin, di sebagian besar kota, kecuali Arktik, tempat terjadinya malam kutub, total radiasi adalah 50-150 MJ/m2 per bulan.

Sebagai perbandingan: rata-rata indikator panas bulan Januari untuk pembangunan perkotaan (dihitung berdasarkan data aktual untuk Moskow) berkisar antara 220 MJ/m2 per bulan di pusat perkotaan hingga 120-150 MJ/m2 di kawasan antar jalan raya dengan pembangunan perumahan dengan kepadatan rendah. Di wilayah zona produksi dan gudang utilitas, indikator panas pada bulan Januari adalah 140 MJ/m 2 . Total radiasi matahari di Moskow pada bulan Januari adalah 62 MJ/m 2. Jadi, di musim dingin, melalui penggunaan radiasi matahari, dimungkinkan untuk menutupi tidak lebih dari 10-15% (dengan mempertimbangkan efisiensi panel surya sebesar 40%) dari perkiraan panas bangunan dengan kepadatan sedang, bahkan di Irkutsk dan Yakutsk, terkenal dengan cuaca musim dinginnya yang cerah, meskipun wilayahnya seluruhnya tertutup panel fotovoltaik.

Di musim panas, total radiasi matahari meningkat 6-9 kali lipat, dan konsumsi panas berkurang 5-7 kali lipat dibandingkan musim dingin. Indeks panas pada bulan Juli turun menjadi 35 MJ/m2 atau kurang di kawasan pemukiman dan 15 MJ/m2 atau kurang di kawasan industri, yaitu. dengan nilai yang tidak lebih dari 3-5% dari total radiasi matahari. Oleh karena itu, di musim panas, ketika kebutuhan pemanas dan penerangan sangat minim, di seluruh Rusia terdapat kelebihan sumber daya alam terbarukan yang tidak dapat didaur ulang, yang sekali lagi menimbulkan pertanyaan tentang kelayakan penggunaan panel fotovoltaik, setidaknya di kota-kota dan gedung apartemen. .

Konsumsi listrik (tanpa pemanas dan pasokan air panas), juga terkait dengan distribusi yang tidak merata dari total luas bangunan, kepadatan penduduk dan tujuan fungsional berbagai wilayah, berada pada level yang sama.

Kepadatan panas adalah indikator rata-rata konsumsi semua jenis energi (listrik, pemanas, pasokan air panas) per 1 m 2 luas bangunan.

kasus mulai dari 37 MJ/m 2 per bulan (dihitung sebagai 1/12 dari jumlah tahunan) di kawasan padat bangunan dan hingga 10-15 MJ/m 2 per bulan di kawasan dengan kepadatan bangunan rendah. Pada siang hari dan musim panas, konsumsi listrik turun secara alami. Kepadatan konsumsi listrik pada bulan Juli di sebagian besar kawasan perumahan dan kawasan serba guna adalah 8-12 MJ/m2, dengan total radiasi matahari dalam kondisi berawan nyata di Moskow sekitar 600 MJ/m2. Jadi, untuk memenuhi kebutuhan pasokan listrik di daerah perkotaan (menggunakan contoh Moskow), hanya perlu memanfaatkan sekitar 1,5-2% radiasi matahari. Sisa radiasi jika dibuang akan menjadi berlebih. Pada saat yang sama, masalah akumulasi dan pelestarian radiasi matahari siang hari untuk penerangan pada sore dan malam hari, ketika beban pada sistem catu daya maksimum, dan matahari hampir tidak bersinar atau tidak bersinar sama sekali, masih belum terselesaikan. . Hal ini memerlukan transmisi listrik dalam jarak yang jauh antara area dimana Matahari masih cukup tinggi dan area dimana Matahari telah terbenam di bawah cakrawala. Pada saat yang sama, kehilangan listrik dalam jaringan akan sebanding dengan penghematannya melalui penggunaan panel fotovoltaik. Atau perlu menggunakan baterai berkapasitas tinggi, yang produksi, pemasangan, dan pembuangan selanjutnya akan memerlukan biaya energi yang kemungkinan besar tidak dapat ditanggung oleh penghematan energi yang terakumulasi selama seluruh periode pengoperasiannya.

Faktor lain yang tidak kalah penting yang membuat kelayakan peralihan ke panel surya sebagai sumber pasokan listrik alternatif pada skala kota dipertanyakan adalah bahwa pada akhirnya pengoperasian fotosel akan menyebabkan peningkatan signifikan dalam radiasi matahari yang diserap di kota, dan akibatnya. terhadap peningkatan suhu udara di kota pada musim panas. Jadi, bersamaan dengan pendinginan akibat panel fotovoltaik dan AC dalam ruangan yang ditenagai oleh panel tersebut, akan terjadi peningkatan suhu udara secara umum di kota, yang pada akhirnya akan mengurangi semua manfaat ekonomi dan lingkungan dari penghematan listrik melalui penggunaan listrik. panel fotovoltaik yang sangat mahal.

Oleh karena itu, pemasangan peralatan untuk mengubah radiasi matahari menjadi listrik dibenarkan dalam daftar kasus yang sangat terbatas: hanya di musim panas, hanya di daerah beriklim kering, panas, sebagian berawan, hanya di kota-kota kecil atau desa-desa pondok, dan hanya jika listrik ini digunakan untuk mengoperasikan instalasi pada pendingin ruangan dan ventilasi lingkungan internal bangunan. Dalam kasus lain - daerah lain, kondisi perkotaan lain dan waktu lain dalam setahun - penggunaan panel fotovoltaik dan kolektor surya untuk kebutuhan pasokan listrik dan panas ke bangunan biasa di kota-kota menengah dan besar yang terletak di daerah beriklim sedang tidak efektif.

Signifikansi bioklimatik dari radiasi matahari. Peran yang menentukan dari dampak radiasi matahari pada organisme hidup direduksi menjadi partisipasi dalam pembentukan radiasi dan keseimbangan panas karena energi panas di bagian spektrum matahari yang terlihat dan inframerah.

Sinar tampak sangat penting bagi organisme. Kebanyakan hewan, seperti manusia, pandai membedakan komposisi spektral cahaya, dan beberapa serangga bahkan melihat dalam rentang ultraviolet. Memiliki penglihatan cahaya dan orientasi cahaya merupakan faktor penting untuk kelangsungan hidup. Misalnya, pada seseorang, kehadiran penglihatan warna merupakan salah satu faktor psiko-emosional dan optimalisasi dalam hidup. Berada dalam kegelapan memiliki efek sebaliknya.

Seperti yang Anda ketahui, tumbuhan hijau mensintesis bahan organik dan karenanya menghasilkan makanan untuk semua organisme lain, termasuk manusia. Proses ini, yang penting bagi kehidupan, terjadi selama asimilasi radiasi matahari, dan tumbuhan menggunakan rentang spektrum tertentu dalam rentang panjang gelombang 0,38-0,71 mikron. Radiasi ini disebut radiasi aktif fotosintesis(PAR) dan sangat penting untuk produktivitas tanaman.

Bagian cahaya yang terlihat menciptakan pencahayaan alami. Sehubungan dengan itu, semua tanaman dibagi menjadi menyukai cahaya dan tahan naungan. Cahaya yang tidak mencukupi menyebabkan kelemahan batang, melemahkan pembentukan bulir dan bulir pada tanaman, menurunkan kandungan gula dan jumlah minyak pada tanaman budidaya, serta menyulitkan tanaman dalam memanfaatkan nutrisi mineral dan pupuk.

Efek biologis sinar inframerah terdiri dari efek termal ketika diserap oleh jaringan tumbuhan dan hewan. Dalam hal ini, energi kinetik molekul berubah, dan proses listrik dan kimia dipercepat. Karena radiasi infra merah, kekurangan panas (terutama di daerah pegunungan tinggi dan lintang tinggi) yang diterima tumbuhan dan hewan dari ruang sekitarnya terkompensasi.

Radiasi ultraviolet menurut sifat biologis dan pengaruhnya terhadap manusia, mereka biasanya dibagi menjadi tiga wilayah: wilayah A - dengan panjang gelombang 0,32 hingga 0,39 mikron; wilayah B - dari 0,28 hingga 0,32 μm dan wilayah C - dari 0,01 hingga 0,28 μm. Wilayah A dicirikan oleh efek biologis yang relatif lemah. Ini hanya menyebabkan fluoresensi sejumlah zat organik; pada manusia mendorong pembentukan pigmen pada kulit dan eritema ringan (kemerahan pada kulit).

Sinar area B jauh lebih aktif. Berbagai reaksi organisme terhadap radiasi ultraviolet, perubahan pada kulit, darah, dll. terutama karena mereka. Efek pembentukan vitamin yang diketahui dari radiasi ultraviolet adalah nutrisi ergosteron diubah menjadi vitamin O, yang memiliki efek stimulasi yang kuat pada pertumbuhan dan metabolisme.

Efek biologis paling kuat pada sel hidup diberikan oleh sinar di area C. Efek bakterisida dari sinar matahari terutama disebabkan oleh sinar tersebut. Dalam dosis kecil, sinar ultraviolet sangat diperlukan bagi tumbuhan, hewan dan manusia, terutama anak-anak. Namun, dalam jumlah besar, sinar wilayah C bersifat merusak bagi semua makhluk hidup, dan kehidupan di Bumi hanya mungkin terjadi karena radiasi gelombang pendek ini hampir seluruhnya terhalang oleh lapisan ozon di atmosfer. Pemecahan masalah dampak radiasi ultraviolet dosis berlebihan terhadap biosfer dan manusia menjadi sangat mendesak dalam beberapa dekade terakhir akibat menipisnya lapisan ozon di atmosfer bumi.

Pengaruh radiasi ultraviolet (UVR) yang sampai ke permukaan bumi terhadap organisme hidup sangat beragam. Seperti disebutkan di atas, dalam dosis sedang memiliki efek menguntungkan: meningkatkan vitalitas dan meningkatkan daya tahan tubuh terhadap penyakit menular. Kurangnya UVR menyebabkan fenomena patologis yang disebut defisiensi UV atau kelaparan UV dan memanifestasikan dirinya dalam kekurangan vitamin E, yang menyebabkan terganggunya metabolisme fosfor-kalsium dalam tubuh.

UVR yang berlebihan dapat menyebabkan konsekuensi yang sangat serius: pembentukan kanker kulit, perkembangan formasi onkologis lainnya, munculnya fotokeratitis (“kebutaan salju”), fotokonjungtivitis, dan bahkan katarak; terganggunya sistem kekebalan organisme hidup, serta proses mutagenik pada tumbuhan; perubahan sifat dan penghancuran bahan polimer yang banyak digunakan dalam konstruksi dan arsitektur. Misalnya, UVR dapat mengubah warna cat fasad atau menyebabkan kerusakan mekanis pada lapisan akhir polimer dan produk bangunan struktural.

Signifikansi arsitektur dan konstruksi dari radiasi matahari. Data energi matahari digunakan dalam menghitung keseimbangan termal bangunan dan sistem pemanas dan pendingin udara, dalam menganalisis proses penuaan berbagai bahan, dengan mempertimbangkan pengaruh radiasi pada keadaan termal seseorang, memilih komposisi spesies yang optimal. ruang hijau untuk lansekap area tertentu dan banyak keperluan lainnya. Radiasi matahari menentukan rezim penerangan alami permukaan bumi, yang pengetahuannya diperlukan ketika merencanakan konsumsi energi, merancang berbagai struktur dan mengatur transportasi. Dengan demikian, rezim radiasi adalah salah satu faktor utama dalam perencanaan kota, arsitektur, dan konstruksi.

Insolasi bangunan adalah salah satu kondisi terpenting untuk pembangunan higienis, oleh karena itu, perhatian khusus diberikan pada penyinaran permukaan dengan sinar matahari langsung sebagai faktor lingkungan yang penting. Pada saat yang sama, Matahari tidak hanya memiliki efek higienis terhadap lingkungan internal, membunuh patogen, tetapi juga memiliki efek psikologis pada seseorang. Efek iradiasi tersebut bergantung pada durasi proses paparan sinar matahari, sehingga insolasi diukur dalam jam, dan durasinya distandarisasi oleh dokumen terkait dari Kementerian Kesehatan Rusia.

Radiasi matahari minimum yang disyaratkan, yang menyediakan kondisi nyaman untuk lingkungan internal bangunan, kondisi kerja dan istirahat manusia, terdiri dari penerangan yang diperlukan untuk tempat tinggal dan tempat kerja, jumlah radiasi ultraviolet yang dibutuhkan tubuh manusia, jumlah panas yang diserap. oleh pagar eksternal dan dipindahkan ke dalam gedung, memastikan kenyamanan termal lingkungan internal. Berdasarkan persyaratan ini, keputusan arsitektur dan perencanaan dibuat, dan orientasi ruang tamu, dapur, utilitas, dan ruang kerja ditentukan. Jika terdapat kelebihan radiasi matahari, maka perlu dipasang loggia, tirai, penutup jendela, dan perangkat pelindung matahari lainnya.

Disarankan untuk menganalisis jumlah radiasi matahari (langsung dan menyebar) yang tiba pada permukaan dengan orientasi berbeda (vertikal dan horizontal) pada skala berikut:

kurang dari 50 kW h/m 2 per bulan - radiasi tidak signifikan;
50-100 kW h/m 2 per bulan - radiasi rata-rata;
100-200 kWh/m 2 per bulan - radiasi tinggi;
lebih dari 200 kWh/m 2 per bulan - kelebihan radiasi.

Dengan radiasi kecil yang diamati di daerah beriklim sedang terutama pada bulan-bulan musim dingin, kontribusinya terhadap keseimbangan panas bangunan sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Dengan radiasi rata-rata di garis lintang sedang, terjadi transisi ke wilayah nilai negatif keseimbangan radiasi permukaan bumi dan bangunan, struktur, permukaan buatan, dll yang terletak di atasnya. Dalam hal ini, mereka mulai kehilangan lebih banyak energi panas selama siklus harian daripada menerima panas dari matahari pada siang hari. Hilangnya keseimbangan panas bangunan ini tidak ditanggung oleh sumber panas internal (peralatan listrik, pipa air panas, pembangkitan panas metabolik manusia, dll.), dan harus dikompensasi oleh pengoperasian sistem pemanas - periode pemanasan dimulai.

Dengan radiasi tinggi dan kondisi mendung yang nyata, latar belakang termal kawasan perkotaan dan lingkungan internal bangunan berada dalam zona nyaman tanpa menggunakan sistem pemanas dan pendingin buatan.

Dengan kelebihan radiasi di kota-kota dengan garis lintang sedang, terutama yang terletak di iklim kontinental sedang dan iklim kontinental tajam, panas berlebih pada bangunan serta lingkungan internal dan eksternalnya dapat diamati di musim panas. Dalam hal ini, arsitek dihadapkan pada tugas melindungi lingkungan arsitektur dari insolasi yang berlebihan. Solusi perencanaan ruang yang tepat digunakan, orientasi optimal bangunan di sepanjang cakrawala, elemen arsitektur pelindung matahari pada fasad dan bukaan lampu dipilih. Jika sarana arsitektur perlindungan terhadap panas berlebih tidak cukup, maka timbul kebutuhan akan pengkondisian buatan pada lingkungan internal bangunan.

Rezim radiasi juga mempengaruhi pilihan orientasi dan ukuran bukaan cahaya. Pada radiasi rendah, ukuran bukaan lampu dapat ditingkatkan ke ukuran berapa pun, asalkan kehilangan panas melalui pagar luar dipertahankan pada tingkat yang tidak lebih tinggi dari standar. Jika terjadi radiasi berlebih, bukaan lampu dibuat berukuran minimal, memastikan persyaratan insolasi dan penerangan alami pada ruangan.

Kecerahan fasad, yang menentukan reflektifitasnya (albedo), juga dipilih berdasarkan persyaratan perlindungan matahari atau, sebaliknya, dengan mempertimbangkan kemungkinan penyerapan maksimum radiasi matahari di daerah dengan iklim lembab sejuk dan dingin serta tingkat rata-rata atau rendah. radiasi matahari pada bulan-bulan musim panas. Untuk memilih material pelapis berdasarkan kemampuan reflektifnya, perlu diketahui seberapa besar radiasi matahari yang mencapai dinding bangunan dengan berbagai orientasi dan bagaimana kemampuan berbagai material dalam menyerap radiasi tersebut. Karena datangnya radiasi ke dinding bergantung pada garis lintang tempat dan bagaimana orientasi dinding terhadap sisi cakrawala, pemanasan dinding dan suhu di dalam ruangan yang berdekatan akan bergantung pada hal ini.

Daya serap berbagai bahan finishing fasad tergantung pada warna dan kondisinya (Tabel 1.10). Jika jumlah bulanan radiasi matahari yang tiba di dinding dengan berbagai orientasi 1 dan albedo dinding tersebut diketahui, maka jumlah panas yang diserapnya dapat ditentukan.

Tabel 1.10

Kapasitas penyerapan bahan bangunan

Data jumlah radiasi matahari yang masuk (langsung dan menyebar) di bawah langit tak berawan pada permukaan vertikal dengan berbagai orientasi diberikan dalam usaha patungan “Membangun Klimatologi”.

Nama bahan dan pengolahannya	Ciri permukaan	permukaan	Radiasi yang diserap,%
Diplester beton	Kasar
		Biru muda
		Abu-abu gelap
		Kebiruan
	Yg dipotong
		Kekuningan cokelat


	Dipoles
	Potongan bersih	Abu-abu muda
	Yg dipotong
Atap
bahan atap		cokelat
Baja Cink		Abu-abu muda
Ubin atap

Dengan memilih bahan dan warna yang sesuai untuk selubung bangunan, mis. Dengan mengubah albedo dinding, Anda dapat mengubah jumlah radiasi yang diserap oleh dinding dan dengan demikian mengurangi atau meningkatkan pemanasan dinding oleh panas matahari. Teknik ini aktif digunakan dalam arsitektur tradisional berbagai negara. Semua orang tahu bahwa kota-kota di selatan dibedakan berdasarkan keseluruhan warna terang (putih dengan dekorasi berwarna) dari sebagian besar bangunan tempat tinggal, sedangkan, misalnya, kota-kota Skandinavia sebagian besar adalah kota yang dibangun dari batu bata gelap atau menggunakan papan berwarna gelap untuk melapisi bangunan.

Diperkirakan 100 kWh/m2 radiasi yang diserap meningkatkan suhu permukaan luar sekitar 4°C. Dinding bangunan di sebagian besar wilayah Rusia menerima jumlah radiasi rata-rata per jam jika berorientasi ke selatan dan timur, serta ke barat, barat daya dan tenggara jika terbuat dari batu bata gelap dan tidak diplester atau memiliki plester berwarna gelap.

Untuk berpindah dari suhu rata-rata bulanan dinding tanpa memperhitungkan radiasi ke karakteristik yang paling sering digunakan dalam perhitungan teknik termal - suhu udara luar - aditif suhu tambahan diperkenalkan Pada, tergantung pada jumlah bulanan radiasi matahari yang diserap oleh dinding VC(Gbr. 1.15). Jadi, dengan mengetahui intensitas radiasi matahari total yang masuk ke dinding dan albedo permukaan dinding tersebut, suhunya dapat dihitung dengan melakukan koreksi yang sesuai pada suhu udara.

VC, kW jam/m 2

Beras. 1.15. Peningkatan suhu permukaan luar dinding akibat penyerapan radiasi matahari

Dalam kasus umum, penambahan suhu akibat radiasi yang diserap ditentukan ceteris paribus, yaitu. pada suhu udara, kelembaban dan ketahanan termal yang sama dari struktur penutupnya, terlepas dari kecepatan angin.

Dalam cuaca cerah, pada tengah hari bagian selatan, sebelum tengah hari - tenggara dan sore hari - dinding barat daya dapat menyerap panas matahari hingga 350-400 kWh/m 2 dan memanas sehingga suhu di luar bisa 15-20 ° C lebih tinggi suhu udara. Hal ini menciptakan suhu yang besar

kepercayaan antara dinding gedung yang sama. Kontras di beberapa daerah ini menjadi signifikan tidak hanya di musim panas, tetapi juga di musim dingin dalam cuaca cerah dan berangin rendah, bahkan pada suhu udara yang sangat rendah. Struktur logam sangat rentan terhadap panas berlebih. Jadi, menurut pengamatan yang tersedia, di Yakutia, terletak di iklim kontinental sedang, ditandai dengan cuaca berawan sebagian di musim dingin dan musim panas, pada tengah hari dengan langit cerah, bagian aluminium dari struktur penutup dan atap pembangkit listrik tenaga air Yakut stasiun dipanaskan 40-50 ° C di atas suhu udara, bahkan pada nilai suhu udara yang rendah.

Dinding berinsulasi yang terlalu panas karena penyerapan radiasi matahari harus sudah disediakan pada tahap desain arsitektur. Efek ini tidak hanya memerlukan perlindungan dinding dari insolasi berlebihan dengan metode arsitektur, tetapi juga solusi perencanaan yang tepat untuk bangunan, penggunaan sistem pemanas dengan daya berbeda untuk fasad dengan orientasi berbeda, dimasukkannya jahitan dalam desain untuk menghilangkan tekanan pada struktur dan pelanggaran kekencangan sambungan karena deformasi suhu, dll.

Di meja 1.11 menunjukkan sebagai contoh jumlah bulanan radiasi matahari yang diserap pada bulan Juni untuk beberapa objek geografis bekas Uni Soviet pada nilai albedo tertentu. Dari tabel tersebut terlihat bahwa jika albedo dinding utara bangunan adalah 30%, dan dinding selatan 50%, maka di Odessa, Tbilisi dan Tashkent akan memanas dengan jumlah yang sama. Jika di wilayah utara albedo tembok utara dikurangi menjadi 10%, maka akan menerima panas hampir 1,5 kali lebih banyak dibandingkan tembok dengan albedo 30%.

Tabel 1.11

Jumlah radiasi matahari bulanan yang diserap oleh dinding bangunan pada bulan Juni pada berbagai nilai albedo (kW·h/m2)

Pada contoh di atas, berdasarkan data total radiasi matahari (langsung dan menyebar) yang terkandung dalam usaha patungan “Klimatologi Bangunan” dan buku referensi iklim, radiasi matahari yang dipantulkan dari permukaan bumi dan benda-benda di sekitarnya (misalnya bangunan yang ada) sampai pada berbagai dinding bangunan. Hal ini kurang bergantung pada orientasinya, itulah sebabnya hal ini tidak diberikan dalam dokumen peraturan untuk konstruksi. Namun, radiasi pantulan ini bisa sangat kuat dan kekuatannya sebanding dengan radiasi langsung atau radiasi hamburan. Oleh karena itu, ketika merancang arsitektur, hal ini harus diperhitungkan, menghitung untuk setiap kasus tertentu.

Bumi menerima 1,36*10,24 kal panas per tahun dari Matahari. Dibandingkan dengan jumlah energi tersebut, jumlah sisa energi radiasi yang mencapai permukaan bumi dapat diabaikan. Jadi, energi pancaran bintang adalah seperseratus juta energi matahari, radiasi kosmik adalah dua per miliar, dan panas internal bumi di permukaannya sama dengan seperlima ribu panas matahari.
Radiasi dari Matahari - radiasi sinar matahari- merupakan sumber energi utama untuk hampir semua proses yang terjadi di atmosfer, hidrosfer, dan di lapisan atas litosfer.
Satuan ukuran intensitas radiasi matahari adalah banyaknya kalori panas yang diserap oleh 1 cm2 permukaan hitam pekat yang tegak lurus arah datangnya sinar matahari dalam 1 menit (cal/cm2*min).

Aliran pancaran energi Matahari yang mencapai atmosfer bumi sangat konstan. Intensitasnya disebut konstanta matahari (Io) dan diambil rata-rata sebesar 1,88 kkal/cm2 menit.
Nilai konstanta matahari berfluktuasi tergantung jarak Bumi dari Matahari dan aktivitas matahari. Fluktuasinya sepanjang tahun sebesar 3,4-3,5%.
Jika sinar matahari jatuh secara vertikal di seluruh permukaan bumi, maka tanpa adanya atmosfer dan dengan konstanta matahari sebesar 1,88 kal/cm2*min, setiap sentimeter persegi akan menerima 1000 kkal per tahun. Karena bumi berbentuk bulat, jumlah ini berkurang 4 kali lipat, dan 1 persegi. cm menerima rata-rata 250 kkal per tahun.
Banyaknya radiasi matahari yang diterima suatu permukaan bergantung pada sudut datang sinarnya.
Besarnya radiasi maksimum diterima oleh suatu permukaan yang tegak lurus arah datangnya sinar matahari, karena dalam hal ini seluruh energi didistribusikan pada suatu luas yang luas penampangnya sama dengan luas penampang berkas sinar - a. Ketika seberkas sinar yang sama datang secara miring, energi didistribusikan ke area yang lebih luas (bagian b) dan satuan permukaan menerima lebih sedikit energi tersebut. Semakin kecil sudut datang sinar maka semakin rendah intensitas penyinaran matahari.
Ketergantungan intensitas radiasi matahari terhadap sudut datang sinar dinyatakan dengan rumus:

I1 = I0 * dosa h,

dimana I0 adalah intensitas radiasi matahari pada datangnya sinar vertikal. Di luar atmosfer - konstanta matahari;
I1 adalah intensitas radiasi matahari bila sinar matahari jatuh dengan sudut h.
I1 berkali-kali lebih kecil dari I0 karena penampang a lebih kecil dari penampang b.
Gambar 27 menunjukkan bahwa a/b = sin A.
Sudut datang sinar matahari (ketinggian Matahari) sama dengan 90° hanya pada garis lintang 23°27"LU sampai 23°27"LS. (yaitu antara daerah tropis). Di garis lintang lain suhunya selalu kurang dari 90° (Tabel 8). Dengan berkurangnya sudut datang sinar, intensitas radiasi matahari yang sampai ke permukaan pada garis lintang yang berbeda juga akan berkurang. Karena ketinggian Matahari tidak tetap sepanjang tahun dan siang hari, jumlah panas matahari yang diterima permukaan terus berubah.

Jumlah radiasi matahari yang diterima suatu permukaan berhubungan langsung dengan tergantung pada durasi paparan sinar matahari.

Di daerah khatulistiwa di luar atmosfer, jumlah panas matahari sepanjang tahun tidak mengalami fluktuasi yang besar, sedangkan di daerah lintang tinggi fluktuasinya sangat besar (lihat Tabel 9). Di musim dingin, perbedaan perolehan panas matahari antara lintang tinggi dan rendah sangatlah signifikan. Di musim panas, dalam kondisi penerangan terus menerus, wilayah kutub menerima jumlah panas matahari maksimum per hari di Bumi. Pada hari titik balik matahari musim panas di belahan bumi utara, suhunya 36% lebih tinggi dibandingkan jumlah panas harian di khatulistiwa. Namun karena lamanya hari di ekuator bukan 24 jam (seperti saat ini di kutub), melainkan 12 jam, maka jumlah radiasi matahari per satuan waktu di ekuator tetap paling besar. Jumlah panas matahari harian maksimum pada musim panas, yang diamati pada sekitar garis lintang 40-50°, dikaitkan dengan panjang hari yang relatif panjang (lebih panjang dibandingkan saat ini pada garis lintang 10-20°) dengan ketinggian matahari yang signifikan. Perbedaan jumlah panas yang diterima daerah khatulistiwa dan kutub lebih kecil pada musim panas dibandingkan pada musim dingin.
Belahan bumi selatan menerima lebih banyak panas di musim panas dibandingkan belahan bumi utara, sebaliknya di musim dingin (dipengaruhi oleh perubahan jarak Bumi dari Matahari). Dan jika permukaan kedua belahan bumi benar-benar homogen, amplitudo fluktuasi suhu tahunan di belahan bumi selatan akan lebih besar daripada di belahan bumi utara.
Radiasi matahari di atmosfer mengalami perubahan kuantitatif dan kualitatif.
Bahkan atmosfer yang ideal, kering, dan bersih pun menyerap dan menyebarkan sinar, sehingga mengurangi intensitas radiasi matahari. Melemahnya pengaruh atmosfer nyata yang mengandung uap air dan pengotor padat terhadap radiasi matahari jauh lebih besar dibandingkan dengan atmosfer ideal. Atmosfer (oksigen, ozon, karbon dioksida, debu, dan uap air) terutama menyerap sinar ultraviolet dan inframerah. Energi radiasi Matahari yang diserap atmosfer diubah menjadi jenis energi lain: panas, kimia, dll. Secara umum, penyerapan melemahkan radiasi matahari sebesar 17-25%.
Molekul gas atmosfer menyebarkan sinar dengan gelombang yang relatif pendek - ungu, biru. Inilah yang menjelaskan warna biru pada langit. Sinar dengan panjang gelombang berbeda dihamburkan secara merata oleh pengotor. Oleh karena itu, jika kandungannya signifikan, langit menjadi berwarna keputihan.
Akibat hamburan dan pantulan sinar matahari oleh atmosfer, siang hari diamati pada hari berawan, benda-benda dalam bayangan terlihat, dan terjadi fenomena senja.
Semakin panjang jalur sinar di atmosfer, semakin besar ketebalan yang harus dilaluinya dan semakin signifikan redaman radiasi matahari. Oleh karena itu, seiring dengan ketinggian, pengaruh atmosfer terhadap radiasi berkurang. Panjang lintasan sinar matahari di atmosfer bergantung pada ketinggian Matahari. Jika kita mengambil panjang lintasan sinar matahari di atmosfer pada ketinggian matahari 90° (m), maka hubungan antara ketinggian Matahari dengan panjang lintasan sinar matahari di atmosfer adalah seperti yang ditunjukkan pada Tabel . 10.

Redaman umum radiasi di atmosfer pada setiap ketinggian Matahari dapat dinyatakan dengan rumus Bouguer: Im= I0*pm, dimana Im adalah intensitas radiasi matahari pada permukaan bumi yang diubah di atmosfer; I0 - konstanta matahari; m adalah jalur pancaran di atmosfer; pada ketinggian matahari 90° sama dengan 1 (massa atmosfer), p adalah koefisien transparansi (bilangan pecahan yang menunjukkan berapa fraksi radiasi yang mencapai permukaan pada m=1).
Pada ketinggian matahari 90°, dengan m=1, intensitas radiasi matahari di permukaan bumi I1 adalah p kali lebih kecil dari Io, yaitu I1=Io*p.
Jika ketinggian Matahari kurang dari 90°, maka m selalu lebih besar dari 1. Lintasan sinar matahari dapat terdiri dari beberapa ruas yang masing-masing sama dengan 1. Intensitas penyinaran matahari pada batas antara segmen pertama (aa1) dan kedua (a1a2) I1 jelas sama dengan Io *p, intensitas radiasi setelah melewati segmen kedua I2=I1*p=I0 p*p=I0 p2; I3=I0p3 dst.

Transparansi atmosfer bervariasi dan bervariasi dalam berbagai kondisi. Rasio transparansi atmosfer nyata terhadap transparansi atmosfer ideal – faktor kekeruhan – selalu lebih besar dari satu. Tergantung kandungan uap air dan debu di udara. Dengan bertambahnya garis lintang geografis, faktor kekeruhan menurun: pada garis lintang dari 0 hingga 20° LU. w. suhunya rata-rata 4,6 pada garis lintang 40 hingga 50° LU. w. - 3,5, pada garis lintang 50 hingga 60° LU. w. - 2.8 dan pada garis lintang 60 hingga 80° LU. w. - 2.0. Di daerah beriklim sedang, faktor kekeruhan di musim dingin lebih sedikit dibandingkan di musim panas, dan lebih sedikit di pagi hari dibandingkan di sore hari. Itu berkurang seiring dengan ketinggian. Semakin tinggi faktor kekeruhan maka semakin besar redaman radiasi matahari.
Membedakan radiasi matahari langsung, menyebar dan total.
Porsi radiasi matahari yang menembus atmosfer hingga ke permukaan bumi merupakan radiasi langsung. Sebagian radiasi yang dihamburkan oleh atmosfer diubah menjadi radiasi difus. Semua radiasi matahari yang sampai ke permukaan bumi, baik langsung maupun menyebar, disebut radiasi total.
Rasio antara radiasi langsung dan radiasi difusi sangat bervariasi tergantung pada tingkat kekeruhan, tingkat debu di atmosfer, dan juga ketinggian Matahari. Di bawah langit cerah, proporsi radiasi tersebar tidak melebihi 0,1%; di bawah langit berawan, radiasi tersebar mungkin lebih besar daripada radiasi langsung.
Pada ketinggian matahari yang rendah, total radiasi hampir seluruhnya terdiri dari radiasi hamburan. Dengan ketinggian matahari 50° dan langit cerah, proporsi radiasi yang tersebar tidak melebihi 10-20%.
Peta nilai rata-rata tahunan dan bulanan dari total radiasi memungkinkan kita memperhatikan pola utama distribusi geografisnya. Nilai tahunan total radiasi didistribusikan terutama secara zonal. Jumlah total radiasi tahunan terbesar di Bumi diterima oleh permukaan gurun pedalaman tropis (Sahara Timur dan Arabia tengah). Penurunan nyata total radiasi di ekuator disebabkan oleh kelembapan udara yang tinggi dan awan tebal. Di Arktik, total radiasi adalah 60-70 kkal/cm2 per tahun; di Antartika, karena frekuensi hari cerah yang sering dan transparansi atmosfer yang lebih besar, suhunya agak lebih tinggi.

Pada bulan Juni, belahan bumi utara, dan khususnya wilayah pedalaman tropis dan subtropis, menerima radiasi dalam jumlah terbesar. Jumlah radiasi matahari yang diterima oleh permukaan di daerah beriklim sedang dan lintang kutub di belahan bumi utara sedikit berbeda, terutama karena panjangnya siang hari di daerah kutub. Zonasi sebaran radiasi total diatas. benua di belahan bumi utara dan di garis lintang tropis belahan bumi selatan hampir tidak terlihat. Hal ini lebih termanifestasi di belahan bumi utara di atas lautan dan terlihat jelas di garis lintang ekstratropis di belahan bumi selatan. Dekat lingkaran kutub selatan, total radiasi matahari mendekati 0.
Pada bulan Desember, jumlah radiasi terbesar memasuki belahan bumi selatan. Permukaan es dataran tinggi Antartika, dengan transparansi udara yang tinggi, menerima total radiasi yang jauh lebih banyak dibandingkan permukaan Arktik pada bulan Juni. Ada banyak panas di gurun (Kalahari, Great Australian), namun karena sifat samudera yang lebih besar di belahan bumi selatan (pengaruh kelembaban udara yang tinggi dan kekeruhan), jumlah panas di sini agak lebih sedikit dibandingkan pada bulan Juni di garis lintang yang sama di belahan bumi utara. Di garis lintang khatulistiwa dan tropis di belahan bumi utara, perubahan radiasi total relatif sedikit, dan zonalitas distribusinya hanya terlihat jelas di bagian utara daerah tropis utara. Dengan bertambahnya garis lintang, total radiasi berkurang cukup cepat, isoline nolnya terletak sedikit di utara Lingkaran Arktik.
Total radiasi matahari yang mengenai permukaan bumi sebagian dipantulkan kembali ke atmosfer. Perbandingan banyaknya radiasi yang dipantulkan suatu permukaan dengan jumlah radiasi yang datang pada permukaan tersebut disebut albedo. Albedo mencirikan reflektifitas suatu permukaan.
Albedo permukaan bumi bergantung pada kondisi dan sifat-sifatnya: warna, kelembapan, kekasaran, dll. Salju yang baru turun memiliki reflektifitas terbesar (85-95%). Permukaan air yang tenang, bila sinar matahari jatuh secara vertikal di atasnya, hanya memantulkan 2-5%, dan bila matahari rendah, hampir seluruh sinar yang jatuh ke atasnya (90%). Albedo chernozem kering - 14%, basah - 8, hutan - 10-20, vegetasi padang rumput - 18-30, permukaan gurun pasir - 29-35, permukaan es laut - 30-40%.
Albedo permukaan es yang besar, terutama ketika tertutup salju yang baru turun (hingga 95%), menjadi penyebab rendahnya suhu di daerah kutub pada musim panas, ketika masuknya radiasi matahari ke sana cukup besar.
Radiasi dari permukaan bumi dan atmosfer. Benda apa pun dengan suhu di atas nol mutlak (lebih besar dari minus 273°) memancarkan energi radiasi. Emisivitas total suatu benda hitam sebanding dengan pangkat empat suhu absolutnya (T):
E = σ*T4 kkal/cm2 per menit (hukum Stefan-Boltzmann), dengan σ adalah koefisien konstan.
Semakin tinggi suhu benda yang memancarkan, semakin pendek panjang gelombang sinar nm yang dipancarkan. Panas matahari mengirimkan ke luar angkasa radiasi gelombang pendek. Permukaan bumi yang menyerap radiasi matahari gelombang pendek menjadi panas dan juga menjadi sumber radiasi (radiasi terestrial). Namun karena suhu permukaan bumi tidak melebihi beberapa puluh derajat, maka suhu tersebut radiasi gelombang panjang, tidak terlihat.
Radiasi bumi sebagian besar tertahan oleh atmosfer (uap air, karbon dioksida, ozon), tetapi sinar dengan panjang gelombang 9-12 mikron bebas keluar dari atmosfer, dan oleh karena itu Bumi kehilangan sebagian panasnya.
Atmosfer, yang menyerap sebagian radiasi matahari yang melewatinya dan lebih dari separuh radiasi bumi, dengan sendirinya memancarkan energi baik ke luar angkasa maupun ke permukaan bumi. Radiasi atmosfer yang diarahkan dari permukaan bumi ke permukaan bumi disebut melawan radiasi. Radiasi ini, seperti radiasi terestrial, bersifat gelombang panjang dan tidak terlihat.
Ada dua aliran radiasi gelombang panjang di atmosfer - radiasi dari permukaan bumi dan radiasi dari atmosfer. Perbedaan antara keduanya, yang menentukan kehilangan panas aktual di permukaan bumi, disebut radiasi yang efektif. Semakin tinggi suhu permukaan pemancar, semakin besar radiasi efektifnya. Kelembapan udara mengurangi radiasi efektif, dan awan sangat menguranginya.
Jumlah radiasi efektif tahunan tertinggi terdapat di gurun tropis - 80 kkal/cm2 per tahun - karena suhu permukaan yang tinggi, udara kering, dan langit cerah. Di daerah khatulistiwa, dengan kelembapan udara yang tinggi, radiasi efektif hanya sekitar 30 kkal/cm2 per tahun, dan nilainya bagi daratan dan lautan hanya berbeda sedikit. Radiasi efektif terendah di wilayah kutub. Di daerah beriklim sedang, permukaan bumi kehilangan sekitar setengah jumlah panas yang diterimanya dari penyerapan total radiasi.
Kemampuan atmosfer untuk mentransmisikan radiasi gelombang pendek dari Matahari (radiasi langsung dan difusi) dan menahan radiasi gelombang panjang dari Bumi disebut efek rumah kaca. Berkat efek rumah kaca, suhu rata-rata permukaan bumi adalah +16°, tanpa adanya atmosfer suhu akan menjadi -22° (38° lebih rendah).
Keseimbangan radiasi (radiasi sisa). Permukaan bumi secara bersamaan menerima radiasi dan melepaskannya. Masuknya radiasi terdiri dari total radiasi matahari dan counter radiasi dari atmosfer. Konsumsi merupakan pantulan sinar matahari dari permukaan (albedo) dan radiasi permukaan bumi itu sendiri. Perbedaan antara radiasi yang masuk dan keluar - keseimbangan radiasi, atau sisa radiasi. Nilai keseimbangan radiasi ditentukan oleh persamaan

R = Q*(1-α) - Saya,

dimana Q adalah total radiasi matahari yang masuk per satuan permukaan; α - albedo (fraksi); I - radiasi efektif.
Jika pendapatan lebih besar dari arus, maka keseimbangan radiasinya positif; jika pendapatannya lebih kecil dari arusnya, maka saldonya negatif. Pada malam hari di semua garis lintang, keseimbangan radiasinya negatif, pada siang hari sebelum tengah hari, keseimbangan radiasinya positif di semua tempat kecuali di garis lintang tinggi di musim dingin; di sore hari - negatif lagi. Rata-rata per hari, keseimbangan radiasi bisa positif atau negatif (Tabel 11).

Peta jumlah tahunan keseimbangan radiasi permukaan bumi menunjukkan perubahan tajam posisi isoline saat berpindah dari daratan ke lautan. Biasanya, keseimbangan radiasi permukaan laut melebihi keseimbangan radiasi di daratan (pengaruh albedo dan radiasi efektif). Distribusi keseimbangan radiasi umumnya bersifat zonal. Di Samudera di garis lintang tropis, nilai keseimbangan radiasi tahunan mencapai 140 kkal/cm2 (Laut Arab) dan tidak melebihi 30 kkal/cm2 di perbatasan es yang mengapung. Penyimpangan dari sebaran zona keseimbangan radiasi di Lautan tidak signifikan dan disebabkan oleh sebaran kekeruhan.
Di daratan di garis lintang khatulistiwa dan tropis, nilai keseimbangan radiasi tahunan bervariasi dari 60 hingga 90 kkal/cm2 tergantung pada kondisi kelembapan. Jumlah keseimbangan radiasi tahunan terbesar diamati di daerah di mana albedo dan radiasi efektif relatif rendah (hutan hujan tropis, sabana). Nilainya paling rendah di daerah yang sangat lembab (kekeruhan tinggi) dan sangat kering (radiasi efektif tinggi). Di daerah beriklim sedang dan lintang tinggi, nilai keseimbangan radiasi tahunan menurun seiring dengan bertambahnya garis lintang (efek penurunan total radiasi).
Jumlah keseimbangan radiasi tahunan di wilayah tengah Antartika adalah negatif (beberapa kalori per 1 cm2). Di Arktik, nilai besaran ini mendekati nol.
Pada bulan Juli, keseimbangan radiasi permukaan bumi di sebagian besar belahan bumi selatan bernilai negatif. Garis keseimbangan nol membentang antara 40 dan 50° LS. w. Nilai keseimbangan radiasi tertinggi dicapai di permukaan Samudera di garis lintang tropis belahan bumi utara dan di permukaan beberapa laut pedalaman, seperti Laut Hitam (14-16 kkal/cm2 per bulan).
Pada bulan Januari, garis keseimbangan nol terletak antara 40 dan 50° LU. w. (di atas lautan ia naik agak ke utara, di atas benua ia turun ke selatan). Sebagian besar belahan bumi utara mempunyai keseimbangan radiasi negatif. Nilai keseimbangan radiasi tertinggi terbatas pada garis lintang tropis di belahan bumi selatan.
Rata-rata per tahun keseimbangan radiasi permukaan bumi bernilai positif. Dalam hal ini, suhu permukaan tidak meningkat, tetapi tetap konstan, yang hanya dapat dijelaskan dengan konsumsi panas berlebih secara terus menerus.
Keseimbangan radiasi atmosfer terdiri dari radiasi matahari dan bumi yang diserapnya, di satu sisi, dan radiasi atmosfer, di sisi lain. Nilainya selalu negatif, karena atmosfer hanya menyerap sebagian kecil radiasi matahari dan memancarkan radiasi yang hampir sama banyaknya dengan permukaan.
Keseimbangan radiasi permukaan dan atmosfer secara keseluruhan di seluruh Bumi per tahun rata-rata nol, tetapi di garis lintang bisa positif dan negatif.
Konsekuensi dari distribusi keseimbangan radiasi ini adalah perpindahan panas dari arah ekuator ke kutub.
Keseimbangan panas. Keseimbangan radiasi adalah komponen terpenting dari keseimbangan termal. Persamaan keseimbangan panas permukaan menunjukkan bagaimana energi radiasi matahari yang masuk diubah di permukaan bumi:

dimana R adalah keseimbangan radiasi; LE - konsumsi panas untuk penguapan (L - panas laten penguapan, E - penguapan);
P - pertukaran panas turbulen antara permukaan dan atmosfer;
A - pertukaran panas antara permukaan dan lapisan tanah atau air di bawahnya.
Keseimbangan radiasi suatu permukaan dianggap positif jika radiasi yang diserap permukaan melebihi kehilangan panas, dan negatif jika tidak diisi ulang. Semua ketentuan keseimbangan panas lainnya dianggap positif jika mengakibatkan hilangnya panas dari permukaan (jika sesuai dengan konsumsi panas). Karena. semua suku persamaan dapat berubah, keseimbangan termal terus-menerus terganggu dan dipulihkan kembali.
Persamaan keseimbangan panas permukaan yang dibahas di atas adalah perkiraan, karena tidak memperhitungkan beberapa faktor kecil, tetapi dalam kondisi tertentu, yang menjadi penting, misalnya, pelepasan panas selama pembekuan, konsumsinya untuk pencairan, dll.
Keseimbangan termal atmosfer terdiri dari keseimbangan radiasi atmosfer Ra, panas yang berasal dari permukaan, Pa, panas yang dilepaskan di atmosfer selama kondensasi, LE, dan perpindahan panas horizontal (adveksi) Aa. Keseimbangan radiasi atmosfer selalu negatif. Masuknya panas akibat kondensasi uap air dan besarnya perpindahan panas turbulen adalah positif. Adveksi panas, rata-rata per tahun, menyebabkan perpindahan panas dari lintang rendah ke lintang tinggi: dengan demikian, hal ini berarti hilangnya panas di lintang rendah dan perolehan panas di lintang tinggi. Dalam penurunan jangka panjang, keseimbangan termal atmosfer dapat dinyatakan dengan persamaan Ra=Pa+LE.
Keseimbangan panas permukaan dan atmosfer secara keseluruhan sama dengan 0 rata-rata jangka panjang (Gbr. 35).

Jumlah radiasi matahari yang masuk ke atmosfer per tahun (250 kkal/cm2) diambil 100%. Radiasi matahari yang menembus atmosfer sebagian dipantulkan dari awan dan kembali ke luar atmosfer - 38%, sebagian diserap atmosfer - 14% dan sebagian lagi dalam bentuk radiasi matahari langsung mencapai permukaan bumi - 48%. Dari 48% yang mencapai permukaan, 44% diserap olehnya, dan 4% dipantulkan. Jadi albedo bumi adalah 42% (38+4).
Radiasi yang diserap permukaan bumi dikonsumsi sebagai berikut: 20% hilang melalui radiasi efektif, 18% dihabiskan untuk penguapan dari permukaan, 6% dihabiskan untuk memanaskan udara selama pertukaran panas turbulen (total 24%). Konsumsi panas oleh permukaan menyeimbangkan kedatangannya. Panas yang diterima atmosfer (14% langsung dari Matahari, 24% dari permukaan bumi), bersama dengan radiasi efektif Bumi, diarahkan ke luar angkasa. Albedo bumi (42%) dan radiasi (58%) menyeimbangkan masukan radiasi matahari ke atmosfer.

Jawaban dari Kaukasia[anak baru]
Radiasi total - sebagian radiasi pantulan dan sebagian radiasi langsung. Tergantung pada awan dan tutupan awan.

Jawaban dari Arman Shaysultanov[anak baru]
nilai radiasi matahari di Saryarka

Jawaban dari Vova Vasiliev[anak baru]
Radiasi matahari - radiasi elektromagnetik dan sel darah dari Matahari

Jawaban dari Nasofaring[aktif]
Radiasi matahari adalah radiasi elektromagnetik dan sel darah dari Matahari. Radiasi elektromagnetik merambat dalam bentuk gelombang elektromagnetik dengan kecepatan cahaya dan menembus atmosfer bumi. Radiasi matahari mencapai permukaan bumi dalam bentuk radiasi langsung dan menyebar.
Radiasi matahari merupakan sumber energi utama untuk seluruh proses fisik dan geografis yang terjadi di permukaan bumi dan di atmosfer. Radiasi matahari biasanya diukur berdasarkan efek termalnya dan dinyatakan dalam kalori per satuan luas permukaan per satuan waktu. Secara total, Bumi menerima kurang dari seperdua miliar radiasi Matahari.
Total radiasi matahari diukur dalam kilokalori per sentimeter persegi.
Saat berpindah dari utara ke selatan, jumlah radiasi matahari yang diterima wilayah tersebut meningkat.
Radiasi matahari adalah emisi cahaya dan panas dari Matahari.

KGB dan UFO - informasi yang dideklasifikasi dokumen rahasia KGB dan UFO

Persamaan garis dalam ruang adalah persamaan dua bidang yang berpotongan