СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ, лучистая энергия Солнца - первичный источник других видов энергии на Земле. Поглощаясь на поверхности суши и вод, С. р. превращается в тепловую энергию, вызывая их нагревание, и в скрытую теплоту парообразования, испаряя воду. В зелёных частях растений С. р. превращается в хим. энергию молекул органических соединений. По своей природе С. р. - волновая электромагнитная энергия и, следовательно, родственна энергии радиоволн. В отличие от последней, С. р. обладает очень короткими волнами - от 0,29 до 5 μ (μ=0,001 мм). Волны длиной от 0,29 до 0,40 μ составляют ультрафиолетовую радиацию, человеческим глазом неощущаемую. Лучи с дл. волны от 0,40 до 0,76 μ - видимые, воспринимаемые как свет. Лучи с дл. волны больше 0,76 μ - инфракрасные - глазом также не ощущаются.

Перед вхождением в атмосферу каждый см² поверхности, перпендикулярной к солнечным лучам, получает в 1 мин. в ср. 1,90 кал. Эта величина называется "солнечная постоянная" (1 калория - количество тепла, необходимое для нагревания 1 г дестиллированной воды на 1°).

Однако до поверхности Земли на уровне моря) доходит всего ок. 1,50 кал см² в 1 мин. Во время своего пути через атмосферу Земли С. р. частично поглощается и рассеивается ввиду наличия в атмосфере озона (в верхних её слоях), водяного пара, воздуха неоднородной плотности, а также пылинок, капелек воды, снежинок и т. п. Часть из рассеянной в атмосфере радиации попадает на поверхность Земли, а часть уходит в мировое пространство. В результате на земную поверхность С. р. попадает в виде "прямой С. р.", идущей непосредственно от Солнца, и "рассеянной радиации", падающей на поверхность Земли со всех сторон из атмосферы. В безоблачный день рассеянная радиация значительно слабее прямой, а в пасмурные, наоборот, до Земли доходит только одна рассеянная радиация.

Интенсивность прямой С. р. измеряют особыми приборами - пиргелиометрами и актинометрами (см.), а коротковолновой рассеянной радиации - пиранометрами; последними можно измерять также так наз. суммарную (прямую и рассеянную) радиацию. Степень ослабления С. р. зависит от длины пути солнечных лучей в атмосфере. Чем выше Солнце над горизонтом, тем короче путь лучей, тем меньше поглощение, тем сильнее оно греет. Наибольшее напряжение С. р. наблюдается в полдень. Высота Солнца меняется в течение года в зависимости от широты местности и от склонения. Летом Солнце в полдень выше, чем зимой, и на Ю. выше, чем на С. Соответственно этому меняется и напряжение солнечной радиации.

Напряжение прямой С. р. увеличивается с высотой над уровнем моря, т. к. солнечным лучам приходится проходить меньшую толщу атмосферы. Так, по наблюдениям в горах Ср. Азии, напряжение С. р. на высоте ок. 1 км достигает 1,52 - 1,53, на выс. 2 - 4 км - 1,67 - 1,70 кал/см² в 1 мин. Горизонтальная поверхность Земли получает на' большее количество энергии, когда солнечные лучи падают вертикально (выс. Солнца 90°), что бывает в тропиках При др. высотах Солнца горизонтальная поверхность будет получать солнечного тепла тем меньше, чем ниже Солнце (пропорционально sin угла высоты Солнца).

Склоны получают различное количество прямой С. р. в зависимости от их крутизны и ориентировки. Южные, юго-вост. и юго-зап. склоны получают больше тепла, чем северные, сев.-вост. и сев.-зап. Чем юж. склоны круче (до известного предела, различного на разных широтах), тем больше они получают тепла, северные, наоборот, меньше. Так, на Кавказе сев. склоны получают в зависимости от крутизны след. долю тепла юж. склонов.

Интенсивность рассеянной радиации днём в безоблачную погоду бывает порядка 0,1 кал/см² в 1 мин. При облачной погоде она может достигать 0,5 кал/см² в 1 мин. и больше. Особенно большая интенсивность рассеянной С. р. наблюдается в Арктике.

Рассеянная радиация обусловливает голубой цвет неба. Чем чище воздух, чем меньше в нём крупных частиц пыли, водяного пара, тем интенсивнее синева неба. Наоборот, с увеличением их размеров и количества цвет неба приобретает белесоватый оттенок.

Общее количество С. р. (прямой и рассеянной), падающей на 1 см² горизонтальной поверхности в ряде пунктов СССР, составляет (в тыс. калорий):

Из этого количества в зимние месяцы больше приходится на долю рассеянной радиации, летом - прямой.

В общем потоке С. р. у земной поверхности большее количество энергии приходится на инфракрасные лучи, несколько меньшее на видимые, энергия же ультрафиолетовых лучей очень мала. Так, при выс. Солнца 40° (по Калитину) на инфракрасные лучи приходится 59%, на видимые 40%, а на ультрафиолетовые 1% всей энергии.

Чем выше Солнце, тем короче путь его лучей в атмосфере, тем богаче С. р. ультрафиолетовыми лучами. Их больше в дневные часы летом и на юге, где Солнце выше. В высоких горах, где путь лучей в атмосфере короче и плотный запылённый воздух лежит внизу, С. р. особенно богата ультрафиолетовыми лучами.

Видимую часть С. р. измеряют приборами - фотометрами и люксметрами. Единицей измерения обычно служит люкс - освещённость поверхности источником света силой в 1 международную свечу, находящимся от поверхности на расстоянии 1 м. Различают освещённость прямым солнечным светом и рассеянным ("дневным"). В средней полосе СССР освещённость прямым солнечным светом в дневные часы летом в ср. составляет ок. 60 - 65 тыс. люксов, зимой - 30 - 40 тыс. люксов, на Ю. летом ок. 100 тыс. люксов. Освещённость в средней полосе рассеянным светом меньше: 10 - 25 тыс. люксов зимой, 25 - 50 тыс. люксов летом.

С. р. - основной фактор в жизни растений, животных, человека. Под действием С. р. происходит процесс фотосинтеза (см.) органического вещества из углекислого газа и воды в зелёных частях растений.

По наблюдениям О. А. Геодакяна над культурными р-ниями, основное количество С. р. тратится на транспирацию - примерно 40%. на отражение - 24%, излучение - 27%, на нагревание почвы и приземного слоя воздуха - 8%, и только 1 - 2% используется для построения самого р-ния. Ряд др. исследователей (А. А. Кудрявцева и др.) приводит "технический" коэф-т использования С. р. - отношение использованной для построения р-ния С. р. к полученной - для зерновых культур он равен примерно 2,6%, картофеля 2,4%, пропашных корнеплодов 1,9%, овощных 0,5 - 1,0%. Наибольший коэф-т даёт лён (3,6%) и люпин (4,8%). С. р. имеет непосредственно техническое применение. Её используют для нагревания воды, сушки плодов и овощей, обогревания парников и т. п. К. Г.Трофимов (в Ташкенте) сконструировал нагреватель, к-рый состоит из металлического плоского сосуда, окрашенного чёрной краской и поставленного в деревянный ящик с двойными застеклёнными рамами. В сосуд наливают воду. Нагреватель выставляют на солнце с уклоном к югу. Солнечные лучи проходят через стекло и нагревают сосуд. Остывание сосуда затруднено, т.к. стёкла не пропускают излучаемые им инфракрасные лучи с большой длиной волны, а также препятствуют его охлаждению ветром. Поэтому вода довольно быстро доводится до кипения. В безоблачный день в Ср. Азии можно получить с установки в 1 м² до 63 л кипятку.

На том же принципе построены установки для сушки плодов ("гелиосушилки"). Продукция получается более высокого качества, чем при обычной сушке на солнце, на открытом пыльном воздухе. В последнее время работа по техническому использованию С. р. проводится Энергетическим институтом АН СССР.

С. р. применяется и для обогревания парников. Для этого парниковые рамы делают более толстыми и застекляют с 2 сторон, с промежутком между стёклами в 3 - 5 см. Необходимо только иметь в виду, что нагревание грунта парника в этом случае идёт сверху и наиболее высокая темп-pa будет в верхнем слое, тогда как при биотопливе нагревание идёт снизу и более высокая темп-ра бывает в зоне расположения корневой системы растений.

С. Небольсин

Литература: Калитин Н., Актинометрия, Л.-М., 1938; его же, Актинометрия на курортах, Л.-М., 1937; Кедроливанский В., Метеорологические приборы. Л., 1947; Кудрявцева А., Использование солнечной энергии различными растениями, М., 1935; Шифрина Е., Солнечный луч и его превращения, Л., 1953 (Научно-популярная б-ка); Ярославцев И., Радиационный режим Ташкента и некоторых пунктов Средней Азии, Ташкент, 1949.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 4 (П - С)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, М. 1955, с. 670.