сти так называемой идеальной атмосферы, т. е. атмосферы, не со­ держащей водяных паров и взвешенных аэрозольных частиц. Фак­ тор мутности Т рассчитывается по формуле

где Pi - коэффициент прозрачности идеальной атмосферы

В качестве единицы измерения радиации на сети Росгидроме­ та используют киловатт на квадратный метр (кВт/м2). Суммы ра­ диации выражают в мегаджоулях на квадратный метр (МДж/м2). В таблицах, справочниках, монографиях значения радиации и её сумм могут быть представлены в других единицах. Для возможно­ сти сравнения значений, выраженных в различных единицах, сле­ дует использовать соотношения:

Срочные актинометрические наблюдения предусматривают выполнение измерений вручную в установленные сроки при по­ мощи актинометрических датчиков с показывающими измери­ тельными приборами характеристик солнечного излучения и оп­ ределение дополнительных характеристик условий наблюдений. По результатам срочных наблюдений определяют значения видов радиации и коэффициент прозрачности атмосферы в момент на­ блюдения, а также месячные суммы этих видов радиации.

Комплекс характеристик солнечного излучения (составляю­ щих радиационного баланса) включает прямую солнечную радиа­ цию, рассеянную радиацию, суммарную радиацию, отражённую коротковолновую радиацию, коротковолновое альбедо подсти­ лающей поверхности, радиационный баланс, баланс коротковол­ новой радиации, баланс длинноволновой радиации.

Комплекс характеристик состояния атмосферы и земной по­ верхности включает количество и форму облаков, цвет неба, со­ стояние диска Солнца, метеорологическую дальность видимости, состояние подстилающей поверхности, температуру воздуха, пар­ циальное давление водяного пара, температуру поверхности почвы.

При срочных наблюдениях погрешность AJ определения пря­ мой солнечной, рассеянной, суммарной, отражённой радиации и радиационного баланса вычисляется по формуле и округляется до

0,01 кВт/м2:

где J - измеренное значение радиации (кВт/м2), енты, значения которых указаны в таблице.

Ъ и с - коэффици­

Вид радиации и её обозначение
Прямая солнечная радиация S
Рассеянная радиация D
Суммарная радиация Q
Отражённая радиация R
Радиационный баланс В

Погрешность ЛР2 определения коэффициента прозрачности атмосферы Р 2 при высоте Солнца более 17° не превышает 0,02.

Погрешность определения характеристик дополнительной информации при выполнении актинометрических наблюдений: определение температуры производится с погрешностью не более 1 °С, парциального давления водяного пара - не более 0,1 гПа, продолжительность солнечного сияния - не более 10 мин за сутки, скорость ветра - не более 1 м/с.

2. Актинометрические приборы

Почти все актинометрические приборы основаны на опреде­ лении изменения температуры теплочувствительных элементов под воздействием радиации. Радиация поглощается чувствитель­ ным элементом и превращается в тепло. Изменение температуры чувствительного элемента прибора, пропорциональное энергети­ ческой освещённости, измеряется термоэлементами или термоба­ тареями.

Основными измерительными приборами являются термоэлек­ трические: актинометр, пиранометр, балансомер. Определяемые виды радиации при попадании на приемную поверхность этих приборов преобразуются в электрический ток, который измеряется гальванометром. Поэтому при нахождении радиационных потоков

каждого прибора в паре с гальванометром вычисляется перевод­ ной множитель: Д

а = - ^- (R 6 + R r + Rd) ,

где К - чувствительность приемной поверхности измерительного прибора (мВ/кВт); а - цена деления гальванометра в микроампе­ рах (lO""6 A), R6 и Rr - сопротивление термоэлектрической батареи

и рамки гальванометра (Ом), - добавочное сопротивление если оно используется при измерениях (Ом).

Перечисленные характеристики указываются в проверочных свидетельствах приборов.

Актинометр термоэлектрический М-3 (АТ-50) (рис. 2). Прибор предназначен для измерений прямой солнечной радиации S, кроме того, используется в качестве образцового прибора для определения чувствительности пиронометров и балансомеров.

Для наблюдений на актинометрической стойке с неподвижной стрелой трубку 7 устанавливают с помощью штатива 10-11, кото­ рый ориентируют стрелкой на север, затем ослабляют винт 2 и

ставят сектор широт 9 по широте. Ослабляют винт 3 и, вращая трубку 7 и рукоятку 6 , нацеливают трубку на Солнце. Ось 8 шта­ тива и рукоятка 6 расположены по оси мира, и поэтому, вращая рукоятку 6 , можно вести трубку за Солнцем, лишь изредка по­

правляя наклон трубки по склонению вращением на оси 4. Наце­ ливание производится с помощью экрана 5 на нижнем конце труб­ ки, где должна концёнтрично располагаться тень от оправы вход­ ного окна. Для более точного нацеливания служит отверстие в оп­ раве трубки 7 и чёрная точка на белой поверхности экрана 5, на которую устанавливается световой зайчик. При работе на актино­ метрической стойке с подвижной стрелой наводку осуществляют только вращением осей 4 и 8 и не осуществляют установку акти­

нометра на север и по широте. Крышка 1 надевается на трубку для контроля места нуля. В комплекте также имеется футляр для за­ щиты актинометра от внешних воздействий в промежутках между наблюдениями.

Рис. 2. Актинометр термоэлектрический М-3 (АТ-50).

Приёмником актинометра служит диск из сусального серебра толщиной 0,003 мм и диаметром 11 мм, расположенный в конце трубки 7. Обращённая к Солнцу сторона серебренного диска по­ крыта матово-чёрной эмалью, а к обратной стороне приклеена па­ пиросная бумага толщиной 0,009 мм и 26 спаев термобатареи из константана и манганина в форме ленточек, расположенных звез­ дообразно. Внешние спаи приклеены через бумажную изоляцию к медному кольцу. В трубке имеются семь постепенно сужающихся к приёмнику радиации диафрагм, обеспечивающих угол зрения прибора в 10 °.

Выводы термобатареи присоединяются к гальванометру, по­ казания которого пропорциональны термоэлектродвижущей силе, а она пропорциональна разности температур центральных и пери­ ферийных спаев, а эта разность пропорциональна интенсивности радиации.

Перед наблюдением открытая трубка нацеливается на Солнце на 2 мин для просушки черни на приёмнике. Затем крышка наде­ вается и через 25 с отсчитывается место нуля. Через 25 с после снятия крышки можно производить наблюдения.

Контроль чувствительности актинометра производится парал­ лельными наблюдениями по пиргелиометру или по хорошо прове­ ренному образцовому актинометру. Проверка актинометра по пир­ гелиометру производится только при высотах Солнца больше 22°, при голубом небе и при отсутствии облаков на расстоянии 20 ° во­

круг Солнца.

Термоэлектрический пиранометр М-80М (рис.3). Прибор предназначен для измерения суммарной радиации Q, отражённой коротковолновой RK , а также рассеянной D, при использовании теневого экрана.

Рис. 3. Термоэлектрический пиранометр М-80М.

Выпускается пиранометр с приёмником М-115, у которого квадратная термобатарея 3 окрашена в чёрно-белый цвет в виде шахматной доски. Чёрные поля закрашены платиновой чернью и закопчены сажей с коэффициентом поглощения 5=0,985, которая поглощает коротковолновую и длинноволновую радиацию, а бе­ лые поля закрашены магнезией, поглощающей только длинновол­ новую радиацию. Поля по-разному поглощают солнечную посту-

пающую радиацию и нагреваются пропорционально поглощённой радиации. Термобатарея размером 32x32 мм составлена из пло­ ских ленточек манганина и константана, уложенных зигзагообраз­ но и составляющих 87 термоэлементов. Ленты последовательно спаяны в 32 полосы. Приёмник пиранометра 1 защищается от вет­ ра и гидрометеоров полусферическим стеклянным колпаком, про­ пускающим радиацию в диапазоне от 0,33 до 3 мкм.

При измерениях на актинометрической стойке с неподвижной стрелой приёмник может быть установлен горизонтально с помо­ щью уровня 7 и винтов 4. Теневой экран 5 - диск диаметром 85 мм прикрепляется к стержню 6 длиной 485 мм, причём диск виден из центра термобатареи под углом 10 °, что позволяет исключить по­

падание прямой солнечной радиации на приёмник. Для затенения ослабляют винт 8 и стойка поворачивается стержнем к Солнцу.

Рассеянную радиацию измеряют при затенённом приёмнике.

Для измерения отражённой радиации пиранометр, установ­ ленный на планке толщенной до 2 см, отгибая пружину 2, опроки­

дывают приёмником вниз. Поверхность участка под пиранометром должна быть горизонтальна и в радиусе 5 м покрыта естественной растительностью.

При работе на актинометрической стойке с подвижной стре­ лой М-13а используют только приёмник радиации М-115. Все операции по горизонгированию, затенению и опрокидыванию производят с помощью рукояток и регулировочных винтов акти­ нометрической стойки. Стеклянный колпак пиранометра защищён от отражённой радиации чёрным плоским кольцевым защитным экраном, расположенным в плоскости приёмника. Экран защищает колпак также и от радиации неба при измерениях отражённой ра­ диации.

К пиранометру придаётся крышка, надеваемая на приёмник для определения места нуля. Перед измерениями приёмник пира­ нометра облучают прямой радиацией для просушки. Постоянная времени пиранометра 7-9 с, что требует выдержки до 35-50 с для достижения устойчивого показания.

Контроль чувствительности пиранометра производится парал­ лельными наблюдениями по образцовому актинометру и проверяе­ мому пиранометру установленному в поверочную трубу ПО-11.

В -S ",

Термоэлектрический балансомер М-10М (рис.4). Прибор предназначен для измерения радиационного баланса В, а также радиационного баланса без прямой солнечной радиации при использовании теневого экрана.

Балансомер представляет собой круглую плоскую пластинку 1 диаметром 100 мм с двумя квадратными чёрными приёмниками 2

на противоположных сторонах, отмеченных №1 и №2. Приёмные пластинки из меди зачернены матово-чёрной эмалью. При измере­ ниях один приёмник обращён к исследуемой поверхности (вниз) и на него поступают коротковолновый поток отражённой солнечной радиации R K и земное издучение Е 3 вместе с отражённой частью длинноволнового Я д излучения атмосферы Е л и окружающих предметов. Другой приёмник, обращённый вверх, получает сум­ марную солнечную радиацию Q вместе с излучением атмосферы Е л. Следовательно, балансомер измеряет разность:

B = (S " + D + E a ) - (R k + R „ + E 3) .

При затенённом балансомере исключается S", которая гораздо точнее вычисляется по показаниям актинометра.

Температура каждой пластины приёмника зависит от погло­ щённой радиации и отличается от температуры воздуха, а также зависит от скорости ветра, так как с увеличением скорости ветра усиливается конвективный теплообмен. Поэтому при измерении по балансомеру всегда производятся отсчёты скорости ветра по анемометру, установленному на одном уровне с балансомером.

Влияние ветра на показания балансомера учитывают введени­ ем поправочного множителя Фу. Поправочным множителем к по­ казаниям балансомера при ветре называется число, на которое нужно умножить показание балансомера при данной скорости вет­ ра, чтобы получить показание балансомера при штиле.

Разность температур приёмных пластин, зависящая от балан­ са, измеряется термобатареями, спаи которых поочерёдно распо­ ложены у пластин. Термобатареи представляют собой медные бруски с намотанной на них константановой лентой, на половину каждого витка нанесён слой серебра толщиной 0,03 мм.

Для установки на актинометрическую стойку с неподвижной стрелой балансомер выпускается с двумя шаровыми шарнирами 3,

Росенйиаш государственный

Б И Б Л И О Т Е К А

19619$, CHS, Малаотжнский пр., 98

4 и теневым экраном 5. При затенении экран должен быть виден из центра приёмника под углом 10 °. При этом тень от шарнира с за-

тенителем должна направляться в сторону шарнира с балансомером, а балансомер должен располагаться рукояткой перпендику­ лярно направлению на Солнце. Для такой установки планка с шарнирами прикрепляется к стойке одним винтом и при измене­ нии азимута Солнца вращается вместе с балансомером.

При работе на актинометрической стойке с поворотной стре­ лой поворот балансомера осуществляют поворотом всей стойки. Затенение осуществляют теневым экраном стойки.

Рис. 4. Термоэлектрический балансомер М-10М

Поворачивая первую сторону вверх при высоком Солнце и открытом приёмнике, соединяют балансомер с гальванометром так, чтобы стрелка отклонялась вправо. Если балансомер подклю­ чается через переключатель, то такое положение переключателя отмечается знаком “+”, причём знак меняется на обратный в сле­ дующих случаях:

а) при отклонении стрелки влево от нуля, б) при переключении в другое отрицательное положение пе­

реключателя,

в) при переворачивании балансомера вторым приёмником. Для защиты балансомера от осадков и пыли, между измере­

ниями, используют специальный футляр 6 .

Определение чувствительности производится сравнением по­ казаний актинометра с показанием балансомера, установленного в поверочную трубу ПО-11.

Гальванометр ГСА-1М (рис.5). Гальванометр стрелочный актинометрический служит для измерения тока, возникающего в термобатареях термоэлектрических актинометрических приборов.

На корпусе гальванометра 1 снизу укреплены три клеммы 2, обозначения которых “+”, “Р” и “С” нанесены на крышке корпуса 3 сбоку. Выводы рамки гальванометра припаяны к клеммам “+” и “Р”. К клеммам “Р” и “С” припаяны выводы добавочного сопро­ тивления. При включении гальванометра для измерения тока на клеммы “+” и “Р” в цепь тока включается только рамка гальвано­ метра. При включении же гальванометра на клеммы “+” и “С” в цепь тока последовательно с рамкой гальванометра включается

Рис. 5. Гальванометр ГСА-1М.

На выступах корпуса укреплена шкала 4, имеющая 100 деле­ ний. На шкале укреплены ограничители хода стрелки. В вырезах

шкалы укреплены зеркальная полоска 5 и термометр 6 . На шкале

нанесены: марка завода-изготовителя, год выпуска и заводской номер гальванометра, индекс гальванометра (ГСА-1), а также ве­ личины внутреннего сопротивления рамки и добавочного сопро­ тивления гальванометра. В крышке корпуса сделан вырез, закры­ тый стеклом 7, через которое производятся отсчёты показаний гальванометра и термометра. Для защиты от повреждений стекло закрывается откидным щитком 8 , на внутренней стороне которого

изображена электрическая схема гальванометра.

В крышке корпуса укреплён винт корректора 9, поворотом винта устанавливается нулевое положение стрелки гальванометра. При отсутствии тока стрелка должна находиться на пятом делении шкалы. Это деление при дальнейшей работе принимается за нача­ ло отсчётов и называется “местом нуля”.

Арретирование гальванометра осуществляется посредством вин­ та 10. При ввинчивании винта электрическая цепь рамки гальвано­ метра замыкается накоротко, в результате чего затухают колебания рамки, возникающие при перемещении гальванометра и толчках.

Гальванометр крепится к основанию футляра 11 специальным

винтом 12 с резиновыми амортизаторами. Сверху гальванометр закрывается кожухом 13, который соединяется с основанием по­ средством штифтов 14, укреплённых на кожухе, и пружины 15.

При включении гальванометра в цепь тока возникает взаимо­ действие магнитных полей рамки с током и постоянных магнитов. Рамка поворачивается, и прикреплённая к ней стрелка перемещает­ ся вдоль шкалы. Угол поворота рамки, а следовательно, и смещение стрелки пропорциональны силе тока, проходящего через рамку.

Стойка актинометрическая М-13а (рис. 6 ). На стойке уста­

навливают актинометр, пиранометр и балансомер, предназначен­ ные для выполнения срочных наблюдений.

Стойку М-13а крепят в грунте опорой 2 со стабилизаторами 1. Насадка 4 установлена на опоре 2. Горизонтальность стрелы 9 ре­ гулируют при помощи трёх винтов 3 по уровню установленному на стреле и фиксируют с помощью винта 5. Внутри направляющей трубы 10 проходит стрела 9, которую можно поворачивать в трубе 10 и фиксировать винтом 11. На стреле 9 крепят головку пирано­ метра 14 и балансомер 18.

Необходимые приборы и принадлежности : термоэлектрический актинометр М-3, пиранометр универсальный М-80М, альбедометр походный, балансомер термоэлектрический М-10М, гелиограф универсальный модели ГУ–1, люксметр Ю-16.

Основным источником энергии, поступающей на Землю, является лучистая энергия, поступающая от Солнца. Поток электромагнитных волн, излучаемый Солнцем, принято называть солнечной радиацией. Эта радиация является практически единственным источником энергии для всех процессов, протекающих в атмосфере и на земной поверхности, в том числе и для всех процессов, происходящих в живых организмах.

Солнечная радиация обеспечивает растения энергией, которую они используют в процессе фотосинтеза для создания органического вещества, влияет на процессы роста и развития, на расположение и строение листьев, продолжительность вегетации и др. Количественно солнечную радиацию можно характеризовать потоком радиации.

Поток радиации – это количество лучистой энергии, которое поступает в единицу времени на единицу поверхности.

В системе единиц СИ поток радиации измеряется в ваттах на 1м 2 (Вт/м 2) или киловаттах на 1м 2 (кВт/м 2). Ранее она измерялась в калориях на 1 см 2 в минуту (кал/(см 2 ·мин)).

1кал/(см 2 ·мин) = 698 Вт/м 2 или 0.698 кВт/м 2

Плотность потока солнечной радиации на верхней границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца называют солнечной постоянной S 0 . По международному соглашению 1981 г. S 0 = 1.37 кВт/м 2 (1.96 1кал/(см 2 ·мин)).

Если Солнце не в зените, то количество солнечной энергии, падающей на горизонтальную поверхность, будет меньше, чем на поверхность, расположенную перпендикулярно лучам Солнца. Это количество зависит от угла падения лучей на горизонтальную поверхность. Для определения количества тепла, получаемого горизонтальной поверхностью в минуту, служит формула:

S′ = S sinh ©

где S′ - количество тепла, получаемое в минуту горизонтальной поверхностью; S – количество тепла, получаемое перпендикулярной к лучу поверхностью; h © – угол, образованный солнечным лучом с горизонтальной поверхностью (угол h называется высотой солнца).

Проходя через земную атмосферу, солнечная радиация ослабляется вследствие поглощения и рассеяния атмосферными газами и аэрозолями. Ослабление потока солнечной радиации зависит от длины пути, проходимого лучом в атмосфере, и от прозрачности атмосферы на этом пути. Длина пути луча в атмосфере зависит от высоты солнца. При положении солнца в зените солнечные лучи проходят самый короткий путь. В этом случае масса атмосферы, проходимая солнечными лучами, т.е. масса вертикального столба воздуха с основанием 1 см 2 , принимается за одну условную единицу (m = 1). По мере опускания солнца к горизонту путь лучей в атмосфере увеличивается, а следовательно, увеличивается и число проходимых масс (m> 1). Когда солнце находится у горизонта, лучи проходят в атмосфере наибольший путь. Как показывают расчеты, при этом m в 34,4 раза больше, чем при положении Солнца в зените. Ослабление потока прямой солнечной радиации в атмосфере описывается формулой Буге. Коэффициент прозрачности p показывает, какая доля солнечной радиации, поступающей на верхнюю границу атмосферы, доходит до земной поверхности при m = 1.

S m = S 0 p m ,

где S m – поток прямой солнечной радиации, дошедший до Земли; S 0 – солнечная постоянная; p – коэффициент прозрачности; m – масса атмосферы.

Коэффициент прозрачности зависит от содержания в атмосферы водяного пара и аэрозолей: чем их больше, тем меньше коэффициент прозрачности при одном и том же числе проходимых масс. Коэффициент прозрачности колеблется в пределах от 0,60 до 0,85.

Виды солнечной радиации

Прямая солнечная радиация (S′) – радиация, поступающая к земной поверхность непосредственно от Солнца в виде пучка параллельных лучей.

Прямая солнечная радиация зависит от высоты солнца над горизонтом, прозрачности воздуха, облачности, высоты места над уровнем моря и расстояния между Землей и Солнцем.

Рассеянная солнечная радиация (D) – часть радиации, рассеянной земной атмосферой и облаками и поступающая на земную поверхность от небесного свода. Интенсивность рассеянной радиации зависит от высоты солнца над горизонтом, облачности, прозрачности воздуха, высоты места над уровнем моря, снежный покров. Очень большое влияние на рассеянную радиацию оказывают облачность и снежный покров, которые за счёт рассеивания и отражения падающей на них прямой и рассеянной радиации и повторного рассеивания их в атмосфере могут в несколько раз увеличить поток рассеянной радиации.

Рассеянная радиация существенно дополняет прямую солнечную радиацию и значительно увеличивает поступление солнечной энергии на земную поверхность.

Суммарная радиация (Q) – сумма потоков прямой и рассеянной радиаций, поступающих на горизонтальную поверхность:

До восхода, днем и после захода Солнца при сплошной облачности суммарная радиация поступает на землю полностью, а при малых высотах Солнца преимущественно состоит из рассеянной радиации. При безоблачном или малооблачном небе с увеличением высоты Солнца доля прямой радиации, в составе суммарной, быстро возрастает и в дневные часы поток многократно превышает поток рассеянной радиации.

Большая часть потока суммарной радиации, поступающего на земную поверхность, поглощается верхним слоем почвы, воды и растительностью. При этом лучистая энергия превращается в тепло, нагревая поглощающие слои. Остальная часть потока суммарной радиации отражается земной поверхностью, образуя отражённую радиацию (R). Почти весь поток отражённой радиации проходит атмосферу насквозь и уходит в мировое пространство, однако некоторая доля его рассеивается в атмосфере и частично возвращается на земную поверхность, усиливая рассеянную радиацию, а, следовательно, и суммарную радиацию.

Отражательная способность различных поверхностей называется альбедо . Оно представляет собой отношение потока отраженной радиации ко всему потоку суммарной радиации, падающему на данную поверхность:

Выражается альбедо в долях единицы или в процентах. Таким образом, земной поверхностью отражается часть потока суммарной радиации, равная QА, а поглощается и превращается в тепло – Q(1-А). Последняя величина называется поглощенной радиацией .

Альбедо различных поверхностей суши зависит главным образом от цвета и шероховатости этих поверхностей. Темные и шероховатые поверхности имеют меньшие альбедо, чем светлые и гладкие. Альбедо почв уменьшается с возрастанием влажности, так как цвет их при этом становится более темным. Значения альбедо для некоторых естественных поверхностей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Альбедо различных естественных поверхностей

Очень велика отражательная способность верхней поверхности облаков, особенно при большой их мощности. В среднем альбедо облаков около 50-60%, в отдельных случаях – более 80-85%.

Фотосинтетически активная радиация (ФАР) – часть потока суммарной радиации, которая может использоваться зелёными растения при фотосинтезе. Поток ФАР можно рассчитать по формуле:

ФАР = 0,43S′ + 0,57D,

где S′ - прямая солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность; D – рассеянная солнечная радиация.

Поток ФАР, падающий на лист, большей частью поглощается им, значительно меньшие доли этого потока отражаются поверхностью и пропускаются листом насквозь. Листья большинства древесных пород поглощают примерно 80%, отражают и пропускают до 10-12% от всего потока ФАР. Из поглощенной листьями части потока ФАР лишь несколько процентов лучистой энергии используется растениями непосредственно на фотосинтез и преобразуется в химическую энергию органических веществ, синтезированных листьями. Остальные, более 95% лучистой энергии, превращается в тепло и расходуется в основном на транспирацию, нагрев самих листьев и теплообмен их с окружающим воздухом.

Длинноволновое излучение Земли и атмосферы.

Радиационный баланс земной поверхности

Большая часть солнечной энергии, поступающей на Землю, поглощается её поверхностью и атмосферой, некоторая её часть излучается. Излучение земной поверхностью происходит круглосуточно.

Часть лучей, излучаемых земной поверхностью, поглощается атмосферой и таким образом способствует нагреванию атмосферы. Атмосфера в свою очередь посылает лучи обратно к поверхности земли, а также в космическое пространство. Это свойство атмосферы сохранять тепло, излучаемое земной поверхностью, называют оранжерейным эффектом . Разность между приходом тепла в виде встречного излучения атмосферы и расходом его в виде излучения деятельного слоя называется эффективным излучением деятельного слоя. Особенно большим эффективное излучение бывает ночью, когда потеря тепла земной поверхностью значительно превышает приток тепла, излучаемого атмосферой. Днём же, когда к излучению атмосферы добавляется суммарная солнечная радиация, получается избыток тепла, который идёт на нагревание почвы и воздуха, испарение воды и т.п.

Разность между поглощенной суммарной радиацией и эффективным излучением деятельного слоя называют радиационным балансом деятельного слоя.

Приходную часть радиационного баланса составляют прямая и рассеянная солнечная радиация, а также встречное излучение атмосферы. Расходную часть составляют отраженная солнечная радиация и длинноволновое излучение земной поверхности.

Радиационный баланс представляет собой фактический приход лучистой энергии на поверхность Земли, от которого зависит, будет происходить её нагревание или охлаждение.

Если приход лучистой энергии больше её расхода, то радиационный баланс положителен и поверхность нагревается. Если же приход меньше расхода, то баланс отрицателен и поверхность охлаждается. Радиационный баланс земной поверхности является одним из основных климатообразующих факторов. Он зависит от высоты Солнца, продолжительности солнечного сияния, характера и состояния земной поверхности, замутнённости атмосферы, содержания в ней водяного пара, наличия облаков и др.

Приборы для измерения солнечной радиации

Термоэлектрический актинометр М-3 (Рис.3) предназначен для измерения интенсивности прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам солнца поверхность.

Приемником актинометра является термобатарея из чередующихся пластинок манганина и константана, выполненная в виде звездочки. Внутренние спаи термобатареи через изоляционную прокладку подклеены к диску из серебряной фольги, обращённая к солнцу сторона диска зачернена. Внешние спаи через изоляционную прокладку подклеены к массивному медному кольцу. От нагрева радиацией оно защищено хромированным колпачком. Термобатарея расположена на дне металлической трубки, которая при измерениях направляется на солнце. Внутренняя поверхность трубки зачернена, и в трубке устроены 7 диафрагм (кольцеобразных сужений), чтобы предотвратить попадание рассеянной радиации на приемник актинометра.

Для наблюдений стрелку на основании прибора 11 (рис. 2) ориентируют на север и для облегчения слежения за солнцем устанавливают актинометр по широте места наблюдений (по сектору 9 и риске в верхней части стойки прибора 10 ). Наводка на солнце производится с помощью винта 3 и рукоятки 6 , расположенных в верхней части прибора. Винт позволяет поворачивать трубку в вертикальной плоскости, при вращении рукоятки обеспечивается ведение трубки за солнцем. Для точной наводки на Солнце в наружной диафрагме сделано небольшое отверстие. Против этого отверстия в нижней части прибора имеется белый экран 5 . При правильной установке прибора солнечный луч, проникающий через это отверстие должен дать светлое пятно (зайчик) в центре экрана.

Рис. 3 Актинометр термоэлектрический М-3: 1 – крышка; 2, 3 – винты; 4 – ось; 5 – экран; 6 – рукоятка; 7 – трубка; 8 – ось; 9 – сектор широт; 10 – стойка; 11 – основание.

Пиранометр универсальный М-80М (Рис. 4) предназначен для измерения суммарной (Q) и рассеянной (D) радиации. Зная их, можно вычислить интенсивность прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность S′. Пиранометр М-80М имеет устройство, для опрокидывания стойки прибора приемником вниз, что позволяет измерить интенсивность отражённой радиации и определить альбедо подстилающей поверхности.

Приёмником пиранометра 1 является термоэлектрическая батарея, устроенная в форме квадрата. Приёмная поверхность ее окрашена в чёрный и белый цвета в виде шахматной доски. Половина спаев термобатареи находится под белыми, другая половина – под черными клеточками. Сверху приёмник закрыт полусферическим стеклом для защиты от ветра и осадков. Для измерения интенсивности рассеянной радиации приемник затеняется специальным экраном 3 . Во время измерений приёмник прибора устанавливается строго горизонтально, для этого пиранометр снабжён круглым уровнем 7 и установочными винтами 4. В нижней части приёмника размещена стеклянная сушилка, заполненная водопоглощающим веществом, которая предотвращает конденсацию влаги на приёмнике и стекле. В нерабочем состоянии приёмник пиранометра закрывается металлическим колпаком.

Рис. 4 Пиранометр универсальный М–80М: 1 – головка пиранометра; 2 – стопорная пружина; 3 – шарнир затенителя; 4 – установочный винт; 5 – основание; 6 – шарнир откидного штатива; 7 – уровень; 8 – винт; 9 – стойка с осушителем внутри; 10 – приёмная поверхность термобатареи.

Альбедометр походный (рис. 5) предназначен для измерения интенсивностей суммарной, рассеянной и отражательной радиаций в полевых условиях. Приемником является головка пиранометра 1 , установленная на самоуравновешивающийся карданный подвес 3 . Этот подвес позволяет установить прибор в двух положениях – приемником вверх и вниз, причем горизонтальность приемников обеспечивается автоматически. При положении приемной поверхности прибора вверх определяется суммарная радиация Q. Затем для измерения отраженной радиации R рукоятку альбедометра поворачивают на 180 0 . Зная эти величины можно определить альбедо.

Балансомер термоэлектрический М-10М (рис. 6) предназначен для измерения полного радиационного баланса подстилающей поверхности. Приемником балансомера является термобатарея квадратной формы состоящая, из множества медных брусков 5 , обмотанных константановой лентой 10 . Половина каждого винта ленты гальваническим путем посеребрена, начало и конец серебряного слоя 9 являются термоспаями. Половина спаев подклеивается к верхней, другая половина – к нижней приемным поверхностям, в качестве которых используются медные пластинки 2 , окрашенные в черный цвет. Приемник балансомера помещен в круглую металлическую оправу 1 . При измерениях он располагается строго горизонтально с помощью специального накладного уровня. Для этого приемник балансомера крепится на шаровом шарнире 15 . Для повышения точности измерений приемник балансомера может защищаться от прямой солнечной радиации круглым экраном 12 . Интенсивность прямой солнечной радиации измеряется в этом случае актинометром или пиранометром.

Рис. 5 Альбедометр походный: 1 – головка пиранометра; 2 – трубка; 3 – карданный подвес; 4 – рукоятка

Рис. 6 Балансомер термоэлектрический М-10М: а) – схематическое поперечное сечение: б) – отдельная термобатарея; в) – внешний вид; 1 – оправа приемника; 2 – приемная пластинка; 3, 4 – спаи; 5 – медный брусок; 6, 7 – изоляция; 8 – термобатарея; 9 – серебряный слой; 10 – константановая лента; 11 – рукоятка; 12 – теневой экран; 13, 15 – шарниры; 14 – планка; 16 – винт; 17 - чехол

Приборы для измерения продолжительности солнечного

сияния и освещённости

Продолжительность солнечного сияния есть время, в течение которого прямая солнечная радиация равна или больше 0,1 кВт/м 2 . Выражается в часах за сутки.

Метод определения продолжительности солнечного сияния основан на регистрации времени, в течение которого интенсивность прямой солнечной радиации достаточна для получения прожога на специальной ленте, укреплённой в оптическом фокусе шаровой стеклянной линзы, и составляет не менее 0,1 кВт/м 2 .

Продолжительность солнечного сияния измеряется прибором гелиографом (рис. 7).

Гелиограф универсальный модели ГУ–1 (рис. 7). Основанием прибора является плоская металлическая плита с двумя стойками 1 . Между стойками на горизонтальной оси 2 укреплена подвижная часть прибора, состоящая из колонки 3 с лимбом 4 и нижним упором 7 , скобы 6 с чашкой 5 и верхним упором 15 и стеклянного шара 8 , который является сферической линзой. На одном конце горизонтальной оси закреплён сектор 9 со шкалой широт. При перемещении горизонтальной оси 2 прибора с запада на восток и повороте верхней части прибора вокруг неё, ось колонки 3 устанавливается параллельно оси вращения Земли (оси мира). Для закрепления установленного угла наклона оси колонки служит винт 11 .

Верхняя часть прибора может поворачиваться вокруг оси колонки 3 и фиксироваться в четырех определенных положениях. Для этого используется специальный штифт 12 , который вставляется через отверстие лимба 4 в одно из четырёх отверстий диска 13 , закреплённого на оси 2 . Совпадение отверстий лимба 4 и диска 13 определяется по совпадению меток А, Б, В и Г на лимбе 4 с индексом 14 на диске.

Рис. 7 Гелиограф универсальный модели ГУ–1.

1 – стойка; 2 – горизонтальная ось; 3 – колонка; 4 – лимб; 5 – чашка; 6 – скоба; 7 – упор; 8 – стеклянный шар; 9 – сектор; 10 – указатель широты; 11 – винт для закрепления угла наклона оси; 12 – штифт; 13 – диск; 14 – индекс на диске; 15 – верхний упор.

На метеорологической площадке гелиограф устанавливается на бетонном или деревянном столбе высотой 2 м, на верхней части которого закреплена площадка из досок толщиной не менее 50 мм, так, чтобы при любом положении Солнца относительно сторон горизонта отдельные постройки, деревья и случайные предметы не затеняли его. Он устанавливается строго горизонтально и ориентирован по географическому меридиану и широте метеорологической станции; ось гелиографа должна быть строго параллельна оси мира.

Шар гелиографа должен содержаться в чистоте, так как наличие пыли, следов осадков, отложение росы, инея, изморози и гололёда на шаре ослабляет и искажает прожог на ленте гелиографа.

В зависимости от возможной продолжительности солнечного сияния запись за одни сутки должна производиться на одной, двух или трёх лентах. В зависимости от сезона должны применяться прямые или изогнутые ленты, которые следует закладывать в верхний, средний или нижний пазы чашки. Ленты для закладки в течение месяца должны подбираться одного цвета.

Для удобства работы с гелиографом к югу от подставки (столба) с прибором устанавливается лесенка с площадкой. Лесенка не должна касаться столба и должна быть достаточно удобной.

Люксметр Ю-16 (рис. 8) применяется для измерения освещённости, создаваемой светом или искусственными источниками света.

Рис. 8 Люксметр Ю–16. 1 – фотоэлемент; 2 – провод; 3 – измеритель; 4 – поглотитель; 5 – клеммы; 6 – переключатель пределов измерения; 7 – корректор.

Прибор состоит из селенового фотоэлемента 1 , соединённого проводом 2 с измерителем 3 , и поглотителя 4 . Фотоэлемент заключён в пластмассовый корпус с металлической оправой, для увеличения пределов измерения в 100 раз на корпус надевается поглотитель из молочного стекла. Измерителем люксметра является магнитоэлектрический стрелочный прибор, смонтированный в пластмассовом корпусе с окном для шкалы. В нижней части корпуса находится корректор 7 для установки стрелки на нуль, в верхней части – клеммы 5 для присоединения проводов от фотоэлемента и ручки переключения пределов измерения 6 .

Шкала измерителя разбита на 50 делений и имеет 3 ряда цифр соответственно трём пределам измерения - до 25, 100 и 500 люкс (лк). При использовании поглотителя пределы увеличиваются до 2500, 10000 и 50000 лк.

Во время работы с люксметром необходимо тщательно следить за чистотой фотоэлемента и поглотителя, при загрязнении их протирают ваткой, смоченной в спирте.

Фотоэлемент при измерениях располагается горизонтально. Корректором устанавливают стрелку измерителя на нулевое деление. Присоединяют фотоэлемент к измерителю и через 4-5 с проводят измерения. Для уменьшения перегрузок начинают с большего предела измерений, затем переходят на меньшие пределы, пока стрелка не окажется в рабочей части шкалы. Отсчёт снимают в делениях шкалы. При малых отклонениях стрелки для повышения точности измерений рекомендуется переключить измеритель на меньший предел. Для предупреждения усталости селенового фотоэлемента через каждые 5-10 мин работы прибора необходимо затенять фотоэлемент на 3-5 мин.

Освещенность определяется умножением отсчёта на цену деления шкал и на поправочный коэффициент (для естественного света он равен 0.8, для ламп накаливания -1). Цена деления шкалы равна пределу измерения, делённому на 50. При использовании одного или двух поглотителей полученную величину умножают, соответственно, на 100 или 10000.

1 Ознакомиться с устройством термоэлектрических приборов (актинометр, пиранометр, альбедометр, балансомер).

2 Ознакомиться с устройством гелиографа универсального, со способами его установки в различное время года.

3 Ознакомиться с устройством люксметра, измерить в аудитории освещенность естественную и искусственную.

Записи оформить в тетрадь.

Время, необходимое человеку для принятия мер самозащиты от светового излучения, в среднем составляет около 2 секунд. Поскольку при взрывах мощностью более 100 тыс. т время, и течение которого высвечивается основная доля энергии светового излучения, превышает 2 с, то в результате осуществления мер самозащиты часть импульса будет «отсекаться». В этом случае для поражения открытых и защищенных обмундированием участков кожи потребуются величины световых импульсов, примерно в 1,2-1,5 раза превышающие указанные ранее значения. При взрывах мощностью менее 100 тыс. т время высвечивания основной доли светового излучений соизмеримо со временем, необходимым дли принятия мер самозащиты, вследствие чего такие меры не приводят к существенному увеличению светового импульса, требующегося для получения данной степени поражения. Однако и в этом случае, чем быстрее человек примет меры самозащиты от светового излучения, тем меньше будет вероятность его поражении.

Тяжесть ожогового поражения зависит как от степени ожога, так и от его площади и места. Например, обширные по площади ожоги даже I степени могут привести к потере боеспособности, и то время как при более сильном, но ограниченном по площади ожоге пострадавший после оказания ему медицинской помощи может быть возвращен в строй. С увеличением площади ожога тяжесть поражения возрастает (табл. 3.4). Одинаковые по степени ожоги, например, лица и спины переносятся различно: ожог лица является более тяжелым.

Величины световых импульсов, при которых наблюдаются ожоговые поражения различной степени тяжести людей, одетых в летнее обмундирование, с учетом реакции человека и площади ожога, приведены в табл. 3.5.

Поражение тела человека под зимним обмундированием наблюдается при световых импульсах (16,7 ... 41,9)*10 5 Дж/м 2 .

Радиусы зон возникновения различных по тяжести поражений человека световым излучением приведены в табл. 3.6. Эти данные справедливы для лета и очень слабой дымки, т. е. для состояния атмосферы наиболее часто встречающегося в умеренных широтах северного полушария. При чистом воздухе радиусы зон поражения световым получением могут увеличиться примерно в 1,2 раза, и при тумане и сильном задымлении - уменьшиться в 2-3 раза. Зимой возникновения легких поражений людей (выход из строя) от действия светового излучения уменьшаются в 1.1-1,2 pаза, а более тяжелых поражений - до 2-5 раз.

Таблица 3.4

Площадь ожога, соответствующая различной степени тяжести ожогового поражения, (в % к площади всего тела)

Таблица 3.5

Ориентировочные значения световых импульсов, вызывающих различной тяжести поражения людей, одетых в летнее обмундирование, кал/см 2 (10 4 Дж/м 2)

Таблица 3.6

Ориентировочные радиусы зон поражения открыто расположенного личного состава световым излучением при состоянии атмосферы, соответствующем очень слабой дымке, км

Убежища, блиндажи, перекрытые щели, танки и бронетранспортеры закрытого типа практически полностью исключают поражение людей cветовым излучением. В населенных пунктах непосредственное действие светового излучения снижается в результате экранирования по зданиями и другими местными предметами. Так, напримep, изучение последствий ядерной бомбардировки японских городов Хиросима и Нагасаки показало, что люди, находившееся в момент взрыва в помещениях вдали от окон или защищенные от светового излучения каким-либо непрозрачным предметом (стена, забор и т. п.), ожогов не получили.

Поражение глаз. Кроме ожогов кожи световое излучение может вызвать ожоги век, переднего отдела глаза (роговицы и радужки), глазного дна и временное ослепление. Ожоги век и переднего отдела глаза возникают примерно при тех же величинах световых импульсов, что и ожоги открытых участков тела. Ввиду ряда особенностей строения глаз и вследствие большой роли, которую они играют и жизнедеятельности человека, эти поражения приводят к ограничению или к полной утрате боеспособности личного состава. Ожоги глазного дна возможны только при прямом взгляде на светящуюся область взрыва. Они могут возникать при световых импульсах, которые в несколько раз меньше световых импульсов, вызывающих ожоги кожи.

Временное ослепление - это обратимое нарушение зрения, которое возникает обычно в ночное время и в сумерки; днем оно, как правило, не наблюдается.

Ослепление и ночных условиях может носить массовый характер. Радиусы зон временного ослепления в несколько раз превышают радиусы зон ожогов открытых участков тела. Оказания специальной помощи при ослеплении обычно не требуется: нарушение зрения, как правило, проходит, не оставляя никаких последствий.

Продолжительность временного ослепления может меняться в широких пределах от нескольких секунд до десятков минут. Тик, например, продолжительность нарушения зрительной ориентировки на местности ночью при взрыве мощностью 100 тыс. т на расстоянии 5 км от центра взрыва может наблюдаться около 30 мин, и ни расстоянии 20-25 км - в диапазоне времени 3-5 мин.

3.1.3. Поражающее действие проникающей радиации на личный состав

Сущность поражающего действия проникающей радиации на человека состоит в ионизации атомов и молекул, входящих в состав организма, в результате чего может развиться лучевая болезнь.

По тяжести заболевания лучевую болезнь принято делить на четыре степени: I степень (легкая), II степень (средняя), III степень (тяжелая) и IV степень (крайне тяжелая).

Степень тяжести заболевания определяется величиной дозы радиации, полученной человеком, характером облучения (общее или только некоторых участков тела) и его продолжительностью. Кроме того, тяжесть поражении зависит от состояния организма до облучения, его индивидуальных особенностей и т. п. Сильное переутомление, голодание, болезнь, травмы, ожоги повышают чувствительность организма к воздействию проникающей; лучевая болезнь в этих случаях при равна дозе облучения протекает более тяжело.

Одной на существенных особенностей радиационного поражения является то, что в момент воздействия радиации человек не испытывает никаких болевых или иных ощущении.

В течение лучевой болезни различают 4 периода, которые особенно отчетливо проявляются при лучевой болезни II и III степени:

Начальный период, или период первичной реакции;

Скрытый период, или период мнимого благополучия;

Период разгара лучевой болезни;

Период завершения болезни.

Лучевая болезнь I степени развивается при дозах радиации от 100 до 250 Р и характеризуется слабо выраженными признаками. Первичная реакция при такой дозе обычно отсутствует или проявляется слабо. Через две-три недели после облучения пораженные могут жаловаться на повышенную потливость, утомляемость, кратковременные головокружения, легкую тошнотy, сухость во рту. При исследовании крови у пораженных обнаруживается незначительное уменьшение числа лейкоцитов до 2-3 тыс., тромбоцитов - до 120-170 тыс. и 1 мм 3 крови, РОЭ ускоряется до 15-20 мм в час. Выделить периоды в течение лучевой болезни I степени в большинстве случаев не представляется возможным. Исход заболевания лучевой болезнью I степени всегда благоприятный, и при отсутствии других поражений (травм, ожогов) боеспособность после выздоровления сохраняется у большинства пораженных.

Выход из строя людей при дозах радиации 100-250 Р наблюдается в течение третьей и четвертой недель после облучения (см. табл. 3.8). При этом вышедшие из строя нуждаются в стационарном лечении до 1,5-2 месяцев.

Лучевая болезнь II степени развивается, как правило, при дозах радиации от 250 до 400 Р. Она характеризуется в основном теми же признаками, что и лучевая болезнь III степени (см. ниже), но выраженными менее резко. Первичная реакция обычно проявляется в первые 2 ч после облучения и продолжается от одних до трех суток. Затем признаки первичной реакции исчезают и наступает скрытый период заболевания, который длится до 2-3 недель. Пораженные в это время чувствуют себя здоровыми и работоспособными. Однако при обследовании у них обнаруживаются изменения со стороны сердечно-соудистой системы, слабый частый пульс, нестойкое понижение кровяного давления. В крови отмечается медленное уменьшение количества лейкоцитов, стул неустойчивый. Период разгара заболевания при лучевой болезни II степени продолжается обычно 1,5-3 недели. В этот пери­од у больных наблюдаются понижение аппетита, понос, кровоиз­лияния, выпадение волос. Количество лейкоцитов в период разгара лучевой болезни уменьшается до 1000-1500, красных кровяных шариков до 1,5 -3,5 млн. в 1 мм 3 крови, гемоглобин уменьшается до 50 – 60%, РОЭ ускоряется до 20-35 мм/ч. В результате лечения симптомы лучевой болезни постепенно исчезают и наступает период выздоровления с медленным восстановлением всех нарушенных функций организма. Исход при лучевой болезни II степени и большинстве случаев благоприятный. Рост волос возобновляется примерно через 1,5-2 месяца. Период выздоровле­ния при лучевой болезни II степени нередко затягивается до 2-2,5 месяцев. Больные нуждаются в отдыхе.

При оценке боеспособности лиц, подвергшихся облучению в 250 - 400 Р, к первые часы и дни после воздействия проникающей радиации необходима известная осторожность. Пораженные с менее резко выраженной первичной реакцией при отсутствии у них травм н ожогов могут быть временно (на пять-семь дней) оставлены в строю, после чего их необходимо госпитализировать. Однако задержка с госпитализацией может привести к более тяжелому течению лучевой болезни, к появлению различных осложнений, усугубляющих тяжесть заболевания.

Лучевая болезнь III степени развивается в большинстве случаев при дозах радиации от 400 до 600 Р. При этом у пораженныx в течении первого часа после облучения отмечается резко выраженная первичная реакция. В этот период пораженные жалуются на головную боль, тошноту, многократную, часто неукротимую рвоту, общую слабость, жажду, сухость и горечь во pтy, головокружение. Такая первичная реакция делает пораженного, чаще всего вследствие многократной рвоты, совершенно небоеспособным. Чем paньше и резче проявляются признаки первичной реакции, тем тяжелее будет протекать лучевая болезнь. Через два три дня после облучения наступает скрытый период заболевания который в зависимости от дозы радиации продолжается от нескольких часов до одной-трех недель. В этот период самочувствие больных улучшается, тошнота и рвота постепенно ослабевают, а затем полностью прекращаются. Больные жалуются на общую слабость, пониженный аппетит, быструю утомляемость, отдышку при незначительных физических усилиях; иногда отмечаются понсы. В кpoви наблюдается снижение количества белых (лейкоцитов) н других клеток крови. Продолжительность скрытого периода имеет большое значение в предсказании последую­щей тяжести заболевания. Чем он короче, тем тяжелее развивается лучевая болезнь и последующем. К концу скрытого периода общее состояние больного ухудшается, наступает период разгара заболевания. Егo характерными признаками являются: сильная головная боль, повышенная температура тела (до 39-40 0), сонливость, резкое понижение аппетита, жажда, желудочно-кишечные расстройства (тошнота, рвота, понос), кровоточивость, выпадение волос. Серьезные изменения наблюдаются со стороны сердечно сосудистой системы: частый пульс слабого наполнения, низкое кровяное давление. В крови отмечается редкое уменьшение количества лейкоцитов (до 500-400 в 1 мм), что является одной из основных причин понижения сопротивляемости организма к различным инфекциям. Число тромбоцитов снижается до 15-10 тыс в 1 мм 3 крови, развивается малокровие (анемия), ускоряется РОЭ. Пораженные с такими симптомами, безусловно, выбывают из строя и нуждаются в немедленной госпитализации. Своевременно принятые меры и лечение больных могут предотвратить смертельный исход заболевания. Однако и в этом случае период выздоравливания при лучевой болезни III степени затягивается на продолжительное время (до трех шести месяцев). Нередко остаточные явления лучевой болезни могут наблюдаться значительно дольше.

Лучевая болезнь IV степени развивается при облучении дозами радиации свыше 600 Р и в большинстве случаев заканчивается смертельным исходом. Первичная реакция проявляется в первые полчаса после облучения и теми же симптомами, что и при лучевой болезни III степени, но в более выраженной форме. Скрытый период чаще всего отсутствует, и непосредственно за признаками первичной реакции наступает период разгара заболевания. В картине болезни на первый план выступают явления острого отравления, уменьшение количества мочи вплоть до полного прекращения ее выделения (анурия). Количество лейкоцитов снижается до сотен, а тромбоцитов до нескольких тысяч. Резко нарушается дыхание н деятельность сердечно-сосудистой системы. Cмepть обычно наступает в ближайшие 5-12 дней при явлениях нарастающей сердечно сосудистой недостаточности и нарушения дыхания. Однако своевременная госпитализация, интенсивное лечение н соответствующий уход за пораженными могут известный % их спасти от гибели.

Кроме рассмотренных степеней поражения, при дозах радиации свыше 10000 Р возникает молниеносная форма лучевой болезни. Признаки первичной реакции при такой форме луче вой болезни проявляются с первых минут после облучения, скрытый период отсутствует. В клинической картине преобладают симптомы поражения центральной нервной системы – нарушение статики и координации движений, судороги. Изменения в крови не успевают развиться. Пораженные погибают, как правило, в первые дни после облучения.

Радиусы зон поражения незащищенных людей проникающей радиацией приведены в табл. 3.7, а ориентировочные данные о выходе людей из строя - в табл. 3.8. При расположении людей в открытых фортификационных сооружениях радиусы зон поражения сокращаются примерно в 1,2 раза, а в закрытых -от 3 до 20 раз и более; в последнем случае чем меньше мощность взрыва, тем больше уменьшается радиус. В танках радиусы зон поражения экипажей проникающей радиацией сокращаются в 1,2-1,3 раза; в бронетранспортерах радиусы зон поражения людей практически не изменяются.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ

АТМОСФЕРЫ

В зависимости от длины волн энергетический спектр удобно разделить на три части:

0,1-0,4 мкм- ультрафиолетовое излучение и рентгеновские лучи, составляющие около 5 %.

0,4 – 0,76 мкм видимая часть спектра, составляющая 52%;

более 0,76 мкм- инфракрасное излучение, составляющее около 43% всей солнечной энергии;

Приблизительно 99% солнечной радиации имеют длины волн от 0,15 до 4 мк. Максимум интенсивности солнечного света приходится на длину волны 0,5 мк (зелено-голубой свет). Максимум излучения Солнца приходится на 0,5 мкм (сине-голубой участок спектра).

В метеорологии принято выделять коротковолновую и длинноволновую радиацию. К коротковолновой относят радиацию в диапазоне длин волн от 0,1 до 4 мкм, т. е. она включает, кроме видимого участка спектра, еще и ближайшие к нему по длинам волн участки ультрафиолетового и инфракрасного спектра. Длинноволновая - это радиация с длинами волн от 4 до 100-120 мкм. Такой радиацией обладают земная поверхность и атмосфера.

Количество тепла, приносимого солнечной радиацией на 1 см 2 поверхности, перпендикулярной солнечным лучам, в 1 мин называется интенсивностью солнечной радиации. Она измеряется специальными приборами - актинометрами и пиргелиометрами и выражается в

кал/(см 2 -мин) (1 кал =4,1868 Дж).

Вычисления, основанные на многочисленных измерениях у земной поверхности, и непосредственно измерения, проведенные с помощью искусственных спутников Земли, показали, что при среднем расстоянии Земли от Солнца интенсивность солнечной радиации составляет

кал/(см2-мин) или 1,36 квт/м2.

Эта величина называется солнечной постоянной .

Распределение солнечной радиации на верхней границе атмосферы и ее изменение по времени зависят от следующих причин.

1. От степени активности Солнца. В годы наибольшей активности солнечной деятельности солнечная радиация увеличивается. Солнечная постоянная в эти годы на 2% больше, чем в годы спокойного Солнца. С возрастанием активности солнечной деятельности на Земле увеличивается также интенсивность магнитных и ионосферных возмущений.

2. От расстояния между Землей и Солнцем. Так как орбита Земли представляет собой эллипс, в одном из фокусов которого находится Солнце, то расстояние от Земли До Солнца в течение года не остается постоянным.

В день зимнего солнцестояния - 22 декабря, когда Земля находится в перигелии, напряженность солнечной радиации примерно на 3,3% больше, а в день летнего солнцестояния - 22 июня на 3,3% меньше, чем весной и осенью.

3.0т угла падения лучей Солнца на поверхность.

Если обозначить через h ☼ высоту Солнца, то непосредственно на единицу горизонтальной поверхности АС приходится радиации во столько раз меньше, во сколько раз АС больше АВ.

Обозначив количество солнечной радиации, падающей на 1 см 2 в 1 мин на площадку АВ, через I 0 , а на площадку AC - через I h , получим

I h = I 0 sin h ☼ . Плотность потока солнечной радиации на горизонтальную поверхность называется инсоляцией

Из астрономии известно, что h ☼ = sin φ sin δ + cos φ co δ cos t .

где φ - широта места; δ - склонение Солнца; t - местный часовой угол Солнца.

Следовательно, приток тепла от солнечной радиации, поступающей на горизонтальную поверхность, зависит от: широты места φ, чем в основном обусловливаются различия климатических поясов земного шара; склонения Солнца δ, изменяющегося в течение года от 23,5°N До 23,5°S, чем обусловливаются времена года; местного часового угла Солнца t, что обусловливает суточный ход интенсивности солнечной радиации.

Перевод освещенность Ватт/м² в суммарная освещенность в Джоулях/см² за период времени.

Измерение освещенности в Ваттах и Джоулях часто вызывает вопросы. Попробуем разобраться…
Итак, зачем нам нужны Джоули, а зачем Ватты?
Когда Вы спрашиваете кого-либо про дождь за окном и получаете ответ типа «моросит» или «идет дождь» или «льет как из ведра» Вы получаете ответ об интенсивности осадков.
Для освещенности такой характеристикой является Ватт/метр квадратный (Вт/м² или W/m²). Эта цифра в Ваттах/квадратный метр говорит нам об освещенности в ДАННЫЙ момент.
А вот когда Вы слушаете информацию о погоде и Вам рассказывают, что за прошедший день вылилось 10 мм осадков или 25 мм или 100 мм — то это говорит нам о количестве выпавших за день осадков.
Для освещенности такую роль выполняют Джоули /см² (Дж/см² или J/cm²). Эта величина показывает нам количество света, полученное за какой либо ИНТЕРВАЛ ВРЕМЕНИ.
Связь между Ваттами и Джоулями очень простая: Джоуль=Ватт*секунда.
Но освещенность измеряется в Ваттах/м², а суммарная освещенность в Джоулях/см² Поэтому придется еще переводить сантиметры в метры и наоборот.
Очень часто агрономов интересует вопрос — через сколько времени (минут) при данной освещенности наберется 50 Джоулей/см кв.(или 75 или сколько хотите)

Считаем в минутах:
Минуты=Джоуль/[Ватт*60/(10000*сек)],
или проще говоря:

Минуты=(Требуемые Джоули)*1000/(Освещенность в Ваттах*6)

Рассмотрим пример:
Текущая освещенность равна 250 Вт/м2
Вопрос: через сколько минут наберется суммарная освещенность в 50 Дж/см2
Считаем: Минуты=50*1000/(250*6)= 33,3 минуты.

Те же 50 Дж/см2 при освещенности в 400 Вт/м2 наберутся за: 50*1000/(400*6)=20,8 минуты

Еще пример:
Текущая освещенность равна 537 Вт/м2
Вопрос: через сколько минут наберется суммарная освещенность в 70 Дж/см2
Считаем: Минуты=70*1000/(537*6)= 21,7 минуты.

В приведённых ниже таблицах Вы сможете найти данные по соотношениям между Вт\м 2 , Дж\см 2 и Люксами (Lux).

Интенсивность Ватт\м²	Сумма солнечной радиации за обозначенный период времени в Дж\см²
	1 минута	5 минут	10 минут	20 минут	30 минут	40 минут	50 минут	60 минут
Люксы (Lux)	Интенсивность Ватт/м 2				Сумма радиации Дж/см 2 /час
1,000	24				8.6
2,000	47				16.9
3,000	69				24.8
4,000	90.1				32.4
5,000	110.2				39.6
10,000	196.2				70.6
15,000	258				92.9
20,000	295.8				106.2
25,000	313.1				112.7
30,000	350.7				126.2
40,000	454.6				163.6
50,000	551.9				198.7
60,000	642.8				213.4
70,000	727.1				261.8
80,000	805.5				289.8
90,000	876.3				315.5
100,000	941.1				338.8

С переводом Lux в W не всё так просто. Люксы «меряют» только часть спектра, видимую человеческому глазу, а Ватты — в гораздо более широком диапазоне. Поэтому четкой зависимости нет.
По данным таблицы 1 kLux=12,5 W/m2 в среднем.
Летом в солнечный день эта величина составляет около 10W, а зимой в пасмурный день — аж до 20W.
По поводу люксов, цифры в нижней таблице больше соответствуют условиям искусственного освещения (досветка лампами ДНаТ), а данные приведённые в верхней таблице — естественному освещению (солнце).

Перевод количества фотонов — микромолей на квадратный метр в секунду (1 µml/m2/sec) в ФАР, энергию и Люксы (Lux)

1 µml/m2/sec = 0,22 W/m2 (ФАР) = 0,43 W/m2 (энергия) = 56 Lux
1W/m2 (ФАР) = 4,6 µml/m2/sec = 2 W/m2 (энергия) = 260 Lux
1 W/m2 (энергия) = 2,3 µml/m2/sec = 0,5 W/m2 (ФАР) = 130 Lux

Как видите, суммарная энергия в 2 раза больше ФАР. Данные голландские (Erno Bouma «Weer Gewasbescherming»)

Среднее количество фотонов на Ватт (искусственный свет от специализированных фитоламп ДНаТ) 5,0 мкМоль/м2/сек (1.000 lux = 23,5 W ФАР)
Солнечный свет, в среднем на Ватт ФАР 4,6 мкМоль/м2/сек (1.000 lux = 38,76 W ФАР; также часто используется 4,3 если пасмурная погода).
Пересчёт Ваттов снаружи в мкМоль внутри теплицы:
Светопропускание теплицы(*0,50-*0,75)
45% от общей радиации есть ФАР (*0,45)

Пример: 9 утра в Августе солнечная радиация 344 Ватт/м²
344 Ватт*0,7*0,45*4,6 = 498 мкМоль/(м2*сек)

Чтобы от лампы ДНаТ получить туже освещенность: 498 /5/23,5 = нужно иметь 4238,2 Люкс или 99,6 Ватт/м², что бы «заменить» полностью естественный свет искусственным.

Расчет увеличения урожая для огурцов при искусственной досветке фитолампами ДНаТ.

Высшие растения производят около 0,6-0,65 г. сухого вещества на каждый Моль.
Сумма света в течение года варьирует от 2,5 до 25 moll/m2/день.
Ниже 3,1 moll/m2/день -плохое завязывание, меньше нормальных кистей, абортирование у томатов.

Расчет

Освещенность в 10.000 Люкс даёт 135 мкМоль/m2*сек (400 Volt, 600 Watt лампы; 33%)
3477 часов досветки (Янв20, февр20, март14, апр4, сент 4, октяб13, ноябр20, декаб20) дают суммарно:
3477*3600*135 = 1689 Моль/м2
1689mol/m2 даст 1689*0,65 = 1098 грамм сухого вещества (0,65 грамм сухого вещества на каждый моль)
1098*65% = 713 грамм сухого вещества в плоды (65% от общего количества наработанных ассимилянтов направляется в плоды)
713/0,03 = 23,75 кг продукции (содержание сухого вещества в огурце = 3%; Для томата это, например, даст около 11,9 кг прибавки)
23,75/0,435 = 55 плодов (При среднем весе плода 435 грамм)
15000 Люкс даст (15/10)*55 = 82 штук огурца дополнительно от искусственного света на метр квадратный.

← Вернуться