Практическая работа №1

Солнечная радиация

Вопросы для самоподготовки:

Прямая солнечная радиация, солнечная постоянная и общий приток солнечной радиации к Земле.

Суммарная, отраженная и поглощенная радиация, альбедо.

Поглощение и рассеяние солнечной радиации в атмосфере и явления, связанные с ними.

Радиационный баланс земной поверхности, типы излучений.

Географическое распределение суммарной радиации и радиационного баланса.

Задания для практической тетради

Тема: Радиационный баланс

Задание. Построить и проанализировать карту распределения значений годового радиационного баланса поверхности Земли.

Рабочие материалы. Контурная карта мира; Географический атлас для учителей средней школы (1980) – с. 36; С. П. Хромов, М. А. Петросянц. Метеорология и климатология, 2001.

Методические указания. Используя данные атласа, на контурную карту мира нанести изолинии годовых величин радиационного баланса с интервалом значений 840 МДж/м2·год (20 ккал/см2·год). Изолинии подписать в разрывах, не менее двух раз на протяжении каждой из них, так, чтобы подписанные значения образовали вертикальный ряд значений. Выделить на карте (цветом или штриховкой) территории, отличающиеся наибольшими и наименьшими значениями радиационного баланса

Вопросы для контроля:

В чём заключаются общие закономерности изменения радиационного баланса поверхности Земли? Как их можно объяснить?

Существуют ли различия в радиационном балансе суши и поверхности океана? Почему?

Как изменяются значения радиационного баланса земной поверхности зимой и летом? Когда наблюдаются наибольшие широтные различия его значений?

На каких широтах и в какое время года наблюдаются отрицательные значения радиационного баланса?

Тема: Суммарная солнечная радиация

Задание. Построить и проанализировать карту годового поступления суммарной солнечной радиации на земную поверхность.

Рабочие материалы. Контурная карта мира; Физико-географический атлас мира (1964) – с. 22.

Методические указания. Используя данные атласа, на контурную карту мира нанести изолинии годовых величин суммарной солнечной радиации с интервалом значений 840 МДж/м2·год (20 ккал/см2·год). Значения суммарной солнечной радиации подписать в разрывах изолиний, не менее двух раз на протяжении каждой из них, так, чтобы они образовали вертикальный ряд значений. Выделить (цветом или штриховкой) территории наибольшего и наименьшего поступления суммарной солнечной радиации. Сравнить построенные карты «Радиационный баланс» и «Суммарная солнечная радиация»

Вопросы для контроля:

В чём заключаются общие закономерности в распределении суммарной солнечной радиации, поступающей к земной поверхности? Как их можно объяснить?

Какие районы Земли отличаются наибольшим поступлением суммарной солнечной радиации, а какие – наименьшим? Почему?

Как изменяется радиационный баланс земной поверхности в связи с различным поступлением солнечной радиации?

Методические указания для решения задач

Солнечная радиация. Солнечная радиация, которая поступает на перпендикулярную поверхность непосредственно от солнечного диска, называется прямой солнечной радиацией S.

Энергетическая освещенность, т. е. плотность потока радиации на нормальную к лучу поверхность за пределами атмосферы при среднем расстоянии между Землей и Солнцем, называется Солнечной постоянной, которая равна S0 = 1,353 кВ/м2, или 1,98 кал/см2мин.

Прямая солнечная радиация, которая приходит на горизонтальную поверхность, рассчитывается по формуле:

где h − высота солнца над горизонтом.

Радиация, которая поступает на земную поверхность от всего небесного склона, называется рассеянной D. Вся солнечная радиация, которая достигает земной поверхности, прямая и рассеянная, представляет собой суммарную радиацию Q.

Q =

Достигнутая земной поверхности, суммарная радиация частично поглощается деятельным слоем, а частично отражается. Отношение отраженной от земной поверхности радиации R к общему ее количеству суммарной радиации Q называется Альбедо А.

Земное излучение называется собственным излучением земной поверхности Еs, которое в соответствии с законом Стефана Больцмана, пропорционально четвертой степени ее абсолютной температуры Т:

,

где − относительная излучательная способность поверхности. Для черного тела она равна 1, для снега − 0,98, для сухого песка − 0,9; − постоянная Стефана Больцмана, равная мВт, или кал.

Излучение атмосферы, направленное, как до Земли, так и в космическое пространство. Часть длинноволнового атмосферного излучения, что направлено к земной поверхности, называется встречным излучением атмосферы Еа.

Разность между собственным излучением земной поверхности Ез и встречным излучением атмосферы, называется эффективным излучением поверхности Еэф.

Радиационный баланс земной поверхности (остаточная радиация) – разность между поглощенной суммарной радиацией и эффективным излучением земной поверхности: R = (I sin h + i)(1 – A) – Eэф, . Выражается в кВт/м2, измеряется балансомером. РБЗП может быть положительным и отрицательным.

Закон ослабления солнечной радиации в атмосфере отражает формула Бугера:

Sm = Sо pm,

где p– коэфициент прозрачности атмосферы, которая показывает ту часть S1, взятую от солнечной постоянной Sо, что доходит до земной паверхности при нахождении Солнца в зените (m = 1):

р = ,

где S1 – прямая солнечная радиация возле земной поверхности после прохождения солнечными лучами одной массы атмосферы m. Масса атмосферы m = 1, когда Солнце находится в Зените.

Sо – солнечная посточнная, или интенсивность солнечной радиации на верхней границе земной атмосферы. Она ровна Sо = 1,367 кВт/м².

Задачи для самостоятельной работы

Рассчитать радиационный баланс действенного слоя чистого сухого снега, когда суммарная радиация ровна 0,25 кВт/м2, температура поверхности и воздуха −40°С.

Рассчитать радиационный баланс деятельного слоя сухой травы, когда суммарная радиация ровна 0,95 кВт/м2, температура поверхности 40°, а температура воздуха −27°С.

Определите радиационный баланс деятельной поверхности, если поглощённая часть коротковолновой радиации равна 0,05 кВт/м2, а эффективное излучение – 0,09 кВт/м2. Какое значение имеет знак ответа?

Вычислить радиационный баланс деятельной поверхности (покрытой сухой травой) на площадке, перпендикулярной солнечным лучам, если величина прямой солнечной радиации равна 1,2 кал/см2 мин, рассеянной − 0,22 кал/см2 мин, эффективное излучение составляет 0,14 кал/см2 мин.

Вычислить радиационный баланс деятельной поверхности В, кога известна величина прямой солнечной радиации на перпендикулярную поверхность S (МДж/м²), рассеянной радиации D (МДж/м²) и эффективного излучения Ее (МДж/м²), альбедо поверхности А (%), высота солнца h.

№ варианта	S	D	Ее	Цвет поверхности	А	Высота солнца,

в (
0	42,3	22,3	4¸1	Темный	10	90
1	40,5	20,4	4¸4	Темный	15	85
2	39,4	19¸3	5,2	Светлый	25	80
3	42,6	22¸5	3,3	Светлый	27	77
4	38,7	18¸6	2,9	Светлый	29	75
5	39,1	19¸0	3,4	Светлый	32	70
6	37,8	17¸9	3,1	Зеленый	25	65
7	35,9	15¸8	2,8	Зеленый	26	60
8	33.2	13¸2	4,9	Влажная	20	55
9	34,4	14¸5	3,4	Сухая	25	50
10	25,5	15¸6	3,8	Чернозем	14	45
11	27,6	17¸7	2,1	Чернозем	12	40
12	22,9	18¸8	1,1	Торфяник	9	35
13	23,1	25¸2	1,8	Торфяник	10	30
14	28,3	29¸4	2,3	Море	5	20
15	24,4	23¸6	3,8	Море	7	10
16	11,9	21¸9	4,1	Тайга	18	15
17	19,0	23¸4	4,5	Снег	90	25
18	20,5	24¸1	3,4	Снег	80	35

6 Определить по формуле Бугера величину интенсивности солнечной радиации Sm, если высота солнца ºh, коэффициент прозрачности p, а масса атмосферы m.

№ варианта	S1, кВт/м²	ºh	m	№ варианта	S1, кВт/м²	ºh	m
0	1¸300	0	34¸40	9	1¸261	45	1,43
1	1¸298	1	25¸96	10	1¸252	50	1,30
2	1¸296	3	15¸36	11	1¸243	55	1,23
3	1¸294	5	10¸40	12	1¸234	60	1,15
4	1¸292	10	5¸60	13	1¸245	65	1,10
5	1¸290	20	2¸90	14	1¸236	70	1,06
6	1¸285	30	2¸00	15	1¸225	75	1,04
7	1¸280	35	1¸78	16	1¸214	80	1,02
8	1¸270	40	1¸55	17	1¸203	85	1,01
-	-	-	-	18	1¸192	90	1,00

Дополнительные материалы

Таблица 1 − Альбедо разных типов деятельного слоя

Поверхность	Альбедо, %
Торфяник сухой

Торфяник влажный

Глина сухая

Глина влажная

Песок желтый

Песок белый

Зеленая трава

Сухая трава

Лес сосновый

Лес еловый

Рожь и пшеница в разных фазах развития

Снег сухой и чистый

Снег влажный чистый

Снег грязный

Вода	10

8

23

16

35

35−40

26

19

15

9−12

10−25

85−90

55−60

30−40

5−10

Таблица 2 − Значения относительной излучательной способности разных типов деятельного слоя,

Тип деятельного слоя
Песок сухой

Песок влажный

Почва сухая

Почва влажная

Торф сухой

Торф влажный

Трава густая

Трава редкая

Снег чистый

Вода	0,949

0,962

0,954

0,986

0,970

0,983

0,986

0,975

0,986

0,960

Таблица 3 ( Значение (Т4 (кВт/м2) для разных температур

(( = 5,67032·1011 кВт/(м2·К4)

t(С	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
(60	0,12	0,11	0,11	0,11	0,11	0,10	0,10	0,10	0,10	0,10
(50	0,14	0,14	0,14	0,13	0,13	0,13	0,13	0,12	0,12	0,12
(40	0,17	0,16	0,16	0,16	0,16	0,15	0,15	0,15	0,15	0,14
(30	0,20	0,19	0,19	0,19	0,18	0,18	0,18	0,18	0,17	0,17
(20	0,23	0,23	0,23	0,22	0,22	0,22	0,21	0,21	0,20	0,20
(10	0,27	0,27	0,26	0,26	0,26	0,25	0,25	0,24	0,24	0,24
0	0,32	0,32	0,33	0,33	0,34	0,34	0,35	0,35	0,35	0,36
10	0,36	0,37	0,37	0,38	0,39	0,39	0,40	0,40	0,41	0,41
20	0,42	0,42	0,43	0,43	0,44	0,45	0,45	0,46	0,47	0,47
30	0,48	0,48	0,49	0,50	0,50	0,51	0,52	0,52	0,53	0,54
40	0,55	0,55	0,56	0,57	0,57	0,58	0,59	0,60	0,60	0,61
50	0,62	0,62	0,63	0,64	0,65	0,66	0,67	0,67	0,68	0,69
60	0,70	0,71	0,72	0,72	0,73	0,74	0,75	0,76	0,77	0,78

6

XTreme

2012-02-15

Microsoft