ДОКЛАД НА ТЕМУ СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ Подготовила Студентка III

ДОКЛАД НА ТЕМУ: СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ Подготовила: Студентка III курса Архитектурного факультета Снегирёва Варвара НАОМА 2013

КЛИМАТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ

Солнечная система

Солнце-главный виновник климатических изменений. Масса Солнца составляет 99, 8 % от суммарной массы всей Солнечной системы. Солнечное излучение поддерживает жизнь на поверхности Земли, участвуя в фотосинтезе, и влияет на земные погоду и климат. Солнце состоит из водорода (~74 % от массы и ~92 % от объёма), гелия (~25 % от массы и ~7 % от объёма) и следующих, входящих в состав в микроскопических концентрациях элементов: железа, никеля, кислорода, азота, кремния, серы, магния, углерода, неона, кальция и хрома. "). Поверхностная температура Солнца достигает 5780 K, поэтому Солнце светит беловатым светом, но из-за подавления части спектра атмосферой Земли этот свет приобретает жёлтый оттенок.

Вес Земли в сравнении с Солнцем

Схематическое изображение спокойной области (с. о. ) и активной области (а. о. ) атмосферы Солнца. Приведены значения потоков энергии, выходящих из фотосферы (во всём диапазоне длин волн), хромосферы и короны (в коротковолновой области спектра).

Период обращения Земли вокруг своей оси -24 часа, а вокруг Солнца 365 суток. Ось земли, проходящая через Северный и Южные полюса наклонена к плоскости обращения Земли вокруг Солнца под углом в 23. 1 градуса. Вследствие чего вращающаяся Земля подставляет Солнцу то Северный то Южный полюса, отчего наступают смены времени года. Без наклона оси продолжительность дня и ночи в любом месте Земли была бы одинакова, и днем солнце поднималось бы над горизонтом на одну и ту же высоту в течение всего года.

Астрономически времена года разделены моментами летнего солнцестояния, осеннего равноденствия, зимнего солнцестояния и весеннего равноденствия. В период между мартовским и сентябрьским равноденствиями (от 20 (21) марта до 22 (23) сентября) из-за наклона земной оси Северное полушарие обращено к Солнцу бо льшую часть суток, поэтому северные широты получают больше тепла и света, чем южные. Летом дни становятся длиннее, а положение солнца — выше, чем в Южном полушарии, где в это время зима. Спустя полгода Земля переходит на противоположную точку своей орбиты. Наклон оси остаётся таким же, однако теперь Южное полушарие оказывается обращённым к Солнцу большую часть суток, там дни дольше, больше и тепла и света. В Северном полушарии в это время зима.

Из-за эллиптической формы земной орбиты времена года имеют разную продолжительность. Так, в Северном полушарии лето продолжается приблизительно 93, 6 суток, осень — 89, 8, зима — 89, 0, весна — 92, 8. В Южном полушарии — соответственно 89, 0, 92, 8, 93, 6 и 89, 8 суток

Но 23. 1 градуса это не постоянная, а усредненная величина, угол наклона между осью собственного вращения и осью, вокруг которой происходит вращение постоянно изменяется в пределах 1. 52 градуса. В Науке это называют "нутацией". При этом, когда угол уменьшается, то больше тепла попадает на макушки планеты и начинают таять полярные шапки, а при увеличении – возрастают. Период нутации 41 000 лет. Максимальное отклонение оси Земли-24, 5°, а минимальное-22, 1°.

Еще есть такие астрономические явления как цикл эксцентриситета (сжимание-расширение эллипса орбиты -93 000 лет) и прецессия конусообразное колебание оси вращения планеты. Период прецессии 23 000 лет. Эти процессы являют собой циклы климатических колебаний. Прецессия земной оси

На нашу планету потоки повышенной радиации проникают только в районе полюсов, тогда возникает полярное сияние. Это восхитительное зрелище является признаком борьбы земного шара и космоса. Заряженные частицы солнечной плазмы проникают в верхние слои атмосферы и взаимодействуют с молекулами газа, заставляя их светится. Чем выше солнечная активность, тем чаще и ярче всполохи на небе. Самые мощные из них фиксировали в своих дневниках еще древние астрономы. Сегодня эти записи – своеобразный учебник для тех, кто исследует магнитное поле Земли.

Когда в северные широты уменьшается количество света и тепла, то выпавший снег с каждой последующей весной все дольше остается на поверхности. А снег он белый и хорошо отражает солнечный свет. В науке это называется повышение альбедо планеты (отражающей способности). И получается замкнутый круг– чем меньше тепла и света, тем больше снега, а чем больше снега, тем меньше тепла и света достригает поверхности, потому- то свет отражается заснеженной поверхностью. Альбедо и поглащение солнечных лучей различными видами земной поверхности. Стрелки: слева - поступающая на земную поверхность лучистая энергия, справа - отраженная, внизу поглащенная

В результате этого Земля быстро начинает переходить в иной климатический режим – ледниковый период. Честь этого открытия принадлежит сербскому ученому Милютину Миланковичу, который в течении 12 лет без использования компьютерной техники рассчитал приток солнечной энергии на различные широты Северного полушария. Подсчитано, что Ледниковый период в среднем на Земле длится 100 000 лет, меж ледниковый только 10 -12 000 лет. Вследствие чего вся наша цивилизация- это порождение последнего меж ледникового периода, который в науке называют голоценом. Антарктида

Схема изменений орбиты Земли (циклов Миланковича), которые определяют циклы ледниковых периодов. «Т» обозначает изменения наклона (наклонения) оси Земли, «Е» - изменения эксцентриситета орбиты, а «Р» - прецессию, т. е. изменения направления наклона оси в данной точке орбиты.

Необходимо так же назвать и еще один важный показатель, влияющий на климат – средняя высота суши на планете. Здесь прямая зависимость, чем выше, тем холоднее. Сейчас этот показатель составляет 849 м, а когда-то эта цифра достигала 1. 5 км. Наша Земля дышит, и эти геологические изменения так же оказывают свое влияние на климат.

Само Солнце как было установлено в 19 веке, светит с колебаниями и на количество тепла посылаемого им на Землю влияет появления на нем так называемых "темных пятен". Это явление людьми было отмечено впервые еще в 165 году до нашей эры. С развитием астрономии учеными удалось открыть знаменитый 11 летний цикл появления на солнце пятен. Эта честь принадлежит астроному-любителю Генриху Швабе.

Не так давно ученые поняли, что пятна на поверхности Солнца это видимый эффект магнитного поля. Оно настолько сильное, что задерживает тепло и свет, которые выходят из недр Солнца. Благодаря оборудованию стало возможным увидеть, как выглядит само магнитное поле. Магнитные петли поднимаются над поверхностью, а раскаленная до миллионов градусов плазма принимает их форму. Похоже на то, как железные опилки выстраиваются вокруг магнита. Такие петли могут достигать 200 тысяч километров в высоту и несут невероятно большой заряд энергии. Энергия, содержащаяся в одной такой петле, в 10 раз выше, чем потребляет за год вся северная Америка.

Виды воздействия солнечной вспышки на Землю (по Д. X. Мензелу).

В НАСА зафиксировали самую мощную вспышку на поверхности Солнца. Подобные вспышки производят выбросы гамма-лучей, которые являются формой солнечных лучей, обладающих еще большей энергией, чем рентгеновские лучи. На пике этой вспышки ее мощность составила около четырех миллиардов электронвольт, что является рекордом самой высокой световой энергии, когда-либо обнаруженной во время или сразу после солнечной вспышки. Поток высокоэнергетических гамма-лучей, мощностью в 100 млн. электрон-вольт в 1000 раз превышает стандартное солнечное излучение. В процессе выброса происходит взаимодействие между протонами, в результате чего образуются кратковременно живущие субатомные частицы, называемые пионами, которые производят высокоэнергетические гамма-лучи, когда распадаются. Солнечные вспышки подобной мощности являются достаточно редким явлением на Солнце, и могут оказывать сильное влияние на жизнь на нашей планете.

Магнитное поле солнечного пятна (по А. Б. Северному). Величина и направление вектора напряжённости поля показаны отрезками прямых линий. На периферии пятна силовые линии пола наклонены сильнее, чем в его центре. Магнитное поле Земли Наша планета жива, пока окружена магнитным щитом. Солнечный ветер, направляясь к Земле, упирается в силовое поле и прорвать такую мощную оборону уже не может. Он огибает земной шар и уходит далеко в космическое пространство. Но бывают такие дни, когда звезда проявляет такую активность, что устраивает на планете настоящую катастрофу.

Солнечная радиация, общая циркуляция атмосферы, географическое распределение материков и океанов и крупнейшие формы рельефа - главные факторы, влияющие на климат суши. Солнечная радиация является важнейшим фактором климатообразования. Схема циркуляции атмосферы Ветровые пояса

Звездный спектр В метеорологии термин "радиация" означает электромагнитное излучение, к которому относят видимый свет, ультрафиолетовое и инфракрасное излучение, но не включают радиоактивное излучение. Каждый объект в зависимости от своей температуры испускает разные лучи: менее нагретые тела - главным образом инфракрасные, горячие тела - красные, более горячие - белые (т. е. эти цвета будут преобладать при восприятии нашим зрением). Еще более горячие объекты испускают голубые лучи. Чем сильнее нагрет объект, тем больше он излучает световой энергии. В 1900 немецкий физик Макс Планк разработал теорию, объясняющую механизм излучения нагретых тел.

Но не всякое световое излучение испускается нагретыми телами. Существуют и другие процессы, вызывающие свечение, например флюоресценция. Хотя температура внутри Солнца составляет миллионы градусов, цвет солнечного света определяется температурой его поверхности (ок. 6000° С). Электрическая лампа накаливания испускает световые лучи, спектр которых существенно отличается от спектра солнечного света, так как температура нити накала в лампочке составляет от 2500° С до 3300° С. Преобладающим типом электромагнитного излучения облаков, деревьев или людей является инфракрасное излучение, невидимое для человеческого глаза. Оно является основным способом вертикального обмена энергией между земной поверхностью, облаками и атмосферой.

Для практических целей удобно считать, что Солнце во время годичного цикла смещается к северу в период с 21 декабря по 21 июня и к югу - с 21 июня по 21 декабря. В местный полдень 21 декабря вдоль всего Южного тропика (23° 30' ю. ш. ) Солнце "стоит" прямо над головой. В это время в Южном полушарии солнечные лучи падают под наибольшим углом. Такой момент в Северном полушарии носит название "зимнего солнцестояния". В ходе кажущегося смещения к северу Солнце пересекает небесный экватор 21 марта (весеннее равноденствие). В этот день оба полушария получают одинаковое количество солнечной радиации. Наиболее северного положения, 23° 30' с. ш. (Северного тропика), Солнце достигает 21 июня. Этот момент, когда в Северном полушарии солнечные лучи падают под наибольшим углом, называется летним солнцестоянием. 23 сентября, в осеннее равноденствие, Солнце вновь пересекает небесный экватор.

Электромагнитная составляющая солнечной радиации распространяется со скоростью света и проникает в земную атмосферу. До земной поверхности солнечная радиация доходит в виде прямой и рассеянной радиации. Всего Земля получает от Солнца менее одной двухмиллиардной его излучения. Спектральный диапазон электромагнитного излучения Солнца очень широк – от радиоволн до рентгеновских лучей – однако максимум его интенсивности приходится на видимую (жёлтозелёную) часть спектра.

Слоистая структура атмосферы. Раскрашено в натуральные цвета. Строение атмосферы Около 19% солнечной радиации, поступающей на Землю, поглощается атмосферой (по осредненным оценкам для всех широт и всех времен года). В верхних слоях атмосферы ультрафиолетовое излучение поглощается преимущественно кислородом и озоном, а в нижних слоях красная и инфракрасная радиация (длина волны более 630 нм) поглощается в основном водяным паром и в меньшей степени - углекислым газом. Около 34% приходящей на верхнюю границу атмосферы прямой солнечной радиации отражается в космическое пространство, а 47% проходит сквозь атмосферу и поглощается земной поверхностью.

Зависимость коэффициента отражения солнечного излучения для спокойной водной поверхности от высоты Солнца. Оптические свойства воды (её растворов) в видимой области солнечного излучения в общем виде Преломление лучей при переходе из воды в воздух Преломление лучей при переходе из воздуха в воду

Разница между величиной прихода солнечной радиации к верхней границе атмосферы и величиной ее прихода на земную поверхность при средней облачности, обусловленная потерями радиации в атмосфере, существенно зависит от географической широты: 52% на экваторе, 41% на 30° с. ш. и 57% на 60° с. ш. Это прямое следствие количественного изменения облачности с широтой. Влияние облачности столь велико, что максимум энергии доходит до земной поверхности не на экваторе, а в субтропических широтах. . Больше всего солнечной энергии поступает в районы, расположенные в низких широтах. Годовые среднедневные распределения сумм солнечной радиации (красные) и скорости ветра (синие).

Несмотря на непрерывный приток солнечной энергии в атмосферу и на земную поверхность, средняя температура Земли и атмосферы довольно постоянна. Причина этого заключается в том, что почти такое же количество энергии излучается Землей и ее атмосферой в космическое пространство, в основном в виде инфракрасной радиации. В результате сложного энергетического обмена между земной поверхностью, атмосферой и межпланетным пространством каждый из этих компонентов получает в среднем столько же энергии от двух других, сколько теряет сам. Следовательно, ни земная поверхность, ни атмосфера не испытывают ни приращения, ни убывания энергии.

Из-за особенностей взаимного положения Солнца и Земли равные по площади экваториальные и полярные регионы получают совершенно разное количество солнечной энергии. Экваториальные районы получают больше энергии, чем полярные, и их акватории и растительность поглощают больше приходящей энергии. В полярных районах велико альбедо снежного и ледяного покровов. Хотя лучше прогреваемые экваториальные области температур излучают больше тепла, чем полярные, тепловой баланс складывается так, что полярные регионы теряют больше энергии, чем получают, а экваториальные - получают больше энергии, чем теряют. Поскольку не происходит ни потепления экваториальных районов, ни выхолаживания полярных, очевидно, что для сохранения теплового баланса Земли избыток тепла должен перемещаться из тропиков к полюсам.

Это перемещение является главной движущей силой циркуляции атмосферы. Воздух в тропиках прогревается, поднимаясь и расширяясь, и перетекает к полюсам на высоте ок. 19 км. Вблизи полюсов он охлаждается, становится более плотным и опускается к земной поверхности, откуда растекается по направлению к экватору.

ЛУЧИСТАЯ ЭНЕРГИЯ СОЛНЦА

Лучи с различными длинами волн, входящие в состав спектра солнечного излучения, обладают различным воздействием на человеческий организм. Спектр солнечных лучей, проходящих через атмосферу, по длине волн находится в пределах 0, 29µ- 6µ.

Таким образом, солнечная радиация, попадающая на землю, включает в себя следующие типы излучения: -средневолновое ультрафиолетовое (длины волн 2800 -3200 А); -длинноволновое ультрафиолетовое (длины волн 3200 -4000 А); -световое (длины волн 0, 4 - 0, 75µ); -инфракрасное (длины волн 0, 76 -3µ);

Разделение белого цвета Смешивание цветов Каждый из перечисленных участков спектра обладает своими индивидуальными особенностями в отношении воздействия на живой организм и определенными санирующими возможностями. Лучистая энергия Солнца, попадающая на землю, проявляется в нескольких видах. Основной вид- это прямая солнечная радиация. Вследствие рассеяния и поглощения лучистой энергии Солнца на пути от внешней границы атмосферы до земной поверхности появляется рассеянная, или диффузная радиация. Эта радиация, в отличие от прямой солнечной, падающей в виде параллельного пучка лучей, направлена из всех точек небосвода. В результате отражения солнечных лучей от земной поверхности возникает отраженная радиация. Часть прямой и диффузной солнечной радиации поглощается земной поверхностью, которая нагревается и, в свою очередь, становится источником теплового излучения. Атмосфера, нагревающаяся за счет теплообмена с земной поверхностью, также служит источником теплового излучения- возникает противоизлучение атмосферы.

Основная доля лучистой энергии для первых трех видов излучения сконцентрирована в коротковолновой части спектра ( в основном видимой). Последние два вида излучения являются длинноволновыми. На архитектурнопланировочное решение зданий оказывают существенное влияние только прямая и частично диффузная радиация.

ИНТЕНСИВНОСТЬ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ

Интенсивность солнечной радиации, проникающей в помещения, зависит от цело ряда факторов: времени дня, года, широты местности, размеров и формы светопроемов, состояния стекол и т. Д. Атмосфера не пропускает лучей с длиной волны α<290 , так как лучи с длиной волны короче 290 поглощаются озоном в атмосфере на высоте 40 -50 км. Однако эта величина не является постоянной для нижнего предела спектра солнечного излучения. Выяснение же ее очень важно, так как наиболее активные в биологическом отношении лучи располагаются в области 290 -390.

Нижний предел солнечной радиации зависит, в первую очередь, от высоты солнца, так как чем выше солнце, тем меньшую толщу атмосферы приходится проходить его лучам. При снижении солнца до 10° нижний предел спектра излучения повышается до 310, а при высоте солнца 2 -3° ультрафиолетовое излучение исчезает. С уменьшением высоты солнца уменьшается также интенсивность солнечных лучей. Происходят также сезонные колебания нижнего предела солнечной радиации, причем наиболее широкая область излучения приходится на осень. Правда, эти колебания незначительны.

Состояние погоды также влияет на характер солнечной радиации. В среднем, при пасмурном небе интенсивность радиации в ультрафиолетовой части спектра снижается на 50, видимой – на 64 и в инфракрасной на 77%. Напряжение или интенсивность солнечной радиации измеряется в килокалориях на квадратный метр в час. Величина напряжения солнечной радиации меняется в зависимости от многих факторов: высоты Солнца, прозрачности атмосферы и т. Д.

Среднее значение напряжения солнечной радиации на границе атмосферы называют солнечной постоянной. Солнечная постоянная - это количество энергии, которое приходится за единицу времени на единицу поверхности, нормальной к солнечным лучам, на границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца. Величина солнечной постоянной составляет 1, 946 гкал/см² × мин. Напряжение солнечной радиации прохождении лучей через атмосферу значительно изменяется.

Интенсивность солнечного излучения на территории Украины. Энергия солнечной радиации, достигающая поверхности земли в городах Украины.

ВЛИЯНИЕ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

Различают три формы воздействия солнечных лучей на человека: психологический фактор, физическое и биологическое воздействие. При выборе инсоляционного режима помещения обычно обращают внимание больше на физическое и биологическое воздействие совместно с бактерицидным еффектом. Солнечные лучи оказывают как положительное, так и отрицательное воздействие на организм человека. Оно выражается в следующих формах: общетонизирующее, эритемное, загарное, витаминообразующее и слепящее действия; повышение иммунобиологических качеств организма и перегрев организма.

Длинноволновое ультрафиолетовое излучение способствует выработке иммунологических реакций в организме и оказывает положительное влияние на обмен веществ, а также способствует образованию витамина Д в организме, что нужно учитывать при проектировании детских зданий и их участков. Очень важным фактором физического воздействия солнечных лучей на человека является слепимость, тоесть, нарушение функции зрения за счет освещения предметов, находящихся в поле зрения, прямыми солнечными лучами. Учет этого фактора играет большую роль при проектировании учебных заведений.

Как солнечные лучи повреждают нашу кожу Поток прямых солнечных лучей обладает очень большой световой энергией. Этот мощный световой поток не может не повлиять на зрение : снижается острота зрения, контрастная чувствительность и т. д. Непосредственная инсоляция человека приводит также к перегреву организма. Кроме того, может повышаться температура мозга, что также отрицательно сказывается на здоровье человека.

НЕОБЫЧНЫЕ ЯВЛЕНИЯ

Призрак Броккена Это явление наблюдается туманным утром. Радужный солнечный диск появляется напротив солнца, в результате отражения солнечных лучей от капелек воды тумана. Любопытная треугольная тень, разрывающая радужный диск отражённых солнечных лучей не что иное как проекция верхней поверхности облаков.

Свет Будды Это фото сделано в Китае. Явление схоже с «призраком Броккена» . Солнечные лучи отражаются от атмосферных капелек воды над морем, тень посреди радужного круга из отражённых лучей – это тень самолёта.

Радужная стена Редкое атмосферное явление ещё известное как «огненная радуга» возникает при преломлении горизонтальных солнечных лучей восходящего или заходящего солнца через горизонтально расположенные кристаллики льда облаков. В результате получается своего рода стена, окрашенная в разные цвета радуги. Фото сделано в небе Вашингтона в 2006 году.

Ореол Солнечные лучи отражаются от кристалликов льда, расположенных под углом 22° по отношению к Солнцу в высотных облаках. Различное положение кристалликов льда может вызывать модификации ореола. В морозные дни может наблюдаться эффект «алмазная пыль» , в этом случае солнечные лучи многократно отражаются от кристалликов льда.

Инверсионные следы самолётов Самолётные выхлопы и вихревые потоки на больших высотах превращают частицы льда в воду. Длинные белые полосы высоко в небе не что иное, как капельки воды, находящиеся во взвешенном состоянии.

Северное сияние не что иное, как столкновение в верхних слоях атмосферы солнечных лучей с заряженными частицами газов магнитного поля Земли.

Белая радуга Фото сделано на мосту золотые ворота в Сан-Франциско. Небольшой размер воздушных капель воды делает невозможным разложение солнечных лучей на спектры цветов, поэтому радуга только белого цвета.

Перевёрнута радуга Такая необычная радуга появляется тоже в результате преломлении солнечных лучей сквозь кристаллики льда, находящиеся только в определённых частях облаков.

Мираж Очень распространённое атмосферное явление. Его можно наблюдать не только в пустыне, но и на автомобильной дороге в знойную жару. Образуется это явление в результате преломления солнечного света, через «линзу» , образованную слоями более холодного (у поверхности земли) и тёплого (располагающегося выше) воздуха. Эта своеобразная линза отражает объекты, располагающиеся над линией горизонта, в данном случае небо. Фото сделано в Тюрингии (Германия).

Переливающиеся облака Лучи заходящего солнца под прямым углом «натыкаются» на капельки воды облаков. В результате дифракции (огибание солнечными лучами капелек воды) и интерференции солнечных лучей (разложение солнечных лучей на спектры), как в Photoshop, фигура облака заливается градиентной заливкой.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!