АТМОСФЕРАДАҒЫ КҮН РАДИАЦИЯСЫ

Сурет - 2. Перпендикуляр (АВ) және горизонталь (АС) беткейге келетін

күннің тіке радиациясы.
Атмосферадан өткен радиация сіңіру, шашырау сияқты құбылыстарға ұшыраған соң әлсірейді. әлсіреу заңдылығы радиация өткен ортаның құрамына, тығыздығына, сәуле жүріп өткен қашықтыққа байланысты болады.

Күн радиациясы жер бетіне түскенде келген радиацияның мөлшері атмосфераның тұнықтығына байланысты болады, оны көрсететін шама-тұнықтық (мөлдірлік) коэффициенті Р:

Р = S/ S₀

Мұндағы: S - жер бетіне келген радиация

S₀ - Күн тұрақтысы

Көлденең қима ауданы бірге тең радиация ағыны өткен ауа массасын атмосфераның оптикалық салмағы (т) деп атаймыз. Мысалы, күннің түсу бұрышы 90° болғанда, яғни, сәуле тік түскен кезде атмосфераның оптикалық салмағы бірге тең, ал күннің биіктігі азайған сайын оптикалық салмақ та өсе бастайды.

Атмосфераның тұнықтығы оның бұлыңғырлық факторына (Т) байланысты. Яғни, Т-нақты атмосфераның оптикалық қалыңдығының идеальді атмосфераның оптикалық қалыңдығына қатынасын айтамыз.

2.2 Атмосфераның сәуле шашуы, күн радиациясының шағылуы және жұтылуы. Жер бетіне келетін күн радиацияларының біршамасы кері қарай -атмосфераға (30 %) және қалған (70 %) бөлігі жер бетіне қарай бағытталады. Осы жер бетінен жоғары қарай бағытталған күн сәулелерін Жер бетінің өзіндік сәулеленуі (Е_ж) деп, ал ал жер бетіне қарай бағытталған күн сәулелерін қарсы сәулешашу (Е_а) деп атаймыз. Е_ж мен Е_а арасындағы айырманы нәтижелі сәулешашу (Е_н) деп атаймыз.

Е_н — Е_ж - Е_а

14

АТМОСФЕРАДАҒЫ КҮН РАДИАЦИЯСЫ

Жер бетінің өзіндік сәулешашуы табиғи денелер үшін Стефан - Больцман заңы бойынша анықталады, және дененің толық сәулешашуы оның абсолютті температурасының 4 - ші дәрежесіне тура пропорционал болады:

Мұндағы: о = 5,67* 10¹¹ Квт/м² К⁴ - Стефан - Больцман тұрақтысы;

Т⁴_ж - төселме беттің абсолютті температурасы;

б - төселме беттің салыстырмалы сәуле шашу мүмкіндігі (абсолютті қара денемен салыстырғандағы).

Күннен келетін тура, шашыранды және жиынтық радиациялардың мөлшеріне әсер ететін негізгі факторларға: күннің түсу бұрышы, теңіз деңгейімен салыстырғандағы биіктік, бұлттылық, атмосфераның бұлыңғырлығы және т. б. жатады.

А = R_к /Q*100%

Жер бетінің альбедосы оның түсіне, ьшғалдьшығына, бүдірлігіне және сәулесінің түсу бұрышына да байланысты болады. Төмендегі кестеде (кесте-1 табиғи беткейлердің альбедосы берілген.

Кест -1

Табиғатта күн радиациясын ең көп шағылыстыратын жер беті - қар мұз беттері және бұлттар екенін байқауға болады. Төселме беткейлер әсіресе қар мен су беткейлерінің альбедосы күннің биіктігіне де байланысты

15

АТМОСФЕРАДАҒЫ КҮН РАДИАЦИЯСЫ
Неғұрлым күн еңіс болса, соғұрлым альбедо жоғары болады. Орташа алғанда су беткейлерінің альбедосы құрлық беткейінің альбедосынан кіші болады. Мұның себебі: күн сәулесі суға тереңдеп енеді және су ішінде шашырайды да, нәтижесінде жақсы жұтылады. Космостық кеңістікке кететін шағылған және шашыранды күн радиациясының атмрсфераға келетін жалпы күн радиациясына қатынасын Жердің планеталық альбедосы немесе Жер альбедосы деп атайды.

Жалпы, жер беті келген күн радиациясының шамамен үштен бір бөлігін кері қарай шағылысқан радиация ретіңде қайтарады. Демек, планетарлық альбедо орта есеппен 35% құрайды. Төселме беткейдің қысқатолқынды радиацияны жұту коэффициенті ретінде (1- А_к ) мәні алынады. Ол коэффициент төселме бетке келіп түскен радиацияның қанша бөлігінің жұтылғанын көрсетеді және келесі формула бойынша анықталады:

В_ж = S + D-R_к = (S sіпһ₀ + D)(1-А_к)

Қарсы сәуле шашудың жер бетінен шагылып кеткен бөлігін ұзынтолқынды шағылган радиация (К_ұ) дейді жэне ол былайша анықталады:

R_¥ = (1-б)Е_а,=0,05Е_а,

2.3 Жер бетінің және Жер - Атмосфера жүйелерінің радиациялық балансы.

Жер бетінің радаациялық балансы (В) деп - жер бетіне келген және жер бетінен кеткен радиациялар арасындағы айырмашьшықты айтамыз (сурет - 3):

В = (S + D + Еа) - (R_к + Еж + R_¥)

немесе

В = (S sіпһо +D) (1-А_к)-Е_н

Сурет-3. Теселме беткейдің радиациялық балансын құраушы радиациялық

ағындар (а-күндіз; б-түнде).

Яғни, В-жұтылған қысқа толқынды радиация мен ұзын толқынды эффективті (нәтижелі) сәулешашудың айырмасына тең болады. Радиациялық баланстың мағынасын жер бетінде қалған радиация деп те түсінуге болады.

Жер - Атмосфера жүйесінің радиациялық балансы (В_ж._а) деп төселме беттен атмосфераның жоғары шекарасына дейінгі ауданы 1см² ауа бағанындағы

16

АТМОСФЕРАДАҒЫ КҮН РАДИАЦИЯСЫ

В_ж._а = (S sinһ₀ + D(1-А_к)+ q-Е_

Мұндағы. q - атмосфераның жұтқан қысқа толқынды радиациясы;

Е_ш - жер беті мен атмосферадан кеңістікке кететін ұзынтолқынды радиациялар.

Жалпы жер мен атмосфераны бірге алғанда, жоғалған радиацияның мөлшері келген радиациямен теңесіп отырады. Сондықтан көп жылдық мерзімді алғанда планетамыз не қызып кетпейді, не суып кетпейді. Яғни жер беті сәулелік тепе - теңдікте деген сөз.

2.4 Күн радиациясын өлшегіш құралдар (актинометриялық құралдар). Күн радиациясын өлшеу үшін орташа күн уақыты бойынша сағат 00 , 6³⁰, 9 , 15 °, және 18³⁰-да актинометриялық бақылау жұмыстары жүргізіледі. Метеостансаларда қолданылатын актинометриялық құраддардың сезімтал -қабылдағыш элементі ретінде күн радиациясын электр энергиясына айналдыру қасиеті бар термобатареялар қолданылады.

- актинометр немесе пиргелиометр - Күн көзінен перпендикуляр беткейге келіп түсетін тура радиацияны өлшеу үшін;

- пиранометр (және альбедометр) - горизонталь беткейге келетін шашыранды радиацияны (және шағылған радиацияны) өлшеу үшін;

- пиргеометр - нәтижелі сәулеленуді өлшеу үшін;

- балансомер - төселме беттің радиациялық балансын өлшеу үшін;

- гелиограф - Күн шұғыласы ұзақтығын өлшеу үшін қолданылады.

Жоғарыда аталған актинометриялық құралдардың бірнешеуінің сырт көрінісі төмендегі суреттерде көрсетілген.

Термоэлектрлік актинометр - күн сәулесіне перпендикуляр беткейге келетін куннің тіке радиациясын өлшеу үшін қолданьшады (Сурет-4 а). Түтікше қорабының ішінде актинометрдің қабылдағыш элементі ретінде қалыңдығы 0,003 мм жэне диаметрі 11мм болатын күміс диск (1) орналасқан. Дискінің күнге қараған жағы (беті) қара эмальмен боялады. Екінші бетіне жұлдыз пішінді термобатареяның тақ спаялары (2) арнайы ток өткізбейтін қағаз арқылы жапсырылған. Термобатареяның жұп спаялары (3) салмақты мыс сақина (4) бетіне қағаз арқылы бетіне қағаз арқылы жапсырылған. Термобатарея константан (5) мен манганин (6) ленталарынан тұрады. Қараға боялған күміс диск күн сәулесінен қызып температурасы жоғарылайды, ал көлеңкеленіп тұрған мыс сақинаның температурасы төмен болады. Осылай-ша әртүрлі спаялы термобатареялар арасында электрқозғағыш күш пайда болады. Оны арнайы гальвонометрдің көмегімен өлшейді және оның мөлшері күннің тіке радиациясының қарқындылыгына пропорционал болады.

1 - қақпақ; 2,3 - бұрандалар (винт); 4 еңкіш осі; 5 - экран; 6 - кремальера; 7 - түтікше; 8 - мир осі; 9 - ендік секторы; 10 - тірек; 11 - табаны.

Актинометрдің қабылдағыш элементінің. схемасы.

б) Термоэлектрлік пиранометр. 1-пиранометрдің қалпақшасы; 2-керілгіш; 3-көлеңкелегіш шарнирлі қатырғыш; 4 –көтерілмелі бұранда; 5-ұстағыш бет;

6-қайьфмалы бөлігінің шарнирі; 7- деңгей; 8-бұранда, 9-тірек.

Термоэлектрлік пиранометр – горизотал, беткейге келетін шашыранды , (D) жиынтық (Q) және жер бетінінен шағылған (R_к)радиацияны өлшеу үшін қолданылады.

18

АТМОСФЕРАДАҒЫ КҮН РАДИАЦИЯСЫ

Термоэлектрлік пиранометр басының (қалпақшасы) сезімталдығы 1 кВт/м² -қа 10 - 16мв құрайды. Ал инерциясы 40с. Пиранометр қоршаған ортаның температурасы -60 °С -дан +60 °С болғанға дейін жұмыс жасай алады.

2.5 Күн радиациясының географиялық таралуы. Күн радиациясының атмосфераның жоғарғы шекарасында таралуын, немесе атмосфера болмаған жағдайда радиацияның жер бетінде таралуын солярлық климат деп атайды. Жыл бойында атмосфераның жоғарғы шекарасына келетін радиация мәні өзгеріп тұрады, себебі Күн мен Жердің орташа қашықтығында күн тұрақтысы S₀ = 1,32 кВт/м² болса, қаңтар айында ол 1,42 кВт/м², ал шілде айында 1,321 кВт/м тең. Яғни атмосфераның жоғарғы шекарасына Солтүстік жартышарға жазда, Оңтүстік жартышардың жаз айларына қарағанда аз радиация келеді.

Атмосфераның жоғарғы шекарасына бір тәулік ішінде келетін радиация мөлшері (жинағы) жыл мерзіміне және ендікке бағынышты болады. Әр ендікте жыл мерзімі тәуліктің күндізгі бөлігінің ұзақтығымен, яғни радиацияның, келуінің ұзақтығымен анықталады. Полюстерде жазда күн батпайды, ал қыста алты ай бойы шықпайды. Ол поляр күні мен поляр түнінің ұзақтығы полюстен полярлық шеңберге қарай алты айдан бір тәулікке дейін қысқарады. Экватор бойында күндіздің ұзақтығы жыл бойы 12 сағатқа тең болады.

Күн радиациясының келу мөлшері күннің биіктігіне де бағынышты. Күннің талтүстік биіктігі экваторда жыл бойында 90°-тан 66,5°-қа дейін, тропиктерде 90° -тан 43°-қа дейін, поляр шеңберінде 47°-тан 0° -қа дейін және полюстерде 23,5 -тан 0° дейін өзгереді. Бұл жоғарыда айтылған жағдайларға байланыси атмосфераның шекарасында радиацияның ендіктер бойынша таралуы және оның жыл бойында өзгеруі өте күрделі. Екі жартышарда қыста радиациян келуі экватордан полюстерге қарай тез азаяды, ал жаз маусымында ол өзгеру өте күрделі болады. Жер бетінің жылдық радиациялық балансы Гренланд мен Антарктидадан басқа Жер шарының барлық жерінде оң таңбалы. Бұл жұтылған радиация мөлшерінің нәтижелі сәулешашу мөлшерінен біраз артық екенін көрсетеді. Дегенмен, бұл себеппен жылдан - жылға жер беті жылына береді деп айтуға болмайды. Жұтылған күн радиациясының сәулешашудан артығы әртүрлі жолдармен жылутасымалдану арқылы (жылуөткізгіштік, була және конденсация) жер бетінен атмосфераға беріледі. Яғни, жер беткейі үшін радиациялық теңдік жоқ, бірақ, жылулық тендік бар: радиациялық және радиациялық емес жолдармен жер беткейіне келетін және кететін жылул өзара тең.

19

АТМОСФЕРАДАҒЫ КҮН РАДИАЦИЯСЫ

Ал мұхиттарда радиациялық баланс бірдей ендіктерде құрлықтардан жоғары. Себебі, күн радиациясын су қабаты жақсы жұтады, бірақ су бетінің температурасы төмендеу болатындықтан нәтижелі сәулешашуы да аздау болады.

Шөлді жерлерде (үлкен шөлдерде) радиациялық баланстың таралуы зональдік таралудан біраз ауытқиды. Оларда ауа құрғақ және бұлтсыз болатындықтан, нәтижелі сәулешашу өте жоғары болады. Сонымен қатар, муссондық климатты жерлерде де бұлттылықтың көп болуы салдарынан жұтылған күн радиациясы азайып радиациялық баланс та біршама азаяды. Жылдық жиынтық радиация мөлшерінің географиялық таралуы сурет-5 көрсетілген.

Қазақстан жерінде жылдық радиациялық баланс орташа бұлттылық жағдайында оңтүстіктен солтүстікке қарай 2200-ден 1700 мДж/м² дейін азаяды.