Инсоляция. Общие сведения для расчета солнечного коллектора. Построения графиков для расчета инсоляции на любых широтах земного шара в любые дни года

Это результат деятельности организаций, направленный на удовлетворение индивидуальных потребностей потребителей (заказчиков) в восстановлении эксплуатационных свойств и внешнего вида обуви , различающейся по виду, назначению, конструкции, материалам верха и подошв и методов крепления деталей низа. Материалы, применяемые при оказании услуги (кожи натуральные, искусственные и синтетические, текстиль, резины, дерево, войлок, пластики), по виду, толщине и цвету должны соответствовать материалам деталей верха и низа ремонтируемой обуви . Обувь должна ремонтироваться тем же методом крепления, которым была изготовлена. :

Физическая география материков и океанов

МАТЕРИКИ: ЮЖНАЯ АМЕРИКА

КЛИМАТ ЮЖНОЙ АМЕРИКИ

Со стороны Южно-Атлантического максимума в сторону нагретого материка дуют ветры муссонного характера, приносящие дожди на юго-восточную окраину Бразильского нагорья и Ла-Платскую низменность. Большая часть западного побережья, начиная от 30° и почти до экватора, находится под влиянием восточной периферии Южно-Тихоокеанского максимума и не получает осадков. Только участок побережья к северу от залива Гуаякиль испытывает воздействие экваториальных воздушных масс и орошается обильными дождями.

На крайний юг материка с запада приходит влажный океанический воздух, побережье Тихого океана и особенно западные склоны Анд получают большое количество осадков, а Патагонское плато, находящееся под прикрытием Анд и омываемое с востока холодным Фолклендским течением, становится центром формирования относительно сухих континентальных воздушных масс умеренных широт.

В июле вся северная часть материка оказывается под воздействием влажного экваториального воздуха, приносимого юго-западным муссоном, и не менее влажного морского тропического воздуха, поступающего со стороны Атлантического океана (см. рис. 9).

Над Бразильским нагорьем устанавливается высокое давление и преобладает сухая погода в связи с перемещением на север тропического максимума южного полушария. Только юго-восточная окраина нагорья попадает под воздействие юго-восточного пассата, приходящего непосредственно с Атлантического океана, и получает значительное, хотя и меньшее, чем летом, количество осадков.

В субтропических и умеренных широтах южного полушария господствует западный перенос и выпадают циклональные дожди. Патагония по-прежнему остается центром формирования относительно сухого и холодного воздуха, который временами прорывается на север вплоть до Амазонской низменности, вызывая там значительные понижения температуры (рис. 82).

Рис. 82. Средняя температура воздуха в Южной Америке на уровне земной поверхности в июле

Над центральной частью Тихоокеанского побережья от 30° ю.ш. почти до экватора, в июле, как и в январе, преобладают южные и юго-западные ветры, дующие параллельно берегу над водами холодного Перуанского течения. Низкий уровень инверсии препятствует выпадению дождей на Тихоокеанском побережье в этих широтах. Только на северном побережье, где пассат переходит в юго-западный муссон, выпадает значительное количество осадков.

Южная Америка расположена основной своей частью в пределах экваториального , обоих субэкваториальных и южного тропического климатических поясов. На крайнем юге она заходит в субтропический и умеренный пояса.

Экваториальный климатический пояс в Южной Америке охватывает всю Амазонскую низменность (кроме восточной части и крайнего юга), прилегающие части Гвианского нагорья и низменности Ориноко, а также Тихоокеанское побережье к северу от экватора. Для этого пояса характерны обильные осадки и равномерная высокая температура (24...28 °С) в течение всего года. Годовые суммы осадков колеблются от 1500 до 2500 мм, а на склонах Анд и на Тихоокеанском побережье количество осадков возрастает до 5000 - 7000 мм в год (рис. 83).

Рис. 83. Среднегодовое количество осадков в Южной Америке

Осадки в этот район в течение всего года приносят южные и юго-западные ветры, их большие суммы объясняются орографическими причинами. В Амазонской низменности основная часть осадков выпадает за счет конвективных процессов в экваториальных воздушных массах. Обильные осадки намного превышают испаряемость, обусловливая в течение всего года высокий коэффициент увлажнения (везде значительно больше 100 %).

Вся северная часть Южной Америки, включая Оринокскую низменность, побережье Карибского моря, значительную часть Гвианского нагорья и Гвианскую низменность, расположена в субэкваториальном поясе северного полушария. В субэкваториальный пояс южного полушария входят север Бразильского нагорья и южная часть Амазонской низменности, а также часть Тихоокеанского побережья от экватора до 4-5° ю.ш. На востоке субэкваториальные пояса северного и южного полушарий соединяются. Отличительная черта субэкваториального климата - сезонность в распределении осадков - выражена на этой территории достаточно четко. В южном полушарии - на Бразильском нагорье, на юге Амазонской низменности и в нижнем течении Амазонки - период дождей, связанных с действием экваториального муссона, длится примерно с декабря по май, причем продолжительность его возрастает к экватору. На севере дождливый период продолжается с мая по декабрь. Зимой во время действия пассатов осадки не выпадают. Только на северном отрезке прибрежной части Бразильского нагорья, где пассаты, приходя с теплого океана, встречают на своем пути горы, дожди бывают и в зимнее время.

Наиболее высока температура в переходный период между концом сухого и началом влажного сезона, когда средняя месячная температура поднимается до 28... 30 °С. При этом никогда средняя температура не бывает ниже 20 °С.

В пределы тропического климатического пояса Южная Америка входит только в южном полушарии. Восток и юго-восток Бразильского нагорья находятся в области влажного пассатного климата, где осадки в течение всего года приносят потоки тропического воздуха со стороны Атлантики. Поднимаясь по склонам гор, воздух оставляет на наветренной стороне большое количество влаги. По режиму выпадения осадков и увлажнению этот климат близок к климату Амазонской низменности, но характеризуется более значительными температурными различиями между наиболее жарким и наиболее прохладным месяцами.

Во внутренних частях материка в пределах тропического пояса (равнина Гран-Чако) климат засушливый, с летним максимумом осадков и резко выраженным сухим зимним периодом. По режиму осадков он близок к субэкваториальному, но отличается от него резкими скачками температуры, особенно в зимнее время, меньшими годовыми суммами осадков и недостаточным увлажнением.

Побережье Тихого океана между 5 и 30° ю.ш. характеризуется климатом береговых пустынь и полупустынь . Наиболее ярко этот климат выражен в пустыне Атакама, которая находится под воздействием восточной периферии Тихоокеанского максимума и инверсий температуры, создаваемых постоянным притоком относительно холодного воздуха из высоких широт и холодных вод мощного Перуанского течения. При относительной влажности воздуха до 80 % осадков выпадает очень мало - местами всего несколько миллиметров в год. Некоторой компенсацией почти полного отсутствия дождей служат обильные росы, выпадающие на побережье в зимнее время. Температура даже наиболее жарких месяцев редко превышает 20 °С, и сезонные амплитуды невелики.

К югу от 30° ю.ш. Южная Америка входит в пределы субтропического климатического пояса .

Юго-восток материка (южная окраина Бразильского нагорья, бассейн нижнего Уругвая, междуречье Параны и Уругвая, восточная часть Пампы) характеризуется равномерно влажным субтропическим климатом . Летом влагу приносят северо-восточные ветры муссонного характера, зимой осадки выпадают в связи с циклонической деятельностью по полярному фронту. Лето в этих районах очень жаркое, зима мягкая, со средними месячными температурами около 10 °С, но бывают падения температуры значительно ниже 0 °С в связи с вторжениями относительно холодных воздушных масс с юга.

Для внутриматериковых районов субтропического пояса (Западная Пампа) характерен засушливый субтропический климат . Влаги с Атлантического океана туда попадает немного, и осадки (не более 500 мм в год), выпадающие летом, имеют главным образом конвективное происхождение. В течение всего года наблюдаются резкие колебания температуры и частые понижения их зимой ниже 0 °С при средних месячных температурах 10 °С.

На Тихоокеанском побережье от 30 до 37° ю.ш. климат субтропический, с сухим летом . Под влиянием восточной периферии Тихоокеанского максимума лето там почти бездождное и нежаркое (особенно на самом побережье). Зима мягкая и дождливая. Сезонные амплитуды температуры незначительны.

В умеренном поясе (к югу от 40° ю.ш.) расположена самая узкая часть Южной Америки. В Патагонии находится центр формирования континентального воздуха умеренных широт. Осадки в эти широты приносят западные ветры, путь которым в Патагонию преграждают Анды, поэтому и количество их не превышает 250-300 мм. Зимой бывают сильные холода в связи с проникновением холодного воздуха с юга. Морозы в исключительных случаях достигают -30...-35 °С, однако средние месячные температуры положительны.

Климатообразующие факторы.

а. географическое положение, конфигурация, расчленение.

б. океанические течения

в. рельеф

Циркуляция воздушных масс в июле и январе.

Распределение температур, осадков.

Климатообразующие факторы.

а. Географическое положение, конфигурация, расчленение материка.

Большая часть Южной Америки находится в экваториальном, тропическом и субтропическом поясах. Южный тропик пересекает материк там, где начинается его сужение. Материк лежит в основном в южном полушарии.

Положение наиболее обширной части материка в экваториальных и тропических широтах обусловливает получение значительной суммы солнечной радиации - 140-160 ккал/см в год. Лишь южнее 40 ю.ш. суммарная радиация понижается до 80-120 ккал. Тем же фактором объясняются в основном и высокие показатели радиационного баланса, достигающие почти 60-85 ккал. Даже в Патагонии радиационный баланс составляет около 40 ккал, т.е. она находится в тех же условиях, что и юг европейской части России.

В экваториальных широтах вследствие большого нагрева материка в течение всего года происходит постоянное поднятие воздушных масс и формирование области пониженного давления, куда устремляются пассатные воздушные массы с Атлантики. Отсюда и преобладание мощного восточно­-западного переноса в экваториальных широтах. В субтропических и умеренных широтах площадь материка уменьшается, и в связи с этим даже в зимнее время материковые антициклоны почти не образуются. Но над обоими океанами субтропические максимумы выражены всегда очень четко и служат областями оттока пассатных воздушных масс. Восток материка в тропическом и субтропическом поясе подвержен воздействию западной периферии атлантических максимумов. На западе сильно влияние восточной периферии тихоокеанского антициклона с преобладанием воздушных потоков южного направления. В циркуляции умеренных широт, где размеры суши малы, выражен западно-восточный перенос воздушных масс с активной циклонической деятельностью на полярном фронте.

б. Океанические течения.

Теплое Бразильское течение утепляет и увеличивает влагосодержание пассатных воздушных масс, орошающих восточную часть Бразильского нагорья. Холодное Фолклендские течение усиливает засушливость лежащей на берегу океана Патагонии, а холодное Перуанское течение в значительной степени способствует образованию громадного пустынного пояса на западе материка.в. Важным фактором в формировании климата является рельеф.

Орографические особенности Южной Америки способствуют меридиональному переносу воздушных масс над материком. Анды, как и Гималаи, являются важнейшим климаторазделом. Высокий барьер Анд, протягивающийся вдоль всей западной окраины материка, ограничивает влияние Тихого океана. Напротив, воздействию воздушных масс, приходящих с Атлантики, предоставлен почти весь материк. Континентальные массы воздуха образуются лишь в южное лето в области Гран-Чако (континентальный тропический воздух) и слабо намечается зимой на равнинах Патагонии (континентальный воздух умеренных широт).

Циркуляция воздушных масс.

Июль. В июле все барические системы смещены к северу. Северо-восточный пассат, приходящий к берегам материка с юго-восточной периферии Азорского максимума состоит из теплых влажных морских масс воздуха. Этими ветрами и циклоническими дождями на тропическом фронте обусловливается летний дождливый период на севере Колумбии и Венесуэлы и в Гвианах. В Льянос распространяется экваториальный влажный воздух из Амазонии. Последний формируется в Амазонии за счет атлантических пассатных воздушных масс. Интенсивная внутриматериковая конвекция обусловливает ежедневные послеполуденные ливни, связанные с охлаждением воздушных масс в высоких слоях атмосферы. В Восточной Амазонии действие юго-восточного пассата с Бразильского нагорья проявляется в уменьшении количества осадков в это время года.

В южном полушарии юго-восточный пассат с северной периферии южноатлантической области высокого давления подходит к северо-восточному выступу Бразилии. Но, далее, в результате простирания береговой линии на северо-запад, лишь скользит вдоль берега, не оказывая существенного влияния на климат.

Ветры западной периферии южно-атлантического антициклона, движущиеся против часовой стрелки с северо-востока на юго-запад, состоят из масс теплого тропического воздуха и захватывают не только побережье восточной Бразилии, но, обходя центральную часть нагорья с относительно высоким зимним давлением, проникают на юго-запад внутрь материка до восточных предгорий Анд, где соприкасаются с воздушными массами умеренных широт, образуя полярный фронт.

Все западное побережье, склоны Анд и межгорные плато от 30 ю.ш. до экватора зимой находятся под воздействием восточной периферии тихоокеанского максимума. Южные и юго-восточные ветры состоят из масс тропического морского воздуха. Эти относительно холодные и тяжелые массы оказываются насыщенными только в нижних слоях. В том же направлении в этих широтах вдоль западного побережья Южной Америки проходит холодное Перуанское течение. Эти явления приводят к уменьшению относительной влажности воздуха. Весь запад между 30 ю.ш. оказывается резко засушливым и ненормально охлажденным. Но, к северу от экватора, где юго-восточный пассат, изменяя направление, превращается в юго-западный муссон, теплые, насыщенные влагой тихоокеанские экваториальные массы подходя под углом к Андам, обильно орошают западную Колумбию, получающую осадки и с конвективными дождями этих широт.

В умеренных широтах зимний континентальный антициклон в Патагонии выражен слабо вследствие резкого сужения материка в умеренных широтах. Воздушные массы умеренных широт приходят на материк и с Тихого океана, где существует постоянный западный перенос. Этот морской тихоокеанский воздух приносит зимой в южное Чили огромное количество осадков. Среднее субтропическое Чили также попадает в сферу умеренной циркуляции в связи со смещением тихоокеанского антициклона к северу. Западные и юго-западные ветры орошают территорию вплоть до 30 ю.ш. Дожди эти имеют фронтальный характер при взаимодействии умеренных и тропических воздушных масс.

ТАКИМ ОБРАЗОМ, в июле наибольшее количество влаги получают северная окраина материка, восточное побережье Бразилии, Западная Амазония, южное и среднее Чили и западная Колумбия.

В январе все барические центры занимают свое крайне южное положение. Азорский антициклон максимально приближен к экватору, вызывает внедрение северо-атлантических морских масс воздуха в виде северо-восточного пассата, который проникает в область пониженного давления над Амазонской низменностью и низменностью Парагвая до восточных склонов Анд, где трансформируется над сушей в континентальный тропический воздух, также теплый и влажный. Восходящие токи воздуха, насыщенные влагой дают ежедневные дожди. Соответственно стоянию солнца в зените максимумы осадков наблюдаются дважды - весной и осенью.

Влажный экваториальный воздух с северо-востока захватывает также северную, северо-западную и западную части Бразильского нагорья, включая впадину верней Параны и область Гран-Чако, достигая Ла-Платы, обуславливает здесь летний дождливый сезон. Северная окраина материка испытывает в это время года зимнюю засуху, так как влажные экваториальные воздушные массы перемещаются на юг. Южноатлантический антициклон (его западная периферия) орошает юго-восточное побережье Бразилии (в июле северо-восточную) и северо-восточную Аргентину и имеет муссонный характер.

В умеренных широтах западный перенос Тихоокеанских воздушных масс совершается в более высоких широтах, чем зимой и в несколько ослабленном виде, хотя южное Чили получает и летом большое количество осадков. Но равнины Патагонии в течение всего года остаются в «сухой тени». Влияние восточной периферии тихоокеанского антициклона с холодными южными ветрами на западе материка сказывается уже и в субтропическом среднем Чили, где летом устанавливается сухая погода. Вся центральная часть западного побережья характеризуется отсутствием осадков - поэтому здесь находится Пустыня Атакама. Севернее залива Гуаякиль западный Эквадор получает летние дожди вследствие проникновения сюда с севера экваториальных масс.

Они же, вместе с юго-западным экваториальным муссоном и в январе орошают западную Колумбию.

ТАКИМ ОБРАЗОМ, выпадение обильных осадков в январе наблюдается в Амазонской низменности, но восток орошается больше, чем в июле. Обильное увлажнение на востоке испытывает весь субэкваториальный пояс южного полушария до 20 0 ю.ш., в то время как север материка засушлив. Летне-осенние фронтальные дожди характерны для юго-восточной Бразилии и северо-восточной Аргентины, южное Чили, как и западная Колумбия по-прежнему остаются «мокрыми углами» материка, но среднее Чили испытывает засушливый период и, наоборот, побережье Эквадора влажное. Между 28-5 0 ю.ш. на западе и летом и зимой осадков практически нет.

Распределение температур.

В июле вся Амазонская низменность и западная часть Бразильского нагорья сильно нагреты, находятся в основном под влиянием экваториальных воздушных масс и лежат внутри изотермы + 25 0 . На территории субтропических и умеренных широт глубокое проникновение морских воздушных масс умеренных широт сказывается на быстром падении температур, и изотермы, следуя с востока на запад сменяются от + 18 0 у Асунсьона до +2 0 на юге Огненной Земли. Но на высоких плато Патагонии устанавливаются отрицательные температуры до -5 0 . Вторжения с юга воздушных масс умеренных широт вызывают нерегулярные заморозки на всей центральной и восточной части Бразильского нагорья, в Чако и северной Аргентине. В южной Пампе заморозки могут быть в течение 2-3 месяцев, в северо-восточной Патагонии - в течение 5-6 месяцев, в центральной - до 9 мес, а в юго-западной части возможны даже летом, зимой температура иногда падает до -30.

Холодные воздушное и морское течения с юга на север вдоль западного побережья Южной Америки вызывают резкое отклонение изотерм к северу и сжимание их в тесный пучок в западном Перу. Так, например, июльская изотерма +20 0 от широты Копьяпо (27 0 ю.ш.) поднимается по побережью почти до Гуаякиля (5 0 ю.ш.).

В Андах температура с высотой снижается, и на высокогорных плато не только зимой, но и летом случаются заморозки. На высоте 2000 м под 40 0 ю.ш в Андах наблюдался абсолютный минимум – 40 0 .

В январ е вся северная половина материка на востоке до Анд и 20 0 ю.ш. лежит внутри изотермы +25 0 . В области Гран-Чако, Мату-Гросу и западной Боливии по обе стороны тропика образуется замкнутое кольцо изотермы +28 0 .

Нагревание континента и в умеренных широтах вызывает изгиб к югу в степях Аргентины и Патагонии понижении температуры до +10 на юге Огненной Земли.

Наблюдается аномальный скачок изотерм к северу и их сжимание в пучок на западном побережье.

Климатические пояса и области.

ЭКВАТОРИАЛЬНЫЙ - постоянно жаркий и влажный климат включает западную часть Амазонской низменности с прилегающими нижними восточными склонами Анд. Большой нагрев материка в этих широтах вызывает развитие барической депрессии и внутримассовых восходящих токов воздуха, приходящие сюда атлантические массы трансформируются в экваториальные. Влага испаряется гилейными лесами и водами и возвращается обратно на землю послеполуденными конвективными дождями. Типичен равномерный ход температур и очень малые годовые и суточные амплитуды. Осадки же уменьшаются с июня по октябрь и увеличиваются количественно на горных склонах.

СУБЭКВАТОРИАЛЬНЫЙ.

а) субэкваториальный сезонно влажный климат формируется к северу и к югу от области экваториального климата и включает низменности и равнины Ориноко и Магдалены, прибрежные районы Венесуэлы, Гвианское нагорье, большую часть Бразильского нагорья, кроме востока и юга, а также восток Амазонии. Характеризуется контрастами дождливого и сухого сезонами, вызываемых сменой летних экваториальных воздушных масс зимними тропическими. При приближении к экватору длительный сухой период постепенно распадается на два коротких, перемеживающихся с долгими дождливыми.

б)резкой засугиливостью отличается север Венесуэлы и северо-восток Бразильского нагорья. Центральные части последнего имеют очень большие амплитуда суточных и особенно крайних температур. При значительной годовой сумме осадков в зимние месяцы иногда не выпадает ни капли дождя.

в) климат восточных склонов Гвианского нагорья и Гвианской низменности хотя и характеризуется субэкваториальной циркуляцией, но по количеству осадков и температурному режиму ближе экваториальному типу. Зимний дождливый сезон обусловлен там действием влажного северо-восточного пассата, весенний и летний - экваториальным муссоном, осенью же выражен засушливый период в связи с проникновением юго-восточного пассата.

ТРОПИЧЕСКИЙ ПОЯС.

а) тропический пассатный влажный климат западной периферии океанических антициклонов свойственен востоку Бразильского нагорья. Обильные осадки обусловлены как атлантическим пассатом и циклоническими дождями на полярных фронтах, так и рельефом. Для южной части нагорья характерны зимние вторжения холодных воздушных масс с юга, вызывающие падение температур с небольшими амплитудами.

б) т ропический континентальный сезонно-влажный климат области Гран-Чако. Очень сходен с климатом субэкваториальных муссонов, но отличается от него более разкими амплитудами температур. Осадки, обусловлены г.о. трансформированными экваториальными воздушными массами и влажными пассатами.

в) т ропический пассатный климат восточной периферии океанических антициклонов (климат береговых пустынь или климат «гаруа») от 4 0 30 / до 28 0 ю.ш. в Перу и в северном Чили. Резко засушливый под воздействием восточной периферии антициклона и постоянных юго-восточных пассатов. Годовая сумма осадков менее 30 мм. Малые годовые амплитуды сравнительно низких температур и большие суточные, большая относительная влажность воздуха и аномальное охлаждение береговой полосы вызывают сильную облачность в зимнюю пору.

СУБТРОПИЧЕСКИЙ ПОЯС.

а) субтропический равномерно-влажный и теплый климат распространен в Уругвае, междуречье Параны-Уругвая и восточной Пампе. Летом увлажнение происходит за счет влаги, приносимой с северо-востока массами атлантического тропического воздуха (ветры муссонного типа), в остальное время года, особенно осенью и весной за счет циклонических дождей на полярных фронтах. Лето жаркое, зима мягкая, но вторжения с юга воздуха умеренных широт могут вызвать резкое снижение температуры и даже выпадение снега.

б)субтропический континентальный засушливый климат к западу и к югу от предыдущего, т.е. в западной и юго-западной Пампе и в области Прекордильер до 41 0 ю.ш. По мере удаления от Атлантического океана и приближения к умеренным широтам количество осадков уменьшается, и они выпадают в виде летних ливней; амплитуды температур возрастают и морозы могут быть в течение пяти месяцев,

с) субтропический «средиземноморский » от 28 0 до 37 0 30 / ю.ш. с четко выраженной сезонностью, особенно в, ходе осадков. В летнее время (с ноября по март) область захватывается восточной периферией тихоокеанского антициклона и лишена осадков, зимой (май-август) включается в сферу умеренной циркуляции и орошается циклоническими дождями на полярном фронте. Перуанское течение вызывает в прибрежной полосе низкие для данной широты температуры, особенно летние и малые годовые.

УМЕРЕННЫЙ ПОЯС.

а ) умеренный сухой полупустынный климат господствует на равнинах и плато Патагонии. Характеризуется крайне малым количеством осадков, резкими амплитудами температур, очень сильными западными и южными ветрами, вызывающими зимой падение температур до -32 0 -35 0 . Барьер Анд не пропускает на восток влажные западные ветры, с Атлантики они не поступают в силу западного переноса в этих широтах, равнинный же рельеф благоприятен для вторжения холодных южных ветров. Заморозки бывают в течение шести-семи месяцев,

б) умеренный океанический прохладный и влажный климат к югу от 42 0 30 / ю.ш.. В течение всего года западные ветры умеренной циркуляции, а также с южной периферии антициклона и интенсивная циклоническая деятельность приносят в южное Чили огромное количество влаги, выпадению которой способствует подъем морских воздушных масс по западным склонам Анд. Ход температур очень ровный, амплитуды малы, но отсутствие теплого течения вызывает недостаток тепла и температуры лета для данной широты очень низки. Господствует холодная и дождливая погода с сильными западными ветрами.

В Андах. Внешние склоны Андийской системы по климатическому режиму в общем принадлежат соседним областям, но с учетом высотной поясности, здесь наблюдается понижение температур с высотой. Внутренние склоны андийских хребтов и долины характеризуются большей засушливостью и континетальностью по сравнению с внешними склонами. Гребневые полосы высоких сьерр с вечными снегами и льдами имеют высокогорный климат, сухой в центре материка и более влажный на севере и особенно на юге.

Особенности оледенения

Несмотря на наличие в Южной Америке одной из самых мощных горных систем мира со множеством вершин, превышающих 6000 м, современное оледенение на материке распространено сравнительно слабо.

Анды Колумбии, Эквадора и северного Перу лежат в экваториальных и субэкваториальны широтах, где средние месячные температуры на высоте 3000м равны +10 0 , и обильные осадки хотя и выпадают изредка в виде снега, могут поддерживать постоянный снеговой покров лишь на высотах свыше 4600-4800 м. Далее к югу - в Центральных Андах - зимние температуры снижаются, однако континетальность климата вызывает высокие летние и особенно весенние температуры. Орографическая замкнутость материка, отгороженность высокими хребтами от влияния влажного воздуха обуславливают крайнюю сухость. Подобное сочетание климатических факторов, несмотря на значительные высоты не может способствовать развитию оледенения и снеговая граница в Пуне поднимается до наивысшего положения в мире -6000-6300 м.

Благоприятные условия создаются на юге - в ЧилийскоОАргентинских Андах и особенно в Патагонских. Здесь Анды достигают больих высот, что в совокупности с усиливающимся к югу поступлением влаги в циклонах полярного фронта быстро снижают снеговую линию и порождает долинные ледники. Хребты и вершины в патагонии не превышают 3500- 4000 м, но в умеренных широтах на такой высоте отрицательные температуры наблюдаются в теение всего года. Постоянные западные ветры приносят огромное количество влаги, и горы покрываются мощным слоем снега и льда, а снеговая линия спускается до 1200-1000 м.

Следует отметить одно зональное явление, свойственное высокогорьям и на других материках в экваториальных, тропических и субтропических широтах. На фирновых полях можно наблюдать характерное явление «кающихся снегов». Под совместным абляционным действием инсоляции, ветра, дождя эрозия талых вод и некоторых других причин образуются правильные ряды, ориентированные обычно с востока на запад. Эти фирновые пирамиды вытянуты и наклонены к солнцу и имеют высоту до 5-6 м. Они напоминают коленоприклонные фигуры, отсюда и произошло это название.

Инсоляции в центральной зоне РФ, помещенное 28.10.08 г. на сайте по просьбам посетителей, неожиданно вызвало резкий рост посещаемости сайта. Тема статьи оказалась актуальной. Сегодня, в помощь проектировщикам, озабоченным не только формальным соблюдением п. 7.3 СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01, но и действительным выполнением требований нормативного раздела 2 этого документа, мы излагаем способы построения графика для контрольного расчета инсоляции в день летнего солнцестояния (22 июня). Способы пригодны также для построения графиков расчета инсоляции в любой день года и на любых широтах земного шара, в том числе, для кукольных расчетов в северной и южной зонах РФ.

В общем случае график для расчета инсоляции методом проекций с числовыми отметками (инсографик) представляет собою семейство горизонталей рельефа конической поверхности, образованной видимым вращением солнечного луча, падающего в расчетную точку. Законы видимого движения Солнца, вращения луча и изменения теней были открыты в глубокой древности. В девятой книге трактата римского архитектора Витрувия (I век до н.э.) «Десять книг об архитектуре» приводится аналемма , лежащая в основе построения траекторий движения тени в 12 месяцев года от вертикального стержня - гномона . Это древнее построение «циферблата» солнечных часов, по существу, и является построением горизонталей и азимутальных линий инсографиков.

Установим на горизонтальной плоскости гномон OZ" требуемой высоты (рис.1,а) и очертим радиусом OZ" небесную сферу (НС) с центром O в вершине гномона. Диаметр ZZ" НС, параллельный направлению силы тяжести в пункте наблюдения называют отвесной линией . Отвесная линия пересекает НС в зените Z , расположенным над головой наблюдателя, и в надире Z" - под его ногами. Большой круг NS НС, перпендикулярный отвесной линии, называется истинным или математическим горизонтом . Истинный горизонт делит НС на видимую (с зенитом) и невидимую (с надиром) половины.

Рис.1. Построение графиков для расчета инсоляции в характерные дни года на широтах южнее полярного круга

Диаметр PP" , вокруг которого происходит видимое суточное вращение НС, называют осью мира . Ось мира пересекается с НС в северном полюсе мира P , расположенном ближе к зениту, и в южном P" , - ближе к надиру. В северном полушарии Земли положение северного полюс мира совпадет с неподвижной Полярной звездой, расположенной на кончике хвоста созвездия Малой Медведицы.

Большой круг НС, проходящий через отвесную линию и ось мира, называют небесным меридианом . На рис.1,а, сделанном в плоскости небесного меридиана, он совпадает с проекцией НС на плоскость чертежа. Небесный меридиан пересекается с истинным горизонтом по полуденной линии NS и делит НС на восточную (за плоскостью чертежа) и западную (перед плоскостью) половины. Большой круг НС QQ" , перпендикулярный оси мира, называют небесным экватором .

Для фиксации объектов на НС используют горизонтальную и экваториальную системы небесных координат . В горизонтальной системе положение точки на НС определяется ее высотой h и азимутом A . Угловая высота h отсчитывается от истинного горизонта от 0 до 90° к зениту, и от 0 до -90° к надиру. Геодезические азимуты отсчитываются от точки севера N в восточном направлении от 0 до 360°, астрономические - от точки юга S в западном направлении от 0 до 180° и от 0 до -180° в восточном. В экваториальной системе положение точки определяется ее склонением δ и часовым углом t . Склонение отсчитывается от небесного экватора от 0 до 90° к северному полюсу мира, и от 0 до -90° к южному полюсу. Часовые углы отсчитываются в плоскости экватора от северного направления меридиана от 0 до 360° в градусной мере или от 0 до 24 часов - в часовой мере. Небесные координаты связаны с географическими координатами простым равенством - высота h полюса мира P равна географической широте φ расчетного пункта. Приведенное на рис.1 построение сделано для φ = 55° с.ш.

Видимое годовое движение Солнца происходит по эклиптике EE" - большому кругу НС, наклоненному к небесному экватору по углом δ = 23,45º. В день летнего солнцестояния (22 июня) Солнце находится в точке E" эклиптики и в результате видимого суточного вращения НС вокруг оси мира описывает на НС самую высокую солнечную параллель E1 E" . В точках ее пересечения V2 с истинным горизонтом в восточной половине НС Солнце восходит, а в западной половине заходит за горизонт. Расположенная над горизонтом часть V2 OE" конической поверхности, образованной вращением падающего в вершину O гномона солнечного луча, будет лучевым конусом, а ее продолжение BOV1 до пересечения с горизонтальной плоскостью AT основания гномона будет теневым конусом, образующим на этой плоскости траекторию движения тени от вершины гномона.

В день осеннего равноденствия (22 сентября) Солнце окажется в точке O эклиптики, его склонение будет равно 0 и солнечный конус выродится в плоскость небесного экватора. Траекторией движения тени от вершины гномона в этот день будет прямая линия, проходящая перпендикулярно полуденной линии через точку C пересечения плоскости экватора с плоскостью AT . В день зимнего солнцестояния (22 декабря) Солнце достигнет точки E на эклиптике (δ = -23,45º) и его суточное вращение опишет на НС самую низкую солнечную параллель EE2 . При дальнейшем движении по эклиптике симметрично начнется подъем солнечной параллели в точку O весеннего равноденствия (22 марта) и 22 июня следующего года Солнце снова возвратится в точку E" летнего солнцестояния.

В Древнем Риме гармоническое колебание солнечной параллели определяли c помощью лунного круга с диаметром (логотомом ) E"E2 . На рис.1,а половина этого круга разделена на 30-градусные месячные промежутки, проекция которых на логотом дает склонение солнечной параллели на НС и изменение угла раствора солнечного конуса в указанные номинальные числа года. Как видно на рис.1,а, в примыкающие к равноденствиям месяцы инсоляция имеет самый неустойчивый, скоропреходящий характер. С 22 марта по 22 апреля солнечное склонение возрастает примерно на 12º, в следующий месяц его рост замедляется до 8º, а вблизи солнцестояний увеличивается всего на 3º. Поэтому расчеты на дни начала (окончания) нормативных периодов мало характеризуют инсоляцию.

Приведенная на рис.1,а аналемма составляет астрономическую основу построения теней.

Развернем истинный горизонт на плоскость меридиана и спроецируем на его круг точки V1 и V2 заката Солнца. По направлениям OV и OV" тени от гномона уйдут в бесконечность и, следовательно, совпадут с направлениями асимптот гиперболы. В горизонтальной плоскости AT (рис.1,б) проведем полуденную линию и спроецируем на нее вершины A и B гиперболы, гномон Z"" и точку T" пересечения оси мира с плоскостью AT . Разделим ось AB гиперболы пополам и через ее центр O" проведем ее асимптоты O"m и O"n . Восстановим из вершин A и B перпендикуляры до пересечения с асимптотами и радиусом O"D опишем вокруг прямоугольника ADD"B полуокружность, которая пересечется с полуденной линией в фокусах F1 и F2 гиперболы.

Построим правую (летнюю) ветвь гиперболы исходя из ее определения, как геометрического места точек, разность расстояний которых от двух заданных точек - фокусов F1 и F2 есть величина постоянная и равная 2a . Выберем для этого произвольную точку M1 на оси гиперболы за фокусом F2 и радиусом r1 , равным удалению AM1 точки M1 от ближайшей вершины A гиперболы, из фокуса F2 проведем дугу окружности вблизи асимптоты. Затем, радиусом R1 , равным расстоянию BM1 точки M1 от удаленной вершины B гиперболы, из фокуса F1 проведем вторую дугу. Точка пересечения дуг по определению принадлежит искомой ветви гиперболы. Выбирая с необходимой градацией последующие точки M2 , M3 ,... и т.д. и аналогично повторяя дуговые засечки радиусами r2 и R2 ,... и т.д. можно построить точки и соединить их кривой с любой требуемой точностью. Левая (зимняя - 22 декабря) ветвь гиперболы будет симметрична построенной.

Для определения азимутов направления тени от гномона построим часовые линии - следы пересечения часовых плоскостей с горизонтальной плоскостью. Для этого спроецируем НС в направлении оси мира на горизонтальную плоскость GZ и определим большую полуось r эллипса, образованного пересечением проецирующего НС цилиндра с этой плоскостью. Построим на ней (см. рис.1,в) точки эллипса, зафиксированные через равные промежутки времени так, как это было сделано ранее при построении инсографика для дней равноденствия , и проведем через них часовые линии.

Перенесем полученные на рис.1,в часовые линии на рис.1,б так, чтобы точка T совместилась со следом оси мира T" на полуденной линии. Тогда точки пересечения часовых линий с траекториями движения тени будут положениями тени от вершины гномона в указанные на часовых линиях моменты времени. Соединив эти точки с основанием Z"" гномона, получим его тени в три характерных дня года на данной широте. Графическое построение теней наглядно демонстрирует, что скорость азимутального перемещения тени возрастает с увеличением склонения Солнца. Поэтому продолжительность инсоляции помещений и территорий через просветы между затеняющими зданиями уменьшается от дней начала (окончания) нормативного периода к его середине - летнему солнцестоянию.

В силу симметрии солнечного конуса относительно его вершины, повернутые на 180º тени от гномона превращаются в горизонталь с превышением над расчетной точкой Z"" , равным высоте гномона, и в азимутальные линии инсографика. Для построения промежуточных горизонталей отрезки азимутальных линий разной длины следует поделить на равное количество участков и соединить их границы подобными гиперболами так, как это показано на рис.3.

На рис.1 и 3 азимутальные линии построены через равные промежутки неравномерного истинного солнечного времени , не совпадающего со среднем временем , которое показывают наши часы. Продолжительность средних суток может примерно на 1 минуту отличаться от истинных суток, а построенные в среднем времени азимутальные линии в зависимости от дня года могут быть асимметрично смещены относительно полуденной линии в пределах ±14-16 минут. Расчетная продолжительность инсоляции не зависит от того, в каком времени построены инсографики. поэтому усложнять расчеты инсоляции учетом среднего и поясного времени нецелесообразно.

Приведенный на рис.1. способ построения инсографиков довольно трудоемок. В северной зоне РФ вершина зимней ветви гиперболы по мере приближения к полярному кругу (φ = 66,55º) устремляется в бесконечность, что затрудняет реализацию этого способа. На полярном круге 22 июня траектория тени превращается в параболу, а при φ > 66,55º - в эллипс. Поэтому для практического построения инсографиков на северных широтах приходится пользоваться более простым и универсальным, но менее точным способом, показанным на рис.2. Введенная выше терминология и подробно рассмотренные закономерности видимого движения Солнца и изменения теней позволяют изложить его более кратко.

Развернем малый круг E1 E" солнечной параллели в день летнего солнцестояния на плоскость чертежа, перенесем на него точку захода и разделим дневную часть круга на 15-градусные часовые отрезки. Спроецируем их на параллель и через вершину конуса O проведем его часовые сечения, проходящие через ось мира, до пересечения с горизонтальной плоскостью. На плане проведем полуденную линию с основанием Z"" гномона и следом оси мира T" . Построим аналогично рис.1,в сходящиеся в T" часовые линии и через точки их пересечения с соответствующими часовыми сечениями конуса проведем траекторию изменения тени от вершины гномона и его полные тени, сходящиеся в основании Z"" . Для построения инсографика на 22 апреля (августа) склонение параллели следует принять равным 11,72°. В южной зоне РФ инсографики на 22 февраля (октября) лучше строить первым способом, который обеспечивает более высокую точность построения гипербол.

Построение графиков в ArchiCAD и AutoCAD может значительно повысить их точность и облегчить работу, которая, однако, останется довольно кропотливой и рутинной. Показанные на рис.3 инсографики построены модулем InsoGraph, разработанным 10 лет назад для отладки программы Lara. Наша программа практически мгновенно рассчитывает годовой режим инсоляции помещений и территорий наиболее рациональным и наглядным методом центрального проецирования.

Недавно (26.07.2008 г.) компания Autodesk® приобрела американскую программу Ecotect™, которая использует аналогичный метод расчета годового режима инсоляции, но значительно уступает нашей программе по удобству и наглядности интерфейса, разработанного для специфических потребностей российской проектной практики. Пользователи, знакомые с американской программой, могут самостоятельно убедиться в этом на показанном на рис.4, 5 примере графического представления результатов расчета, выдаваемых научной версией программы Lara. Пояснения к рисункам даны в ранее опубликованной статье .

К сожалению, разработанная 10 лет назад российская Lara так и осталась в научной версии, недоступной проектировщикам. В нашей художественной галерее выставлены документальные автопортреты чиновников, сорвавших ее доработку до коммерческой версии. Вы можете выразить свое мнение об этих шедеврах чиновного творчества в книге отзывов художественной галереи. А пока-что, господа, стройте инсографики и считайте вручную, как это предписывает СанПиН. Мы сочувствуем вам и, как видите, стараемся помочь в меру своих знаний, опыта и возможностей.

В ходе дискуссии в журнале «Светотехника» (2006, №1, стр.61) разработчик раздела 7 СанПиН, заведующий лабораторией естественного освещения НИИ строительной физики РААСН к.т.н. В.А.Земцов разъяснил, что в этом разделе «показан общий подход к расчету продолжительности инсоляции, и он не является в полном смысле методикой. Тем более это касается приложения, где изображены схемы определения расчетной точки для окон, окон с балконами, окон с лоджией, окон с прилегающей стеной. Санитарные нормы не ставили своей целью разрабатывать методы расчета продолжительности инсоляции». О том, что показанный им «общий подход» основан на искажении содержания п.11 Санитарных норм СН 2605-82 (статья 292 УК РФ «Служебный подлог») и противоречит школьному принципу необходимости и достаточности условий выполнения норм, В.А.Земцов скромно умолчал. В заключение дискуссии редколлегия журнала «Светотехника» (2006, №3, стр.66) потребовала «скорейшей замены ошибочного раздела 7 СанПиН кратким пунктом, предписывающим производить расчетную проверку выполнения нормативных требований раздела 2 СанПиН на день начала нормативного периода и день летнего солнцестояния (22 июня)» и предложила «на время перехода к точным компьютерным расчетам годового режима инсоляции... разработать и издать «Методические указания по расчету инсоляции». С тех пор прошло почти три года, исправлять ошибки никто не торопится.

Нас беспокоит будущее российских городов, которое не обещает быть солнечным и светлым. Не дожидаясь «Методических указаний...», мы постараемся по возможности скорее дать в следующей статье рекомендации по ручному расчету инсоляции методом проекций с числовыми отметками.

Д.Бахарев

Климатические особенности Земли определяются в основном величиной поступающей солнечной радиации на ее поверхность, особенностями атмосферной циркуляции. Количество солнечной радиации, поступающей на Землю, зависит от географической широты.

Солнечная радиация

Солнечная радиация - вся совокупность солнечного излучения, поступающего на поверхность Земли. Кроме видимого солнечного света, она включает невидимые ультрафиолетовое и инфракрасное излучения. В атмосфере солнечная радиация частично поглощается, частично рассеивается облаками. Различают прямую и рассеянную солнечную радиацию. Прямая солнечная радиация - солнечная радиация, доходящая до земной поверхности в виде параллельных лучей, исходящих непосредственно от Солнца. Рассеянная солнечная радиация - часть прямой солнечной радиации, рассеянной молекулами газов, поступающая на земную поверхность от всего небесного свода. В пасмурные дни рассеянная радиация является единственным источником энергии в приземных слоях атмосферы. Суммарная солнечная радиация включает прямую и рассеянную солнечную радиацию и достигает поверхности Земли.

Солнечная радиация - это важнейший источник энергии атмосферных процессов - формирования погоды и климата, источник жизни на Земле. Под влиянием солнечной радиации нагревается земная поверхность, а от нее - атмосфера, испаряется влага, происходит круговорот воды в природе.

Земная поверхность, поглощая солнечную радиацию (поглощенная радиация), нагревается и сама излучает тепло в атмосферу. Поглощенная земной поверхностью радиация расходуется на нагрев почвы, воздуха, воды. Нижние слои атмосферы в значительной мере задерживают земное излучение. Основную часть поступающей на земную поверхность радиации поглощает пашня (до 90 %), хвойный лес (до 80 %). Часть солнечной радиации отражается от поверхности (отраженная радиация). Наибольшей отражательной способностью обладают свежевыпавший снег, поверхность водоемов, песчаная пустыня.

Распределение солнечной радиации на Земле зонально. Она убывает от экватора к полюсам в соответствии с уменьшением угла падения солнечных лучей на земную поверхность. На поступление солнечной радиации на поверхность Земли влияют также облачность, прозрачность атмосферы.

Материки по сравнению с океанами получают больше солнечной радиации благодаря меньшей (на 15-30 %) облачности над ними. В Северном полушарии, где основная часть Земли занята материками, суммарная радиация выше, нежели в Южном океаническом полушарии. В Антарктиде, где чистый воздух и высокая прозрачность атмосферы, поступает большое количество прямой солнечной радиации. Однако из-за высокой отражательной способности поверхности Антарктиды температура воздуха отрицательная.

Тепловые пояса

В зависимости от количества солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли, на земном шаре выделяют 7 тепловых поясов: жаркий, два умеренных, два холодных и два пояса вечного мороза. Границами тепловых поясов являются изотермы. Жаркий пояс с севера и юга ограничен средними годовыми изотермами +20 °С (рис. 9). Два умеренных пояса к северу и югу от жаркого пояса ограничены со стороны экватора средней годовой изотермой +20 °С, а со стороны высоких широт - изотермой +10 °С (средней температурой воздуха самых теплых месяцев - июля в Северном и января в Южном полушариях). Северная граница совпадает примерно с границей распространения лесов. Два холодных пояса к северу и югу от умеренного пояса в Северном и Южном полушариях лежат между изотермами +10 °С и 0 °С самого теплого месяца. Два пояса вечного мороза ограничены изотермой 0 °С самого теплого месяца от холодных поясов. Царство вечных снегов и льдов простирается к Северному и Южному полюсам.

Распределение температуры воздуха на Земле

Так же как и солнечная радиация, температура воздуха на Земле изменяется зонально от экватора к полюсам. Эту закономерность наглядно отражают карты распределения изотерм самого теплого (июля - в Северном полушарии, января - в Южном) и самого холодного (января - в Северном полушарии, июля - в Южном) месяцев в году. Самой «теплой» параллелью является 10° с. ш. - термический экватор, где средняя температура воздуха +28 °С. Летом он смещается к 20° с. ш., зимой приближается к 5° с. ш. Большая часть суши находится в Северном полушарии, соответственно термический экватор сдвигается к северу.

Температура воздуха на всех параллелях Северного полушария выше, чем на аналогичных параллелях Южного полушария. Средняя годовая температура в Северном полушарии составляет +15,2 °С, а в Южном полушарии - +13,2 °С. Это связано с тем, что в Южном полушарии океан занимает большую площадь, и, следовательно, больше тепла тратится на испарение с его поверхности. Кроме того, охлаждающее влияние на Южное полушарие оказывает материк Антарктида, покрытый вечными льдами.

Средняя годовая температура в Арктике на 10-14 °С выше, чем в Антарктиде. Это в значительной степени определяется тем, что Антарктида покрыта обширным ледниковым панцирем, а большая часть Арктики представлена Северным Ледовитым океаном, куда проникают теплые течения из более низких широт. Например, отепляющее влияние на Северный Ледовитый океан оказывает Норвежское течение.

По обе стороны экватора располагаются экваториальные и тропические широты, где средняя температура зимой и летом очень высокая. Над океанами изотермы распределяются равномерно, почти совпадают с параллелями. У побережий материков они сильно искривляются. Это объясняется неодинаковым нагреванием суши и океана. Кроме того, на температуру воздуха у побережий оказывают влияние теплые и холодные течения, преобладающие ветры. Особенно это заметно в Северном полушарии, где расположена большая часть суши. (Проследите распределение температур по тепловым поясам с помощью атласа.)

В Южном полушарии распределение температур более равномерно. Однако здесь есть свои горячие области - пустыня Калахари и Центральная Австралия, где температура января поднимается выше +45 °С, а июля падает до –5 °С. Полюсом холода является Антарктида, где был зафиксирован абсолютный минимум –91,2 °С.

Годовой ход температуры воздуха обусловлен ходом солнечной радиации и зависит от географической широты. В умеренных широтах максимум температур воздуха наблюдается в июле в Северном полушарии, в январе - в Южном, а минимум - в январе в Северном полушарии, в июле - в Южном. Над океаном максимумы и минимумы запаздывают на месяц. Годовая амплитуда температур воздуха возрастает с широтой местности. Наибольших значений она достигает на континентах, значительно меньших - над океанами, на морских побережьях. Самая маленькая годовая амплитуда температур воздуха (2 °С) наблюдается в экваториальных широтах. Самая большая (более 60 °С) - в субарктических широтах на материках.

Количество солнечной радиации, поступающей на Землю, зависит от угла падения солнечных лучей, облачности и прозрачности атмосферы. Так же как и солнечная радиация, температура воздуха на Земле распределяется зонально и понижается от экватора к полюсам.

Яркое светило припекает нас горячими лучами и заставляет задуматься о значении радиации в нашей жизни, ее пользе и вреде. Что же такое солнечная радиация? Урок школьной физики предлагает нам для начала ознакомиться с понятием электромагнитной радиации в целом. Этим термином обозначают еще одну форму материи - отличную от вещества. Сюда относится и видимый свет, и спектр, не воспринимаемый глазом. То есть рентгеновские лучи, гамма-лучи, ультрафиолетовые и инфракрасные.

Электромагнитные волны

При наличии источника-излучателя радиации ее электромагнитные волны распространяются во всех направлениях со скоростью света. Эти волны, как любые другие, имеют определенные характеристики. К ним относятся частота колебаний и длина волны. Свойством испускать радиацию обладают любые тела, чья температура отличается от абсолютного нуля.

Солнце - основной и мощнейший источник радиации вблизи нашей планеты. В свою очередь, Земля (ее атмосфера и поверхность) и сама излучает радиацию, но в другом диапазоне. Наблюдение за температурными условиями на планете в течение длительных промежутков времени породило гипотезу о равновесии количества тепла, получаемого от Солнца и отдаваемого в космическое пространство.

Радиация солнца: спектральный состав

Абсолютное большинство (около 99%) солнечной энергии в спектре лежит в интервале длин волн от 0,1 до 4 мкм. Оставшийся 1% - лучи большей и меньшей длины, включая радиоволны и рентгеновское излучение. Около половины лучистой энергии солнца приходится на тот спектр, который мы воспринимаем взглядом, примерно 44% - на инфракрасное излучение, 9% - на ультрафиолетовое. Откуда нам известно, как делится солнечная радиация? Расчет ее распределения возможен благодаря исследованиям с космических спутников.

Есть вещества, способные приходить в особое состояние и излучать дополнительную радиацию другого волнового диапазона. К примеру, встречается свечение при низких температурах, не характерных для испускания света данным веществом. Данный вид радиации, получивший название люминесцентной, не поддается обычным принципам теплового излучения.

Явление люминесценции происходит после поглощения веществом некоторого количества энергии и перехода в другое состояние (т. н. возбужденное), более энергетически высокое, чем при собственной температуре вещества. Люминесценция появляется при обратном переходе - из возбужденного в привычное состояние. В природе мы можем наблюдать ее в виде ночных свечений неба и полярного сияния.

Наше светило

Энергия солнечных лучей - почти единственный источник тепла для нашей планеты. Собственная радиация, идущая из ее глубин к поверхности, имеет интенсивность, меньшую примерно в 5 тысяч раз. При этом видимый свет - один из важнейших факторов жизни на планете - лишь часть солнечной радиации.

Энергия солнечных лучей переходит в тепло меньшей частью - в атмосфере, большей - на поверхности Земли. Там она расходуется на нагревание воды и почвы (верхних слоев), которые затем отдают тепло воздуху. Будучи нагретыми, атмосфера и земная поверхность, в свою очередь, испускают инфракрасные лучи в космос, при этом охлаждаясь.

Солнечная радиация: определение

Ту радиацию, которая идет к поверхности нашей планеты непосредственно от солнечного диска, принято именовать прямой солнечной радиацией. Солнце распространяет ее во всех направлениях. С учетом огромного расстояния от Земли до Солнца, прямая солнечная радиация в любой точке земной поверхности может быть представлена как пучок параллельных лучей, источник которых - практически в бесконечности. Площадь, расположенная перпендикулярно лучам солнечного света, получает, таким образом, ее наибольшее количество.

Плотность потока радиации (или энергетическая освещенность) служит мерой ее количества, падающего на определенную поверхность. Это объем лучистой энергии, попадающей в единицу времени на единицу площади. Измеряется данная величина - энергетическая освещенность - в Вт/м 2 . Наша Земля, как всем известно, обращается вокруг Солнца по эллипсоидной орбите. Солнце находится в одном из фокусов данного эллипса. Поэтому ежегодно в определенное время (в начале января) Земля занимает положение ближе всего к Солнцу и в другое (в начале июля) - дальше всего от него. При этом величина энергетической освещенности меняется в обратной пропорции относительно квадрата расстояния до светила.

Куда девается дошедшая до Земли солнечная радиация? Виды ее определяются множеством факторов. В зависимости от географической широты, влажности, облачности, часть ее рассеивается в атмосфере, часть поглощается, но большинство все же достигает поверхности планеты. При этом незначительное количество отражается, а основное - поглощается земной поверхностью, под действием чего та подвергается нагреванию. Рассеянная же солнечная радиация частично также попадает на земную поверхность, частично ею поглощается и частично отражается. Остаток ее уходит в космическое пространство.

Как происходит распределение

Однородна ли солнечная радиация? Виды ее после всех "потерь" в атмосфере могут различаться по своему спектральному составу. Ведь лучи с различными длинами и рассеиваются, и поглощаются по-разному. В среднем атмосферой поглощается около 23% ее первоначального количества. Примерно 26% всего потока превращается в рассеянную радиацию, 2/3 которой попадает затем на Землю. В сущности, это уже другой вид радиации, отличный от первоначального. Рассеянная радиация посылается на Землю не диском Солнца, а небесным сводом. Она имеет другой спектральный состав.

Поглощает радиацию главным образом озон - видимый спектр, и ультрафиолетовые лучи. Излучение инфракрасного диапазона поглощается углекислым газом (диоксидом углерода), которого, кстати, в атмосфере очень немного.

Рассеяние радиации, ослабляющее ее, происходит для любых длин волн спектра. В процессе его частицы, попадая под электромагнитное воздействие, перераспределяют энергию падающей волны во всех направлениях. То есть частицы служат точечными источниками энергии.

Дневной свет

Вследствие рассеяния свет, идущий от солнца, при прохождении слоев атмосфер изменяет цвет. Практическое значение рассеяния - в создании дневного света. Если бы Земля была лишена атмосферы, освещение существовало бы лишь в местах попадания прямых или отраженных поверхностью лучей солнца. То есть атмосфера - источник освещения днем. Благодаря ей светло и в местах, недоступных прямым лучам, и тогда, когда солнце скрывается за тучами. Именно рассеяние придает воздуху цвет - мы видим небо голубым.

А от чего зависит солнечная радиация еще? Не следует сбрасывать со счетов и фактор мутности. Ведь ослабление радиации происходит двумя путями - собственно атмосферой и водяным паром, а также различными примесями. Уровень запыленности возрастает летом (как и содержание в атмосфере водяного пара).

Суммарная радиация

Под ней подразумевается общее количество радиации, падающей на земную поверхность, - и прямой, и рассеянной. Суммарная солнечная радиация уменьшается при облачной погоде.

По этой причине летом суммарная радиация в среднем выше до полудня, чем после него. А в первом полугодии - больше, чем во втором.

Что происходит с суммарной радиацией на земной поверхности? Попадая туда, она в большинстве своем поглощается верхним слоем почвы или воды и превращается в тепло, часть ее при этом отражается. Степень отражения зависит от характера земной поверхности. Показатель, выражающий процентное отношение отраженной солнечной радиации к общему ее количеству, попадающему на поверхность, именуют альбедо поверхности.

Под понятием собственного излучения земной поверхности понимают длинноволновую радиацию, излучаемую растительностью, снежным покровом, верхними слоями воды и почвы. Радиационным балансом поверхности именуют разность между ее поглощенным количеством и излучаемым.

Эффективное излучение

Доказано, что встречное излучение практически всегда меньше, чем земное. Из-за этого поверхность земли несет тепловые потери. Разность величин собственного излучения поверхности и атмосферного получило название эффективного излучения. Это фактически чистая потеря энергии и как результат - тепла ночью.

Существует оно и в дневные часы. Но в течение дня частично компенсируется или даже перекрывается поглощенной радиацией. Поэтому поверхность земли теплее днем, чем ночью.

О географическом распределении радиации

Солнечная радиация на Земле в течение года распределяется неравномерно. Ее распределение несет зональный характер, причем изолинии (соединяющие точки одинаковых значений) радиационного потока вовсе не идентичны широтным кругам. Такое несоответствие вызвано различными уровнями облачности и прозрачности атмосферы в разных районах Земного шара.

Наибольшее значение суммарная солнечная радиация в течение года имеет в субтропических пустынях с малооблачной атмосферой. Гораздо меньше оно в лесных областях экваториального пояса. Причина этого - повышенная облачность. По направлению к обоим полюсам этот показатель убывает. Но в районе полюсов возрастает заново - в северном полушарии меньше, в районе снежной и малооблачной Антарктиды - больше. Над поверхностью океанов в среднем солнечная радиация меньше, чем над материками.

Почти повсюду на Земле поверхность имеет положительный радиационный баланс, то есть за одно и то же время приток радиации больше эффективного излучения. Исключение составляют области Антарктиды и Гренландии с их ледяными плато.

Грозит ли нам глобальное потепление?

Но вышесказанное не означает ежегодного потепления земной поверхности. Излишек поглощенной радиации компенсируется утечкой тепла с поверхности в атмосферу, что происходит при изменениях фазы воды (испарении, конденсации в виде облаков).

Таким образом, радиационного равновесия как такового на поверхности Земли не существует. Зато имеет место тепловое равновесие - поступление и убыль тепла уравновешивается разными путями, в том числе радиационным.

Распределение баланса по карте

В одних и тех же широтах Земного шара радиационный баланс больше на поверхности океана, чем над сушей. Объяснить это можно тем, что слой, поглощающий радиацию, в океанах имеет большую толщину, в то же время эффективное излучение там меньше из-за холода морской поверхности по сравнению с сушей.

Значительные колебания амплитуды распределения его наблюдаются в пустынях. Баланс там ниже из-за высокого эффективного излучения в условиях сухого воздуха и малой облачности. В меньшей степени он понижен в районах муссонного климата. В теплый сезон облачность там повышена, а поглощенная солнечная радиация меньше, чем в других районах той же широты.

Конечно же, главный фактор, от которого зависит среднегодовое солнечное излучение, это широта того или иного района. Рекордные "порции" ультрафиолета достаются странам, расположенным вблизи экватора. Это Северо-Восточная Африка, ее восточное побережье, Аравийский полуостров, север и запад Австралии, часть островов Индонезии, западная часть побережья Южной Америки.

В Европе самую большую дозу как света, так и радиации принимают на себя Турция, юг Испании, Сицилия, Сардиния, острова Греции, побережье Франции (южная часть), а также часть областей Италии, Кипр и Крит.

А как у нас?

Солнечная суммарная радиация в России распределена, на первый взгляд, неожиданно. На территории нашей страны, как ни странно, вовсе не черноморские курорты держат пальму первенства. Самые большие дозы солнечного излучения приходятся на территории, пограничные с Китаем, и Северную Землю. В целом солнечная радиация в России особой интенсивностью не отличается, что вполне объясняется нашим северным географическим положением. Минимальное количество солнечного света достается северо-западному региону - Санкт-Петербургу вместе с прилегающими районами.

Солнечная радиация в России уступает показателям Украины. Там больше всего ультрафиолета достается Крыму и территориям за Дунаем, на втором месте - Карпаты с южными областями Украины.

Суммарная (к ней относится и прямая, и рассеянная) солнечная радиация, попадающая на горизонтальную поверхность, приводится по месяцам в специально разработанных таблицах для разных территорий и измеряется в МДж/м 2 . Например, солнечная радиация в Москве имеет показатели от 31-58 в зимние месяцы до 568-615 летом.

О солнечной инсоляции

Инсоляция, или объем полезного излучения, падающего на освещаемую солнцем поверхность, значительно варьируется в разных географических точках. Годовая инсоляция рассчитывается на один квадратный метр в мегаваттах. Например, в Москве эта величина - 1,01, в Архангельске - 0,85, в Астрахани - 1,38 МВт.

При определении ее нужно учитывать такие факторы, как время года (зимой ниже освещенность и долгота дня), характер местности (горы могут загораживать солнце), характерные для данной местности погодные условия - туман, частые дожди и облачность. Световоспринимающая плоскость может быть ориентирована вертикально, горизонтально или под наклоном. Количество инсоляции, как и распределение солнечной радиации в России, представляет собой данные, сгруппированные в таблицу по городам и областям с указанием географической широты.