Promieniowanie Słońca,

Ziemi i atmosfery

Ćwiczenie 1

Paweł Bogawski

Co trzeba wiedzieć?

Rodzaje promieniowania, podział spektrum widma
słonecznego

Osłabienie promieniowania słonecznego w atmosferze –
wzór Bougera

Określenie ilości energii padającej na powierzchnię
prostopadłą i poziomą

Równanie bilansu energii powierzchni czynnej

Albedo

Prawo Wiena

Prawo Stefana-Boltzmanna

Rozkład promieniowania na kuli Ziemskiej

Usłonecznienie a nasłonecznienie

Nazwy przyrządów pomiarowych

Promieniowanie

Strumień cząstek lub fal wysyłanych przez ciało.

Także proces przemieszczania się fal lub cząstek
przez ośrodek lub przestrzeń.

Promieniowanie słoneczne – strumień cząstek
elementarnych i fal elektromagnetycznych
docierających ze Słońca do Ziemi. Ilość
promieniowania docierającego do górnej granicy
atmosfery wynosi 1370 W/m

2

. Jest to tzw. stała

słoneczna.

Rozkład promieniowania słonecznego

Ok. 98%

Rodzaje
promieniowania

Promieniowanie

Bezpośrednie

Rozproszone

Odbite

Całkowite

Efektywne

Osłabienie
promieniowania
(ekstynkcja)

Pochłanianie

Odbicie

Rozpraszanie

m

p

I

S

⋅

=

0

'

Wzór Bouguera:

S’- napromieniowanie, ilość energii padającej na
powierzchnię prostopadłą do kierunku padania
promieni słonecznych

I

0

– stała słoneczna (1370 W/m

2

)

p – współczynnik przezroczystości atmosfery

m – ilość „mas” optycznych atmosfery

Ilość energii padającej na
powierzchnię poziomą

sinh

0

⋅

⋅

=

m

p

I

S

S – napromieniowanie, ilość energii padającej na powierzchnię poziomą

I

0

– stała słoneczna (1370 W/m

2

)

p – współczynnik przezroczystości atmosfery

(w Polsce średnio 0,75 latem do 0,85 zimą)

m – ilość mas optycznych atmosfery

h – kąt padania promieni słonecznych

h

90°

60°

30°

10°

5°

1°

0°

m

1

1,2

2

5,6

10,4

27

35,4

Równanie bilansu energii
powierzchni czynnej

0

=

±

±

±

G

A

LE

Q

l

Q

R

T

Q

−

−

=

a

g

l

I

I

Q

−

=

Q – promieniowanie całkowite

LE – straty ciepła na parowanie

A – wymiana ciepła między Ziemią a atmosferą

G – wymiana ciepła między powierzchnią a głębszymi
warstwami gruntu

Albedo

T

R

=

α

α −

albedo

R – ilość promieniowania odbitego

T – ilość promieniowania padającego

Im ciemniejsza powierzchnia tym mniejsze
albedo. Im bardziej uwilgotniona powierzchnia
tym z reguły mniejsze albedo.

Prawo Stefana-Boltzmanna

4

T

Z

⋅

∂

=

Z – zdolność emisyjna ciała doskonale czarnego

δ

– stała Stefana – Boltzmanna = 5,669*10

-8

W/m

2

*K

4

W przypadku, gdy ciało nie jest doskonale czarne,
stosuje się po prawej stronie równania współczynnik a,
które jest zdolnością absorpcyjną tego ciała

Prawo Wiena

const

T

=

⋅

max

λ

λ

max

- długość fali

odpowiadająca maksymalnej
zdolności emisyjnej ciała
doskonale czarnego

T - temperatura

Rozkład promieniowania na kuli Ziemskiej
[kWh/m

2

]

Usłonecznienie a
nasłonecznienie

Nasłonecznienie [W/m

2

]– średnia moc

promieniowania przypadająca na jednostkę
powierzchni, inaczej insolacja.

Usłonecznienie [h] – liczba godzin, podczas
których do powierzchni Ziemi dociera
promieniowanie słoneczne bezpośrednie.

Rodzaje:

u. możliwe – maksymalny czas trwania, równe długości dnia,
skorygowane o czas przesłonięcia horyzontu przez przeszkody
terenowe

u. rzeczywiste – rzeczywista liczba godzin ze słońcem.

u. względne – stosunek usłonecznienienia rzeczywistego do
możliwego.

Przyrządy pomiarowe

Heliograf
Campbell-
Stokesa

Solarymetr
Gorczyńskiego

Pyranometr