Солнечное излучение — Полезная информация — ВАРМА
Солнце постоянно излучает огромное количество энергии. Только часть его достигает Земли. Но даже эта часть солнечной энергии, попадающая на Землю в течение одного дня, может покрыть все потребности человечества в энергии на целый год. К сожалению, не вся эта энергия может быть использована. Часть солнечной энергии поглощается атмосферой или отражается обратно в космос.
Интенсивность солнечного света, которая достигает земли меняется в зависимости от времени суток, года, местоположения и погодных условий. Общее количество энергии, подсчитанное за день или за год, называется иррадиацией (или еще по-другому «приход солнечной радиации») и показывает, насколько мощным было солнечное излучение. Иррадиация измеряется в Вт*ч/м2 в день, или другой период.
Интенсивность солнечного излучения в свободном пространстве на удалении, равном среднему расстоянию между Землей и Солнцем, называется солнечной постоянной.
рис.1
На рис.1 показано спектральное распределение интенсивности солнечного излучения в различных условиях. Верхняя кривая (АМ0) соответствует солнечному спектру за пределами земной атмосферы (например, на борту космического корабля), т.е. при нулевой воздушной массе. Она аппроксимируется распределением интенсивности излучения абсолютно черного тела при температуре 5800 К. Кривые АМ1 и АМ2 иллюстрируют спектральное распределение солнечного излучения на поверхности Земли, когда Солнце в зените и при угле между Солнцем и зенитом 60°, соответственно.
При этом полная мощность излучения — соответственно порядка 925 и 691 Вт/м2. Средняя интенсивность излучения на Земле примерно совпадает с интенсивностью излучения при АМ=1,5 (Солнце — под углом 45° к горизонту) [1].Около поверхности Земли можно принять среднюю величину интенсивности солнечной радиации 635 Вт/м2. В очень ясный солнечный день эта величина колеблется от 950 Вт/м2 до 1220 Вт/м2. Среднее значение — примерно 1000 Вт/м2 [860 ккал/(м2ч)]. Пример: Интенсивность полного излучения в Цюрихе (47°30′ с. ш., 400 м над уровнем моря) на поверхности, перпендикулярной излучению:1 мая 12 ч 00 мин 1080 Вт/м2;21 декабря 12 ч 00 мин 930 Вт/м2.
Для упрощения вычисления по приходу солнечной энергии, его обычно выражают в часах солнечного сияния с интенсивностью 1000 Вт/м
рис.2
Иррадиация меняется в течение дня и от места к месту, особенно в горных районах. Иррадиация меняется в среднем от 1000 кВт*ч/м2 в год для северо-европейских стран, до 2000-2500 кВт*ч/м2 в год для пустынь. Погодные условия и склонение солнца (которое зависит от широты местности), также приводит к различиям в приходе солнечной радиации.
Пример
Яркое солнце светит с интенсивностью 1000 Вт/м2 на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам. За 1 час на 1 м 2 падает 1 кВт*ч энергии (энергия равна произведению мощности на время). Аналогично, средний приход солнечной радиации в 5 кВт*ч/м2 в течение дня соответствует 5 пиковым часам солнечного сияния в день. Не путайте пиковые часы с реальной длительностью светового дня. За световой день солнце светит с разной интенсивностью, но в сумме она дает такое же количество энергии, как если бы оно светило 5 часов с максимальной интенсивностью. Именно пиковые часы солнечного сияния используются в расчетах солнечных энергетических установок.
СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ на поверхности земли
Солнечное излучение
Поделиться ссылкой на статью
Обновлено 22 сентября, 2021
Опубликовано авторомИнтенсивность солнечного света, которая достигает земли меняется в зависимости от времени суток, года, местоположения и погодных условий. Общее количество энергии, подсчитанное за день или за год, называется иррадиацией (или еще по-другому «приход солнечной радиации») и показывает, насколько мощным было солнечное излучение. Иррадиация измеряется в Вт*ч/м² в день, или другой период.
Интенсивность солнечного излучения в свободном пространстве на удалении, равном среднему расстоянию между Землей и Солнцем, называется солнечной постоянной. Ее величина — 1353 Вт/м². При прохождении через атмосферу солнечный свет ослабляется в основном из-за поглощения инфракрасного излучения парами воды, ультрафиолетового излучения — озоном и рассеяния излучения частицами атмосферной пыли и аэрозолями. Показатель атмосферного влияния на интенсивность солнечного излучения, доходящего до земной поверхности, называется «воздушной массой» (АМ). АМ определяется как секанс угла между Солнцем и зенитом.
На рис.1 показано спектральное распределение интенсивности солнечного излучения в различных условиях. Верхняя кривая (АМ0) соответствует солнечному спектру за пределами земной атмосферы (например, на борту космического корабля), т.е. при нулевой воздушной массе. Она аппроксимируется распределением интенсивности излучения абсолютно черного тела при температуре 5800 К. Кривые АМ1 и АМ2 иллюстрируют спектральное распределение солнечного излучения на поверхности Земли, когда Солнце в зените и при угле между Солнцем и зенитом 60°, соответственно. При этом полная мощность излучения — соответственно порядка 925 и 691 Вт/м². Средняя интенсивность излучения на Земле примерно совпадает с интенсивностью излучения при АМ=1,5 (Солнце — под углом 45° к горизонту) [1]. Около поверхности Земли можно принять среднюю величину интенсивности солнечной радиации 635 Вт/м². В очень ясный солнечный день эта величина колеблется от 950 Вт/м² до 1220 Вт/м². Среднее значение — примерно 1000 Вт/м² [860 ккал/(м²ч)]. Пример: Интенсивность полного излучения в Цюрихе (47°30′ с. ш., 400 м над уровнем моря) на поверхности, перпендикулярной излучению:1 мая 12 ч 00 мин 1080 Вт/м²;21 декабря 12 ч 00 мин 930 Вт/м².Для упрощения вычисления по приходу солнечной энергии, его обычно выражают в часах солнечного сияния с интенсивностью 1000 Вт/м². Т.е. 1 час соответствует приходу солнечной радиации в 1000 Вт*ч/м². Это примерно соответствует периоду, когда солнце светит летом в середине солнечного безоблачного дня на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам.
Пример
Яркое солнце светит с интенсивностью 1000 Вт/м² на поверхность, перпендикулярную солнечным лучам. За 1 час на 1 м² падает 1 кВт*ч энергии (энергия равна произведению мощности на время). Аналогично, средний приход солнечной радиации в 5 кВт*ч/м² в течение дня соответствует 5 пиковым часам солнечного сияния в день.
Приход солнечной радиации меняется в течение дня и от места к месту, особенно в горных районах. Иррадиация меняется в среднем от 1000 кВт*ч/м² в год для северо-европейских стран, до 2000-2500 кВт*ч/м² в год для пустынь. Погодные условия и склонение солнца (которое зависит от широты местности), также приводит к различиям в приходе солнечной радиации.
В России, вопреки распространённому мнению, очень много мест, где выгодно преобразовывать солнечную энергию в электроэнергию при помощи солнечных батарей. Ниже приведена карта ресурсов солнечной энергии в России. Как видим, на большей части России можно успешно использовать солнечные батареи в сезонном режиме, а в районах с числом часов солнечного сияния более 2000 часов/год — круглый год.
Особенно выгодно применение солнечных батарей там, где нет централизованных электрических сетей и энергообеспечение обеспечивается за счет дизель-генераторов. А таких районов в России очень много.
Более того, даже там, где сети есть, использование работающих параллельно с сетью солнечных батарей позволяет значительно снизить расходы на электроэнергию. При существующей тенденции на повышении тарифов естественных энергетических монополий России, установки солнечных батарей становится умным вложением денег.
Ресурсы солнечной энергии РоссииЭта статья прочитана 50113 раз(а)!
Продолжить чтение
66
Классификация солнечных фотоэлектрических электростанций — Автономные, соединенные с сетью, резервные. Солнечные батареи в системах электроснабжения.60
Инверторы для фотоэлектрических систем Инверторы используются для преобразования постоянного тока от аккумуляторов или солнечных модулей в переменный ток, аналогичный тому, который присутствует в сетях централизованного электроснабжения. В системах электроснабжения с солнечными батареями применяются следующие типы инверторов: Сетевые фотоэлектрические инверторы В…54
Фотоэлектрические комплекты: Состав Для того, чтобы использовать солнечную энергию для питания ваших потребителей, одной солнечной батареи недостаточно. Кроме солнечной батареи нужно еще несколько составляющих. Типичный состав автономного фотоэлектрического комплекта следующий: фотоэлектрическая батарея контроллер заряда аккумуляторной батареи аккумуляторная батарея провода, коннекторы,…54
Как работают MPPT контроллеры? Что такое MPPT контроллеры, для чего они нужны и в чем их отличие от контроллеров с ШИМ описано по ссылке. На этой странице дана более подробная техническая информация Методы поиска точки максимальной мощности (ТММ) солнечной батареи…54
Солнечные фотоэлектрические модули с двойным стеклом Модули с двойным остеклением (double glass) Солнечные модули с двойным стеклом появились на рынке сравнительно недавно — 5-7 лет назад, но до недавнего времени они были дороже обычных модулей. В 2017 году они стали…54
Эффективность работы солнечных батарей и коллекторов зимой Солнечные батареи могут быть великолепной частью вашего дома. Они определённо позволяют экономить вам деньги в течение длительного срока и постоянно могут снижать ваши счета за электроэнергию. Мы все знаем, что солнечные батареи преобразуют…
ФИО | Должность | Квалификационная категория | Сертификат | Образование |
Ельцова Наталья Владимировна | Главный врач врач-дерматовенеролог | Высшая Дерматовенерология | Дерматовенерология 12.04.2019 0550270015119 | Высшее , 1998г. Нижегородская государственная медицинская академия
|
Хамицаева Ирина Романовна | Заведующий отделением Врач-дерматовенеролог | Высшая Дерматовенерология | Дерматовенерология 21. 12.2020 0550270022291 | Высшее, Московский государственный медико-стоматологический университет, 2000г. |
Борисова Татьяна Тимофеевна | Заведующий лабораторией Врач клинической лабораторной диагностики | Высшая Клиническая лаб. диагностика | Клиническая лабораторная диагностика 27.06.20170550270007479 | Высшее , 1998г. Московская медицинская академия имени И.М. Сеченова
|
Козлова Евгения Юрьевна | Врач-дерматовенеролог | Высшая Дерматовенерология | Дерматовенерология 16.02.2018 0550270010045 | Высшее , 1997г. Московский медицинский стоматологический институт |
Кириллова Наталья Ивановна | Врач-дерматовенеролог | Высшая Дерматовенерология | Дерматовенерология 10.02.2017 0177040056222 | Высшее , 1983г. 2-ой Московский государственный медицинский институт им. Н.И. Пирогова |
Климонтова Татьяна Владимировна | Врач-лаборант | Высшая Клиническая лаб. диагностика | Клиническая лабораторная диагностика 16.12.2019 1178270024845 | Высшее, 1994г. Кемеровский государственный университет |
Лямина Елена Владимировна | Врач-дерматовенеролог, кандидат медицинских наук | Высшая Дерматовенерология | Дерматовенерология 16.10.2020 0550270021262 | Высшее , 1996г. Тверская Государственная медицинская академия |
Самохвалова Елена Викторовна (отпуск по уходу за ребенком) | Врач-дерматовенеролог | б/к | Дерматовенерология 01.09.2017 0550270008008 | Высшее, ГБОУ ВПО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» МЗ РФ 2015г. |
Ситюков Юрий Павлович | Врач-дерматовенеролог | Высшая Дерматовенерология | Дерматовенерология 16.10.2020 0550270021267 | Высшее, 1-й Московский медицинский институт имени И.М. Сеченова, 1989г. |
Стафорова Ксения Николаевна | Врач-дерматовенеролог | б/к | Дерматовенерология 15. 06.2020 0550270020489 | Высшее, ГБОУ ВПО «Московский государственный медико-стоматологический университет им. А.И. Евдокимова, 2013г. |
Силакова Татьяна Александровна | Врач-дерматовенеролог | б/к | Дерматовенерология 27.03.2017 0146040012791 | Высшее, 2011г. ГБОУ ВПО «Курский государственный медицинский университет» МЗ и СР РФ |
Зайцев Максим Эдуардович | Врач-дерматовенеролог | б/к | Дерматовенерология 31.08.2018 0277040002754 | Высшее,2016г. ГБОУ ВПО «Первый Московский государственный медицинский университет им. И.М. Сеченова» МЗ РФ |
Царева Екатерина Дмитриевна | Врач-дерматовенеролог | Высшая Дерматовенерология | Дерматовенерология 09.04.2016 0377060177925 | Высшее , 2004г. ГОУ ВПО Российский государственный медицинский университет |
Рогова Мария Денисовна | Врач-дерматовенеролог | б/к | Дерматовенерология 27. 11.2020 332400063533 | Высшее, ФГБОУ ВО «Тульский государственный университет», 2018г. |
Муратова Екатерина Александровна | Врач-дерматовенеролог | б/к | Дерматовенерология 12.07.2021 772300188328 | Высшее, 2019г. ФГБОУ ВО «Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н.И. Пирогова» МЗ РФ 2019г. |
Филатенкова Виктория Петровна | Врач-лаборант | Высшая Клиническая лабораторная диагностика | Клиническая лабораторная диагностика 15.03.2019 0177241849270 | Высшее, Сибирский ордена Трудового Красного Знамени медицинский университет,1993г. |
Область солнечного излучения—Справка | ArcGIS for Desktop
Вычисление инсоляции может занимать значительный промежуток времени, для больших цифровых моделей рельефа (DEM) – до нескольких часов, а для очень больших – даже нескольких дней. Вы можете сделать ряд тестовых запусков с использованием меньшего разрешения или вырезав поднабор данных, чтобы убедиться, что вы указали корректные параметры, перед тем как запустить процесс получения данных в максимальном разрешении.
Выходные растры радиации всегда будут представлены числами с плавающей точкой и выражены в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). Растр продолжительности прямого излучения будет целочисленным, а единицами измерения его значений будут часы.
Широта изучаемой области (единицы измерения: десятичные градусы, значения положительные для северного полушария и отрицательные для южного полушария).
Методика анализа разработана только для ландшафтов локального уровня, поэтому рекомендуется для всей ЦМР использовать одно значение широты. Для больших наборов данных, например, штатов, стран или континентов, результаты инсоляции будут значительно различаться на разных широтах (отличающихся более, чем на 1 градус). Для анализа более обширных географических регионов, необходимо разделить изучаемую территорию на зоны с различными широтами.
Для многодневных моделей, максимальное количество дней может быть равно одному году (365 дней, или 366 для високосного года). Если дата первого дня превышает дату последнего дня, вычисления времени будут продолжены с переходом на следующий год.
Например, выражение [start day, end day] = [365, 31] подразумевает временной интервал с 31 декабря до 31 января следующего года. Например, когда параметр определен как [1, 2], в вычислениях будет использован период от первого дня с 0:00 часов (1 января) до 0:00 второго дня (2 января). Даты первого и последнего дня не могут совпадать.
Значение этого года для времени конфигурации используется для определения високосного года. Другого влияния на анализ солнечного излучения оно не имеет, поскольку анализ солнечного излучения является функцией временного периода, определенного днями Юлианского календаря.
Для однодневных моделей, максимальный диапазон времени составляет один день (24 часа). Вычисления не могут быть выполнены через дни (например, с 12:00 пополудни до 12:00 пополудни следующего дня). Начальное время должно быть меньше времени окончания.
Для однодневных конфигураций времени время начала и окончания вычислений отображается как солнечное время (единицы измерения: десятичные часы). Используйте диалог преобразования времени для перевода местного стандартного времени в солнечное время (в формате часы, минуты, секунды – (HMS). При преобразовании локального стандартного времени в солнечное, программа использует уравнение времени.
В тех случаях, когда z-значения поверхности выражены в единицах измерения, отличающихся от наземных единиц измерения x,y, для корректировки вычислений используют коэффициента по z. Чтобы получить правильные результаты, единицы z должны быть такими же, как у наземных единиц измерения x,y. Если единицы отличаются, используйте коэффициент z, чтобы преобразовать единицы z в единицы x,y. Например, если x,y-единицами измерения являются метры, а z-единицами – футы, то можно использовать z-коэффициент 0,3048 для преобразования футов в метры.
Рекомендуется использовать данные, представленные в системе координат проекции с единицами измерения – метрами. Если вы запустите анализ со сферической системой координат, то вам нужно будет задать соответствующий z-фактор для широты. Далее следует список некоторых подходящих z-факторов для использования, если единицы измерения ваших координат x,y – десятичные градусы, а единицы измерения по z – метры:
Latitude Z-factor 0 0.00000898 10 0.00000912 20 0.00000956 30 0.00001036 40 0.00001171 50 0.00001395 60 0.00001792 70 0.00002619 80 0.00005156
Широта изучаемой области (единицы измерения: десятичные градусы, значения положительные для северного полушария и отрицательные для южного полушария). Поскольку методика анализа солнечного излучения разработана для ландшафтов локального уровня, допускается использование одного значения широты для всей ЦМР. Для более обширных географических регионов, необходимо разделить изучаемую территорию на зоны с различными широтами.
Для входных растров поверхности, имеющих пространственную привязку, автоматически вычисляется средняя широта; в противном случае, значение широты по умолчанию будет равно 45 градусам. Если вы работаете с входным слоем, используется пространственная привязка фрейма данных.
Размер неба определяется разрешением растров видимости, карты неба и карты солнечного излучения, которые используются в вычислениях радиации (единицы измерения: ячейки на одну сторону) Это перевернутые полусферические растровые представления неба, которые не привязаны к географической системе координат. Эти растры представляют собой квадраты (имеют равное количество строк и столбцов).
Увеличение размера неба повышает точность вычислений, но также значительно увеличивает время, необходимое на выполнение вычислений.
Если параметр дневной интервал маленький (например, < 14 дней), то следует использовать больший размер неба. В ходе анализа для вычисления прямого излучения для представления положения солнца (траекторий движения солнца для конкретных временных периодов) используется карта солнца (определяемая размером неба). При еще меньших интервалах (в днях), если разрешение размера неба недостаточно велико, траектории солнца могут перекрываться, в результате чего для этих траекторий радиация будет равна нулю или ее величины будут незначительны. Увеличение разрешения дает более точный результат.
Значение 10 000 является максимальным размером неба. Значение 200 – это значение по умолчанию, и оно достаточно для больших ЦМР с большими временными интервалами (например, > 14 дней). Значение размера 512 достаточно для вычислений в местоположении точки, где время вычисления – менее важная проблема. В меньших дневных интервалах (например, < 14 дней), рекомендуется использовать большие значения. Например, чтобы вычислить инсоляцию для местоположения на экваторе с временным интервалом = 1 день, рекомендуется использовать размер неба, равный 2800 или выше.
Рекомендуется использовать временные интервалы длиннее 3 дней, так как траектории движения солнца в пределах трех дней, как правило, пересекаются, в зависимости от размера неба и времени года. Для вычислений инсоляции за весь год с месячным интервалом, временной интервал, выраженный в днях, не используется, и программа внутренне применяет интервалы календарного месяца. Значение, предлагаемое по умолчанию, равно 14.
Поскольку вычисления видимости могут быть достаточно интенсивными, для целого ряда заданных направлений вычислений отслеживаются только горизонтальные углы. Действительные значения должны быть множителями 8 (8, 16, 24, 32 и так далее). Как правило, для областей с мягким рельефом подходит значение 8 или 16, в то время как значение 32 должно быть использовано для территорий с сильно расчлененным рельефом. Значение, предлагаемое по умолчанию, равно 32.
Число необходимых направлений вычислений связано с разрешением входной ЦМР. Модель земной поверхности с разрешением 30 м обычно представляет собой довольно сглаженную поверхность, следовательно, для большинства ситуаций достаточно использовать меньшее количество направлений (16 или 32). Для ЦМР с более высоким разрешением, и в особенности, для тех случаев, когда в ЦМР отражены искусственные структуры, количество направлений необходимо увеличить. Увеличение количества направлений повысит точность, но при этом возрастет и время, необходимое на выполнение вычислений.
Опция Создавать выходные данные для каждого интервала (Create outputs for each interval) обеспечивает гибкость вычисления совокупной радиации за установленный период времени либо радиации временной серии. Например, для временного интервала в один день с часовым интервалом, отметка в этом окошке приведет к созданию почасовых значений радиации; в противном случае, будет вычислена суммарная радиации для всего дня.
Параметр Создать выходные данные для каждого интервала (Create outputs for each interval) влияет на формат и число выходных файлов радиации. Когда стоит отметка для этого параметра, выходной растр будет состоять из нескольких каналов, которые соответствуют значениям излучения или продолжительности для каждого временного интервала (часового интервала в тех случаях, когда временной интервал составляет меньше одного дня, либо интервала в один день, в тех случаях, когда временной интервал составляет несколько дней).
Доля рассеивания – это часть общего нормального потока излучения, которая рассеивается. Значения находятся в диапазоне от 0 до 1. Это значение должно быть задано в соответствии с атмосферными условиями. Типичные значения – это 0.2 для очень ясного неба и 0.3 – для, в целом, ясного неба.
Объем солнечного излучения, полученного поверхностью, – это только часть излучения, полученного за пределами атмосферы. Удельный коэффициент пропускания является свойством атмосферы и представляет собой соотношение энергии (среднее значение всех длин волн), достигающей поверхности земли, к энергии, полученной на верхней границе атмосферы (внеземной). Типичные значения находятся в диапазоне от 0 (нет пропускания радиации) до 1 (полное пропускание). Типичные значения – 0,6 или 0,7 для очень ясного неба и 0,5 для, в целом, ясного неба.
Значение энергии, полученное на поверхности земли, измеряется на кратчайшем пути через атмосферу (когда солнце в зените или над головой) и для уровня моря. Для областей за Южным тропиком и Северным тропиком солнце не может быть точно в зените, даже во время полудня; однако, это значение всегда относится к времени, когда солнце в зените. Так как алгоритм корректирует эффекты рельефа, удельный эффект пропускания всегда должен быть дан для уровня моря.
Пропускная способность обратно пропорциональна параметру доли рассеивания.
См. раздел Среда анализа и Spatial Analyst для получения дополнительной информации о среде геообработки данного инструмента.
Жителей центральной России предупредили об «опасном солнце» — РБК
Фото: Andy Lyons / Getty Images
Высокий уровень ультрафиолетового излучения будет наблюдаться в Центральном федеральном округе (ЦФО) в ближайшие пять-шесть дней. Об этом сообщил научный руководитель Гидрометцентра России Роман Вильфанд, передает «РИА Новости».
«Такая ситуация в центре Европейской России бывает редко, но именно в эти дни нужно опасаться сильного солнца. Начиная с четверга Москва и южнее, во всех этих регионах — Смоленская, Калужская, Рязанская и более южные Тамбовская, Курская, Белгородская, Воронежская области. Везде индекс солнечной активности шесть и более, это опасный ультрафиолет», — сказал он.
По словам Вильфанда, в ближайшие пять-шесть дней до среды включительно погода будет антициклональная. Он полагает, что опасная солнечная активность может негативно повлиять в первую очередь на развитие кожных заболеваний и на глаза. «С 10 до 18 часов — только в тени и никаких вариантов», — добавил он.
«Опасным солнцем» синоптики называют высокий уровень ультрафиолетового излучения, сообщается на сайте Gismeteo. В целом этот уровень оценивается метеорологами по шкале от 1 до 11. Значения от 1 до 2 соответствуют низкому уровню излучения, от 3 до 5 — среднему, от 6 до 7 — высокому, от 8 до 10 — очень высокому, а от 11 и выше — экстремальному. Отмечается, что опасное ультрафиолетовое излучение повреждает ДНК в клетках кожи, из-за чего снижается иммунитет, стареет кожа, может повредиться сетчатка глаз и развиться рак.
20 июня Вильфанд рассказал, что погода в Москве с температурой воздуха до 35 градусов продержится минимум до конца следующей недели. «Погода будет супержаркая, и эта жара будет длительной. До конца следующей недели не видно никаких поводов для ослабления жары», — сказал он.
Ранее Гидрометцентр также предупреждал жителей столицы об аномальной жаре с 19 по 22 июня. Согласно прогнозу, максимальная дневная температура воздуха в этот период будет достигать плюс 30–33 градусов. Значения средней суточной температуры в выходные превысят климатическую норму на 4–5 градусов.
Ученый объяснил, какого цвета Солнце
https://ria.ru/20210924/solntse-1751551645.html
Ученый объяснил, какого цвета Солнце
Ученый объяснил, какого цвета Солнце — РИА Новости, 24.09.2021
Ученый объяснил, какого цвета Солнце
Максимум интенсивности света от Солнца находится в бирюзовом-зеленом диапазоне спектра, что связано с температурой поверхности звезды, но человеческий глаз и… РИА Новости, 24.09.2021
2021-09-24T04:14
2021-09-24T04:14
2021-09-24T04:14
наука
российская академия наук
институт космических исследований
космос — риа наука
/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content
/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content
https://cdnn21. img.ria.ru/images/149976/15/1499761506_0:69:3072:1797_1920x0_80_0_0_e8c8d71bb3feec6592d4dfd6ce31221d.jpg
МОСКВА, 24 сен – РИА Новости. Максимум интенсивности света от Солнца находится в бирюзовом-зеленом диапазоне спектра, что связано с температурой поверхности звезды, но человеческий глаз и обработка сигнала мозгом преобразуют видимый цвет в белый, рассказал РИА Новости младший научный сотрудник отдела физики космической плазмы Института космических исследований РАН Андрей Малыхин.Дискуссия о цвете Солнца возникла после того, как ряд российских СМИ опубликовал статью астронома британского Астрофизического центра Джорелл-Бэнк Аластера Ганна (Alastair Gunn). Во время перевода издания разошлись во мнении о том, какое же Солнце на самом: белое или зеленое.Как пояснил РИА Новости Малыхин, в физике звезды считаются абсолютно черными телами. Такими называют объекты, которые поглощают любой поток света и не отражают его. «Другими словами, если вы подсветите Солнце фонариком, то оно ничего не отразит вам обратно, вы его не увидите», — сказал ученый. Он пояснил, что свечение от звезд идет из-за температуры поверхности, точно так же, как светится раскаленное жало паяльника, кочерга или гвоздь. Для каждой температуры характерно излучение на своей длине волны. Свет красного карлика (малые и относительно холодные звезды) будет соответствовать 3000 градусов Кельвина, а для Солнца кривая излучения будет соответствовать примерно 5500 градусов Кельвина.»Обобщая все это, мы видим следующее: максимум излучения Солнца согласно Закону Вина (устанавливает зависимость длины волны от температуры черного тела – ред.) наблюдается на длине волны 501 нанометров. Такой цвет можно назвать зеленым или бирюзовым. К зеленому можно отнести диапазон от 500 до 570 нанометров. И вот мы и получаем наш громкий заголовок — Солнце зеленое», — сказал Малыхин.Однако, отметил ученый, не стоит торопиться с выводами. Цветом обозначается восприятие человеком определенного электромагнитного излучения. Человеческие глаза ограничены в широте восприятия цвета тремя типами фоторецепторов. Самый чувствительный рецептор L — отвечающий за желто-красный диапазон. M- и S-рецепторы – отвечают за восприятие зелено-желтого и фиолетово-синего цветов, соответственно. Самому чувствительному L-рецептору проще всего поймать сигнал, поэтому человек почти всегда должен видеть происходящее в красных тонах. Чтобы компенсировать разницу в получаемых сигналах мозг приводит их к цветовому балансу.»Почти весь видимый диапазон солнечного света (380-780 нанометров) покрывается максимумом кривой излучения Солнца. Учитывая особенность восприятия наших органов зрения, излучение Солнца почти равномерно засвечивает L, M и S-колбочки. Наш мозг это корректирует и говорит, что каждого цвета примерно одинаковое количество, и мы видим в итоге белый цвет. О чем и говорится в исходной статье британского ученого», — рассказал Малыхин.
https://ria.ru/20210828/solntse-1747655171.html
https://ria.ru/20210714/solntse-1741144517.html
https://ria.ru/20210531/oblako-1735014077.html
РИА Новости
internet-group@rian. ru
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
2021
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
Новости
ru-RU
https://ria.ru/docs/about/copyright.html
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
https://cdnn21.img.ria.ru/images/149976/15/1499761506_341:0:3072:2048_1920x0_80_0_0_483d676e75fa45aca972b7e2ce1353f7.jpgРИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/
РИА Новости
7 495 645-6601
ФГУП МИА «Россия сегодня»
https://xn--c1acbl2abdlkab1og. xn--p1ai/awards/
российская академия наук, институт космических исследований, космос — риа наука
Ученый объяснил, какого цвета Солнце
МОСКВА, 24 сен – РИА Новости. Максимум интенсивности света от Солнца находится в бирюзовом-зеленом диапазоне спектра, что связано с температурой поверхности звезды, но человеческий глаз и обработка сигнала мозгом преобразуют видимый цвет в белый, рассказал РИА Новости младший научный сотрудник отдела физики космической плазмы Института космических исследований РАН Андрей Малыхин.Дискуссия о цвете Солнца возникла после того, как ряд российских СМИ опубликовал статью астронома британского Астрофизического центра Джорелл-Бэнк Аластера Ганна (Alastair Gunn). Во время перевода издания разошлись во мнении о том, какое же Солнце на самом: белое или зеленое.
28 августа 2021, 14:53
На Солнце зафиксировали новую череду вспышекКак пояснил РИА Новости Малыхин, в физике звезды считаются абсолютно черными телами. Такими называют объекты, которые поглощают любой поток света и не отражают его. «Другими словами, если вы подсветите Солнце фонариком, то оно ничего не отразит вам обратно, вы его не увидите», — сказал ученый.
Он пояснил, что свечение от звезд идет из-за температуры поверхности, точно так же, как светится раскаленное жало паяльника, кочерга или гвоздь. Для каждой температуры характерно излучение на своей длине волны. Свет красного карлика (малые и относительно холодные звезды) будет соответствовать 3000 градусов Кельвина, а для Солнца кривая излучения будет соответствовать примерно 5500 градусов Кельвина.
«Обобщая все это, мы видим следующее: максимум излучения Солнца согласно Закону Вина (устанавливает зависимость длины волны от температуры черного тела – ред.) наблюдается на длине волны 501 нанометров. Такой цвет можно назвать зеленым или бирюзовым. К зеленому можно отнести диапазон от 500 до 570 нанометров. И вот мы и получаем наш громкий заголовок — Солнце зеленое», — сказал Малыхин.
14 июля 2021, 07:00НаукаУченые впервые измерили электрическое поле СолнцаОднако, отметил ученый, не стоит торопиться с выводами. Цветом обозначается восприятие человеком определенного электромагнитного излучения. Человеческие глаза ограничены в широте восприятия цвета тремя типами фоторецепторов. Самый чувствительный рецептор L — отвечающий за желто-красный диапазон. M- и S-рецепторы – отвечают за восприятие зелено-желтого и фиолетово-синего цветов, соответственно. Самому чувствительному L-рецептору проще всего поймать сигнал, поэтому человек почти всегда должен видеть происходящее в красных тонах. Чтобы компенсировать разницу в получаемых сигналах мозг приводит их к цветовому балансу.
«Почти весь видимый диапазон солнечного света (380-780 нанометров) покрывается максимумом кривой излучения Солнца. Учитывая особенность восприятия наших органов зрения, излучение Солнца почти равномерно засвечивает L, M и S-колбочки. Наш мозг это корректирует и говорит, что каждого цвета примерно одинаковое количество, и мы видим в итоге белый цвет. О чем и говорится в исходной статье британского ученого», — рассказал Малыхин.
31 мая 2021, 21:54
Землю накроет выброшенное с Солнца облако плазмыИзлучение Солнца
Солнце излучает свою энергию во всех длинах волн, но по-разному. Приблизительно 44% энергии излучения приходится на видимую часть спектра, а максимум соответствует желто-зеленому цвету. Около 48% энергии, теряемой Солнцем, уносят инфракрасные лучи ближнего и дальнего диапазона. На гамма-лучи, рентгеновское, ультрафиолетовое и радио излучение приходится лишь около 8%.
Видимая часть солнечного излучения при изучении с помощью спектроанализирующих приборов оказывается неоднородной – в спектре наблюдаются линии поглощения, впервые описанные Й.Фраунгофером в 1814 году. Эти линии возникают при поглощении фотонов определенных длин волн атомами различных химических элементах в верхних, относительно холодных, слоях атмосферы Солнца. Спектральный анализ позволяет получить информацию о составе Солнца, поскольку определенный набор спектральных линий исключительно точно характеризует химический элемент. Так, например, с помощью наблюдений спектра Солнца было предсказано открытие гелия, который на Земле был выделен позже.
В ходе наблюдений ученые выяснили, что Солнце – мощный источник радиоизлучения. В межпланетное пространство проникают радиоволны, которые излучает хромосфера (сантиметровые волны) и корона (дециметровые и метровые волны). Радиоизлучение Солнца имеет две составляющие – постоянную и переменную (всплески, «шумовые бури»). Во время сильных солнечных вспышек радиоизлучение Солнца возрастает в тысячи и даже миллионы раз по сравнению с радиоизлучением спокойного Солнца. Это радиоизлучение имеет нетепловую природу.
Рентгеновские лучи исходят в основном от верхних слоев хромосферы и короны. Особенно сильным излучение бывает в годы максимума солнечной активности.
Солнце излучает не только свет, тепло и все другие виды электромагнитного излучения. Оно также является источником постоянного потока частиц – корпускул. Нейтрино, электроны, протоны, альфа-частицы, а также более тяжелые атомные ядра все вместе составляют корпускулярное излучение Солнца. Значительная часть этого излучения представляет собой более или менее непрерывное истечение плазмы – солнечный ветер, являющийся продолжением внешних слоев солнечной атмосферы – солнечной короны. На фоне этого постоянно дующего плазменного ветра отдельные области на Солнце являются источниками более направленных, усиленных, так называемых корпускулярных потоков. Скорее всего они связаны с особыми областями солнечной короны – коронарными дырами, а также, возможно, с долгоживущими активными областями на Солнце. Наконец, с солнечными вспышками связанны наиболее мощные кратковременные потоки частиц, главным образом электронов и протонов. В результате наиболее мощных вспышек частицы могут приобретать скорости, составляющие заметную долю скорости света. Частицы с такими большими энергиями называются солнечными космическими лучами.
Солнечное корпускулярное излучение оказывает сильное влияние на Землю, и прежде всего на верхние слои ее атмосферы и магнитное поле, вызывая множество геофизических явлений. От вредного влияния излучения Солнца нас защищает магнитосфера и атмосфера Земли.
Ультрафиолетовое (УФ) излучение и воздействие солнца
Агентство по охране окружающей среды США (EPA)Программа SunWise Агентства по охране окружающей среды представляла собой образовательную программу по охране окружающей среды и здоровья, в рамках которой детей учили, как защитить себя от чрезмерного пребывания на солнце. В 2016 году программа SunWise была интегрирована в программы Национального фонда экологического образования (NEEF). Программа NEEF SunWise — это бесплатная образовательная программа в области окружающей среды и здоровья, цель которой — научить детей K-8 безопасности на солнце, ультрафиолетовому излучению и стратосферному озону.
Защита от солнца
На этой веб-странице представлена историческая информация о программе SunWise, а также ссылки на дополнительные ресурсы по защите от солнца.
УФ-индекс
На этой веб-странице представлены часто задаваемые вопросы об УФ-индексе и карты текущих и прогнозируемых уровней УФ-излучения в США.
SunWise
Национальный экологический образовательный фонд (NEEF)
Эта веб-страница содержит ссылки на ресурсы и информацию, связанные с защитой от солнца и мерами безопасности.
Министерство торговли США (DOC), Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA), Национальная метеорологическая служба
УФ-индекс Национальной метеорологической службы прогнозирует уровни УФ-излучения на следующий день по шкале от 1 до 11+. Эта информация помогает людям спланировать, как защитить себя от солнца.
Текущий прогноз УФ-индекса (обновляется ежедневно)
На этой веб-странице представлены ежедневные данные об УФ-индексе как в виде карты, так и в текстовой форме для крупных городов США.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ)
Соединенные Штаты и Канада приняли пересмотренные рекомендации ВОЗ по индексу УФ-излучения и применили их к своим текущим индексам УФ-излучения в 2004 г.
Глобальный индекс солнечного УФ: практическое руководство (PDF) (18 стр. , 412 K, о PDF-файле)
Министерство здравоохранения и социальных служб США (HHS), Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA)
FDA устанавливает правила маркировки продуктов и рекламы солнцезащитных кремов.FDA гарантирует, что фактор защиты от солнца (SPF) для солнцезащитного крема четко указан на его этикетке и что потребители могут легко понять маркировку и инструкции.
Солнцезащитный крем: как защитить кожу от солнца
На этой веб-странице объясняется, как читать этикетку солнцезащитного крема, и предоставляется основная информация об использовании солнцезащитного крема.
Основы солнечного излучения | Департамент энергетики
Солнечное излучение , часто называемое солнечным ресурсом или просто солнечным светом, является общим термином для электромагнитного излучения, излучаемого солнцем.Солнечное излучение можно улавливать и превращать в полезные формы энергии, такие как тепло и электричество, с помощью различных технологий. Однако техническая осуществимость и экономическая эксплуатация этих технологий в конкретном месте зависят от доступного солнечного ресурса.
Основные принципы
Каждое место на Земле получает солнечный свет хотя бы часть года. Количество солнечного излучения, достигающего любой точки на поверхности Земли, зависит от:
- географического положения
- времени суток
- времени года
- местного ландшафта
- местной погоды.
Поскольку Земля круглая, солнце падает на поверхность под разными углами: от 0° (прямо над горизонтом) до 90° (прямо над головой). Когда солнечные лучи вертикальны, поверхность Земли получает всю возможную энергию. Чем больше наклонены солнечные лучи, тем дольше они проходят через атмосферу, становясь более рассеянными и рассеянными. Поскольку Земля круглая, в холодных полярных регионах солнце никогда не бывает высоко, а из-за наклонной оси вращения эти районы вообще не получают солнца в течение части года.
Земля вращается вокруг Солнца по эллиптической орбите и в течение части года находится ближе к Солнцу. Когда Солнце находится ближе к Земле, поверхность Земли получает немного больше солнечной энергии. Земля ближе к солнцу, когда лето в южном полушарии и зима в северном полушарии. Однако наличие обширных океанов смягчает более жаркое лето и более холодную зиму, которые можно было бы ожидать в южном полушарии в результате этой разницы.
23.Наклон оси вращения Земли на 5° является более важным фактором, определяющим количество солнечного света, падающего на Землю в конкретном месте. Наклон приводит к более длинным дням в северном полушарии от весеннего (весеннего) равноденствия до осеннего (осеннего) равноденствия и более длинным дням в южном полушарии в течение остальных 6 месяцев. И день, и ночь длятся ровно 12 часов в дни равноденствий, которые наступают каждый год 23 марта и 22 сентября или около того.
Такие страны, как США, расположенные в средних широтах, получают больше солнечной энергии летом только потому, что дни стали длиннее, но и потому, что солнце почти над головой. Солнечные лучи гораздо более наклонены в более короткие дни зимних месяцев. Такие города, как Денвер, штат Колорадо (около 40° широты), получают почти в три раза больше солнечной энергии в июне, чем в декабре.
Вращение Земли также влияет на ежечасные колебания солнечного света. Ранним утром и ближе к вечеру солнце стоит низко над горизонтом. Его лучи проходят через атмосферу дальше, чем в полдень, когда солнце находится в самой высокой точке. В ясный день наибольшее количество солнечной энергии достигает солнечного коллектора около полудня.
Рассеянное и прямое солнечное излучение
Когда солнечный свет проходит через атмосферу, часть его поглощается, рассеивается и отражается:
- Молекулы воздуха
- Водяной пар
- Облака
- Пыль
- Вулканы.
Это называется рассеянным солнечным излучением . Солнечное излучение, которое достигает поверхности Земли, не рассеиваясь, называется прямым солнечным излучением . Сумма рассеянного и прямого солнечного излучения называется глобальным солнечным излучением . Атмосферные условия могут уменьшить прямое излучение луча на 10 % в ясные сухие дни и на 100 % в пасмурные пасмурные дни.
Измерение
Ученые измеряют количество солнечного света, падающего на определенные места в разное время года. Затем они оценивают количество солнечного света, падающего на регионы на той же широте с похожим климатом. Измерения солнечной энергии обычно выражаются как общее излучение на горизонтальной поверхности или как общее излучение на поверхности, отслеживающей солнце.
Данные о излучении для солнечных электрических (фотоэлектрических) систем часто представляются в виде киловатт-часов на квадратный метр (кВтч/м 2 ). Прямые оценки солнечной энергии также могут быть выражены в ваттах на квадратный метр (Вт/м 2 ).
Данные по излучению для систем солнечного нагрева воды и отопления помещений обычно представлены в британских тепловых единицах на квадратный фут (Btu/ft 2 ).
Распределение
Солнечных ресурсов в Соединенных Штатах достаточно для фотоэлектрических (PV) систем, поскольку они используют как прямой, так и рассеянный солнечный свет.Другие технологии могут быть более ограниченными. Однако количество энергии, вырабатываемой любой солнечной технологией в конкретном месте, зависит от того, сколько солнечной энергии достигает его. Таким образом, солнечные технологии наиболее эффективно функционируют на юго-западе США, куда поступает наибольшее количество солнечной энергии.
Карты ресурсов солнечной энергии
Просмотрите карты ресурсов солнечной энергии как для фотоэлектрической, так и для концентрации солнечной тепловой энергии.
Дополнительная информация
Узнайте больше о том, как работает солнечная энергия, а также о программах фотогальваники и концентрации солнечной энергии в офисе.
Главная » Информационные ресурсы о солнечной энергии » Основы солнечного излучения
Излучение Солнца — Вселенная сегодня
[/caption] Солнечное излучение, более известное как солнечный свет, представляет собой смесь электромагнитных волн в диапазоне от инфракрасных (ИК) до ультрафиолетовых лучей (УФ). Он, конечно, включает в себя видимый свет, который находится между ИК и УФ в электромагнитном спектре.
Все электромагнитные волны (ЭМ) распространяются со скоростью примерно 3,0 x 10 8 м/с в вакууме.Хотя космос не является идеальным вакуумом, поскольку на самом деле он состоит из частиц с низкой плотностью, электромагнитных волн, нейтрино и магнитных полей, его, безусловно, можно аппроксимировать как таковой.
Теперь, поскольку среднее расстояние между Землей и Солнцем на одной земной орбите составляет одну а.е. (около 150 000 000 000 м), то для того, чтобы излучение от Солнца достигло Земли, потребуется около 8 минут.
На самом деле Солнце излучает не только инфракрасный, видимый и ультрафиолетовый свет. Термоядерный синтез в ядре на самом деле испускает гамма-лучи высокой энергии.Однако по мере того, как фотоны гамма-излучения совершают свой трудный путь к поверхности Солнца, они постоянно поглощаются солнечной плазмой и переизлучаются на более низких частотах. К тому времени, когда они достигают поверхности, их частоты в основном находятся в пределах ИК-/видимого света/УФ-спектра.
Во время солнечных вспышек Солнце также испускает рентгеновские лучи. Рентгеновское излучение Солнца впервые наблюдал Т. Бернайт во время полета ракеты Фау-2. Позже это подтвердил японский спутник Yohkoh, запущенный в 1991 году.
Когда электромагнитное излучение Солнца попадает в атмосферу Земли, часть его поглощается, а остальная часть уходит на поверхность Земли. В частности, УФ-излучение поглощается озоновым слоем и повторно излучается в виде тепла, в конечном итоге нагревая стратосферу. Часть этого тепла повторно излучается в космическое пространство, а часть направляется на поверхность Земли.
Тем временем электромагнитное излучение, не поглощенное атмосферой, выходит на поверхность Земли и нагревает ее.Часть этого тепла остается там, а остальная часть повторно излучается. Достигнув атмосферы, часть его поглощается, а часть проходит. Естественно, те, что впитываются, добавляют тепла уже там.
Присутствие парниковых газов заставляет атмосферу поглощать больше тепла, уменьшая долю исходящих электромагнитных волн, которые проходят сквозь нее. Известный как парниковый эффект, это причина, по которой тепло может накапливаться еще больше.
Земля — не единственная планета, испытывающая парниковый эффект.Читайте о парниковом эффекте на Венере здесь, во Вселенной сегодня. У нас также есть интересная статья, в которой рассказывается о настоящей оранжерее на Луне к 2014 году.
Вот упрощенное объяснение парникового эффекта на веб-сайте EPA. Есть также страница НАСА об изменении климата.
Расслабьтесь и послушайте несколько интересных эпизодов в Astronomy Cast. Хотите узнать больше об ультрафиолетовой астрономии? Насколько это отличается от оптической астрономии?
Каталожные номера:
Наука НАСА: электромагнитный спектр
Земная обсерватория НАСА
Нравится:
Нравится Загрузка. ..
Солнечное излучение: что это такое и как оно образуется
Без солнечного излучения на Земле не было бы жизни; , кроме того, в настоящее время он позволяет нам производить фотоэлектрическую энергию, которая необходима в борьбе с изменением климата. Однако это также может быть вредно для здоровья человека, например, из-за его воздействия на нашу кожу, и эти эффекты стали более опасными в последние годы из-за парникового эффекта, который также влияет на повышение температуры на нашей планете.Читайте дальше, чтобы узнать о различных типах излучения и о том, как возникает это явление.
ЧТО ТАКОЕ СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ
Солнечное излучение — это энергия, излучаемая Солнцем, которая распространяется во всех направлениях через пространство в виде электромагнитных волн. Эта энергия, излучаемая поверхностью Солнца, влияет на атмосферных и климатологических процессов. Он также прямо или косвенно отвечает за обычные явления, такие как фотосинтез растений, поддержание на планете температуры, совместимой с жизнью, и образование ветра, что необходимо для производства энергии ветра.
Солнце излучает энергию в виде коротковолнового излучения, которое ослабляется в атмосфере присутствием облаков и поглощается молекулами газа или взвешенными частицами. Пройдя через атмосферу, солнечное излучение достигает океанической и континентальной поверхности суши и отражается или поглощается. Наконец, поверхность возвращает его в космическое пространство в виде длинноволнового излучения.
Как измеряется солнечное излучение
Солнечная радиация измеряется на горизонтальной поверхности с помощью датчика радиации или пиранометра, который размещается на южной стороне в месте без тени.Данные собираются в единицах мощности, ватт на квадратный метр (Вт/м 2 ), на всех метеостанциях и, как правило, собираются с десятиминутными или 24-часовыми интервалами для установления средних значений. В случае, когда требуется преобразовать солнечное излучение из единиц мощности в единицы энергии, данные в Вт/м2 необходимо умножить на количество секунд, составляющих десять минут (600) или 24 часа (86 400), и будет получен результат в джоулях на квадратный метр (Дж/м 2 ).
ВИДЫ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
В зависимости от формы, в которой он достигает Земли:
- Прямое солнечное излучение. Этот вид излучения проникает через атмосферу и достигает поверхности Земли, совершенно не рассеиваясь по пути.
- Рассеянное солнечное излучение. Это излучение, достигающее поверхности Земли после того, как оно претерпело многочисленные отклонения на своей траектории, например, из-за газов в атмосфере.
- Отраженное солнечное излучение. Это часть солнечной радиации, которая отражается самой земной поверхностью в результате явления, известного как эффект альбедо.
В зависимости от типа света:
- Инфракрасные лучи (ИК). Длина волны больше, чем у видимого света, они излучают тепло и выделяются любым телом, температура которого выше 0° Кельвина.
- Видимые лучи (VI). Они излучают свет и воспринимаются человеческим глазом в виде цветов (красного, оранжевого, желтого, зеленого, голубого, синего и фиолетового).
- Ультрафиолетовые (УФ) лучи. Они невидимы человеческому глазу и оказывают самое серьезное воздействие на кожу (ожоги, пятна, морщины).Они делятся на три подкатегории:
- Ультрафиолет А (УФА). Ультрафиолетовый свет, который легко проходит через атмосферу, большая часть которого достигает поверхности планеты.
- Ультрафиолет В (УФБ). Это не так легко проникает в атмосферу. Тем не менее, он достигает поверхности и вызывает сильнейшее повреждение кожи.
- Ультрафиолет С (УФС). Этот вид ультрафиолетового излучения не может пройти через атмосферу, потому что поглощается озоновым слоем.
УФ-ИНДЕКС И ВОЗДЕЙСТВИЕ СОЛНЦА НА НАШУ КОЖУ
Люди подвергаются воздействию УФ-излучения, особенно УФА- и УФВ-излучения, которое может быть опасным для их кожи. Одним из способов измерения негативных последствий этого типа излучения для людей является глобальный солнечный УФ-индекс (УФИ) . Этот индекс колеблется от одного до одиннадцати, и чем выше индекс, тем больше вероятность повреждения кожи и глаз.
Солнечная радиация и фотосинтетически активная радиация
Что такое солнечная радиация?
Солнечное излучение — это лучистая (электромагнитная) энергия солнца.Он обеспечивает свет и тепло для Земли и энергию для фотосинтеза. Эта лучистая энергия необходима для метаболизма окружающей среды и ее обитателей 1 . Три соответствующие полосы или диапазоны в спектре солнечного излучения: ультрафиолетовый, видимый (ФАР) и инфракрасный. Из света, достигающего поверхности Земли, инфракрасное излучение составляет 49,4%, а видимый свет — 42,3% 9 . Ультрафиолетовое излучение составляет чуть более 8% от общего солнечного излучения.Каждая из этих полос по-разному влияет на окружающую среду.
Большая часть солнечного излучения, достигающего Земли, состоит из видимого и инфракрасного света. Лишь небольшое количество ультрафиолетового излучения достигает поверхности. Количество и интенсивность солнечного излучения, получаемого местом или водоемом, зависит от множества факторов. Эти факторы включают широту, время года, время суток, облачность и высоту над уровнем моря. Не все излучение, испускаемое Солнцем, достигает поверхности Земли. Большая его часть поглощается, отражается или рассеивается в атмосфере.На поверхности солнечная энергия может поглощаться непосредственно солнцем, что называется прямым излучением, или светом, рассеянным при попадании в атмосферу, что называется непрямым излучением 1 .
Как измеряется солнечное излучение?
Циклы длин волн измеряются в нанометрах (нм) от пика к пику. Чем короче длина волны, тем больше у него энергии. Синий свет обладает большей энергией, чем красный свет.Солнечное излучение измеряется в длинах волн или частоте.Поскольку свет распространяется волной, длина волны определяется как расстояние от пика до пика и измеряется в нанометрах (нм). Частота определяется как количество циклов длины волны в секунду и выражается в герцах (Гц). Полосы с более короткими длинами волн производят более высокие частоты. Точно так же, чем длиннее длина волны, тем больше времени потребуется для завершения цикла, что приводит к более низкой частоте 1 .
Энергия длины волны увеличивается с частотой и уменьшается с размером длины волны 16 .Другими словами, более короткие волны более энергичны, чем более длинные. Это означает, что ультрафиолетовое излучение более энергично, чем инфракрасное излучение. Из-за этой дополнительной энергии более короткие волны причиняют больше вреда, чем более длинные 16 . Чем больше энергии имеет длина волны, тем легче разрушить молекулу, которая ее поглощает. Ультрафиолетовый свет (имеющий наибольшую энергию) может вызвать повреждение ДНК и других важных клеточных структур 16 .
Что такое электромагнитный спектр?
Электромагнитный спектр охватывает все виды излучения 5 .Часть спектра, которая достигает Земли от Солнца, составляет от 100 нм до 1 мм. Этот диапазон разбит на три диапазона: ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение. Ультрафиолет содержит длины волн от 100 до 400 нм. Видимый свет находится в диапазоне 400-700 нм, а инфракрасный свет содержит длины волн от 700 нм до более 1 мм 1 . В спектре видимого света цвета определяются длиной. Более длинные волны кажутся красными, а более короткие — синими/фиолетовыми, поскольку они ближе к ультрафиолетовому спектру 5 .
Солнечный свет, или спектр солнечного излучения, включает полосы от 100 нм до 1 мм, которые охватывают ультрафиолетовое, видимое и инфракрасное излучение.
Ультрафиолетовое излучение
Почти все УФ-С, половина УФ-В и часть УФ-С поглощаются озоном в стратосфере до того, как достигают поверхности.Ультрафиолетовое излучение можно разделить на три диапазона длин волн: УФ-А, УФ-В и УФ-С. Все длины волн ультрафиолетового света могут непосредственно воздействовать на ДНК обитателей воды, а также генерировать вредные фотохимические вещества 1 . Чем короче длина волны, тем больше вреда она способна причинить.
UV-C включает длины волн от 100 до 280 нм. Этот диапазон излучения составляет всего 0,5% всей солнечной радиации, но он может нанести наибольший ущерб организмам. Однако большая часть этого коротковолнового излучения поглощается стратосферными газами (озоном) и очень мало достигает поверхности 9 .
УФ-В излучение может достигать большей глубины в соленой воде, чем в пресной (Изображение предоставлено Vasilkov et al., JGR-Oceans, 2001 г., через НАСА).УФ-В (280-320 нм) представляет собой активную фотоактивирующую полосу излучения, которая лишь частично поглощается в стратосфере 1 . Известно, что этот диапазон излучения вызывает рак кожи у людей и может нарушать фотосинтез у многих растений 16 . Глубина проникновения УФ-В в воду зависит от мутности и химического состава воды. УФ-В достигает большей глубины в соленой воде, чем в пресной, и может достигать глубины 20 м под поверхностью океана 1,9 .
УФ-А (320–400 нм) имеет меньшую энергию, чем УФ-В, и не поглощается озоном в атмосфере. Однако с поверхности он может быть заблокирован облачностью 9 . УФ-А также называют черным светом, и он известен своей способностью вызывать флуоресценцию в некоторых материалах 37 . Хотя он хуже поглощается водой, он может проникать глубже, чем УФ-В или УФ-С 1 . УФ-А отвечает за солнечные ожоги у людей. Он также более ингибирует фотосинтез, чем УФ-В 1 .Исследования показали, что УФ-А может значительно снизить фотосинтез более чем на 70% 6 . Это связано с тем, что УФ-А снижает эффективность транспорта электронов, что, в свою очередь, снижает производство фотосинтеза.
Ультрафиолетовое излучение и фитопланктон
Фитопланктон – это микроскопические организмы, обитающие в воде и использующие фотосинтез для преобразования солнечного света в энергию 16 . Эти организмы используют углекислый газ и производят кислород в качестве побочного продукта фотосинтеза, как это делают растения 17 . Ультрафиолетовый свет может остановить этот процесс в фитопланктоне. Излучение УФ-А и УФ-В подавляет фотосинтез, тем самым снижая потребление углекислого газа и выделение кислорода. В условиях естественного солнечного освещения УФ-А и УФ-В могут уменьшить фотосинтез более чем на 8% 41 .
Фитопланктону требуется свет для фотосинтеза, но УФ-излучение может снизить его выработку. Коллаж адаптирован из рисунков и микрофотографий Салли Бенсусен, научный отдел NASA EOS Project. Этот эффект может быть опасен не только для фитопланктона.Эти одноклеточные растения ответственны за большую часть переноса углерода между атмосферой и океаном, процесс, известный как «биологический углеродный насос» 17 . Большая часть жизни океана под поверхностью зависит от фитопланктона, потребляющего его прямо или косвенно 17 . Фитопланктон также вносит свой вклад в «морской снег» — мертвый органический материал, который падает на дно океана в качестве топлива для глубоководных организмов. Когда ультрафиолетовое излучение снижает фотосинтетическое производство фитопланктона, оно отрицательно влияет на мировой углеродный цикл и морскую пищевую цепь 16 .
Инфракрасный свет
Инфракрасное излучение вызывает нагревание поверхности и атмосферы Земли.Инфракрасный свет находится на противоположной стороне спектра от ультрафиолетового света. Это излучение имеет длину волны >700 нм и обеспечивает 49,4% солнечной энергии 9 . Инфракрасное излучение легко поглощается молекулами воды и углекислого газа и преобразуется в тепловую энергию 10 . Более длинные волны вызывают тепло за счет возбуждения электронов в веществах, которые их поглощают.Таким образом, инфракрасное излучение отвечает за нагревание поверхности Земли. Инфракрасный свет отражается больше, чем УФ или видимый свет, из-за большей длины волны 10 . Это отражение позволяет инфракрасному излучению передавать тепло между поверхностью, водой и воздухом.
В водоеме инфракрасный свет может проникать только на определенное расстояние от поверхности. 90% инфракрасного излучения поглощается на первом метре поверхности воды, и только 1% может достигать двух метров в чистой воде 1 .Вот почему поверхность большинства водоемов теплее, чем глубина.
Что такое фотосинтетически активное излучение?
Фотосинтетически активное излучение (ФАР) — это диапазон длин волн света, который лучше всего подходит для фотосинтеза. Фотосинтез — это процесс, требующий световой энергии и оптимально происходящий в диапазоне от 400 до 700 нанометров (нм) 1 . Этот диапазон также известен как видимый свет.
Фотосинтетически активное излучение — это диапазон видимого света, который растения могут использовать для фотосинтеза.Видимый свет охватывает электромагнитный спектр от видимого синего/фиолетового до красного. Синий свет имеет более высокую энергию и более короткую длину волны, чем зеленый или красный свет. Красный свет имеет самую низкую энергию в видимом спектре 12 . Когда видимый свет достигает Земли, поверхность поглощает или отражает различные длины волн, создавая видимый цвет. Длина волны, отражаемая поверхностью, представляет собой цвет, которым она кажется 12 . Если поверхность отражает все видимые длины волн, она будет казаться белой 12 .
Большинство растений кажутся зелеными, поскольку хлорофилл в их клетках отражает зеленый свет 8 . Вода часто кажется синей, так как этот цвет проникает глубже всего, прежде чем поглощается 1 . На суше растения используют почти весь видимый диапазон для фотосинтеза. Однако даже под водой, когда доступен только синий свет, фотосинтез может происходить.
Почему важны солнечная и фотосинтетически активная радиация?
Солнечное излучение обеспечивает тепло, свет и энергию, необходимые для всех живых организмов.Инфракрасное излучение обеспечивает теплом все места обитания, на суше и в воде 24 . Без солнечного излучения поверхность Земли была бы примерно на 32°C холоднее 25 .
Солнечное излучение обеспечивает необходимое тепло и свет для жизни на Земле. Фотосинтетически активное излучение – это полоса, обеспечивающая энергию для фотосинтеза.Свет также обеспечивается солнечным излучением. Хищники не смогли бы эффективно охотиться на добычу без солнечного света, а добыча не смогла бы воспользоваться темными участками, если бы хищники были приспособлены к темным местам обитания 1 .Человеческие глаза приспособлены к видимому спектру, хотя некоторые другие виды могут видеть ультрафиолетовый свет в дополнение к цветам 26 .
В частности, важен уровень фотосинтетически активной радиации (ФАР), которую получает участок. Это связано с тем, что разные растения реагируют на разные длины волн PAR 1 . Большинство растений отражают волны зеленого цвета, поглощая при этом остальную часть спектра видимого света. Кроме того, затененные растения реагируют на более низкие уровни ФАР, в то время как солнечные растения собирают ФАР более эффективно при более высоких уровнях освещенности 7 . Другими словами, по мере увеличения солнечного излучения (интенсивности) солнечные растения испытывают более высокие скорости фотосинтеза. Листья солнечных растений маленькие и толстые, со специальными ячейками, обеспечивающими эти более высокие показатели 20 . Теневые растения проводят фотосинтез при более низком уровне интенсивности излучения. Их листья тоньше, длиннее и содержат меньше клеток хлорофилла. Это облегчает фотосинтез в условиях низкой освещенности 20 .
Хотя основным преимуществом фотосинтеза является энергия для растений, он имеет и другие важные результаты.Кислород является побочным продуктом фотосинтеза 1 . Этот процесс гарантирует, что вырабатывается больше кислорода, чем потребляется организмами в окружающей среде. Если фотосинтез не производит достаточного количества растворенного кислорода под водой, он может создать бескислородные условия, в которых рыбы и другие организмы не могут жить 1 . Фотосинтез также потребляет двуокись углерода, что снижает уровень двуокиси углерода в воздухе и воде 1 .
Солнечное излучение
Годовое поверхностное солнечное излучение, полученное в 2008 г.Экватор получает солнечную радиацию с большей интенсивностью (освещенностью), чем северное и южное полушария. Данные собраны П. Вангом, П. Стаммесом, Р. ван дер А, Г. Пинарди, М. ван Рузендалем (2008 г.), FRESCO+ Солнечное излучение — это интенсивность, с которой излучение проникает в атмосферу Земли. Один из способов подумать о солнечном излучении — это посмотреть на разницу между 20-ваттной лампочкой и 100-ваттной лампочкой. Оба излучают видимый свет с одинаковыми длинами волн, но яркость и интенсивность сильно различаются.Лампа на 100 ватт имеет более высокую интенсивность или освещенность. Солнечная радиация — это количество лучистого потока на площадь, измеряемое в ваттах на квадратный метр (Вт/м²) 9 .
Что влияет на солнечное излучение?
Солнечная радиация, получаемая конкретным местом или водоемом, зависит от высоты над уровнем моря, угла наклона солнца (из-за широты, сезона и времени суток) и рассеивающих элементов, таких как облака 9 . Чем выше высота, тем короче путь от атмосферы.Это может означать более высокую освещенность, но не более высокие температуры. Это интенсивное излучение способствует засушливому климату, а более разреженный воздух означает, что больше УФ-излучения достигает поверхности на этих высотах.
Угол наклона солнца определяет солнечное излучение. Чем больше угол, тем ниже интенсивность солнечного излучения.Чем ниже угол наклона солнца, тем большее количество озона должен пройти свет 9 . Это также фактор ультрафиолетового излучения. Озон поглощает УФ-излучение и может снизить интенсивность излучения.
Угол наклона солнца зависит от широты, времени года и времени суток. Расстояние, которое должно пройти излучение, будет минимальным, когда солнце находится прямо над головой. Вот почему годовая чистая солнечная радиация больше над экватором, чем над северными и южными широтами. Солнечная радиация будет уменьшаться по мере того, как полушарие наклоняется от Солнца.
В течение дня угол наклона солнца к любому заданному месту будет уменьшаться от восхода до полудня, а затем увеличиваться до заката. При больших углах (утром и вечером) солнечная радиация должна проходить через большую часть атмосферы, что уменьшает ее солнечную радиацию. Вот почему солнечный свет кажется менее интенсивным вечером, чем в полдень.
Облачность и загрязнение воздуха также могут уменьшить количество радиации, достигающей поверхности Земли. Облака и аэрозоли в атмосфере могут рассеивать и поглощать все диапазоны излучения 9 . По мере увеличения облачного покрова угол наклона солнца становится менее важным при измерении освещенности.Это связано с увеличением диффузии (рассеяния) излучения 10 . Увеличение облачного покрова уменьшает солнечную радиацию, в результате чего солнечный свет кажется менее интенсивным. В эти дни солнечная радиация все еще достигает поверхности Земли, просто с более низкой освещенностью. В этих условиях люди могут получить солнечные ожоги, не осознавая последствий, пока не станет слишком поздно.
Тепло, температура и солнечное излучение
Солнечный свет нагревает Землю, океаны и атмосферу за счет инфракрасного излучения. И вода, и земля отражают часть этого излучения, нагревая атмосферу или другие объекты, соприкасающиеся с поверхностью. Чем темнее объект или поверхность, тем быстрее он будет поглощать свет и тепло 31 .
Температура воздуха
Температура воздуха косвенно зависит от солнечной радиации. Хотя сам воздух не поглощает инфракрасное излучение, он получает тепло от поверхности Земли. Этот эффект возникает за счет передачи тепла теплопроводностью и конвекцией 31 .
Инфракрасное излучение, поглощаемое поверхностью Земли, нагревает окружающий воздух.Земля поглощает инфракрасное излучение и преобразует его в тепловую энергию. Поскольку поверхность поглощает солнечное тепло, она становится теплее, чем окружающая атмосфера. Затем тепло передается путем теплопроводности (контакта) от более теплой Земли к более холодной атмосфере 24 . Воздух сам по себе является плохим проводником тепла, поэтому конвекция, или подъем и опускание теплого и холодного воздуха, нагревает остальную часть атмосферы, не соприкасающуюся с поверхностью 31 . Поднимающийся теплый воздух часто называют термиком. По мере того, как нагретый воздух поднимается, более холодный воздух опускается на поверхность, где продолжается процесс конвекции.
Поверхность Земли также отражает часть инфракрасного излучения обратно в воздух. Это отраженное излучение может улавливаться и поглощаться газами в атмосфере или повторно излучаться обратно на Землю 25 . Этот процесс называется парниковым эффектом. Без парникового эффекта средняя температура поверхности Земли была бы около -18°C вместо нынешних +18°C 25 .
Температура воды
90% инфракрасного излучения поглощается на первом метре поверхности воды. Затем тепло передается по воде ветром и конвекцией.Инфракрасный солнечный свет поглощается водоемами и преобразуется в тепловую энергию. Это низкоэнергетическое излучение возбуждает электроны и нагревает верхний слой воды. Почти все инфракрасное излучение поглощается в пределах одного метра от поверхности 1 . Затем это тепло передается на большие глубины за счет движения ветра и конвекции 1 .Хотя тепло медленно передается по всей толще воды, оно часто не достигает дна. Это происходит из-за расслоения водной толщи.
В океане и во многих озерах вода может расслаиваться или образовывать отдельные слои воды. Эти слои отличаются своей температурой, плотностью и часто различной концентрацией растворенных веществ (например, соли или кислорода). Различные слои воды разделены крутыми градиентами температуры, известными как термоклины 1 .Даже при конвекции и ветре большинству солнечного тепла трудно преодолеть эти барьеры. Вместо этого самые низкие слои воды останутся около 4°C, а температура поверхностных вод будет колебаться как в течение суток (ежедневно), так и в зависимости от сезона 1 .
Что такое фотосинтез?
Фотосинтез — это процесс, при котором растения и другие организмы, также известные как фотоавтотрофы, используют энергию солнечного света для производства глюкозы. Этот процесс может происходить как на суше, так и под водой 18 .
Глюкоза представляет собой вид сахара, который позже превращается в аденозинтрифосфат (АТФ) посредством клеточного дыхания 3 . АТФ представляет собой энергосодержащую молекулу, которая используется в метаболических реакциях живых организмов. Эта молекула необходима почти всем организмам 4 . Фотоавтотрофы используют солнечный свет, шесть молекул углекислого газа и двенадцать молекул воды для производства одной молекулы глюкозы, шести молекул кислорода и шести молекул воды. Эта реакция снижает уровень углекислого газа в воздухе или воде, одновременно производя глюкозу для АТФ.
Фотосинтез может происходить под водой, пока есть достаточно света. В океане значительное количество фотосинтетически активной радиации может быть обнаружено на глубине до 200 м от поверхности 29 . В пределах этой эвфотической зоны (зоны солнечного света) может происходить фотосинтез. Для этого процесса требуется только свет, углекислый газ и вода 18 . Пока фотосинтезирующий организм на суше или под водой имеет достаточное количество этих молекул, он может производить глюкозу и кислород.
Фотосинтез и температура
Температура влияет на скорость фотосинтеза различных водорослей.Фотосинтез представляет собой ряд химических реакций, протекающих с помощью ферментов. Ферменты являются катализаторами биологических процессов и помогают ускорить химические реакции 11 . Фотосинтез также требует тепла для активации процесса. Поскольку тепло увеличивает кинетическую энергию (заставляя реагенты чаще сталкиваться друг с другом), более высокая температура может ускорить химические реакции в дополнение к инициированию процесса 11 .
Хотя повышенная температура может ускорить фотосинтез, слишком высокая температура может быть вредной 11 . При определенной температуре ферменты денатурируют и теряют свою форму. Денатурированные ферменты больше не ускоряют химические реакции, а замедляют фотосинтез. Таким образом, температура является важным фактором в производстве фотосинтеза как для активации, так и для поддержания процесса. Вот почему существуют различные оптимальные температуры фотосинтеза для разных организмов 1 .
Как мутность влияет на подводный фотосинтез?
Мутность — отсутствие прозрачности воды, вызванное наличием взвешенных частиц 1 . Эти частицы поглощают солнечный свет и могут вызывать отражение света от частиц в воде. Чем больше частиц присутствует в воде, тем меньше фотосинтетически активной радиации получат растения и фитопланктон. Эта потеря солнечного света снижает скорость фотосинтеза. Если производство фотосинтеза ограничено, уровень растворенного кислорода в воде снизится 13 .Кроме того, мутность может нанести значительный ущерб водной среде обитания, поглощая инфракрасное излучение и повышая температуру воды выше нормы.
Почему фотосинтез не может использовать УФ или инфракрасный свет?
Оптимальным фотосинтетически активным излучением является полоса от 400 до 700 нм, которая охватывает спектр видимого света.Видимый свет — это единственная полоса света в спектре, которая считается фотосинтетически активной. У него идеальное количество энергии, чтобы возбудить электроны, необходимые для запуска фотосинтеза, а не повредить ДНК или разорвать связи.
Ультрафиолет нельзя использовать для фотосинтеза, потому что он обладает слишком большой энергией. Эта энергия разрывает связи в молекулах и может разрушить ДНК и другие важные структуры организмов 8 . Когда растения и другие фотоавтотрофы пытаются использовать УФ-А (320-400 нм) для фотосинтеза, эффективность переноса электронов снижается, что, в свою очередь, снижает скорость фотосинтеза 6 . На другой стороне спектра инфракрасный свет не содержит много энергии. Недостаточная энергия не возбуждает электроны в молекулах настолько, чтобы их можно было использовать для фотосинтеза. Инфракрасный свет преобразуется в тепловую энергию вместо 8 .
Типичные уровни солнечной радиации
Уровни солнечной радиации зависят от времени суток и угла наклона солнца к Земле. Этот угол зависит от широты и времени года. Чем больше угол наклона солнца, тем больше озона должен пройти солнечный свет, чтобы достичь поверхности 9 . Помимо угла наклона солнца на уровень радиации могут влиять атмосферные условия. Облачность, загрязнение воздуха и дыра в озоновом слое — все это изменяет количество солнечной радиации, которая может достичь поверхности.Все эти факторы вызывают различия в типичных уровнях радиации.
Суточные колебания
Летом солнечная радиация (измеряемая по освещенности) будет наибольшей над экватором и полушарием, наклоненным к Солнцу.На большей части поверхности Земли получаемое солнечное излучение измеряется солнечной радиацией. Освещенность будет увеличиваться от восхода солнца до полудня, а затем уменьшаться до заката 36 . Пиковые уровни получаемой солнечной энергии будут варьироваться в зависимости от широты и сезона 15 .
Как видно на графике слева, экватор имеет самую крутую кривую солнечного излучения, что дает самые короткие периоды восхода и захода солнца. Кроме того, продолжительность дня не сильно меняется в течение года. Это происходит потому, что угол наклона солнца относительно экватора существенно не колеблется.
Полушарие, наклоненное к солнцу, достигло бы такого же пикового уровня радиации, как и экватор, но с более плавными кривыми, что означает более длительные восходы и закаты. В этом полушарии также будут более длинные дни в целом.В противоположном полушарии (наклоненном от солнца) восходы и закаты будут короче, а также более короткие периоды дневного света 15 .
На географических Северном и Южном полюсах (90° широты) солнечное излучение остается постоянным в течение одного дня 15 . Это потому, что полюса являются точкой вращения Земли. Хотя дневные значения, по-видимому, не меняются, уровень солнечной радиации, получаемой на полюсах, будет медленно меняться в течение года.
Ежемесячные колебания
Чем дальше город от экватора, тем сильнее колебания получаемой солнечной радиации в течение года. Уровни солнечной радиации зависят от близости к солнцу и угла наклона солнца. Таким образом, разные районы земного шара имеют разные типичные уровни радиации в каждый сезон. На экваторе типичная солнечная радиация довольно постоянна круглый год 15 . Есть небольшие колебания, но нет резких скачков или падений. В Северном полушарии радиация увеличивается с течением года, пока не достигнет пика в июне или июле. Затем уровни радиации медленно снижаются в течение остальной части года 14 .В Южном полушарии уровни радиации противоположны. В начале года уровни высоки, а затем медленно падают до самой низкой точки примерно в июне. После июня они снова начинают расти до конца года 14 .
Дыра в озоновом слое
Дыра в озоновом слое представляет собой участок атмосферы со значительно меньшим содержанием озона, чем в остальной части стратосферы (Изображение предоставлено студией научной визуализации NASA GSFC).Озон представляет собой молекулярный газ, состоящий из трех атомов кислорода (O 3 ).Этот газ помогает защитить Землю, потому что он поглощает большую часть солнечного ультрафиолетового излучения. Большая часть УФ-С, большая часть УФ-В и около половины УФ-А поглощаются кислородом и озоном в озоновом слое. Этот слой в основном находится в стратосфере, на высоте от 10 до 50 км над поверхностью Земли.
В атмосфере над Антарктидой обнаружена «дыра в озоновом слое». Эта область не полностью лишена озона, а вместо этого представляет собой участок атмосферы со значительно более низким уровнем озона, чем обычно 27 .Хотя причина разрыва иногда является предметом споров, исследования показали, что озон разрушается при взаимодействии с хлором, азотом, водородом или бромом 27 . Когда эти химические вещества попадают в атмосферу, они могут удалять присутствующий озон. Независимо от причины, дыра в озоновом слое позволяет большему количеству УФ-излучения достигать Земли. Если увеличение УФ-излучения становится чрезмерным, оно может нанести вред как наземной, так и водной среде обитания 27 .
Последствия необычных уровней
УФ-В излучение может повредить нити ДНК.Необычно высокий или низкий уровень солнечного света может создать проблемы как для наземной, так и для водной среды обитания. Слишком много ультрафиолетового света может вызвать необратимое повреждение ДНК и важных фотосинтетических структур, а слишком много инфракрасного света может вызвать перегрев 1 . Повреждение ДНК вызывается УФ-В излучением. В то время как большинство живых клеток адаптировались и могут восстанавливать простые повреждения, повышенное воздействие УФ-излучения может привести к необратимой мутации клеток или к гибели 16 .
В пасмурные дни или если ранее солнечное место становится затененным, процесс фотосинтеза может быть остановлен.Это не только останавливает выработку кислорода, но и увеличивает потребление кислорода за счет дыхания растений 1 . Уменьшение инфракрасного света также будет охлаждать затененную поверхность или водоем, который, в свою очередь, охлаждает окружающий воздух.
Вода
Удаление тенистых деревьев из городского ручья повышает температуру воды, что делает ее непригодной для ловли холодноводных рыб, таких как форель. (Фото предоставлено Кристан Кокерилл через «Экологический монитор»).Когда вода подвергается чрезмерному воздействию солнечного света, инфракрасное излучение нагревает воду.Чем теплее вода тела, тем выше скорость испарения. Это может снизить уровень воды и поток воды. Кроме того, теплая вода не может содержать столько растворенного кислорода, как холодная вода. Это означает, что в более теплой воде для водных организмов доступно меньше растворенного кислорода 21 . Слишком большое количество инфракрасного света может также вызвать денатурацию ферментов, используемых в фотосинтезе, что может замедлить или остановить процесс фотосинтеза 11 .
На другой стороне спектра излучение может быть ограничено облачными днями, затененными источниками или низкими углами наклона солнца.Если солнечное излучение ниже обычного в течение длительного периода времени, фотосинтетическая продукция может снизиться или полностью прекратиться. Без солнечного света фитопланктон и растения будут потреблять кислород, а не производить его. Эти условия могут привести к резкому падению уровня растворенного кислорода в воде, что может привести к гибели рыбы 20 .
Земля
Теневые растения, такие как хосты, могут быть повреждены чрезмерной жарой и солнечным светом.Как и в воде, наземные уровни радиации могут быть ограничены пасмурной погодой 20 .Это особенно важно для растений, поскольку процесс фотосинтеза и физиология растений в целом зависят от солнечного света.
Устьица представляют собой поры на внешнем слое листьев растений. Они открываются в присутствии солнечного света и позволяют воде, углекислому газу и кислороду поступать в растение 22 . Затем эти молекулы используются для производства глюкозы посредством фотосинтеза. В холодные, бессолнечные дни устьица закрываются, потому что поступает недостаточно энергии от солнца для продолжения фотосинтеза 23 .Слишком сильный солнечный свет может также остановить фотосинтез, так как устьица закрываются в солнечные, жаркие и сухие дни, чтобы предотвратить потерю воды 23 .
Солнечный свет может влиять не только на открытие и закрытие устьиц растений. В то время как у некоторых растений есть специальные белки, которые защищают их от солнечных ожогов, у других нет, и интенсивное солнечное излучение может повредить их листья 32 . У растений, не приспособленных к полному или интенсивному солнечному свету, таких как хосты или рододендроны, может развиться тепловой стресс. Многие растения, в том числе теневыносливые, подвержены ожогу листьев, когда части растения отмирают из-за чрезмерной потери воды в результате транспирации 33 . В дополнение к замедлению или остановке фотосинтеза, тепловой стресс и ожог листьев могут сделать растения более восприимчивыми к болезням или заражению насекомыми.
Сколько света?
Количество радиации, получаемой Землей, варьируется, и большая ее часть отражается обратно в атмосферу. На этой карте показано чистое поглощенное солнечное излучение.(Изображение предоставлено Деннисом Хартманном, Вашингтонский университет, НАСА).Сколько света излучает солнце? Это сложный вопрос, поскольку существуют разные способы рассмотрения и измерения света. Существует сияние (проецируемая мощность) и видимый свет, который можно измерить как яркость (яркость) или освещенность (падающий свет). Яркость и освещенность относятся только к длинам волн в диапазоне видимого света 37 . Солнечный свет обычно определяется в единицах излучения, поскольку только половина солнечного излучения, достигающего Земли, представляет собой видимый свет, но все излучение обеспечивает энергию.
Энергия излучения может быть измерена в джоулях, хотя чаще она измеряется как лучистый поток или мощность излучения, которая выражается как энергия во времени. Основной единицей мощности является ватт (джоуль в секунду). Солнце излучает 384 600 000 000 000 000 000 000 000 ватт (3,846 x 10 26 Вт) 38 . Для сравнения, средняя лампа накаливания потребляет 40-100 Вт. Эта энергия выбрасывается из Солнца в сферу, часть которой упадет на Землю. Энергия, которая достигает Земли, измеряется как солнечное излучение (энергия в секунду на квадратный метр).Учитывая расчетную мощность излучения солнца, интенсивность солнечной энергии, которая достигает верхней части атмосферы Земли (прямо обращенной к солнцу), составляет 1360 Вт/м² 39 .
Сколько солнечной энергии достигает Земли? Разделите силу солнца на площадь поверхности сферы (с радиусом, равным расстоянию между Землей и Солнцем). В любой заданной точке на поверхности этой гипотетической сферы (одной из таких точек является Земля) полученное излучение составляет примерно 1360 Вт/м². Количество излучения, которое достигает поверхности, может варьироваться в зависимости от эллиптической орбиты Земли, солнечных вспышек и количества атмосферы, через которую должно пройти излучение (из-за угла наклона солнца к поверхности или наличия облачного покрова).2), что является единицей освещенности в системе СИ. При прямом солнечном свете, когда солнце находится в зените (прямо над головой), измеренная освещенность может достигать 130 000 40 . В большинство солнечных дней (вне прямого света) освещенность обычно составляет 10 000–25 000 люкс. В пасмурный день падающая освещенность может достигать только 1000 лк, а в сумерках — 10 лк 40 . Чем больше угол наклона солнца, тем ниже будет люкс, поскольку люмены распространяются на большую площадь. Освещенность важно учитывать при оценке фотосинтетически активной радиации.
Сколько света на самом деле достигает поверхности Земли?
Только 56% солнечного излучения, достигающего атмосферы, доходит до поверхности Земли. Солнечное излучение должно пройти через несколько барьеров, прежде чем оно достигнет поверхности Земли. Первый барьер – это атмосфера. Около 26% солнечной энергии отражается или рассеивается обратно в космос облаками и твердыми частицами в атмосфере 34 . Еще 18% солнечной энергии поглощается атмосферой.Озон поглощает ультрафиолетовое излучение, а углекислый газ и водяной пар могут поглощать инфракрасное излучение 34 . Остальные 56% солнечной радиации способны достичь поверхности. Однако часть этого света отражается от снега или других ярко освещенных поверхностей земли, поэтому только 48% света может быть поглощено землей или водой 36 . Из излучения, достигающего поверхности, примерно половина приходится на видимый свет, а половина — на инфракрасный свет 1 . Эти проценты отражения и поглощения могут варьироваться в зависимости от облачного покрова и угла наклона солнца.В пасмурную погоду до 70 % солнечной радиации может быть поглощено или рассеяно атмосферой 35 .
Сколько света освещает поверхность воды?
5-10% света, достигающего поверхности воды, отражается или рассеивается. Фото предоставлено: «Свет и вода» парня по имени Джерм через FlickrКак только свет достигает поверхности воды, может произойти отражение и рассеяние. Отражение происходит, когда солнечное излучение просто отражается от воды 1 .Это отражение связано с альбедо или отражательной способностью воды. Количество отраженного солнечного света зависит от угла наклона солнца, длины волны и погодных условий. Из света, достигающего поверхности воды, примерно 5-10% отражается 1 . Длинные волны отражаются несколько сильнее, чем короткие 10 .
Рассеяние — это отклонение света молекулами воды. Различные материалы, в том числе растворенные и взвешенные вещества, а также организмы в воде вызывают рассеяние света в разных направлениях 1 .Количество рассеиваемого света зависит от прозрачности воды.
Как глубоко проникает солнечный свет в океан?
Водную толщу океана можно разделить на зоны в зависимости от того, сколько света достигает определенных глубин.Океан разделен на три зоны в зависимости от света. Первая зона, эвфотическая или зона солнечного света, — это место, куда проникает солнечный свет. Фитопланктон живет в эвфотической зоне, потому что там достаточно света для фотосинтеза. Эта зона простирается примерно на 660 футов ниже поверхности океана. 2
Следующая зона называется дисфотической (сумеречной) зоной. Некоторое количество света может достичь этой глубины, но его недостаточно для фотосинтеза 29 .
Последняя зона начинается примерно на 3300 футов ниже поверхности океана и называется афотической (полуночной) зоной. Солнечный свет не может достичь этой зоны, и его единственный свет исходит от биолюминесцентных организмов 2 .
Насколько глубоко проникает солнечный свет в пресную воду?
Фотосинтез может происходить в прибрежной и лимнетической зонах, поскольку для фотосинтеза доступно достаточно света.Глубина, на которую проникает свет в пресной воде, зависит от прозрачности воды. В водах с высоким уровнем мутности или взвешенных твердых частиц свет не проникает так далеко, как чистые водоемы. Эти взвешенные частицы могут как поглощать, так и рассеивать свет 1 . В большинстве рек и ручьев свет достигает русла, и фотосинтез может происходить во всей толще воды. Однако в особенно глубоких, покрытых водорослями или мутных озерах свет может не достигать определенных глубин.
Как и океан, глубокие озера разделены на три зоны. Первая зона называется прибрежной зоной. Эта зона находится близко к берегу, и солнечный свет достигает всего дна. Водные растения в прибрежной зоне могут расти на дне озера и при этом получать достаточно света для фотосинтеза 19 . Следующая зона известна как лимнетическая зона и представляет собой поверхностный слой открытой воды. В этой зоне может происходить фотосинтез, так как в нее проникает свет. Глубина лимнетической зоны зависит от мутности воды.В более мутной воде прибрежная зона будет мельче 19 . Ниже лимнетической зоны находится профундальная зона. Это придонный (донный) слой глубокого озера. Солнечный свет не может попасть в эту зону, поэтому фотосинтеза не произойдет. Вместо этого организмы, которые постоянно обитают в глубинной зоне (например, бактерии), полагаются на падающие органические вещества из более высоких зон 19 .
Пропускание света через лед и снег
Покрытое льдом озеро может не получать достаточно света для продолжения фотосинтеза водными растениями.Количество света, поглощаемого водоемом, может сильно зависеть от ледяного и снежного покрова. Прозрачный бесцветный лед имеет такой же процент пропускания света, как и жидкая вода, что составляет около 72% 1 . Однако, если лед окрашен или мутный, процент может резко снизиться. Непрозрачный лед и сильный снег могут снизить процент светопропускания практически до нуля. Если водоем покрыт льдом и снегом в течение длительного периода времени, весь его метаболизм может быть остановлен.
Фотосинтез, который требует света, производит кислород в качестве побочного продукта и помогает поддерживать уровень растворенного кислорода в водоеме.Растворенный кислород непрерывно потребляется в обменных реакциях живыми организмами в воде, независимо от снежного и ледяного покрова. Если снег и лед препятствуют фотосинтезу, дыхание растений будет способствовать истощению кислорода, а не восстановлению уровня растворенного кислорода. Когда это происходит, может возникнуть снижение содержания кислорода или аноксия, и многие организмы могут погибнуть. Это часто происходит в неглубоких продуктивных озерах и прудах и известно как вымерзание 1 .
Водные организмы и видимый свет
Глубина проникновения света зависит от качества воды.Теплые цвета впитываются быстрее, чем холодные (Изображение предоставлено Кайлом Карозером, NOAA-OE).Солнечный свет может достигать определенной глубины в воде 29 . На высоте более 200 м света недостаточно для фотосинтеза. Человеческий глаз недостаточно чувствителен, чтобы обнаруживать солнечный свет на глубине 850 м 26 . Даже самые зрительно приспособленные рыбы не видят солнечного света на глубинах ниже 1000 м. Однако у многих организмов, обитающих на этой глубине или ниже, все еще функционируют глаза.Вместо того, чтобы полагаться на солнечный свет, они используют для освещения собственную биолюминесценцию 26 .
Рыбы, живущие у поверхности, имеют такие же зрительные способности, как и наземные организмы. Они обладают цветовым зрением, потому что видимый световой спектр проникает через поверхность воды 26 . Многие рыбы также обладают УФ-зрением, что дает им возможность видеть животных, прозрачных в видимом свете 26 .
Такие виды, как креветки и кальмары, могут видеть поляризацию подводного света, а также обладают цветовым и ультрафиолетовым зрением.Благодаря этой способности они могут эффективно находить добычу, поскольку поляризация света изменяется, когда он отражается от чешуи 26 . Креветка-богомол также может использовать эту способность для спаривания, поскольку лопасти самца меняют цвет в зависимости от другой поляризованной ориентации 30 .
Процитировать эту работу
Fondriest Environmental, Inc. «Солнечная радиация и фотосинетически активная радиация». Основы экологических измерений. 21 марта 2014 г. Интернет. < https://www.fundriest.com/environmental-measurements/parameters/weather/solar-radiation/ >.
Дополнительная информация
Климатические исследования Южной Флориды
Солнечное излучение
Изображение предоставлено НАСА.
Почти вся энергия, доступная на поверхности Земли, исходит от Солнца.Солнце получает энергию от процесса ядерного синтеза. Этот процесс происходит в ядре или недрах Солнца, где температура и давление чрезвычайно высоки. В течение большей части жизни Солнца энергия поступает от слияния ядер водорода. В этом процессе (объясняемом просто) четыре ядра водорода сливаются, образуя ядро гелия. Энергия высвобождается, потому что ядро гелия имеет немного меньшую массу, чем четыре исходных ядра водорода. Знаменитая формула Эйнштейна (E = mc2 или Энергия = масса × скорость света в квадрате) объясняет, почему высвобождается энергия.Эта энергия в конечном итоге проникает во внешние области Солнца и излучается или излучается в виде энергии, известной как электромагнитное излучение. Частица электромагнитного излучения известна как фотон. Электромагнитное излучение, также известное как лучистая энергия (или излучение), распространяется в виде электромагнитных волн.
Электромагнитные волны
Электромагнитные волны — это волны, которые могут заставлять заряженные частицы (например, электроны) двигаться вверх и вниз.Эти волны обладают как электрическими, так и магнитными свойствами и могут проходить через газы, жидкости, твердые тела и пустое пространство (или вакуум) со скоростью почти 300 000 километров в секунду (скорость света).
Электромагнитные волны характеризуются длиной волны и частотой. Длина волны — это расстояние между двумя гребнями или впадинами волн. Самая высокая точка волны называется гребнем, а самая низкая точка волны называется впадиной. Частота выражается в герцах (Гц) и относится к числу длин волн, которые проходят фиксированную точку за 1 секунду. Чем короче длина волны, тем выше будет ее частота. Обратное также верно. Например, радиоволны имеют самую большую длину волны и самую низкую частоту.
Электромагнитный спектр
Электромагнитный спектр представляет собой полный спектр электромагнитного излучения.Область спектра с более короткой длиной волны, чем у фиолетового цвета, называется ультрафиолетовым излучением, а область спектра с большей длиной волны, чем у красного цвета, называется инфракрасным излучением.
Электромагнитный спектр
Общеупотребительные метрические единицы
Префикс/символ | Значение | Множитель | |
---|---|---|---|
гига (Г) | Один миллиард | 10 9 | 1 000 000 000 |
мега (М) | Один миллион | 10 6 | 1 000 000 |
кг (к) | Одна тысяча | 10 3 | 1000 |
гектор (h) | Сто | 10 2 | 100 |
дека (да) | Десять | 10 | 10 1 |
деци (д) | Одна десятая | 10 -1 | 0. 1 |
санти (в) | Сотая | 10 -2 | 0,01 |
милли(м) | Тысячная | 10 -3 | 0.001 |
микро (мк) | Одна миллионная | 10 -6 | 0,000001 |
нано (н) | Одна миллиардная | 10 -9 | 0. 000000001 |
Электромагнитный спектр Солнца
Энергия, достигающая Земли, известна как солнечное излучение. Хотя солнце излучает излучение на всех длинах волн, примерно 44% приходится на длины волн видимого света. Область спектра, называемая видимым светом (свет, который могут обнаружить наши глаза), состоит из
относительно коротких длин волн в диапазоне 400 нанометров (нм), или 0.4 микрометра (мкм), до 700 нм или 0,7 мкм.
Электромагнитный спектр Солнца
УФ-излучение | НЦЭХ | ЦКЗ
Принятие мер по защите от солнца — круглогодичная обязанность. Защитите себя и других от солнца с помощью тени, рубашки или солнцезащитного крема (SPF 15+) в течение всего года.
Ультрафиолетовое (УФ) излучение представляет собой форму неионизирующего излучения, испускаемого солнцем и искусственными источниками, такими как солярии. Хотя он имеет некоторые преимущества для людей, включая создание витамина D, он также может представлять опасность для здоровья.
- Наш природный источник УФ-излучения:
- Некоторые искусственных источников УФ-излучения включают:
- Солярии
- Ртутное освещение (часто используется на стадионах и в школьных спортзалах)
- Некоторые галогенные, люминесцентные лампы и лампы накаливания
- Некоторые типы лазеров
Какие существуют типы УФ-лучей?
УФ-излучение подразделяется на три основных типа: ультрафиолетовое излучение А (УФА), ультрафиолетовое излучение В (УФВ) и ультрафиолетовое излучение С (УФС). Эти группы основаны на длине волны, которая измеряется в нанометрах (нм = 0,000000001 метра или 1×10-9 метров).
Тип волны | УФА | УФБ | УФС |
---|---|---|---|
Длина волны | 315- 399 нм | 280–314 нм | 100–279 нм |
Уровень поглощения | Не поглощается озоновым слоем | Большая часть поглощается озоновым слоем, но часть достигает поверхности Земли | Полностью поглощается озоновым слоем и атмосферой |
Все УФ-С и большая часть УФ-В-излучения поглощается озоновым слоем Земли, поэтому почти все ультрафиолетовое излучение, получаемое на Земле, является УФА-излучением. Оба излучения UVA и UVB могут влиять на здоровье. Несмотря на то, что излучение UVA слабее, чем UVB, оно проникает глубже в кожу и остается более постоянным в течение года. Поскольку УФС-излучение поглощается озоновым слоем земли, оно не представляет такого большого риска.
Преимущества
Благотворное воздействие УФ-излучения включает выработку витамина D, витамина, необходимого для здоровья человека. Витамин D помогает организму усваивать кальций и фосфор из пищи и способствует развитию костей.Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует находиться на солнце от 5 до 15 минут 2–3 раза в неделю.
Риски
- Солнечный ожог является признаком кратковременного чрезмерного воздействия, а преждевременное старение и рак кожи являются побочными эффектами длительного воздействия УФ-излучения.
- Некоторые пероральные и местные лекарства, такие как антибиотики, противозачаточные таблетки и продукты с перекисью бензоила, а также некоторые косметические средства могут повышать чувствительность кожи и глаз к УФ-излучению у всех типов кожи.
- Воздействие УФ-излучения увеличивает риск потенциально ослепляющих заболеваний глаз, если не используются средства защиты глаз.
- Чрезмерное воздействие УФ-излучения может привести к серьезным проблемам со здоровьем, включая рак. Рак кожи является наиболее распространенным видом рака в Соединенных Штатах. Двумя наиболее распространенными типами рака кожи являются базально-клеточный рак и плоскоклеточный рак. Как правило, они образуются на голове, лице, шее, кистях и предплечьях, поскольку эти части тела наиболее подвержены воздействию УФ-излучения. Большинство случаев меланомы, самого смертельного вида рака кожи, вызвано воздействием УФ-излучения.
Любой человек может заболеть раком кожи, но чаще встречается у людей, которые:
- Проводить много времени на солнце или обгореть на солнце.
- Иметь светлую кожу, волосы и глаза.
- У члена семьи рак кожи.
- старше 50 лет.
Солнцезащитный крем и солнцезащитные очки можно использовать для защиты от УФ-излучения.
Для защиты от УФ-излучения:
- Оставайтесь в тени, особенно в полуденные часы.
- Носите одежду, закрывающую руки и ноги.
- Рассмотрите варианты защиты ваших детей.
- Носите широкополую шляпу, чтобы затенять лицо, голову, уши и шею.
- Носите солнцезащитные очки с запахом, которые блокируют как УФА-, так и УФВ-лучи.
- Используйте солнцезащитный крем с фактором защиты от солнца (SPF) 15 или выше для защиты как от УФ-А, так и от УФ-В.
- Избегайте солярия в помещении. Солярий в помещении особенно опасен для молодых пользователей; люди, которые начинают загорать в помещении в подростковом или раннем взрослом возрасте, имеют более высокий риск развития меланомы.
Пожалуйста, посетите веб-сайт CDC Radiation and Your Health для получения дополнительной информации.
.