Солнечная радиация ил ионизирующее излучение солнца

Распределение

Распределение солнечного света по земной поверхности неравномерное и имеет зависимость от:

плотности и влажности атмосферы. Чем они больше, тем уменьшается облучение;
географической широты местности. Количество получаемого света повышается от полюсов к экватору;
движения Земли. Объем излучения меняется в зависимости от времени года;
характеристик земной поверхности. Большое количество светового потока отражается в светлых поверхностях, например, снеге. Наиболее слабо отражает световую энергию чернозем.

Из-за протяженности своей территории уровень излучения в России значительно варьируется. Солнечное облучение в северных регионах примерно такое — 810 кВт-час/м2 за 365 дней, в южных – более 4100 кВт-час/м2.

Немаловажное значение имеет длительность часов, на протяжении которых светит солнце. Эти показатели разнообразны в различных регионах, на что влияет не только географическая широта, но и наличие гор

На карте солнечной радиации России хорошо заметно, что в некоторых регионах не целесообразно устанавливать линии электроснабжения, так как естественный свет вполне способен обеспечить потребности жителей в электричестве и тепле.

Свет — движущаяся энергия

Спектр солнечного излучения образно напоминает клавиатуру пианино. Один ее конец имеет низкие ноты, в то время как другой — высокие. То же самое относится и к электромагнитному спектру. Один конец имеет низкие частоты, а другой — высокие. Низкочастотные волны являются длинными в течение заданного периода времени. Это такие вещи, как радар, телевизор и радиоволны. Высокочастотные излучения — это высокоэнергетические волны с короткой длиной. Это означает, что длина самой волны очень коротка для данного периода времени. Это, например, гамма-лучи, рентгеновские и ультрафиолетовые лучи.

Вы можете думать об этом так: низкочастотные волны похожи на подъем на холм с постепенным поднятием, в то время как высокочастотные волны похожи на быстрый подъем на крутой, почти вертикальный холм. При этом высота каждого холма одинакова. Частота электромагнитной волны определяет, сколько энергии она несет. Электромагнитные волны, которые имеют большую длину и, следовательно, более низкие частоты, несут гораздо меньше энергии, чем с более короткими длинами и более высокими частотами.

Вот почему рентгеновские лучи и ультрафиолетовое излучение могут быть опасными. Они несут так много энергии, что, если попадают в ваше тело, могут повредить клетки и вызвать проблемы, такие как рак и изменение в ДНК. Такие вещи, как радио и инфракрасные волны, которые несут гораздо меньше энергии, на самом деле не оказывают на нас никакого влияния. Это хорошо, потому что вы, конечно, не хотите подвергать себя риску, просто включив стерео.

Видимый свет, который мы и другие животные можем видеть нашими глазами, расположен почти в середине спектра. Мы не видим никаких других волн, но это не значит, что их там нет. На самом деле, насекомые видят ультрафиолетовый свет, но не наш видимый. Цветы выглядят для них совсем по-другому, чем для нас, и это помогает им знать, какие растения посетить и от каких из них держаться подальше.

Влияние на живые организмы

Солнечная радиация играет важную роль в жизни всех живых организмов на Земле. Она необходима для синтеза витамина D в коже человека, что способствует укреплению костной ткани и иммунной системы организма.

Однако излишняя экспозиция солнечной радиации может привести к различным негативным последствиям для здоровья. Ультрафиолетовое (УФ) излучение, содержащееся в солнечном свете, способно проникать в нашу кожу и вызывать ее ожоги, раздражение и даже рак кожи.

Влияние солнечной радиации также может быть опасным для глаз. Длительное пребывание под прямыми солнечными лучами без защиты может привести к ожогам роговицы и повреждению сетчатки. Поэтому рекомендуется использовать солнцезащитные очки с УФ-фильтром для защиты глаз.

Растения также испытывают воздействие солнечной радиации. Фотосинтез, основной процесс, обеспечивающий зеленым растениям получение энергии, зависит от поглощения световой энергии. Однако излишняя интенсивность солнечного света или длительная экспозиция к нему может привести к перегрузке растений и вызвать ожоги листьев или повреждение хлорофилла.

Солнечная радиация влияет на живые организмы не только прямым путем, но также через изменение окружающей среды. Изменение уровня солнечной радиации может повлиять на температуру, влажность, и климатические условия, что в свою очередь оказывает влияние на физиологию и поведение различных организмов.

Ультрафиолетовое излучение может замедлить рост и развитие микроорганизмов, таких как бактерии и вирусы.
Рыбы, обитающие в поверхностных водных массах, могут быть подвержены ультрафиолетовому излучению, которое может повысить их смертность и изменить генетическую структуру популяции.
Некоторые животные, такие как черепахи и ящерицы, могут изменять свою активность и миграционное поведение в зависимости от уровня солнечной радиации.

В целом, воздействие солнечной радиации на живые организмы является сложным и многогранным процессом. Понимание этой взаимосвязи позволяет разработать методы защиты и управления воздействием солнечной радиации на различные виды живых организмов.

Влияние солнечной радиации на окружающую среду

Солнечная радиация оказывает значительное влияние на окружающую среду, включая атмосферу, гидросферу и биосферу. Ее спектральный состав и интенсивность являются важными факторами, влияющими на климат, погоду и биологические процессы на Земле.

Одним из наиболее известных эффектов солнечной радиации является понижение температуры атмосферы в верхних слоях, называемое стратосферным охлаждением. Это происходит из-за взаимодействия солнечных ультрафиолетовых лучей с молекулами озона в стратосфере. Нарушение равновесия в концентрации озона может привести к разрушению озонового слоя, что имеет серьезные последствия для живых организмов, так как озон является эффективным фильтром ультрафиолетового излучения.

Солнечная радиация также влияет на энергетический баланс планеты. Испускаемое Солнцем излучение находится в различных участках спектра, включая видимый свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение. Это излучение нагревает поверхность Земли, вызывая ее охлаждение через излучение тепла в атмосферу и космос. Изменение интенсивности солнечной радиации может привести к изменению климатических условий на планете, таких как изменение температуры, осадков и скорости ветра.

Взаимодействие солнечной радиации с водными поверхностями также оказывает значительное влияние на гидросферу. Обогрев воды солнечным излучением может вызывать переход из жидкой фазы воды в испарение, что приводит к образованию облаков и осадков

В свою очередь, осадки имеют важное значение для круговорота воды в природе, включая водные ресурсы и экосистемы

Однако солнечная радиация несет и некоторые опасности для окружающей среды и здоровья человека. Ультрафиолетовое излучение может вызывать ожоги кожи и повреждение глаз, а также приводить к развитию рака кожи. Интенсивность ультрафиолетового излучения зависит от многих факторов, включая высоту над уровнем моря, широту и сезон года.

В целом, понимание влияния солнечной радиации на окружающую среду является важной задачей для научного сообщества. Изучение этого феномена поможет нам лучше понять основные процессы, происходящие на Земле, и принять меры к сохранению нашей планеты для будущих поколений

Суммарная солнечная радиация

Суммарная солнечная радиация ( Q) представляет собой совокупность прямой солнечной радиации, поступающей непосредственно от солнца, и рассеянной радиации (лучистой энергии, рассеянной облаками и самой атмосферой).

Суммарная радиация при безоблачном небе (возможная радиация) зависит от широты места, высоты солнца, характера подстилающей поверхности и прозрачности атмосферы, т.е. от содержания в ней аэрозолей и водяного пара. Увеличение содержания аэрозолей приводит к снижению прямой радиации и увеличению рассеянной. Последнее происходит также при увеличении альбедо подстилающей поверхности. Доля рассеянной радиации в суммарной при безоблачном небе составляет 20–25 %.

Распределение по территории России месячных и годовых сумм суммарной радиации при безоблачном небе приведено в таблице в виде осредненных по широте значений.

Во все сезоны года суммы суммарной радиации возрастают с севера на юг в соответствии с изменением высоты солнца. Исключение составляет период с мая по июль, когда сочетание большой продолжительности дня и высоты солнца обеспечивает довольно высокие значения суммарной радиации на севере.

Для суммарной радиации при безоблачном небе характерно наличие более высоких значений в Азиатской части по сравнению с Европейской.

В условиях ясного неба суммарная радиация имеет простой суточный ход с максимумом в полдень. В годовом ходе максимум отмечается в июне — месяце наибольшей высоты солнца.

Месячный и годовой приход суммарной радиации при действительных условиях облачности составляет лишь часть возможного, что является проявлением влияния облачности. Наибольшие отклонения реального месячного прихода от возможного отмечаются летом на Дальнем Востоке, где под влиянием муссона облачность снижает суммарную радиацию на 40–60%. В целом за год наибольшую долю от возможной суммарная радиация составляет в самых южных районах России — до 80%.

При наличии облачности суммарная радиация определяется не только количеством и формой облаков, но и состоянием солнечного диска. При открытом солнечном диске появление облачности приводит к увеличению суммарной радиации вследствие роста рассеянной. В отдельные дни рассеянная радиация может быть соизмерима с прямой. В этих случаях суточный приход суммарной радиации может превосходить радиацию при безоблачном небе.

В годовом ходе суммарной радиации определяющим является астрономический фактор, однако из-за влияния облачности максимальный приход радиации может наблюдаться не в июне, как это характерно для безоблачного неба, а в июле и даже в мае.

Виды

Световые потоки достигают Земли различными путями. Именно от этого зависят виды солнечной радиации:

Исходящие от солнца лучи называются прямой радиацией. Их сила имеет зависимость от высоты расположения солнца над уровнем горизонта. Максимальный уровень наблюдается в 12 часов дня, минимальный – в утреннее и вечернее время. Кроме того, интенсивность воздействия имеет связь с временем года: наибольшая возникает летом, наименьшая – зимой. Характерно, что в горах уровень радиации больше, чем на равнинных поверхностях. Также грязный воздух снижает прямые световые потоки. Чем ниже солнце над уровнем горизонта, тем меньше ультрафиолета.
Отраженная радиация – это излучение, которое отражается водой или поверхностью земли.
Рассеянная солнечная радиация формируется при рассеивании светового потока. Именно от нее зависит голубая окраска неба при безоблачной погоде.

Поглощенная солнечная радиация имеет зависимость от отражательной способности земной поверхности – альбедо.

Спектральный состав излучения многообразен:

цветные или видимые лучи дают освещенность и имеют большое значение в жизни растений;
ультрафиолет должен проникать в тело человека умеренно, так как его переизбыток или нехватка могут нанести вред;
инфракрасное облучение дает ощущение тепла и воздействует на рост растительности.

Суммарная солнечная радиация – это проникающие на землю прямые и рассеянные лучи. При отсутствии облачности, примерно около 12 часов дня, а также в летнее время года она достигает своего максимума.

Что такое солнечная радиация?

Солнечная радиация, — источник и двигатель всех процессов на Земле, в том числе климатообразующих. Солнечная радиация включает все виды солнечного излучения — световое, тепловое, ультрафиолетовое. Она измеряется в килокалориях на 1 см2 (ккал/см2) или в мегаджоулях на 1 м2 (МДж/м2) в год.

Прямая радиация поступает на поверхность Земли в ясный солнечный день. В облачную погоду значительная часть солнечных лучей, проходя через атмосферу и сталкиваясь с молекулами газа и пара, беспорядочно изменяет направление движения и углы падения на земную поверхность, т. е. рассеивается. Рассеянная радиация создаёт сплошную освещённость в дневное время даже там, куда не проникают прямые лучи солнца, например под пологом леса. Вместе прямая и рассеянная радиация составляют суммарную солнечную радиацию.

Суммарная солнечная радиация — общее количество солнечной энергии, достигшей поверхности Земли.

Не вся суммарная радиация поглощается земной поверхностью, часть её отражается. Количество отражённой радиации зависит от характера подстилающей поверхности. Наибольшую отражательную способность имеет снег (70—90%), наименьшую — влажный чернозём (5%). Поскольку поглощённая радиация меньше, чем суммарная, возникает разница (баланс).

Радиационный баланс, в отличие от суммарной солнечной радиации, поступление которой на земную поверхность зависит только от широты места, изменяется от места к месту иначе. На карте (рис. 36) видно, что при примерно одинаковой суммарной радиации (на одной широте) в Якутии радиационный баланс меньше, чем в тайге Европейского Севера. В Якутии зимой почти всегда ясная и сухая погода, земная поверхность быстро отдаёт тепло, выхолаживается, и от неё охлаждается воздух.

Радиационный баланс — разница между поступлением суммарной солнечной радиации и её потерями на отражение и тепловое излучение.

Радиационный баланс определяет распределение температур в почве и нижних слоях тропосферы, интенсивность испарения и таяния снега. Радиационный баланс в России в среднем за год положительный, по зимой он повсеместно отрицательный, а летом положительный.

СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ — ЭТО ИЗЛУЧЕНИЕ СОЛНЦЕМ ТЕПЛА И СВЕТА. ДЛЯ КЛИМАТА ОСОБОЕ ЗНАЧЕНИЕ ИМЕЕТ РАДИАЦИОННЫЙ БАЛАНС.

Спектральный состав солнечной радиации

На интервал длин волн между 0,1 и 4 мк приходится 99% всей энергии солнечной радиации. Всего 1% остается на радиацию с меньшими и большими длинами волн, вплоть до рентгеновых лучей и радиоволн.
Видимый свет занимает узкий интервал длин волн, всего от 0,40 до 0,75 мк. Однако в этом интервале заключается почти половина всей солнечной лучистой энергии (46%). Почти столько же (47%) приходится на инфракрасные лучи, а остальные 7% — на ультрафиолетовые.
В метеорологии принято выделять коротковолновую и длинноволновую радиацию. Коротковолновой называют радиацию в диапазоне длин волн от 0,1 до 4 мк. Она включает, кроме видимого света, еще ближайшую к нему по длинам волн ультрафиолетовую и инфракрасную радиацию. Солнечная радиация на 99% является такой коротковолновой радиацией. К длинноволновой радиации относят радиацию земной поверхности и атмосферы с длинами волн от 4 до 100-120 мк.
Интенсивность прямой солнечной радиации

Радиацию, приходящую к земной поверхности непосредственно от солнечного диска, называют прямой солнечной радиацией, в отличие от радиации, рассеянной в атмосфере. Солнечная радиация распространяется от Солнца по всем направлениям. Но расстояние от Земли до Солнца так велико, что прямая радиация падает на любую поверхность на Земле в виде пучка параллельных лучей, исходящего как бы из бесконечности. Даже Земной шар в целом так мал в сравнении с расстоянием от Солнца, что всю солнечную радиацию, падающую на него, без заметной погрешности можно считать пучком параллельных лучей.

Приток прямой солнечной радиации на земную поверхность или на любой вышележащий уровень в атмосфере характеризуется интенсивностью радиации I, т. е. количеством лучистой энергии, поступающим за единицу времени (одну минуту) на единицу площади (один квадратный сантиметр), перпендикулярной к солнечным лучам.

Рис. 1. Приток солнечной радиации на поверхность, перпендикулярную к лучам (АВ), и на горизонтальную поверхность (АС).

Легко понять, что единица площади, расположенной перпендикулярно к солнечным лучам, получит максимально возможное в данных условиях количество радиации. На единицу горизонтальной площади придется меньшее количество лучистой энергии:

I’ = I sinh

где h — высота солнца (рис. 1).

Все виды энергии взаимно эквивалентны. Поэтому лучистую энергию можно выразить в единицах любого вида энергии, например в тепловых или механических. Естественно выражать ее в тепловых единицах, потому что измерительные приборы основаны на тепловом действии радиации: лучистая энергия, почти полностью поглощаемая в приборе, переходит в тепло, которое и измеряется. Таким образом, интенсивность прямой солнечной радиации будет выражаться в калориях на квадратный сантиметр в минуту (кал/см2мин).

Что представляет собой солнечная радиация

О Солнце и его энергии написано множество книг. Солнце является главным источником энергии всех физико-географических явлений на Земле. Одна двухмиллиардная доля света проникает в верхние слои атмосферы планеты, большая же часть оседает в мировом пространстве.

Лучи света – первоисточники других видов энергии. Попадая на поверхность земли и в воду, они формируются в тепло, воздействуют на климатические особенности и погоду.

Степень воздействия световых лучей на человека зависит от уровня радиации, а также периода, проведенного под солнцем. Многие типы волн люди применяют себе на пользу, пользуясь рентгеновским облучением, инфракрасными лучами, а также ультрафиолетом. Однако солнечные волны в чистом виде в большом количестве могут негативно отразиться на здоровье человека.

Количество радиации зависит от:

положения Солнца. Наибольшее количество облучения приходится на равнины и пустыни, где солнцестояние довольно высокое, а погода безоблачная. Полярные области получают минимальное количество света, так как облачность поглощает значительную часть светового потока;
длительности дня. Чем ближе к экватору, тем продолжительнее день. Именно там люди получают больше тепла;
свойств атмосферы: облачности и влажности. На экваторе повышенная облачность и влажность, что является препятствием для прохождения света. Именно поэтому количество светового потока там меньше, чем в тропических зонах.

Спектральный состав и свойства видимого света

Световые пучки распространяются прямолинейно и не накладываются друг на друга, что порождает справедливый вопрос, почему окружающий мир поражает многообразием различных оттенков. Секрет заключается в основных свойствах света: отражении, преломлении и поглощении.

Доподлинно известно, что предметы не испускают свет, он частично поглощается ими и отражается под разным углом в зависимости от частоты. Человеческое зрение эволюционировало веками, однако сетчатка глаза способна воспринимать только ограниченный диапазон отраженного света в узком промежутке между инфракрасным и ультрафиолетовым излучением.

Изучение свойств света породило не только отдельную отрасль физики, но и ряд ненаучных теорий и практик, основанных на влиянии цвета на психическое и физическое состояние индивидуума. Оперируя этими знаниями, человек оформляет окружающее пространство в наиболее приятном для глаз цвете, что делает быт максимально комфортным.

Воздействие на человека

Влияние солнечного излучения на здоровье человека определяется различными факторами. Имеет значение место жительства человека, климат, а также количество времени, проведенного под прямыми лучами.

При нехватке солнца у жителей Крайнего Севера, а также у людей, чья деятельность связана с работой под землей, например у шахтеров, наблюдаются различные расстройства жизнедеятельности, снижается прочность костей, возникают нервные нарушения.

Дети, недополучающие света, страдают рахитом чаще, чем остальные. Кроме того, они более подвержены заболеваниям зубов, а также имеют более длительное протекание туберкулеза.

Однако слишком продолжительное воздействие световых волн без периодической смены дня и ночи может пагубно отразиться на состоянии здоровья. Например, жители Заполярья часто страдают раздражительностью, утомлением, бессонницей, депрессиями, снижением трудоспособности.

Таким образом, люди, которые находятся под длительным излучением:

подвержены высокой вероятности возникновения рака кожных покровов;
имеют повышенную склонность к сухости кожи, что, в свою очередь, ускоряет процесс старения и появление пигментации и ранних морщин;
могут страдать ухудшением зрительных способностей, катарактой, конъюнктивитом;
обладают ослабленным иммунитетом.

Нехватка витамина D у человека является одной из причин злокачественных новообразований, нарушений обмена веществ, что приводит к излишней массе тела, эндокринным нарушениям, расстройству сна, физическому истощению, плохому настроению.

Человек, который систематически получает свет солнца и не злоупотребляет солнечными ванными, как правило, не испытывает проблем со здоровьем:

имеет стабильную работу сердца и сосудов;
не страдает нервными заболеваниями;
обладает хорошим настроением;
имеет нормальный обмен веществ;
редко болеет.

Таким образом, только дозированное поступление излучения способно положительно отразиться на здоровье человека.

Солнечная радиация и усиление парникового эффекта

Ранее мы упоминали, что количество солнечной радиации, поступающей на Землю, и той, которая уходит, одинаково. Это не совсем так, потому что в этом случае средняя глобальная температура на нашей планете составила бы -88 градусов. Нам нужно что-то, что поможет нам сохранять тепло, чтобы иметь такую приятную и пригодную для жизни температуру, которая делает возможной жизнь на планете. Здесь мы вводим парниковый эффект. Когда солнечная радиация попадает на поверхность Земли, она почти наполовину возвращается в атмосферу, чтобы выбросить ее в космическое пространство. Итак, мы заметили, что облака, воздух и остальные компоненты атмосферы поглощают небольшую часть солнечной радиации. Однако этого поглощенного количества недостаточно, чтобы поддерживать стабильную температуру и делать нашу планету пригодной для жизни. Как жить с такими температурами?

Так называемые парниковые газы — это те газы, которые сохраняют часть температуры, испускаемой земной поверхностью, которая возвращается обратно в атмосферу. Парниковые газы: водяной пар, диоксид углерода (CO2), оксиды азота, оксиды серы, метан и т. д. Каждый парниковый газ обладает различной способностью поглощать солнечное излучение. Чем больше у него способности поглощать излучение, тем больше тепла он будет удерживать и не позволит ему вернуться в космос.

На протяжении всей истории человечества концентрация парниковых газов (включая большую часть CO2) возрастала все больше и больше. Рост этого увеличения связан с промышленная революция и сжигание ископаемого топлива в промышленности, энергетике и транспорте. Сжигание ископаемых видов топлива, таких как нефть и уголь, вызывает выбросы CO2 и метана. Эти газы с возрастающей эмиссией заставляют их удерживать большое количество солнечной радиации и не позволяют ей возвращаться в космическое пространство.

Это известно как парниковый эффект. Однако усиление этого эффекта мы называем парниковым. это контрпродуктивно, поскольку то, что мы делаем, все больше и больше увеличивает средние глобальные температуры. Чем больше концентрация этих поглощающих излучение газов в атмосфере, тем больше тепла они будут удерживать и, следовательно, тем выше будет повышаться температура.

Как защититься от солнечной радиации

Инфракрасная составляющая солнечного излучения — это вожделенное тепло, которого жители средних и северных широт с нетерпением ожидают все остальные сезоны года. Солнечной радиацией как оздоровительным фактором, пользуются как здоровые, так и больные.

Однако, нельзя забывать, что тепло так же, как и ультрафиолет, относится к очень сильным раздражителям. Злоупотребление их действием может привести к ожогу, общему перегреву организма, и даже к обострению хронических заболеваний. Принимая солнечные ванны, следует придерживаться проверенных жизнью правил

Особенно осторожно следует загорать в ясные солнечные дни. Грудным детям и пожилым людям, больным с хронической формой туберкулёза и проблемами с сердечно-сосудистой системой, следует довольствоваться рассеянным солнечным излучением в тени

Этого ультрафиолета, вполне достаточно для удовлетворения нужд организма.

Даже молодым людям, не имеющих особых проблем со здоровьем, следует предусмотреть защиту от солнечной радиации.

Сейчас появилось движение, активисты которого выступают против загара. И не напрасно. Загорелая кожа, несомненно, красива. Но меланин, вырабатываемый организмом (то что мы называем загаром) — это его защитная реакция на воздействие солнечного излучения. Пользы от загара нет! Есть даже сведения, что загар укорачивает жизнь, так как радиация имеет кумулятивное свойство — она накапливается в течении всей жизни.

Если дело обстоит так серьёзно, следует скрупулёзно соблюдать правила, предписывающие как защититься от солнечной радиации:

строго ограничивать время для загара и делать это лишь в безопасные часы;
находясь на активном солнце, следует носить широкополую шляпу, закрытую одежду, солнцезащитные очки и зонт;
использовать только качественный солнцезащитный крем.

Во все ли времена года солнечная радиация опасна для человека? Количество поступающего на землю солнечного излучения связано со сменой времён года. На средних широтах летом оно на 25% больше чем зимой. На экваторе этой разницы нет, но по мере роста широты места наблюдения — это различие возрастает. Это происходит из-за того, что наша планета по отношению к солнцу наклонена под углом в 23,3 градуса. Зимой оно находится низко над горизонтом и освещает землю лишь скользящими лучами, которые меньше прогревают освещаемую поверхность. Такое положение лучей вызывает их распределение по большей поверхности, что снижает их интенсивность по сравнению с летним отвесным падением. Кроме того, наличие острого угла при прохождении лучей через атмосферу, «удлиняет» их путь, заставляя терять большее количество тепла. Это обстоятельство снижает воздействие солнечной радиации зимой.

Солнце — звезда, являющаяся для нашей планеты источником тепла и света. Она «управляет» климатом, сменой времён года и состоянием всей биосферы Земли. И только знание законов этого могучего воздействия, позволит использовать этот живительный дар на благо здоровья людей.