Главная Строительство ОгородЖивотноводствоПтицеводство

Климатические факторы

Солнце как источник энергии

Солнце служит источником и условием существования всей жизни. Только небольшая доля огромного количества энергии, излучаемой Солнцем во все стороны, попадает на поверхность земного шара. Это обусловлено очень большим расстоянием между земным шаром и Солнцем, которое составляет около 150 млн. км, а также тем, что диаметр Солнца примерно в 109 раз больше, чем диаметр земного шара. Несмотря на то, что попадающее на поверхность земного шара количество энергии (1,5 × 1021 Вт/ч) представляет собой весьма ничтожную часть энергии, исходящей от Солнца (3 × 1030 Вт/ч), оно примерно в 20 000 раз больше того количества энергии, которое на сегодняшний день расходует всё человечество земного шара.

В действительности излучаемая Солнцем энергия не достигает полностью поверхности земного шара, поскольку излучение, пробиваясь сквозь толстый слой атмосферы, теряет свою интенсивность. Мощность солнечного излучения за пределами атмосферы составляет в среднем 1396 Вт/м², однако на земной поверхности в

ясную солнечную погоду эта величина составляет около 1000 Вт/м², а в пасмурную погоду, в зависимости от толщины и характера облаков, она уменьшается примерно до 100 Вт/м².

Ежегодно около 31% падающего на Землю коротковолнового солнечного излучения отражается обратно в космическое пространство, и только примерно 19% этого излучения поглощается атмосферой и расходуется на ее нагрев. Остальное количество солнечного излучения, т. е. почти половина его, достигает поверхности земного шара в виде прямого и рассеянного облаками излучения. Небольшая часть солнечного излучения, падающего на земную поверхность (около 3%), отражается от Земли, и примерно 47% превращается в тепло. При этом около половины тепловой энергии (23%) расходуется на испарение воды, а другая половина — на прогревание атмосферы и земной поверхности. Только ничтожная часть ее (около 0,02%) с помощью реакций фотосинтеза идет на образование органического вещества (растительности).

Характеристики солнечного излучения

Электромагнитное излучение, исходящее от Солнца со скоростью света (300 000 км/с), характеризуется различными длинами волн — от коротковолнового рентгеновского и гамма-излучения до радиоволнового диапазона.

Длины волн видимого излучения, которые может воспринимать

глаз человека, расположены в узкой области по шкале электромагнитных излучений — от 0,35 до 0,75 мкм (1 мкм равен одной миллионной части метра). Несмотря на это, видимый свет содержит почти половину (46%) лучистой энергии, достигающей земной поверхности. Указанная область электромагнитных волн содержит также все известные человеку цветовые оттенки, начиная от коротковолнового фиолетового цвета (0,35 мкм): синий, зеленый, желтый, оранжевый и, наконец, красный цвет (0,75 мкм). Значительная часть (49%) исходящей от Солнца лучистой энергии приходится на область инфракрасного излучения, которую мы воспринимаем в виде тепловой энергии. Остальная часть лучистой энергии представляет собой видимое и невидимое ультрафиолетовое излучение, под воздействием которого, в частности, пигменты кожи человека становятся более темными (появляется загар) и в организме начинается вырабатываться витамин D.

Через атмосферу земного шара проходит наибольшая часть солнечного излучения. Однако некоторые виды излучения, например длинноволновое инфракрасное и коротковолновое ультрафиолетовое излучения не могут проходить сквозь атмосферу. Она пропускает излучение с известной длиной волны и отражает или поглощает другие. Без такого фильтрующего действия была бы невозможна жизнь на земном шаре.

Тепловая энергия Солнца

Теплота, накопленная в поверхностном слое Земли, частично отражается обратно в космическое пространство. Это обусловлено равновесным состоянием, которое существует на поверхности Земли: она отражает такое же количество энергии, какое поступает на нее от внешних источников.

Для более полной утилизации солнечной теплоты нужно обеспечить уменьшение тех потоков энергии, которые направлены от земной поверхности. Поэтому человеку необходимо научиться собирать и аккумулировать энергию солнечного излучения.

По-видимому, наиболее известным примером использования солнечной тепловой энергии является крепость Монтесума в Аризоне (700 г.). Она построена индейцами на южном склоне крутой горы из толстого самана («адоба»). Ее стены благодаря хорошим теплотехническим свойствам, обеспечивающим быстрое нагревание и аккумулирование тепловой энергии, способны интенсивно поглощать солнечное тепло, и за время зимнего дня аккумулировать количество солнечной энергии, вполне достаточное для отопления помещений в ночное время. Эти помещения расположены глубоко в скалах, которые выполняют функции крыши и защищают жилище летом, когда солнце поднимается высоко. Естественная вентиляция обеспечивается люками, которые открывают для охлаждения помещений и теплоаккумулирующих предметов.

Таким образом, индейцы благодаря хорошему знанию и использованию природных возможностей создавали благоприятные бытовые условия в своих жилищах как в зимнее, так и в летнее время.

Рис. 11. Спектр энергии Солнца и светопропускание стекла.

Рис. 12. Крепость Монтесума в Аризоне.

Времена года

Земной шар обращается вокруг Солнца по круговой орбите примерно за 365,25 сут., что и обусловливает возникновение годичного ритма жизни. Кроме того, Земля вращается вокруг своей оси со скоростью 1 оборот за сутки, что приводит к появлению суточного ритма.

Ось вращения земного шара наклонена относительно вертикальной линии на угол, равный примерно 23,5 °, и это обусловливает постоянное изменение положения любой точки на земном шаре относительно Солнца не только в течение каждого дня, но и в течение каждого последующего часа. Наименьшее изменение характерно для точек на земной поверхности, расположенных по экватору. Эти изменения возрастают по мере передвижения в сторону Северного или Южного полюсов, где они достигают максимума.

В полярных районах различия во временах года наиболее заметны. Летом солнце светит, находясь высоко в небе, поэтому длительность летнего дня большая; в то же время за полярным кругом солнце светит в течение нескольких месяцев круглые сутки. Зимой солнце расположено на небе низко и в заполярных районах совершенно не появляется на горизонте, поэтому дни там очень короткие. В течение двух дней в году, 21 марта и 23 сентября, продолжительность дня и ночи одинакова везде на земном шаре, вследствие чего они называются днями весеннего и осеннего равноденствия.

Температура среды весьма сильно зависит от длительности инсоляции. Это особенно ощущается в начале осени, когда теплые вечера быстро становятся прохладными, несмотря на то, что днем стоит солнечная погода. Однако прямая зависимость между длительностью инсоляции и температурой среды нарушается, поскольку в летнее время большое количество солнечной энергии аккумулируется грунтом и особенно водоемами, из которых осенью тепло медленно передается воздуху атмосферы, нагревая его. Весной грунт и водоемы отличаются соответственно более низкой температурой, поэтому воздух бывает холодным, несмотря на ясную и солнечную погоду.

Число солнечных дней

Инсоляция и облачность. Наиболее важным условием функционирования теплицы является поступление в нее солнечного излучения. Продолжительность солнечного сияния на Крайнем Севере существенно меняется в зависимости от времени года. Прежде всего это зависит от угла падения солнечных лучей в ясную погоду (короткие дни зимой). Кроме того, интенсивность солнечного излучения ощутимо уменьшается при наличии облачности. В пасмурный день интенсивность солнечного излучения может быть в 10—20 раз меньше, чем в ясную погоду.

Недостаток освещения, требуемого для растений, особенно заметен в последние месяцы года. Например, на широте Хельсинки с 20 ноября и до 6 января включительно солнце светит в среднем менее одного часа в день. После этого продолжительность солнечного дня сначала увеличивается медленно, в середине марта возрастает до 5 ч и достигает максимума в мае—июне в зависимости от конкретного места (10 ч для Хельсинки).

Длительность облачной погоды также характеризуется большими колебаниями, поскольку зависит от времени года и местных условий. Зимой обычно наблюдается равномерная, обширная облачность. Март также бывает облачным, однако в этом же месяце сравнительно часто наступают длительные безоблачные периоды.

Возможность получения солнечной энергии. Очевидно, что оптимальные условия получения солнечной энергии создаются тогда, когда солнце стоит высоко над горизонтом и облачность минимальна. В ясную погоду интенсивность солнечного излучения меняется незначительно, за исключением декабря и января, когда солнце не поднимается высоко и солнечным лучам в атмосфере приходится преодолевать большое расстояние. Интенсивность солнечной радиации при этом падает.

Продолжительность светового дня

Между интенсивностью солнечного излучения и освещенностью существует относительно тесная взаимосвязь, которая в какой-то мере зависит от изменений погоды и высоты солнца. При ясной погоде освещенность можно определить на основании метеорологических данных об интенсивности солнечного излучения.

Освещенность зависит, например, от широты данного места, времени года, погодных условий и времени суток. Облачность приводит к снижению освещенности. Верхние слои облаков в незначительной степени препятствуют прохождению света, в то время как при прохождении через средние и нижние слои облаков освещенность на земной поверхности, заметно уменьшается.

Освещенность достигает максимального значения весной и летом (11 000—40 000 лк), минимального — осенью и зимой (100—11 000 лк). Соотношение между интенсивностью солнечного излучения, Вт/м², и освещенностью, лк, определяется перечисленными выше факторами. Для 60 ° с. ш. 1 Вт/м² = 15—50 лк.

Получение достаточного количества освещения является необходимым условием для выращивания растений. Последние способны использовать только видимую часть спектра солнечного излучения (около 46% всей поступающей энергии). Различным растениям требуется и различная освещенность для обеспечения оптимальных условий роста. Решающее значение имеет продолжительность периода, в течение которого растения получают достаточную световую энергию. В связи с этим при проектировании теплицы необходимо обратить особое внимание на то, чтобы обеспечивалось попадание в нее света весной и осенью.

Температура

Месячные колебания температуры. В различное время года в различных районах Финляндии наблюдаются значительные колебания температуры наружного воздуха.

Наилучшее представление о температурных условиях в различные месяцы можно получить на основании данных об усредненной температуре. Для выращивания растений наиболее важны так называемые устойчивые данные о температуре и солнечном излучении. Это позволяет определить периоды, в которые температура воздуха будет ниже или выше известного значения, что дает возможность получить информацию о длительности и вероятности граничных температурных условий.

Суточные колебания температуры.

Наибольшая разница температур днем и ночью наблюдается в летние месяцы, а именно, в июне и июле, наименьшая — в декабре и январе. Усредненная суточная разность температур для Хельсинки в июле составляет около 8 °С (амплитуда 3,79 °С), а в декабре— около 1 °С (амплитуда 0,36 °С).

Те же закономерности в колебаниях температуры обнаруживаются в теплице. Суточная разность температур зависит не только от погоды, но и от способности теплицы аккумулировать тепло. Наиболее высокая дневная температура наблюдается во все месяцы в период с 14 до 16 ч, наиболее низкая устанавливается зимой между 7 и 9 ч утра и летом между 3 и 5 ч ночи.

Влияние ветра

Скорость ветра. Скорость ветра в зависимости от местности колеблется в довольно широких пределах, причем осенью и зимой она наиболее высокая. В прибрежных районах страны скорость ветра выше, чем во внутренних.

Направление ветра. Основные направления ветра в различных районах Финляндии меняются в зависимости от времени года. Наиболее общие направления невозможно указать хотя бы потому, что на изменение скорости и в особенности направления ветра сильное влияние оказывают рельеф местности, растительность, плотность застройки и т. д. Поэтому для выяснения господствующих направлений ветров необходимо выполнить исследования непосредственно на данном участке либо в данном районе в течение достаточно длительного времени или провести опрос жителей данной местности.

Охлаждающее воздействие ветра на теплицу.

Это воздействие весьма велико и проявляется двумя способами:

  • с повышением скорости ветра интенсифицируется процесс теплопередачи, в особенности от стеклянных поверхностей с неудовлетворительной теплоизоляцией (путем конвекции). При сильном ветре этот фактор может возрасти в 5 и даже 10 раз по сравнению с безветренной погодой;
  • потоки воздуха на наружной поверхности теплицы создают разницу давлений, что в свою очередь приводит к возникновению локальных потоков воздуха во всех местах разуплотнения между элементами конструкций теплицы.

С ростом скорости ветра увеличивается количество воздуха, выходящего из теплицы, что также приводит к большим теплопотерям.

Фотосинтез.

Бедственную способность усваивать солнечную энергию природа реализует с помощью растительности, которая в результате химической реакции преобразует энергию солнечного излучения в биомассу. В процессе фотосинтеза грунтовая вода, находящаяся в воздухе двуокись углерода (углекислый газ) и солнечный свет, главным образом с помощью хлорофилла, содержащегося в листьях растений, превращаются в углеводы, в результате чего выделяется и переходит в атмосферу кислород. Углеводы представляют собой основные вещества растений, содержащие в химически связанном виде солнечную энергию.

Углеводы являются строительными веществами растений и содержат в себе энергоресурсы для питания как человека, так, и животных. В результате усвоения этих питательных веществ освобождается энергия, которая идет на поддержание необходимой температуры, работу мышц и осуществление многосторонней функциональной деятельности организма.

В лесах Финляндии ежегодно вырастает древесная масса, энергетический потенциал которой соответствует примерно 17 мегатоннам условного топлива. Это близко к общим потребностям Финляндии в энергоресурсах, которые в настоящее время составляют около 25 мегатонн у. т. Однако древесина требуется не только для выработки энергии. Промышленность Финляндии использует около 60% ежегодно производимой древесной массы. Если бы остальную часть древесной массы, т. е. около 40% можно было использовать в качестве энергоресурсов, то это соответствовало бы примерно 7 мегатоннам у. т., или почти 60% нынешнего импорта нефти.



Добавить комментарий

Ваше имя


Читайте также:

Устройство теплицы в условиях Севера

Проектирование и строительство теплицы

Теплица как одна из бытовых комнат жилого дома

Потери при хранении картофеля

Хранение картофеля в простейших хранилищах

Хранение картофеля в таре

Комплексная механизация работ

Предварительное хранение осенью и весной на специальных площадках

32. Изменение величины отхода (в %) в зависимости от сроков сортирования и способов хранения картофеля (в среднем за 2 года)

31. Влияние температуры хранения на потемнение мякоти клубней (в %)