Солнечная радиация состоит из трех составляющих: прямой солнечной радиации, рассеянной и суммарной.
ПРЯМАЯ СОЛНЕЧНАЯ РАДИАЦИЯ S –радиация, поступающая от Солнца в атмосферу и затем на земную поверхность в виде пучка параллельных лучей. Ее интенсивность измеряется в калориях на см2 в минуту. Она зависит от высоты солнца и состояния атмосферы (облачность, пыль, водяной пар).
РАССЕЯНАЯ РАДИАЦИЯ D – часть солнечной радиации в результате рассеяния атмосферой уходит обратно в космос, но значительная ее часть поступает на Землю в виде рассеянной радиации. Максимум рассеянной радиации + 1 ккал/ см2/мин. Отмечается при чистом небе, если на нем высокие облака. При пасмурном небе спектр рассеянной радиации сходен с солнечным. Это коротковолновая часть спектра. Длина волны 0,17—4мк.
СУММАРНАЯ РАДИАЦИЯ Q- состоит из рассеянной и прямой радиации на горизонтальную поверхность. Q=S+ D.
Соотношение между прямой и рассеянной радиацией в составе суммарной радиации зависит от высоты Солнца, облачности и загрязненности атмосферы, высоты поверхности над уровнем моря. С увеличением высоты Солнца доля рассеянной радиации при безоблачном небе уменьшается. Чем прозрачнее атмосфера и чем выше Солнце, тем меньше доля рассеянной радиации. При сплошной плотной облачности суммарная радиация полностью состоит из рассеянной радиации. Зимой вследствие отражения радиации от снежного покрова и ее вторичного рассеяния в атмосфере доля рассеянной радиации в составе суммарной заметно увеличивается.
Свет и тепло, получаемые растениями от Солнца, — результат действия суммарной солнечной радиации. Поэтому большое значение для сельского хозяйства имеют данные о суммах радиации, получаемых поверхностью за сутки, месяц, вегетационный период, год.
Отраженная солнечная радиация. Альбедо. Суммарная радиация, дошедшая до земной поверхности, частично отражаясь от нее, создает отраженную солнечную радиацию (RK), направленную от земной поверхности в атмосферу. Значение отраженной радиации в значительной степени зависит от свойств и состояния отражающей поверхности: цвета, шероховатости, влажности и др. Отражательную способность любой поверхности можно характеризовать величиной ее альбедо (Ак), под которым понимают отношение отраженной солнечной радиации к суммарной. Альбедо обычно выражают в процентах:
А = %.
Наблюдения показывают, что альбедо различных поверхностей изменяется в сравнительно узких пределах (10...30 %), исключение составляют снег и вода.
Альбедо зависит от влажности почвы, с возрастанием которой оно уменьшается, что имеет важное значение в процессе изменения теплового режима орошаемых полей. Вследствие уменьшения альбедо при увлажнении почвы увеличивается поглощаемая радиация. Альбедо различных поверхностей имеет хорошо выраженный дневной и годовой ход, обусловленный зависимостью альбедо от высоты Солнца. Наименьшее значение альбедо наблюдают в околополуденные часы, а в течение года — летом.
Разность между приходящими и уходящими потоками лучистой энергии называют радиационным балансом земной поверхности (В).
Приходная часть радиационного баланса земной поверхности днем состоит из прямой солнечной и рассеянной радиации, а также излучения атмосферы. Расходной частью баланса являются излучение земной поверхности и отраженная солнечная радиация:
B=S / +D+ Ea- Е3-Rk
Уравнение можно записать и в другом виде: B = Q-RK - Еэф.
Для ночного времени уравнение радиационного баланса имеет следующий вид:
В = Еа — Е3, или В = —Еэф.
Если приход радиации больше, чем расход, то радиационный баланс положительный и деятельная поверхность* нагревается. При отрицательном балансе она охлаждается. Летом радиационный баланс днем положительный, а ночью — отрицательный. Переход через ноль происходит утром примерно через 1 ч после восхода Солнца, а вечером за 1...2 ч до захода Солнца.
Годовой радиационный баланс в районах, где устанавливается устойчивый снежный покров, в холодное время года имеет отрицательные значения, в теплое — положительные.
Радиационный баланс земной поверхности существенно влияет на распределение температуры в почве и приземном слое атмосферы, а также на процессы испарения и снеготаяния, образование туманов и заморозков, изменение свойств воздушных масс (их трансформацию).
Знание радиационного режима сельскохозяйственных угодий позволяет рассчитывать количество радиации, поглощенной посевами и почвой в зависимости от высоты Солнца, структуры посева, фазы развития растений. Данные о режиме необходимы и для оценки разных приемов регулирования температуры и влажности почвы, испарения, от которых зависят рост и развитие растений, формирование урожая, его количество и качество.
Эффективными агрономическими приемами воздействия на радиационный, а следовательно, и на тепловой режим деятельной поверхности является мульчирование (покрытие почвы тонким слоем торфяной крошки, перепревшим навозом, древесными опилками и др.), укрытие почвы полиэтиленовой пленкой, орошение. Все это изменяет отражательную и поглощательную способность деятельной поверхности.
* Деятельная поверхность - поверхность почвы, воды или растительности, которая непосредственно поглощает солнечную и атмосферную радиацию и отдает излучение в атмосферу, чем регулирует термический режим прилегающих слоев воздуха и нижележащих слоев почвы, воды, растительности.
Для измерения потоков солнечной радиации применяются абсолютные и относительные методы и соответственно разработаны абсолютные и относительные актинометрические приборы. Абсолютные приборы обычно применяют только для тарировки и поверки относительных приборов.
Относительные приборы применяются при регулярных наблюдениях на сети метеостанций, а также в экспедициях, и при полевых наблюдениях. Из них наиболее широко используются термоэлектрические приборы: актинометр, пиранометр и альбедометр. Приемником солнечной радиации у этих приборов служат термобатареи, составленные из двух металлов (обычно манганина и константана). В зависимости от интенсивности радиации между Спаями термобатареи создается разность температур и возникает электрический ток различной силы, который измеряется гальванометром. Для перевода делений шкалы гальванометра в абсолютные единицы применяются переводные множители, которые определяются для данной пары: актинометрический прибор — гальванометр.
Актинометр термоэлектрический (М-3) Савинова — Янишевского служит для измерения прямой радиации, приходящий на поверхность, перпендикулярную к солнечным лучам.
Пиранометр (М-80М) Янишевского служит для измерения суммарной и рассеянной радиации, приходящей на горизонтальную поверхность.
При наблюдениях приемная часть пиранометра устанавливается горизонтально. Для определения рассеянной радиации пиранометр затеняется от прямой радиации теневым экраном в виде круглого диска, закрепленного на стержне на расстоянии 60 см от приемной поверхности. При измерении суммарной радиации теневой экран отводится в сторону
Альбедометр — это пиранометр, приспособленный также. Для измерения отраженной радиации. Для этого служит устройство, позволяющее поворачивать приемную часть прибора вверх (для измерения прямой) и вниз (для измерения отраженной радиаций). Определив альбедометром суммарную и отраженную радиацию, вычисляют альбедо подстилающей поверхности. Для полевых измерений используют альбедометр походный М-69.
Балансомер термоэлектрический М-10М. Этот прибор применяется для измерения радиационного баланса подстилающей поверхности.
Кроме рассмотренных приборов, используют также люксметры — фотометрические приборы для измерения освещенности, спектрофотометры, различные приборы для измерения ФАР и т. д. Многие актинометрические приборы приспособлены для непрерывной записи составляющих радиационного баланса.
Важной характеристикой режима солнечной радиации является продолжительность солнечного сияния. Для ее определения служитгелиограф.
В полевых условиях наиболее часто применяются пиранометры, походные альбедометры, балансомеры и люксметры. Для наблюдений среди растений наиболее удобны походные альбедометры и люксметры, а также специальные микропиранометры.
