Характеристика солнечной радиации – Радиационный режим виноградника

Радиационный режим виноградника – Характеристика солнечной радиации на винограднике

Содержание материала

III. 1. ХАРАКТЕРИСТИКА СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ
Солнечная радиация представляет собой поток идущего от Солнца электромагнитного излучения в широком диапазоне длин волн. В Международной системе единиц (СИ) длины волн оптического диапазона измеряются в микрометрах (мкм) или нанометрах (им), для которых существует соотношение: 1 мкм= 10 3 нм.
К верхней границе атмосферы на перпендикулярную к солнечным лучам поверхность поступает 1,98 кал/(см 2 • мин) лучистой энергии (

140 тыс. лк). Эта величина радиационных условий и характеризует «солнечную постоянную».
Для количественной оценки солнечного излучения используют два показателя. Плотность потока (интенсивность) радиации — поток лучистой энергии, проходящей в единицу времени через перпендикулярную лучам единицу поверхности. Наиболее распространенными единицами измерения являются Вт/м 2 или кал/(см 2 • мин). Сумма (доза) радиации — количество радиации, приходящей на единицу площади соответственно ориентированной поверхности за время действия облучения (час, день и т. д.). Измеряется она в кал/см 2 , ккал/см 2 , Дж/см 2 постояные множители для различных единиц измерения радиации приведены в работе [361].

В энергетическом отношении солнечная радиация почти полностью (на 99%) сосредоточена в области 290—4000 нм. ;)|и коротковолновая, или интегральная, радиация (ИР). Ра-/пьчцпя с длиной волн свыше 4000 нм относится к длинноволновой, или тепловой.
Для физиологических процессов растения наибольшее значите имеет коротковолновая радиация. Она подразделяется на ультрафиолетовую (290—380 нм), оказывающую фотоморфоге-ический эффект, видимую, или фотосинтетически активную радиацию (ФАР, 380—710 нм), дающую фотосинтетический, фотоморфогенетический и тепловой эффект, и близкую инфракрасную радиацию (750—4000 нм), дающую морфогенетический и тепловой эффект [306, 403].
Величина ФАР может определяться либо путем непосредственного измерения с помощью фитопиранометров, либо рассчитываться на основе ИР с помощью переходных коэффициентов [361, 367].
Нсли актинометрическая станция находится на расстоянии не более 50 км от опытного участка, можно пользоваться данными прихода суммарной ИР, полученной на станции, и переходить от них к суммарной ФАР. Суммарную приходящую ФАР вычисляют приближенно по формуле

2q* = 2qc, (in.1)

где — дневная (месячная, годовая) сумма ИР (прямой и рассеянной); С — переходный коэффициент, равный 0,5.
Суммарная ИР может быть приближенно рассчитана по формуле [327]:
Q = 49SU1 X 10-44-10,5(sinun)2,1, (Ш.2)

где S — продолжительность солнечного сияния за месяц; hu — полуденная высота Солнца на 15-е число месяца.

Определение месячных сумм радиации по этой формуле для территории от 35 до 65° с. ш. дает ошибку не более 10%.
Для оценки агроклиматических ресурсов по обеспеченности тершей ФАР могут быть использованы климатологические средние месячные суммы или карты сумм ФАР для районов Советского Союза [65, 122, 217].
Коротковолновая радиация подразделяется на следующие виды [361]: S —прямая солнечная радиация; D — рассеянная радиация; Q — суммарная радиация, равная S + D; R — отраженная от поверхности земли или растений радиация; Вк = – (J R –остаточная коротковолновая радиация, или коротковолновый радиационный баланс. Все указанные виды радиации количественно оцениваются через плотности лучистого потока.
Следует отметить, что до последнего времени в подавляющей части работ фитофизиологического и экологического характера световые условия оценивались в единицах освещенности — люксах. Это имело место и в исследованиях с виноградом. Характеристика освещенности в люксах дает неполное представление об обеспеченности растений энергией солнечной радиации [62, 361].
Для перехода от освещенности (в люксах) к энергетическим единицам используют пересчетные коэффициенты — энергетические эквиваленты люкса. В случае обратного пересчета пользуются световыми эквивалентами радиации. Для суммарной ИР световой эквивалент 1 кал/(см 2 • мин) составляет 70 тыс. лк с пределами колебаний примерно ±5% [43]. Световой эквивалент 0,1 кал/(см 2 • мин) ФАР равен 20 тыс. лк [388]. Энергетический эквивалент люкса для суммарной ФАР в безоблачную погоду для высот Солнца 11, 19 и 65° практически одинаков — 5,72хЮ_6 кал/(см 2 • мин). При сплошной облачности 1 лк равен 3,88х10- 6 кал/(см 2 – мин) [300]. По Цельникер [388], энергетический эквивалент люкса для ясной погоды при высоте Солнца 40—50° равен 5,70х10 6 кал/(см 2 – мин) для ФАР в границах 380—710 нм.

РАДИАЦИОННЫЙ РЕЖИМ виноградника

РАДИАЦИОННЫЙ РЕЖИМ виноградника, поступление и распределение энергии солнечной радиации в оптикобиологически системе, состоящей из расположенных определенным образом растений и частей растений с известными геометрическими и оптическими свойствами. В формировании Р. р. винограда решающую роль играет архитектура растений и структура виноградника. В шпалерно-рядовых виноградниках наибольшее количество радиации (Р) на единицу площади за день поступает на верхнюю сторону кроны. Кривая дневного хода Р для этой стороны симметрична относительно истинного полдня. Наиболее низкие интенсивности Р — на северной стороне шпалеры, куда поступает главным образом рассеянная Р с интенсивностями 0,1—0,2кал/см 2 .мин. На восточную и западную стороны за день приходится-примерно одинаковое количество Р. На восточной стороне максимум облученности наблюдается в 8—9 ч, на западной — в 16—17 ч. Пропускание Р внутрь кроны для боковых сторон наибольшее в утренние и послеполуденные часы, наименьшее — в околополуденные. Радиационное поле (РП) кроны в вертикальном слое характеризуется большой пестротой интенсивностей Р. На протяжении дня наиболее однородное РП с относительно низкими интенсивностями Р складывается в полуденные часы. В утренние и послеполуденные часы увеличиваются абсолютные значения Р и одновременно повышается пестрота РП в слое. По мере понижения слоя кроны количество отсчетов с низкими интенсивностями Р увеличивается.» Ослабление Р внутри кроны неодинаково для лучей различной длины волн. Наибольшее ослабление Р отмечается в области красных и синих лучей, наименьшее — в области зеленых и близких инфракрасных. Усредненные кривые вертикального распределения Р образуют на вертикальной шпалере 2 максимума — в 10 и 16 ч и один минимум — в околополуденные часы. На Т-образной шпалере дневной ход Р в кроне изменяется синхронно поступлению Р на горизонтальную поверхность. Поглощение Р виноградником в период вегетации характеризуется непрерывным увеличением среднедневных коэффициентов поглощения, которые достигают 0,7 для интегральной радиации, поступающей на весь виноградный массив. Увеличение ширины или высоты кроны ведет к пропорциональному (линейному) увеличению дневного поглощения Р. Специфика Р. р. виноградника проявляется в высокой облученности и аккумулирующей способности боковых сторон кроны в течение дня. Вследствие этого виноградники имеют более высокие коэффициенты поглощения Р, чем посевы при тех же размерах листовой площади на гектаре. Р. р. виноградника оказывает влияние на все стороны жизнедеятельности куста: фотосинтез, транспирацию, плодоношение, качественный состав биопродуктов в ягодах и др. Плодоносность почек повышается с увеличением дозы Р и не зависит от ее спектрального состава. При очень слабом доступе Р, а также при избыточной Р развитие ягод задерживается. При ограниченном доступе Р сильно подавляется рост губчатых, палисадных и эпидермальных клеток, пластинки листьев формируются более тонкие, чем у растений на полном свету.

Литература: Амирджанов А. Г. Солнечная радиация и продуктивность виноградника. — Л., 2000.

Общая характеристика солнечной радиации

Лучистая энергия Солнца, или солнечная радиация, является основным источником тепла для поверхности Земли и для ее атмосферы. Радиация, поступающая от звезд и Луны, ничтожно мала по сравнению с солнечной радиацией и существенного вклада в тепловые процессы на Земле не вносит. Так же ничтожно мал поток тепла, направленный к поверхности из глубин планеты. Солнечная радиация распространяется по всем направлениям от источника (Солнца) в виде электромагнитных волн со скоростью, близкой к 300 000 км/сек. В метеорологии рассматривают преимущественно тепловую радиацию, определяемую температурой тела и его излучательной способностью. Тепловая радиацияимеет длины волн от сотен микрометров до тысячных долей микрометра. Рентгеновское излучение и гамма-излучение в метеорологии не рассматриваются, так как в нижние слои атмосферы они практически не поступают.

Тепловую радиацию принято подразделять на коротковолновую и длинноволновую. Коротковолновой радиацией называют радиацию в диапазоне длин волн от 0,1до 4 мкм, длинноволновой – от 4 до 100 мкм. Солнечная радиация, поступающая к поверхности Земли, на 99% является коротковолновой. Коротковолновую радиацию подразделяют на ультрафиолетовую (УФ), с длинами волн от 0,1 до 0,39 мкм; видимый свет (ВС) – 0,4 – 0,76 мкм; инфракрасную (ИК) – 0,76 – 4 мкм. ВС и ИК радиация дают наибольшую энергию: на ВС приходится 47% лучистой энергии, на ИК – 44%, а на УФ – только 9% лучистой энергии. Такое распределение тепловой радиации соответствует распределению энергии в спектре абсолютно черного тела с температурой в 6000К. Эту температуру считают условно близкой к фактической температуре на поверхности Солнца (в фотосфере, являющейся источником лучистой энергии Солнца). Максимум лучистой энергии при такой температуре излучателя, согласно закону Вина

l= 0,2898/Т (см*град). (28)

приходится на сине-голубые лучи с длинами около 0,475 мкм (l.- длина волны, Т – абсолютная температура излучателя).

Общее количество излучаемой тепловой энергии пропорционально, согласно закону Стефана-Больцмана, четвертой степени абсолютной температуры излучателя:

где s = 5,7*10 -8 Вт/м 2 *К 4 (постоянная Стефана-Больцмана).

Количественной мерой солнечной радиации, поступающей на поверхность, служит энергетическая освещенность, или плотность потока радиации. Энергетическая освещенность – это количество лучистой энергии, поступающей на единицу площади в единицу времени. Она измеряется в Вт/м 2 (или кВт/м 2 ). Это означает, что на 1 м 2 в секунду поступает 1 Дж (или 1 кДж) лучистой энергии. Энергетическую освещенность солнечной радиации, падающей на площадку единичной площади, перпендикулярную солнечным лучам в единицу времени на верхней границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца называют солнечной постоянной S_о. При этом под верхней границей атмосферы понимают условие отсутствия воздействия атмосферы на солнечную радиацию. Поэтому величина солнечной постоянной определяется только излучательной способностью Солнца и расстоянием между Землей и Солнцем. Современными исследованиями с помощью спутников и ракет установлено значение S_о, равное 1367 Вт/м 2 с ошибкой ±0,3%, среднее расстояние между Землей и Солнцем в этом случае определено как 149,6*10 6 км. Если учитывать изменения солнечной постоянной в связи с изменением расстояния между Землей и Солнцем, то при среднегодовом значении 1,37 кВт/м 2 , в январе она будет равна 1,41 кВт/м 2 , а в июне – 1,34 кВт/м 2 , следовательно, северное полушарие за летний день получает на границе атмосферы несколько меньше радиации, чем Южное полушарие за свой летний день.

В связи с постоянным изменением солнечной активности солнечная постоянная, возможно, испытывает колебания из года в год. Но эти колебания, если они и существуют, настолько малы, что лежат в пределах точности измерений современных приборов. Но за время существования Земли солнечная постоянная, вероятнее всего, меняла свое значение.

Зная солнечную постоянную, можно рассчитать количество солнечной энергии, поступающей на освещенное полушарие на верхней границе атмосферы. Оно равно произведению солнечной постоянной на площадь большого круга Земли. При среднем радиусе земли, равном 6371 км, площадь большого круга составляет p*(6371) 2 = 1,275*10 14 м 2 , а приходящая на нее лучистая энергия – 1,743*10 17 Вт. За год это составит 5,49*10 24 Дж.

Приход солнечной радиации на горизонтальную поверхность на верхней границе атмосферы называют солярным климатом. Формирование солярного климата определяется двумя факторами – продолжительностью солнечного сияния и высотой Солнца. Количество радиации, приходящейся на границе атмосферы на единицу площади горизонтальной поверхности пропорционально синусу высоты Солнца, которая меняется не только в течение дня, но и зависит от времени года. Как известно, высота Солнца для дней солнцестояния определяется по формуле 90 0 – (j±23,5 0 ), для дней равноденствия – 90 0 -j, где j – широта места. Таким образом, высота Солнца на экваторе меняется в течение года от 90 до 66,5 0 , в тропиках – от 90 до 43 0 , на полярных кругах – от 47 до 0 0 и на полюсах – от 23,5 до 0 0 . В соответствии с таким изменением высоты Солнца зимой в каждом полушарии приток солнечной радиации на горизонтальную площадку быстро убывает от экватора к полюсам. Летом картина более сложная: в середине лета максимальные значения приходятся не на экватор, а на полюса, где продолжительность дня составляет 24 часа. В годовом ходе во внетропической зоне наблюдается один максимум (летнее солнцестояние) и один минимум (зимнее солнцестояние). В тропической зоне приток радиации достигает максимума два раза в год (дни равноденствия). Годовые количества солнечной радиации меняются от 133*10 2 МДж/м 2 (экватор) до 56*10 2 МДж/м 2 (полюса). Амплитуда годового хода на экваторе небольшая, во внетропической зоне – значительная.

Прямая солнечная радиация

Прямой солнечной радиациейназывают радиацию, приходящую к земной поверхности непосредственно от солнечного диска. Несмотря на то, что солнечная радиация распространяется от Солнца по всем направлениям, к Земле она приходит в виде пучка параллельных лучей, исходящих как бы из бесконечности. Приток прямой солнечной радиации на земную поверхность или на любой уровень в атмосфере характеризуется энергетической освещенностью – количеством лучистой энергии, поступающей за единицу времени на единицу площади. Максимальный приток прямой солнечной радиации будет поступать на площадку, перпендикулярную солнечным лучам. Во всех остальных случаях энергетическая освещенность будет определяться высотой Солнца, или синусом угла, который образует солнечный луч с поверхностью площадки

В общем случае S (энергетическая освещенность площадки единичной площади, перпендикулярной солнечным лучам) равно S_o. Поток прямой солнечной радиации, приходящийся на горизонтальную площадку, называется инсоляцией.

Продолжительность солнечного сияния — это время, в течение которого прямые солнечные лучи освещают земную поверхность. Продолжительность солнечного сияния является важным элементом климата и зависит от длины дня, определяемой широтой местности и временем года, и облачности. На метеостанции она определяется гелиографами. Продолжительность солнечного сияния выражают либо в часах, либо в процентах от наиболее возможной продолжительности.

Продолжительность солнечного сияния возрастает от полярных широт к тропикам. В Арктике относительная продолжительность составляет 25% и ниже, в Северной Европе — около 40%, в Италии — 50%. Максимум продолжительности солнечного сияния отмечают в субтропических пустынях (например, в Аризоне — 88%, а в летнее время до 97% возможной). В дождливых областях близ экватора — 35%.

В годовом ходе максимум продолжительности солнечного сияния для умеренных широт приходится на июль-август, в пустынях субтропиков — на июнь и сентябрь. Внутри тропиков максимум солнечного сияния наблюдается в сухой период, минимум — во влажный (особенно в муссонных районах).

Горы в среднем беднее солнечным сиянием, чем прилегающие равнины из-за сильного развития облаков конвекции летом. Но зимой в высокогорье больше солнечного сияния, чем на низменности. Это является важным преимуществом горных курортов.

Самые солнечные часы суток в Средней Европе летом от 10 до 11 часов, зимой от 13 до 14 часов. На горных вершинах максимум приходится на два часа раньше. В тропиках наиболее богаты солнечным сиянием утренние часы — 8-9 часов.

В больших городах загрязнение воздуха снижает продолжительность солнечного сияния до 20% и более по сравнению с сельской местностью.

Условия облачности можно характеризовать также и числом ясных и пасмурных дней. Вот несколько экстремальных значений: Ифрена (Ливия) — 293 ясных дня в году, Термез (Узбекистан) — 260 дней, Имандра (Кольский п-ов) — 9 ясных дней в году, на горной станции Бен-Невис в Шотландии — 247 пасмурных дней в году, на восточном берегу острова Тайвань — 233 пасмурных дня.

Источники:

http://vinograd.info/info/solnechnaya-radiaciya-i-produktivnost-vinogradnika/radiacionnyy-rezhim-vinogradnika-2.html
http://sortov.net/info/radiacionnyy-rezhim-vinogradnika.html
http://infopedia.su/10x599f.html