Суммарная солнечная радиация. Солнечная радиация: виды. Распределение температуры воздуха на Земле. Инсоляция и солнечная энергетика

Географическое положение южно-американского материка обусловливает высокие значения солнечной радиации: большая часть получает её в размере 5000-6700 МДж/м2 (120-160 ккал/см2) в год. Радиационный баланс земной поверхности имеет отрицательное значение в зимнее время года только к югу от 45° ю.ш., то есть на очень небольшой части материка. Воздушные потоки, идущие со стороны Атлантического океана, свободно проникают на запад вплоть до подножия Анд. На западе и отчасти на севере барьер Анд оказывает влияние на воздушные течения, идущие с Тихого океана и Карибского моря. Гвианская и Бразильская ветви Южного Пассатного течения в Атлантическом океане создают у берегов Южной Америки зимнюю положительную аномалию порядка 3 °C. Перуанское же холодное течение в Тихом океане, проникающее почти до самого экватора, выносит на север массы холодных вод из Антарктики и снижает температуру в экваториальной зоне на 4 °C по сравнению со средней величиной для этих широт. По западной периферии атлантических максимумов выносятся массы относительно влажного тропического воздуха, который трансформируется, продвигаясь в глубь материка и отдавая значительную часть своей влаги окраинным поднятиям Бразильского и Гвианского нагорий. На восточной окраине материка к югу от экватора встречаются пассаты северного и южного полушарий, а в более западных районах в летнее время для каждого полушария наблюдается переход пассатных потоков в другое полушарие и образование муссонных ветров. Западная окраина материка на значительном протяжении подвержена воздействию восточной периферии Южно-Тихоокеанского максимума и связанных с ней южных и юго-западных ветров и пассатной инверсии. Крайний юг материка испытывает воздействие западного переноса умеренных широт.

Североатлантический максимум несколько смещен к югу, и оттекающий по его южной периферии воздушный поток в виде северо-восточного пассата захватывает северную часть Южной Америки. Он оставляет значительное количество осадков на восточных склонах Гвианского нагорья и на Гвианской низменности, а во внутренних районах нагорья и на низменности Ориноко - это уже сухой ветер, с которым связан период засухи. Пересекая экватор, воздушный поток трансформируется в экваториальный, меняет направление на северное и северо-западное и орошает дождями большую часть Бразильского нагорья и равнины Гран-Чако.

Со стороны Южно-Атлантического максимума в сторону нагретого материка дуют ветры муссонного характера, приносящие дожди на юго-восточную окраину Бразильского нагорья и Ла-Платскую низменность. Большая часть западного побережья, начиная от 30° и почти до экватора, находится под влиянием восточной периферии Южно-Тихоокеанского максимума и не получает осадков. Только участок побережья к северу от залива Гуаякиль испытывает воздействие экваториальных воздушных масс и орошается обильными дождями.

На крайний юг материка с запада приходит влажный океанический воздух, побережье Тихого океана и особенно западные склоны Анд получают большое количество осадков, а Патагонское плато, находящееся под прикрытием Анд и омываемое с востока холодным Фолклендским течением, становится центром формирования относительно сухих континентальных воздушных масс умеренных широт.

В июле вся северная часть материка оказывается под воздействием влажного экваториального воздуха, приносимого юго-западным муссоном, и не менее влажного морского тропического воздуха, поступающего со стороны Атлантического океана.

Над Бразильским нагорьем устанавливается высокое давление и преобладает сухая погода в связи с перемещением на север тропического максимума южного полушария. Только юго-восточная окраина нагорья попадает под воздействие юго-восточного пассата, приходящего непосредственно с Атлантического океана, и получает значительное, хотя и меньшее, чем летом, количество осадков.

В субтропических и умеренных широтах южного полушария господствует западный перенос и выпадают циклональные дожди. Патагония по-прежнему остается центром формирования относительно сухого и холодного воздуха, который временами прорывается на север вплоть до Амазонской низменности, вызывая там значительные понижения температуры.

Над центральной частью Тихоокеанского побережья от 30° ю.ш. почти до экватора, в июле, как и в январе, преобладают южные и юго-западные ветры, дующие параллельно берегу над водами холодного Перуанского течения. Низкий уровень инверсии препятствует выпадению дождей на Тихоокеанском побережье в этих широтах. Только на северном побережье, где пассат переходит в юго-западный муссон, выпадает значительное количество осадков.

Южная Америка расположена основной своей частью в пределах экваториального, обоих субэкваториальных и южного тропического климатических поясов. На крайнем юге она заходит в субтропический и умеренный пояса.

Экваториальный климатический пояс в Южной Америке охватывает всю Амазонскую низменность (кроме восточной части и крайнего юга), прилегающие части Гвианского нагорья и низменности Ориноко, а также Тихоокеанское побережье к северу от экватора. Для этого пояса характерны обильные осадки и равномерная высокая температура (24…28 °C) в течение всего года. Годовые суммы осадков колеблются от 1500 до 2500 мм, а на склонах Анд и на Тихоокеанском побережье количество осадков возрастает до 5000 - 7000 мм в год.

Осадки в этот район в течение всего года приносят южные и юго-западные ветры, их большие суммы объясняются орографическими причинами. В Амазонской низменности основная часть осадков выпадает за счет конвективных процессов в экваториальных воздушных массах. Обильные осадки намного превышают испаряемость, обусловливая в течение всего года высокий коэффициент увлажнения (везде значительно больше 100 %).

Вся северная часть Южной Америки, включая Оринокскую низменность, побережье Карибского моря, значительную часть Гвианского нагорья и Гвианскую низменность, расположена в субэкваториальном поясе северного полушария. В субэкваториальный пояс южного полушария входят север Бразильского нагорья и южная часть Амазонской низменности, а также часть Тихоокеанского побережья от экватора до 4-5° ю.ш. На востоке субэкваториальные пояса северного и южного полушарий соединяются. Отличительная черта субэкваториального климата - сезонность в распределении осадков - выражена на этой территории достаточно четко. В южном полушарии - на Бразильском нагорье, на юге Амазонской низменности и в нижнем течении Амазонки - период дождей, связанных с действием экваториального муссона, длится примерно с декабря по май, причем продолжительность его возрастает к экватору. На севере дождливый период продолжается с мая по декабрь. Зимой во время действия пассатов осадки не выпадают. Только на северном отрезке прибрежной части Бразильского нагорья, где пассаты, приходя с теплого океана, встречают на своем пути горы, дожди бывают и в зимнее время.

Наиболее высока температура в переходный период между концом сухого и началом влажного сезона, когда средняя месячная температура поднимается до 28… 30 °C. При этом никогда средняя температура не бывает ниже 20 °C.

В пределы тропического климатического пояса Южная Америка входит только в южном полушарии. Восток и юго-восток Бразильского нагорья находятся в области влажного пассатного климата, где осадки в течение всего года приносят потоки тропического воздуха со стороны Атлантики. Поднимаясь по склонам гор, воздух оставляет на наветренной стороне большое количество влаги. По режиму выпадения осадков и увлажнению этот климат близок к климату Амазонской низменности, но характеризуется более значительными температурными различиями между наиболее жарким и наиболее прохладным месяцами.

Во внутренних частях материка в пределах тропического пояса (равнина Гран-Чако) климат засушливый, с летним максимумом осадков и резко выраженным сухим зимним периодом. По режиму осадков он близок к субэкваториальному, но отличается от него резкими скачками температуры, особенно в зимнее время, меньшими годовыми суммами осадков и недостаточным увлажнением.

Побережье Тихого океана между 5 и 30° ю.ш. характеризуется климатом береговых пустынь и полупустынь. Наиболее ярко этот климат выражен в пустыне Атакама, которая находится под воздействием восточной периферии Тихоокеанского максимума и инверсий температуры, создаваемых постоянным притоком относительно холодного воздуха из высоких широт и холодных вод мощного Перуанского течения. При относительной влажности воздуха до 80 % осадков выпадает очень мало - местами всего несколько миллиметров в год. Некоторой компенсацией почти полного отсутствия дождей служат обильные росы, выпадающие на побережье в зимнее время. Температура даже наиболее жарких месяцев редко превышает 20 °C, и сезонные амплитуды невелики.

К югу от 30° ю.ш. Южная Америка входит в пределы субтропического климатического пояса.

Юго-восток материка (южная окраина Бразильского нагорья, бассейн нижнего Уругвая, междуречье Параны и Уругвая, восточная часть Пампы) характеризуется равномерно влажным субтропическим климатом. Летом влагу приносят северо-восточные ветры муссонного характера, зимой осадки выпадают в связи с циклонической деятельностью по полярному фронту. Лето в этих районах очень жаркое, зима мягкая, со средними месячными температурами около 10 °C, но бывают падения температуры значительно ниже 0 °C в связи с вторжениями относительно холодных воздушных масс с юга.

Для внутриматериковых районов субтропического пояса (Западная Пампа) характерен засушливый субтропический климат. Влаги с Атлантического океана туда попадает немного, и осадки (не более 500 мм в год), выпадающие летом, имеют главным образом конвективное происхождение. В течение всего года наблюдаются резкие колебания температуры и частые понижения их зимой ниже 0 °C при средних месячных температурах 10 °C.

На Тихоокеанском побережье от 30 до 37° ю.ш. климат субтропический, с сухим летом. Под влиянием восточной периферии Тихоокеанского максимума лето там почти бездождное и нежаркое (особенно на самом побережье). Зима мягкая и дождливая. Сезонные амплитуды температуры незначительны.

В умеренном поясе (к югу от 40° ю.ш.) расположена самая узкая часть Южной Америки. В Патагонии находится центр формирования континентального воздуха умеренных широт. Осадки в эти широты приносят западные ветры, путь которым в Патагонию преграждают Анды, поэтому и количество их не превышает 250-300 мм. Зимой бывают сильные холода в связи с проникновением холодного воздуха с юга. Морозы в исключительных случаях достигают −30 - −35 °C, однако средние месячные температуры положительны.

На крайнем юго-западе материка и на прибрежных островах климат умеренно теплый, океанический. Вся эта область находится под воздействием интенсивной циклонической деятельности и притока океанического воздуха умеренных широт. На западных склонах Анд особенно много осадков выпадает в зимнее время. Летом дождей бывает меньше, но преобладает пасмурная облачная погода. Годовые суммы осадков везде превышают 2000 мм. Различия в температурах летних и зимних месяцев невелики.

Инсоляции в центральной зоне РФ, помещенное 28.10.08 г. на сайте по просьбам посетителей, неожиданно вызвало резкий рост посещаемости сайта. Тема статьи оказалась актуальной. Сегодня, в помощь проектировщикам, озабоченным не только формальным соблюдением п. 7.3 СанПиН 2.2.1/2.1.1.1076-01, но и действительным выполнением требований нормативного раздела 2 этого документа, мы излагаем способы построения графика для контрольного расчета инсоляции в день летнего солнцестояния (22 июня). Способы пригодны также для построения графиков расчета инсоляции в любой день года и на любых широтах земного шара, в том числе, для кукольных расчетов в северной и южной зонах РФ.

В общем случае график для расчета инсоляции методом проекций с числовыми отметками (инсографик) представляет собою семейство горизонталей рельефа конической поверхности, образованной видимым вращением солнечного луча, падающего в расчетную точку. Законы видимого движения Солнца, вращения луча и изменения теней были открыты в глубокой древности. В девятой книге трактата римского архитектора Витрувия (I век до н.э.) «Десять книг об архитектуре» приводится аналемма , лежащая в основе построения траекторий движения тени в 12 месяцев года от вертикального стержня - гномона . Это древнее построение «циферблата» солнечных часов, по существу, и является построением горизонталей и азимутальных линий инсографиков.

Установим на горизонтальной плоскости гномон OZ" требуемой высоты (рис.1,а) и очертим радиусом OZ" небесную сферу (НС) с центром O в вершине гномона. Диаметр ZZ" НС, параллельный направлению силы тяжести в пункте наблюдения называют отвесной линией . Отвесная линия пересекает НС в зените Z , расположенным над головой наблюдателя, и в надире Z" - под его ногами. Большой круг NS НС, перпендикулярный отвесной линии, называется истинным или математическим горизонтом . Истинный горизонт делит НС на видимую (с зенитом) и невидимую (с надиром) половины.

Рис.1. Построение графиков для расчета инсоляции в характерные дни года на широтах южнее полярного круга

Диаметр PP" , вокруг которого происходит видимое суточное вращение НС, называют осью мира . Ось мира пересекается с НС в северном полюсе мира P , расположенном ближе к зениту, и в южном P" , - ближе к надиру. В северном полушарии Земли положение северного полюс мира совпадет с неподвижной Полярной звездой, расположенной на кончике хвоста созвездия Малой Медведицы.

Большой круг НС, проходящий через отвесную линию и ось мира, называют небесным меридианом . На рис.1,а, сделанном в плоскости небесного меридиана, он совпадает с проекцией НС на плоскость чертежа. Небесный меридиан пересекается с истинным горизонтом по полуденной линии NS и делит НС на восточную (за плоскостью чертежа) и западную (перед плоскостью) половины. Большой круг НС QQ" , перпендикулярный оси мира, называют небесным экватором .

Для фиксации объектов на НС используют горизонтальную и экваториальную системы небесных координат . В горизонтальной системе положение точки на НС определяется ее высотой h и азимутом A . Угловая высота h отсчитывается от истинного горизонта от 0 до 90° к зениту, и от 0 до -90° к надиру. Геодезические азимуты отсчитываются от точки севера N в восточном направлении от 0 до 360°, астрономические - от точки юга S в западном направлении от 0 до 180° и от 0 до -180° в восточном. В экваториальной системе положение точки определяется ее склонением δ и часовым углом t . Склонение отсчитывается от небесного экватора от 0 до 90° к северному полюсу мира, и от 0 до -90° к южному полюсу. Часовые углы отсчитываются в плоскости экватора от северного направления меридиана от 0 до 360° в градусной мере или от 0 до 24 часов - в часовой мере. Небесные координаты связаны с географическими координатами простым равенством - высота h полюса мира P равна географической широте φ расчетного пункта. Приведенное на рис.1 построение сделано для φ = 55° с.ш.

Видимое годовое движение Солнца происходит по эклиптике EE" - большому кругу НС, наклоненному к небесному экватору по углом δ = 23,45º. В день летнего солнцестояния (22 июня) Солнце находится в точке E" эклиптики и в результате видимого суточного вращения НС вокруг оси мира описывает на НС самую высокую солнечную параллель E1 E" . В точках ее пересечения V2 с истинным горизонтом в восточной половине НС Солнце восходит, а в западной половине заходит за горизонт. Расположенная над горизонтом часть V2 OE" конической поверхности, образованной вращением падающего в вершину O гномона солнечного луча, будет лучевым конусом, а ее продолжение BOV1 до пересечения с горизонтальной плоскостью AT основания гномона будет теневым конусом, образующим на этой плоскости траекторию движения тени от вершины гномона.

В день осеннего равноденствия (22 сентября) Солнце окажется в точке O эклиптики, его склонение будет равно 0 и солнечный конус выродится в плоскость небесного экватора. Траекторией движения тени от вершины гномона в этот день будет прямая линия, проходящая перпендикулярно полуденной линии через точку C пересечения плоскости экватора с плоскостью AT . В день зимнего солнцестояния (22 декабря) Солнце достигнет точки E на эклиптике (δ = -23,45º) и его суточное вращение опишет на НС самую низкую солнечную параллель EE2 . При дальнейшем движении по эклиптике симметрично начнется подъем солнечной параллели в точку O весеннего равноденствия (22 марта) и 22 июня следующего года Солнце снова возвратится в точку E" летнего солнцестояния.

В Древнем Риме гармоническое колебание солнечной параллели определяли c помощью лунного круга с диаметром (логотомом ) E"E2 . На рис.1,а половина этого круга разделена на 30-градусные месячные промежутки, проекция которых на логотом дает склонение солнечной параллели на НС и изменение угла раствора солнечного конуса в указанные номинальные числа года. Как видно на рис.1,а, в примыкающие к равноденствиям месяцы инсоляция имеет самый неустойчивый, скоропреходящий характер. С 22 марта по 22 апреля солнечное склонение возрастает примерно на 12º, в следующий месяц его рост замедляется до 8º, а вблизи солнцестояний увеличивается всего на 3º. Поэтому расчеты на дни начала (окончания) нормативных периодов мало характеризуют инсоляцию.

Приведенная на рис.1,а аналемма составляет астрономическую основу построения теней.

Развернем истинный горизонт на плоскость меридиана и спроецируем на его круг точки V1 и V2 заката Солнца. По направлениям OV и OV" тени от гномона уйдут в бесконечность и, следовательно, совпадут с направлениями асимптот гиперболы. В горизонтальной плоскости AT (рис.1,б) проведем полуденную линию и спроецируем на нее вершины A и B гиперболы, гномон Z"" и точку T" пересечения оси мира с плоскостью AT . Разделим ось AB гиперболы пополам и через ее центр O" проведем ее асимптоты O"m и O"n . Восстановим из вершин A и B перпендикуляры до пересечения с асимптотами и радиусом O"D опишем вокруг прямоугольника ADD"B полуокружность, которая пересечется с полуденной линией в фокусах F1 и F2 гиперболы.

Построим правую (летнюю) ветвь гиперболы исходя из ее определения, как геометрического места точек, разность расстояний которых от двух заданных точек - фокусов F1 и F2 есть величина постоянная и равная 2a . Выберем для этого произвольную точку M1 на оси гиперболы за фокусом F2 и радиусом r1 , равным удалению AM1 точки M1 от ближайшей вершины A гиперболы, из фокуса F2 проведем дугу окружности вблизи асимптоты. Затем, радиусом R1 , равным расстоянию BM1 точки M1 от удаленной вершины B гиперболы, из фокуса F1 проведем вторую дугу. Точка пересечения дуг по определению принадлежит искомой ветви гиперболы. Выбирая с необходимой градацией последующие точки M2 , M3 ,... и т.д. и аналогично повторяя дуговые засечки радиусами r2 и R2 ,... и т.д. можно построить точки и соединить их кривой с любой требуемой точностью. Левая (зимняя - 22 декабря) ветвь гиперболы будет симметрична построенной.

Для определения азимутов направления тени от гномона построим часовые линии - следы пересечения часовых плоскостей с горизонтальной плоскостью. Для этого спроецируем НС в направлении оси мира на горизонтальную плоскость GZ и определим большую полуось r эллипса, образованного пересечением проецирующего НС цилиндра с этой плоскостью. Построим на ней (см. рис.1,в) точки эллипса, зафиксированные через равные промежутки времени так, как это было сделано ранее при построении инсографика для дней равноденствия , и проведем через них часовые линии.

Перенесем полученные на рис.1,в часовые линии на рис.1,б так, чтобы точка T совместилась со следом оси мира T" на полуденной линии. Тогда точки пересечения часовых линий с траекториями движения тени будут положениями тени от вершины гномона в указанные на часовых линиях моменты времени. Соединив эти точки с основанием Z"" гномона, получим его тени в три характерных дня года на данной широте. Графическое построение теней наглядно демонстрирует, что скорость азимутального перемещения тени возрастает с увеличением склонения Солнца. Поэтому продолжительность инсоляции помещений и территорий через просветы между затеняющими зданиями уменьшается от дней начала (окончания) нормативного периода к его середине - летнему солнцестоянию.

В силу симметрии солнечного конуса относительно его вершины, повернутые на 180º тени от гномона превращаются в горизонталь с превышением над расчетной точкой Z"" , равным высоте гномона, и в азимутальные линии инсографика. Для построения промежуточных горизонталей отрезки азимутальных линий разной длины следует поделить на равное количество участков и соединить их границы подобными гиперболами так, как это показано на рис.3.

На рис.1 и 3 азимутальные линии построены через равные промежутки неравномерного истинного солнечного времени , не совпадающего со среднем временем , которое показывают наши часы. Продолжительность средних суток может примерно на 1 минуту отличаться от истинных суток, а построенные в среднем времени азимутальные линии в зависимости от дня года могут быть асимметрично смещены относительно полуденной линии в пределах ±14-16 минут. Расчетная продолжительность инсоляции не зависит от того, в каком времени построены инсографики. поэтому усложнять расчеты инсоляции учетом среднего и поясного времени нецелесообразно.

Приведенный на рис.1. способ построения инсографиков довольно трудоемок. В северной зоне РФ вершина зимней ветви гиперболы по мере приближения к полярному кругу (φ = 66,55º) устремляется в бесконечность, что затрудняет реализацию этого способа. На полярном круге 22 июня траектория тени превращается в параболу, а при φ > 66,55º - в эллипс. Поэтому для практического построения инсографиков на северных широтах приходится пользоваться более простым и универсальным, но менее точным способом, показанным на рис.2. Введенная выше терминология и подробно рассмотренные закономерности видимого движения Солнца и изменения теней позволяют изложить его более кратко.

Развернем малый круг E1 E" солнечной параллели в день летнего солнцестояния на плоскость чертежа, перенесем на него точку захода и разделим дневную часть круга на 15-градусные часовые отрезки. Спроецируем их на параллель и через вершину конуса O проведем его часовые сечения, проходящие через ось мира, до пересечения с горизонтальной плоскостью. На плане проведем полуденную линию с основанием Z"" гномона и следом оси мира T" . Построим аналогично рис.1,в сходящиеся в T" часовые линии и через точки их пересечения с соответствующими часовыми сечениями конуса проведем траекторию изменения тени от вершины гномона и его полные тени, сходящиеся в основании Z"" . Для построения инсографика на 22 апреля (августа) склонение параллели следует принять равным 11,72°. В южной зоне РФ инсографики на 22 февраля (октября) лучше строить первым способом, который обеспечивает более высокую точность построения гипербол.

Построение графиков в ArchiCAD и AutoCAD может значительно повысить их точность и облегчить работу, которая, однако, останется довольно кропотливой и рутинной. Показанные на рис.3 инсографики построены модулем InsoGraph, разработанным 10 лет назад для отладки программы Lara. Наша программа практически мгновенно рассчитывает годовой режим инсоляции помещений и территорий наиболее рациональным и наглядным методом центрального проецирования.

Недавно (26.07.2008 г.) компания Autodesk® приобрела американскую программу Ecotect™, которая использует аналогичный метод расчета годового режима инсоляции, но значительно уступает нашей программе по удобству и наглядности интерфейса, разработанного для специфических потребностей российской проектной практики. Пользователи, знакомые с американской программой, могут самостоятельно убедиться в этом на показанном на рис.4, 5 примере графического представления результатов расчета, выдаваемых научной версией программы Lara. Пояснения к рисункам даны в ранее опубликованной статье .

К сожалению, разработанная 10 лет назад российская Lara так и осталась в научной версии, недоступной проектировщикам. В нашей художественной галерее выставлены документальные автопортреты чиновников, сорвавших ее доработку до коммерческой версии. Вы можете выразить свое мнение об этих шедеврах чиновного творчества в книге отзывов художественной галереи. А пока-что, господа, стройте инсографики и считайте вручную, как это предписывает СанПиН. Мы сочувствуем вам и, как видите, стараемся помочь в меру своих знаний, опыта и возможностей.

В ходе дискуссии в журнале «Светотехника» (2006, №1, стр.61) разработчик раздела 7 СанПиН, заведующий лабораторией естественного освещения НИИ строительной физики РААСН к.т.н. В.А.Земцов разъяснил, что в этом разделе «показан общий подход к расчету продолжительности инсоляции, и он не является в полном смысле методикой. Тем более это касается приложения, где изображены схемы определения расчетной точки для окон, окон с балконами, окон с лоджией, окон с прилегающей стеной. Санитарные нормы не ставили своей целью разрабатывать методы расчета продолжительности инсоляции». О том, что показанный им «общий подход» основан на искажении содержания п.11 Санитарных норм СН 2605-82 (статья 292 УК РФ «Служебный подлог») и противоречит школьному принципу необходимости и достаточности условий выполнения норм, В.А.Земцов скромно умолчал. В заключение дискуссии редколлегия журнала «Светотехника» (2006, №3, стр.66) потребовала «скорейшей замены ошибочного раздела 7 СанПиН кратким пунктом, предписывающим производить расчетную проверку выполнения нормативных требований раздела 2 СанПиН на день начала нормативного периода и день летнего солнцестояния (22 июня)» и предложила «на время перехода к точным компьютерным расчетам годового режима инсоляции... разработать и издать «Методические указания по расчету инсоляции». С тех пор прошло почти три года, исправлять ошибки никто не торопится.

Нас беспокоит будущее российских городов, которое не обещает быть солнечным и светлым. Не дожидаясь «Методических указаний...», мы постараемся по возможности скорее дать в следующей статье рекомендации по ручному расчету инсоляции методом проекций с числовыми отметками.

Д.Бахарев

Климатические особенности Земли определяются в основном величиной поступающей солнечной радиации на ее поверхность, особенностями атмосферной циркуляции. Количество солнечной радиации, поступающей на Землю, зависит от географической широты.

Солнечная радиация

Солнечная радиация - вся совокупность солнечного излучения, поступающего на поверхность Земли. Кроме видимого солнечного света, она включает невидимые ультрафиолетовое и инфракрасное излучения. В атмосфере солнечная радиация частично поглощается, частично рассеивается облаками. Различают прямую и рассеянную солнечную радиацию. Прямая солнечная радиация - солнечная радиация, доходящая до земной поверхности в виде параллельных лучей, исходящих непосредственно от Солнца. Рассеянная солнечная радиация - часть прямой солнечной радиации, рассеянной молекулами газов, поступающая на земную поверхность от всего небесного свода. В пасмурные дни рассеянная радиация является единственным источником энергии в приземных слоях атмосферы. Суммарная солнечная радиация включает прямую и рассеянную солнечную радиацию и достигает поверхности Земли.

Солнечная радиация - это важнейший источник энергии атмосферных процессов - формирования погоды и климата, источник жизни на Земле. Под влиянием солнечной радиации нагревается земная поверхность, а от нее - атмосфера, испаряется влага, происходит круговорот воды в природе.

Земная поверхность, поглощая солнечную радиацию (поглощенная радиация), нагревается и сама излучает тепло в атмосферу. Поглощенная земной поверхностью радиация расходуется на нагрев почвы, воздуха, воды. Нижние слои атмосферы в значительной мере задерживают земное излучение. Основную часть поступающей на земную поверхность радиации поглощает пашня (до 90 %), хвойный лес (до 80 %). Часть солнечной радиации отражается от поверхности (отраженная радиация). Наибольшей отражательной способностью обладают свежевыпавший снег, поверхность водоемов, песчаная пустыня.

Распределение солнечной радиации на Земле зонально. Она убывает от экватора к полюсам в соответствии с уменьшением угла падения солнечных лучей на земную поверхность. На поступление солнечной радиации на поверхность Земли влияют также облачность, прозрачность атмосферы.

Материки по сравнению с океанами получают больше солнечной радиации благодаря меньшей (на 15-30 %) облачности над ними. В Северном полушарии, где основная часть Земли занята материками, суммарная радиация выше, нежели в Южном океаническом полушарии. В Антарктиде, где чистый воздух и высокая прозрачность атмосферы, поступает большое количество прямой солнечной радиации. Однако из-за высокой отражательной способности поверхности Антарктиды температура воздуха отрицательная.

Тепловые пояса

В зависимости от количества солнечной радиации, поступающей на поверхность Земли, на земном шаре выделяют 7 тепловых поясов: жаркий, два умеренных, два холодных и два пояса вечного мороза. Границами тепловых поясов являются изотермы. Жаркий пояс с севера и юга ограничен средними годовыми изотермами +20 °С (рис. 9). Два умеренных пояса к северу и югу от жаркого пояса ограничены со стороны экватора средней годовой изотермой +20 °С, а со стороны высоких широт - изотермой +10 °С (средней температурой воздуха самых теплых месяцев - июля в Северном и января в Южном полушариях). Северная граница совпадает примерно с границей распространения лесов. Два холодных пояса к северу и югу от умеренного пояса в Северном и Южном полушариях лежат между изотермами +10 °С и 0 °С самого теплого месяца. Два пояса вечного мороза ограничены изотермой 0 °С самого теплого месяца от холодных поясов. Царство вечных снегов и льдов простирается к Северному и Южному полюсам.

Распределение температуры воздуха на Земле

Так же как и солнечная радиация, температура воздуха на Земле изменяется зонально от экватора к полюсам. Эту закономерность наглядно отражают карты распределения изотерм самого теплого (июля - в Северном полушарии, января - в Южном) и самого холодного (января - в Северном полушарии, июля - в Южном) месяцев в году. Самой «теплой» параллелью является 10° с. ш. - термический экватор, где средняя температура воздуха +28 °С. Летом он смещается к 20° с. ш., зимой приближается к 5° с. ш. Большая часть суши находится в Северном полушарии, соответственно термический экватор сдвигается к северу.

Температура воздуха на всех параллелях Северного полушария выше, чем на аналогичных параллелях Южного полушария. Средняя годовая температура в Северном полушарии составляет +15,2 °С, а в Южном полушарии - +13,2 °С. Это связано с тем, что в Южном полушарии океан занимает большую площадь, и, следовательно, больше тепла тратится на испарение с его поверхности. Кроме того, охлаждающее влияние на Южное полушарие оказывает материк Антарктида, покрытый вечными льдами.

Средняя годовая температура в Арктике на 10-14 °С выше, чем в Антарктиде. Это в значительной степени определяется тем, что Антарктида покрыта обширным ледниковым панцирем, а большая часть Арктики представлена Северным Ледовитым океаном, куда проникают теплые течения из более низких широт. Например, отепляющее влияние на Северный Ледовитый океан оказывает Норвежское течение.

По обе стороны экватора располагаются экваториальные и тропические широты, где средняя температура зимой и летом очень высокая. Над океанами изотермы распределяются равномерно, почти совпадают с параллелями. У побережий материков они сильно искривляются. Это объясняется неодинаковым нагреванием суши и океана. Кроме того, на температуру воздуха у побережий оказывают влияние теплые и холодные течения, преобладающие ветры. Особенно это заметно в Северном полушарии, где расположена большая часть суши. (Проследите распределение температур по тепловым поясам с помощью атласа.)

В Южном полушарии распределение температур более равномерно. Однако здесь есть свои горячие области - пустыня Калахари и Центральная Австралия, где температура января поднимается выше +45 °С, а июля падает до –5 °С. Полюсом холода является Антарктида, где был зафиксирован абсолютный минимум –91,2 °С.

Годовой ход температуры воздуха обусловлен ходом солнечной радиации и зависит от географической широты. В умеренных широтах максимум температур воздуха наблюдается в июле в Северном полушарии, в январе - в Южном, а минимум - в январе в Северном полушарии, в июле - в Южном. Над океаном максимумы и минимумы запаздывают на месяц. Годовая амплитуда температур воздуха возрастает с широтой местности. Наибольших значений она достигает на континентах, значительно меньших - над океанами, на морских побережьях. Самая маленькая годовая амплитуда температур воздуха (2 °С) наблюдается в экваториальных широтах. Самая большая (более 60 °С) - в субарктических широтах на материках.

Количество солнечной радиации, поступающей на Землю, зависит от угла падения солнечных лучей, облачности и прозрачности атмосферы. Так же как и солнечная радиация, температура воздуха на Земле распределяется зонально и понижается от экватора к полюсам.

Солнечная энергия – источник жизни на Земле. Это свет и тепло, без которых не может жить человек. При этом существует минимальный уровень солнечной энергии, при котором жизнь человека является комфортной. Под комфортом в данном случае подразумевается не только наличие естественного освещения, но и состояние здоровья – недостаток солнечного света приводит к различным заболеваниям. Кроме того, энергия солнца может быть использована не только для обеспечения комфортного существования живых существ (человека, растений, животных) светом и теплом, но и для получения электро- и тепловой энергии.

Количественным показателем при оценке потока солнечной солнечной энергии служит величина, которая носит название инсоляция . Википедия дает такое определение этой величины:

Инсоля́ция (лат. in-sol от in – внутрь + solis – солнце) - облучение поверхностей солнечным светом (солнечной радиацией), поток солнечной радиации на поверхность; облучение поверхности или пространства параллельным пучком лучей, поступающих с направления, в котором виден в данный момент центр солнечного диска.

Инсоляция измеряется числом единиц энергии, падающей на единицу поверхности за единицу времени. Обычно инсоляцию измеряют в кВт*час/м 2 . На следующем рисунке приведены данные о величине инсоляции в различных регионах мира.

Глобальная карта инсоляции

Величина инсоляции зависит от высоты Солнца над горизонтом, от географической широты места, от угла наклона земной поверхности, от ориентации земной поверхности по отношению к сторонам горизонта.

Показатель инсоляции влияет на множество областей нашей жизни, начиная от комфортности проживания и заканчивая энергетикой.

Инсоляция и комфорт проживания

Комфорт проживания человека в том или ином помещении во многом связан с естественным освещением, которое имеет место в данном помещении в течение суток. Однако показатели инсоляции жилых помещений и уровень освещенности не являются тождественными друг другу.

Следует заметить, что инсоляция – это не только количество солнечного света, попадающего в жилое помещение в течение суток или, как принято при нормативных расчетах, в течение календарного нормативного периода, это еще и наличие либо отсутствие фотобиологического эффекта – естественное облучение помещений оказывает бактерицидное воздействие, то есть, если помещение хорошо освещается солнцем, оно является куда как более полезным для здоровья.

Исследования показали, что для эффективного воздействия такого рода достаточно, чтобы инсоляция помещения составляла около 1,5 часов в день, причем даже не комнаты, а подоконника.

С целью обеспечения комфорта проживания и здоровья населения, устанавливаются санитарно-гигиенические нормы уровня инсоляции жилых помещений, в соответствии с которыми ведется строительство жилых и административных зданий (нормирование можно проверить в разделах, посвященных инсоляции, СанПиН 2.1.2.2645-10 «Санитарно-эпидемиологические требования к условиям проживания в жилых зданиях и помещениях», а также СанПиН 2.2.1/2.2.2.1076-01 «Гигиенические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий»).

Санитарные нормы и правила устанавливают нормативную продолжительность инсоляции в единицах времени, которая должна обеспечиваться для соответствующих зданий и сооружений.

Нормативная инсоляция зависит от географической широты. Выделяется три условных зоны – северная(севернее 58 град. с.ш.) , центральная (58 град.с.ш. – 48 град.с.ш.) и южная (южнее 48 град.с.ш.) – для которых расчетным образом определяется продолжительность инсоляции. В связи с этим особое значение приобретают методы расчета инсоляции.

В настоящее время существует несколько методов расчета инсоляции, которые применяются для расчета инсоляции жилых помещений в градостроительстве: геометрические и энергетические. С помощью геометрических методов определяется направление и площадь сечения потока солнечных лучей в определенное время дня и/или года. С помощью энергетических методов определяется плотность потока солнечных лучей, облученность и экспозиция поверхности в различных единицах измерения (эти единицы измерения могут быть световые, бактерицидные, эритемные и так далее).

Расчет инсоляции жилых помещений проводится как вручную, так и с помощью специализированных программ. В России в настоящее время используется «Солярис» — программа для расчета инсоляции. Также активно применяется японская программа MicroShadow for ArchiCA, использующая ручной метод ортогонального проецирования. Однако, некоторые специалисты утверждают, что данные программы не позволяют сделать достаточно корректный расчет, на который можно было бы с уверенностью опираться при проектировании зданий и сооружений, и в результате уровень инсоляции может не соответствовать желаемому и необходимому для комфортного проживания. Например, Д.В.Бахарев предлагает использовать программу, основанную на методе центрального проецирования вместо ортогонального.

Инсоляция и солнечная энергетика

Во время постоянного подорожания энергоносителей традиционного вида особое значение получает альтернативная энергетика, одной из важнейших частей которой является использование солнечной энергии, то есть – солнечная энергетика.

Этот вид энергетики основан на использовании солнечной энергии с преобразованием ее в электрическую и/или тепловую энергию с помощью соответствующих приборов. Для улавливания энергии солнца используются фотоэлектрические панели, и их эффективность напрямую зависит от уровня инсоляции в данной местности.

Очевидно, что чем выше инсоляция, тем эффективнее работают гелиопанели, так как на них поступает больше энергии. Современные солнечные панели оснащены двигателями, которые позволяют им разворачиваться и следовать за солнцем в течение светового дня (наподобие того, как поворачиваются за солнцем многие цветы) – это повышает КПД солнечных электростанций.

К сожалению, солнечные электростанции имеют существенные ограничения: в темное время суток они не работают, также значительно снижается их эффективность (иногда до нуля) в туманные и пасмурные дни. Поэтому обычно такие электростанции оснащаются «солнечными аккумуляторами», которые запасают энергию в светлое время суток и отдают в темное, таким образом обеспечивается непрерывность работы солнечных электростанций.

В южных широтах, где уровень инсоляции высок практически в течение всего календарного года, гелиоэлектростанции могут быть использованы сами по себе, в то время как в тех широтах, где уровень инсоляции снижен, а также где климатические условия предполагают наличие большого количества туманных и пасмурных дней, приходится к фотоэлектрическим панелям добавлять не только аккумуляторы, но и электростанции другого типа – ветряные или гидроэлектростанции, которые подключаются к выработке электроэнергии (и/или тепловой энергии), когда уровень инсоляции в данной местности существенно снижает производительность гелиоэлектростанций.

Особенно широко в последнее время распространились фотоэлектрические панели, предназначенные для получения энергии в индивидуальных коттеджах и загородных домах. Они используются в сочетании с ветрогенераторами, что позволяет владельцам такой загородной недвижимости постоянно получать собственную электроэнергию и не зависеть от внешних поставщиков.

Потенциал солнечной энергетики России

Распределение суммарной солнечной радиации на территории РФ (изображение кликабельно).

В силу протяженности территории России уровни солнечной радиации в различных регионах существенно варьируются. Так, солнечная радиация в отдаленных северных районах составляет 810 кВт-час/м 2 в год, тогда как в южных районах она превышает 1400 кВт-час/м 2 в год. Ее значения демонстрируют также большие сезонные колебания. Например, на широте 55° (Москва) солнечная радиация составляет в январе 4.69 кВт-час/м 2 в день, а в июле - 11.41 кВт-час/м 2 в день.

Существенное значение имеет также количество часов в сутках, в течение которого в данном месте светит солнце. Эта величина очень различна для разных регионов. Причем на нее влияет не только географическая широта местности, но и другие факторы, например, расположение в гористой местности или просто наличие неподалеку горной гряды, которая закрывает солнце в утренние или вечерние часы.

На приведенных картах хорошо видно, что во многих труднодоступных регионах нашей страны (даже за полярным кругом), куда проводить линии электроснабжения экономически нецелесообразно, солнечная энергия может обеспечить потребности населения в электричестве, свете и тепле.

Это результат деятельности организаций, направленный на удовлетворение индивидуальных потребностей потребителей (заказчиков) в восстановлении эксплуатационных свойств и внешнего вида обуви , различающейся по виду, назначению, конструкции, материалам верха и подошв и методов крепления деталей низа. Материалы, применяемые при оказании услуги (кожи натуральные, искусственные и синтетические, текстиль, резины, дерево, войлок, пластики), по виду, толщине и цвету должны соответствовать материалам деталей верха и низа ремонтируемой обуви . Обувь должна ремонтироваться тем же методом крепления, которым была изготовлена. :

Физическая география материков и океанов

МАТЕРИКИ: ЮЖНАЯ АМЕРИКА

КЛИМАТ ЮЖНОЙ АМЕРИКИ

Со стороны Южно-Атлантического максимума в сторону нагретого материка дуют ветры муссонного характера, приносящие дожди на юго-восточную окраину Бразильского нагорья и Ла-Платскую низменность. Большая часть западного побережья, начиная от 30° и почти до экватора, находится под влиянием восточной периферии Южно-Тихоокеанского максимума и не получает осадков. Только участок побережья к северу от залива Гуаякиль испытывает воздействие экваториальных воздушных масс и орошается обильными дождями.

На крайний юг материка с запада приходит влажный океанический воздух, побережье Тихого океана и особенно западные склоны Анд получают большое количество осадков, а Патагонское плато, находящееся под прикрытием Анд и омываемое с востока холодным Фолклендским течением, становится центром формирования относительно сухих континентальных воздушных масс умеренных широт.

В июле вся северная часть материка оказывается под воздействием влажного экваториального воздуха, приносимого юго-западным муссоном, и не менее влажного морского тропического воздуха, поступающего со стороны Атлантического океана (см. рис. 9).

Над Бразильским нагорьем устанавливается высокое давление и преобладает сухая погода в связи с перемещением на север тропического максимума южного полушария. Только юго-восточная окраина нагорья попадает под воздействие юго-восточного пассата, приходящего непосредственно с Атлантического океана, и получает значительное, хотя и меньшее, чем летом, количество осадков.

В субтропических и умеренных широтах южного полушария господствует западный перенос и выпадают циклональные дожди. Патагония по-прежнему остается центром формирования относительно сухого и холодного воздуха, который временами прорывается на север вплоть до Амазонской низменности, вызывая там значительные понижения температуры (рис. 82).

Рис. 82. Средняя температура воздуха в Южной Америке на уровне земной поверхности в июле

Над центральной частью Тихоокеанского побережья от 30° ю.ш. почти до экватора, в июле, как и в январе, преобладают южные и юго-западные ветры, дующие параллельно берегу над водами холодного Перуанского течения. Низкий уровень инверсии препятствует выпадению дождей на Тихоокеанском побережье в этих широтах. Только на северном побережье, где пассат переходит в юго-западный муссон, выпадает значительное количество осадков.

Южная Америка расположена основной своей частью в пределах экваториального , обоих субэкваториальных и южного тропического климатических поясов. На крайнем юге она заходит в субтропический и умеренный пояса.

Экваториальный климатический пояс в Южной Америке охватывает всю Амазонскую низменность (кроме восточной части и крайнего юга), прилегающие части Гвианского нагорья и низменности Ориноко, а также Тихоокеанское побережье к северу от экватора. Для этого пояса характерны обильные осадки и равномерная высокая температура (24...28 °С) в течение всего года. Годовые суммы осадков колеблются от 1500 до 2500 мм, а на склонах Анд и на Тихоокеанском побережье количество осадков возрастает до 5000 - 7000 мм в год (рис. 83).

Рис. 83. Среднегодовое количество осадков в Южной Америке

Осадки в этот район в течение всего года приносят южные и юго-западные ветры, их большие суммы объясняются орографическими причинами. В Амазонской низменности основная часть осадков выпадает за счет конвективных процессов в экваториальных воздушных массах. Обильные осадки намного превышают испаряемость, обусловливая в течение всего года высокий коэффициент увлажнения (везде значительно больше 100 %).

Вся северная часть Южной Америки, включая Оринокскую низменность, побережье Карибского моря, значительную часть Гвианского нагорья и Гвианскую низменность, расположена в субэкваториальном поясе северного полушария. В субэкваториальный пояс южного полушария входят север Бразильского нагорья и южная часть Амазонской низменности, а также часть Тихоокеанского побережья от экватора до 4-5° ю.ш. На востоке субэкваториальные пояса северного и южного полушарий соединяются. Отличительная черта субэкваториального климата - сезонность в распределении осадков - выражена на этой территории достаточно четко. В южном полушарии - на Бразильском нагорье, на юге Амазонской низменности и в нижнем течении Амазонки - период дождей, связанных с действием экваториального муссона, длится примерно с декабря по май, причем продолжительность его возрастает к экватору. На севере дождливый период продолжается с мая по декабрь. Зимой во время действия пассатов осадки не выпадают. Только на северном отрезке прибрежной части Бразильского нагорья, где пассаты, приходя с теплого океана, встречают на своем пути горы, дожди бывают и в зимнее время.

Наиболее высока температура в переходный период между концом сухого и началом влажного сезона, когда средняя месячная температура поднимается до 28... 30 °С. При этом никогда средняя температура не бывает ниже 20 °С.

В пределы тропического климатического пояса Южная Америка входит только в южном полушарии. Восток и юго-восток Бразильского нагорья находятся в области влажного пассатного климата, где осадки в течение всего года приносят потоки тропического воздуха со стороны Атлантики. Поднимаясь по склонам гор, воздух оставляет на наветренной стороне большое количество влаги. По режиму выпадения осадков и увлажнению этот климат близок к климату Амазонской низменности, но характеризуется более значительными температурными различиями между наиболее жарким и наиболее прохладным месяцами.

Во внутренних частях материка в пределах тропического пояса (равнина Гран-Чако) климат засушливый, с летним максимумом осадков и резко выраженным сухим зимним периодом. По режиму осадков он близок к субэкваториальному, но отличается от него резкими скачками температуры, особенно в зимнее время, меньшими годовыми суммами осадков и недостаточным увлажнением.

Побережье Тихого океана между 5 и 30° ю.ш. характеризуется климатом береговых пустынь и полупустынь . Наиболее ярко этот климат выражен в пустыне Атакама, которая находится под воздействием восточной периферии Тихоокеанского максимума и инверсий температуры, создаваемых постоянным притоком относительно холодного воздуха из высоких широт и холодных вод мощного Перуанского течения. При относительной влажности воздуха до 80 % осадков выпадает очень мало - местами всего несколько миллиметров в год. Некоторой компенсацией почти полного отсутствия дождей служат обильные росы, выпадающие на побережье в зимнее время. Температура даже наиболее жарких месяцев редко превышает 20 °С, и сезонные амплитуды невелики.

К югу от 30° ю.ш. Южная Америка входит в пределы субтропического климатического пояса .

Юго-восток материка (южная окраина Бразильского нагорья, бассейн нижнего Уругвая, междуречье Параны и Уругвая, восточная часть Пампы) характеризуется равномерно влажным субтропическим климатом . Летом влагу приносят северо-восточные ветры муссонного характера, зимой осадки выпадают в связи с циклонической деятельностью по полярному фронту. Лето в этих районах очень жаркое, зима мягкая, со средними месячными температурами около 10 °С, но бывают падения температуры значительно ниже 0 °С в связи с вторжениями относительно холодных воздушных масс с юга.

Для внутриматериковых районов субтропического пояса (Западная Пампа) характерен засушливый субтропический климат . Влаги с Атлантического океана туда попадает немного, и осадки (не более 500 мм в год), выпадающие летом, имеют главным образом конвективное происхождение. В течение всего года наблюдаются резкие колебания температуры и частые понижения их зимой ниже 0 °С при средних месячных температурах 10 °С.

На Тихоокеанском побережье от 30 до 37° ю.ш. климат субтропический, с сухим летом . Под влиянием восточной периферии Тихоокеанского максимума лето там почти бездождное и нежаркое (особенно на самом побережье). Зима мягкая и дождливая. Сезонные амплитуды температуры незначительны.

В умеренном поясе (к югу от 40° ю.ш.) расположена самая узкая часть Южной Америки. В Патагонии находится центр формирования континентального воздуха умеренных широт. Осадки в эти широты приносят западные ветры, путь которым в Патагонию преграждают Анды, поэтому и количество их не превышает 250-300 мм. Зимой бывают сильные холода в связи с проникновением холодного воздуха с юга. Морозы в исключительных случаях достигают -30...-35 °С, однако средние месячные температуры положительны.