PowerPoint Presentation

CURSdeAGROMETEOROLOGIESpecializarea AGRICULTUR Anul 1 sem. 2conf. univ. dr. ing. LILIANA PANAITESCU

Radiaia solarRadiaia solar la limita superioara a atmosfereiRadiaia solar care ajunge la suprafata PmntuluiRadiaia terestr i radiaia atmosfericBilanul radiativ la suprafaa PmntuluiEfectul de serBilanul energetic la suprafaa solului

AGROMETEOROLOGIERADIAIA SOLARRadiaia solar la limita superioar a atmosferei

Pentru Pmnt, principala sursa de energie o constituie Soarele.

Cantitatea de energie primita de Pmnt, de la Soare, la limita superioar a atmosferei, depinde de urmatorii factori:- cantitatea de energie radiant emis de Soare,- distana Pmnt - Soare,- unghiul de nlime a Soarelui,- durata zilei.Radiaia emis de SoareIluminarea unei suprafete plane de ctre razele de Soare, situata la distanta medie Pamant - Soare, este denumita constanta solara (I0). Constanta solar este o constant ce reprezint cantitatea de energie primit de la Soare de o suprafa cu aria de 1cm ptrat aezat perpendicular pe direcia razelor solare, n afara atmosferei terestre, la distana medie a Pmntului de Soare, n unitatea de timp.n 1884, Samuel Pierpont Langley a estimat valoarea constantei solare la 2,903 kW/m2, valoare prea mare fa de ultimele cercetri. ntre 1902 - 1957, Charles Greeley Abbot i ali colaboratori au gsit valori ntre 1,322 i 1,465kW/m2. Rezultatele msurtorilor prin satelit indic o valoare medie a constantei solare de 1,367kW/m2 (adic 1,366 106 erg/cm2 ).

Se consider c Soarele se comport ca un corp negrucu temperatura de circa 6000 K. Radiatia solara la limita superioara a atmosferei

Radiatia solar care ajunge la limita superioar a atmosferei este n principal de und scurt. Din aceast energie, circa 9% reprezint radiaie situat n domeniul ultraviolet, 45% n domeniul vizibil, iar restul de 46% n domeniul infrarosu.

Distana Pmnt - SoareVariaia in decursul unui an a distantei Pamant - Soare, datorata traiectoriei eliptice pe care Pamantul o descrie in jurul Soarelui, conduce la variatii in cantitatea de energie solara primita de catre Pamant. Astfel, in luna ianuarie, Pamantul primeste o cantitate de energie solara cu aprox 7% mai mare decat in luna iulie. Intervin insa efectele de sens contrar datorate inclinatiei axei Pamantului, circulatiei generale a atmosferei, precum si prezentei uscatului, ceea ce face ca, in emisfera nordica, iarna temperatura sa fie mai scazuta iar vara mai ridicata.

Unghiul de nlime al Soarelui afecteaz cantitatea de energie primit de Pmnt. Cu ct unghiul de nlime al Soarelui este mai mare, cu att cantitatea de energie radiant solar primit de unitatea de suprafa orizontal este mai mare.

Incidena razelor de Soare

Traiectoria Pmntului n jurul SoareluiDurata zileiActiunea combinata a factorilor prezentati determina cantitatea de energie radianta solara primit la limita superioar a atmosferei. Astfel, regiunile polare primesc cantitatea maxima de radiatie solara in timpul zilei polare, iar la ecuator se remarca doua maxime si doua minime, la echinoctii, respectiv la solstiii.

Cu cat durata zilei este mai mare, cu atat va fi mai mare cantitatea de energie solara primita. Aceasta este functie de latitudine si sezon, ceea ce atrage dupa sine dependenta energiei solare de latitudine si sezon.

Energia solar care ajunge la suprafaa Pmntului

La traversarea atmosferei terestre, radiaia solar sufer modificri cantitative i calitative datorit fenomenelor de absorbie i difuzie. Intensitatea acestor fenomene este proportional cu masa atmosferei traversatea) Radiatia solara directa (I)

Se remarc n particular :absorbtia datorata vaporilor de apa la 1100, 1400, 1600 si 1900 nm; din punct de vedere cantitativ este cea mai insemnata;

absorbtia radiatiilor solare cu lungimi de unda mai mici de 300 nm de catre ozon, care asigura astfel protectia organismelor vii impotriva radiatiilor UV;

absorbtia radiatiilor cu lungimile de unda de 2750, respectiv 4250 nm datorata prezentei C02;

absorbtia radiatiilor cu lungimile de unda de 690 si 760 nm de catre oxigen.

Difuzia atmosferic este datorat interaciei radiaiei solare cu moleculele constituienilor atmosferici i cu aerosolii aflati n suspensie in aer i are ca rezultat modificarea compozitiei spectrale a radiatiei solare ce patrunde in atmosfera.

O prima modificare pe care radiaia solar care traverseaz atmosfera o sufer este datorat absorbiei selective de ctre gazele i vaporii de ap din atmosfer.

b) Radiatia difuza (D)

Variatia zilnic si variatia anuala a energiei solare.

Incidenta variabila a razelor de soare (unghiul de inclinatie variabil) face ca radiatia solara si, odata cu ea i celelalte elemente meteorologice, s prezinte variaii periodice (zilnic, respectiv, anual) care difer cu latitudinea. La latitudinile mijlocii, se remarc o simpl oscilaie, att n cazul variaiei zilnice, ct i al celei anuale.

Efectul altitudinii si expunerii suprafetelor.

n medie, la latitudinile mijlocii, intensitatea radiatiei solare incidente creste cu 5 - 15% la fiecare 1000 m crestere n altitudine. Aceasta se datoreaza reducerii grosimii masei de aer de deasupra suprafetei considerate, si, ca urmare, faptului ca aceste suprafete primesc considerabil mai multa radiatie solara directa in cazul cerului senin, comparativ cu suprafetele situate la nivelul marii. Corespunzator, la altitudine apare si o dimninuare a radiatiei terestre, din cauza densitatii reduse a aerului de deasupra suprafetei. Prezenta nebulozitatii, asociata de cele mai multe ori regiunilor montane, face ca efectul global al altitudinii sa fie dependent de mai multi factori si sa nu poata fi generalizat.

Relieful afecteaza cantitatea de radiatie incidenta nu numai prin altitudine ci si prin expunere si panta. Astfel, pantele cu expunere sudica primesc o cantitate mai mare de energie solara decat cele cu expunere nordica. Expunerea si panta influenteaza de asemenea si durata iluminarii directe, ceea ce impreuna cu ceilalti factori prezinta un interes practic deosebit.

Radiaia solar direct, mprtiat (difuzat) de ctre componenii atmosferici, contribuie la ceea ce se numete radiaie difuza (D).

Dac cerul este senin, predomina difuzia Rayleigh, ceea ce explic culoarea albastr a cerului.

Dac cerul este acoperit cu nori, predomin difuzia neutra Mie si compozitia spectrala a radiatiei difuze este apropiata de cea a radiatiei solare directe,

Radiatia terestra i radiatia atmosferic

Radiatia emisa de suprafata terestra, Rs, este radiatie de unda lung i se datoreaz absorbiei radiaiei solare de ctre Pmnt. Atmosfera, la randul ei, datorita absorbtiei radiatiei terestre si a unei parti din radiatia solara, emite in toate directiile radiatie de unda lung.

Bilanul radiativ la suprafaa Pmntului

Bilantul radiativ reprezinta energia neta, Rn , disponibila la nivelul suprafetelor, ca urmare a cstigurilor si pierderilor de energie radiant. Aceasta energie poate fi retrocedat prin mecanisme de transport, altele decat dect cele radiative, cum sunt transferurile conductive sau convective de cldur sau de mas.

n condiii naturale, orice suprafa primeste energie solara, din care va reflecta o parte, conform albedoului sau.

Albedoul (a) reprezint puterea de reflexie a unei suprafee n raport cu radiaia incident pe acea suprafa, sau raportul dintre radiaia reflectat de suprafaa i radiaia de origine solar, incident:

Albedoul sau coeficientul de reflexie, este functie de natura suprafetei, unghiul de incidenta si lungimea de unda a radiatiei incidente. Astfel, n condiii de iluminare natural, vegetaia are un albedou de 15 - 25%, solurile neacoperite 10 - 40%, iar zapada i norii, 60 - 90%.

Cu ajutorul unor instrumente ca de exemplu radiometrele, se poate determina albedoul i se pot stabili caracteristicile spectrale ale diferitelor tipuri de suprefee. Teledetectia este cea care ofera posibilitatea realizrii unor astfel de analize, de la distana, att n domeniul vizibil cat i infrarou apropiat sau mijlociu (sateliii LANDSAT sau SPOT).

n afara radiaiei globale, suprafeele primesc radiaie atmosferic, (i anume componenta ndreptat n direcia suprafetei, intalnita uneori in literatura de specialitate drept contra-radiatie atmosferica) si pierd, ca urmare a emisiei proprii, radiatie terestra.

Ziua, radiatia solara fiind termenul dominant in comparatie cu bilantul radiatiilor telurice, radiaia net este pozitiva si suprafata solului se va incalzi, in timp ce noaptea, bilantul radiativ devine negativ si suprafata solului se rceste, cu toate consecintele microclimatice care decurg de aici (roua, bruma, inghetul).

Efectul de sera

Aceasta modificare corespunde unei reduceri a pierderilor de energie, si, ca urmare a unei cresteri a temperaturilor la nivelul solului sau a nvelisului vegetal.Printre materialele utilizate in acest scop (situatie intalnita la sere) pot fi amintite clorura de polivinil (PVC), polietilena (PE), etc. Condensarea vaporilor de ap care are loc pe fata intern a materialelor utilizate pentru acoperire, determina accentuarea efectului de ser.Efectul de ser poate fi pus n evidena din punct de vedere cantitativ astfel: consideram o suprafata, sol sau vegetatie, care primeste o anumita cantitate de radiatie, Rg. Suprafata va reflecta o parte din aceasta radiatie, Rr, conform albedoului sau, iar restul va fi absorbita, ceea ce conduce la ncalzirea ei. In cazul atmosferei, cand se face referire la efectul de sera se intelege incalzirea straturilor de aer din atmosfera joas, datorita transparentei aerului pentru radiatia solara, in principal pentru lungimile de unda scurte si, in acelai timp, absorbtiei partiale a radiatiei de catre anumiti constituenti atmosferici amintiti deja: vaporii de ap si C02.

Efectul de ser const n modificarea bilanului radiativ legat de proprietatea pe care o au anumite materiale de a absorbi radiaiile termice (terestre i atmosferice) i de a lsa s treac, fr o atenuare exagerat, radiaia solar.

Bilantul energetic la suprafata solului

In functie de caracteristicile masei de aer care se afla la un moment dat deasupra suprafetei (temperatura, umiditate, vant, continut in dioxid de carbon), apar si schimburi convective cu suprafata, precum si schimburi conductive cu solul sau apa.

Toate schimburile sunt de natura energetica, chiar si schimburile de masa cu aerul (apa si C02) pentru ca ele corespund unui consum de energie si anume, in cazul apei fluxului de caldura latenta, iar in cazul dioxidului de carbon, fluxului de caldura fixata prin fotosinteza. n fiecare moment, la nivelul suprafetelor (care pot fi sol, apa sau vegetaie), climatul impune aporturi de energie (radiatie global i radiaie atmosferic) i de mas (precipitaiile).