Insolācija — saules starojuma definīcija, mērīšana un ietekme
Uzziniet, kas ir insolācija: saules starojuma definīcija, mērīšana un ietekme uz temperatūru, klimatu, atmosfēru un saules enerģijas izmantošanu.
Termins "insolācija" ir atvasināts no vārdiem "ienākošā saules radiācija". Insolācija tiek īpaši attiecināta uz starojumu, kas vispirms nonāk zemes atmosfērā un pēc tam zemes virspusē. Siltumu iegūst no saules enerģijas, ko parasti sauc par saules starojumu. Insolācija" ir saules starojums, kas sasniedz zemes virsmu. To mēra pēc saules enerģijas daudzuma, kas saņemts uz vienu kvadrātcentimetru minūtē. Līdzīgi saules enerģiju, ko saņem zeme, sauc par insolāciju. Tas ir ienākošās saules radiācijas daudzums, kas tiek saņemts zemes virsmas platības vienībā. Saules enerģija, ko saņem planētas virsma, mainās atkarībā no gadalaika, platuma, atmosfēras caurredzamības un zemes slīpuma.
Insolācija ietekmē temperatūru. Jo lielāka insolācija, jo augstāka temperatūra.
Jebkurā konkrētajā dienā vislielākā insolācija ir pusdienlaikā.
Mērīšana un vienības
Insolāciju mēra kā elektromagnētiskās enerģijas plūsmu uz vienības laukuma. Mūsdienās par ierasto mērvienību izmanto vatus uz kvadrātmetru (W/m²). Praktiskos laikposmos bieži izmanto arī kilovatstundas uz kvadrātmetru dienā (kWh/m²/dienā), kas ir noderīgi saules enerģijas novērtēšanai. Vēsturiskos meteoroloģijas datos bieži sastopama vienība cal/cm²/min (kalorijas uz kvadrātcentimetru minūtē) — tādā formātā norādīts arī sākotnējā tekstā.
Instrumenti un metodes:
- Piranometru izmanto kopējās (globālās) starojuma mērīšanai uz horizontālas virsmas (tiešā + izkliedētā starojuma summa).
- pirheliometru izmanto tiešā saules starojuma mērīšanai, parasti novirzītu uz sauli (normālā leņķī).
- sunphotometri un radiometri nosaka atmosfēras caurredzamību, daļiņu (aerosolu) ietekmi un UV starojumu.
- Satelīti nodrošina plaša mēroga insolācijas kartes un laika modeļu analīzi, kombinējot virszemes mērījumus ar mākoņu un atmosfēras datiem.
Saules starojuma tipi
- Tiešā (direct) starojuma — starojums, kas nāk tieši no saules diska un sasniedz virsmu bez skaidras izkliedes atmosfērā.
- Izkliedētā (diffuse) starojuma — starojums, kas izkliedēts atmosfērā (piem., mākoņu vai daļiņu dēļ) un nāk no visas debesu puslodes.
- Kopējā (global) starojuma — tiešā un izkliedētā starojuma summa uz noteiktas virsmas.
- Atstarotais starojums — no zemes vai citu virsmu atstarotā daļa (albeda ietekme).
Faktori, kas ietekmē insolāciju
- Platums un sezona: Saules starojuma leņķis mainās ar platumu un gada laiku — tuvāk ekvatoram un vasarā insolācija ir lielāka.
- Laika daļa (diennakts laiks): Maksimālais starojums parasti ir saules augstākajā punktā — pusdienlaikā.
- Mākoņi un atmosfēras caurredzamība: mākoņi, aerosoli un gāzes (piem., ozons) samazina sasniedzamo insolāciju.
- Augstums virs jūras līmeņa: augstāk atmosfēra ir plānāka, tādēļ starojums bieži ir lielāks kalnos.
- Virsmu leņķis un orientācija: slīps jumts vai paneļi, kas vērsti pret sauli, saņems vairāk tiešā starojuma nekā horizontāla virsma, ja leņķis optimizēts.
- Atstarošanās (albeda): sniegs, ledus vai gaišas virsmas var atstarot lielu daļu starojuma, ietekmējot lokālo enerģijas bilanci.
Ietekme uz vidi un cilvēku
- Klima un laika apstākļi: insolācija ir galvenais siltuma avots atmosfērai un virsmai, ietekmē konvekciju, temperatūras režīmus un nokrišņu modeles.
- Zemkopība un fotosintēze: augiem nepieciešama noteikta saules enerģija fotosintēzei; insolācijas daudzums ietekmē ražu un sezonālo attīstību.
- Saules enerģija: insolācijas novērtējums ir būtisks fotovoltāisko paneļu un termisko kolektoru projektēšanai un ražības prognozēšanai.
- Cilvēka veselība: intensīva insolācija palielina UV starojuma iedarbību — saules apdegumi, ādas novecošanās un paaugstināts risks ādai vēzim. Arī termiskie efekti (sauksme, saules dūrums) saistās ar ilgstošu saules iedarbību.
- Būvniecība un pasīvā apkure: zināšanas par insolāciju palīdz optimizēt ēku siltumizolāciju, logu novietojumu un saules aizsardzību, lai izmantotu dabisko apsildi un samazinātu enerģijas patēriņu.
Papildus piezīmes
Saules konstante. Pie ārējās atmosfēras (vidēji) saules starojuma mehāniskais plūsmas blīvums ir aptuveni 1360–1365 W/m² (bieži apzīmēts kā saules konstante). Atmosfēra to samazina, tāpēc uz zemes virsmas mērījumi parasti ir zemāki un mainīgi atkarībā no apstākļiem.
Valodiska skaidrība: jāņem vērā, ka latviešu valodā vārds "insolācija" dažkārt tiek lietots arī kā nozīmējums saules dūrums / galvas sasilšana cilvēkam (sunstroke). Šeit apskatītā nozīme ir meteoroloģiski‑fiziska — ienākošā saules radiācija uz zemes virsmas.
Zemes klimatu lielā mērā nosaka planētas enerģija.
Saules radiācijas karte Eiropā
Saules starojums Āfrikā un Tuvajos Austrumos
Izolēti kalni Monument Valley, ASV
Insolāciju ietekmējošie faktori
Zemes virsmu apspīdošā starojuma daudzums ne visur ir vienāds. Tas mainās atkarībā no vietas un laika. Kad tropiskie reģioni saņem maksimālo gada insolāciju, tā pakāpeniski samazinās virzienā uz poliem. Vasarās insolācija ir lielāka, bet ziemās - mazāka. Galvenie faktori, kas ietekmē saņemto insolācijas daudzumu, ir šādi.
- Saules konstante
- Saules staru krišanas leņķis
- Dienas ilgums
- Zemes attālums no Saules
- Atmosfēras caurspīdīgums
Saules konstante
Zemes atmosfēras virspusē saņemto starojumu izsaka kā Saules konstanti.To saņem atmosfēras virsmas virspusē (termopauzē) perpendikulārā plaknē pret Saules staru kūli. Vidējā insolācija, kas saņemta termopauzes punktā, t.i., 1368Wm2 (vati uz kvadrātmetru) enerģijas (saules konstante) īso viļņu veidā. Tādējādi to sauc par saules konstanti šim vidējam attālumam no saules. Saules konstante mainās vairāk nekā 1 Wm2 , ko izraisa periodiski traucējumi un eksplozijas Saules virspusē, kas pamatā ir saistītas ar Saules plankumu. Saules plankumi ir tumši un vēsāki apgabali, kas redzami uz Saules virsmas. jaunākie pētījumi liecina, ka vairāk un vairāk enerģijas izdalās, ja saules plankumu ir daudz. arī saules plankumu skaits regulāri palielinās vai samazinās, veidojot 11 gadu ciklu.
Iedarbības leņķis
Tā kā Zeme ir ģeoīds, kas atgādina lodi, saules stari dažādās vietās uz tās virsmas krīt dažādos leņķos. Tas ir atkarīgs no vietas platuma.Jo lielāks platums, jo mazāku leņķi tie veido ar zemes virsmu. Platība, ko aptver vertikālie stari, vienmēr ir mazāka nekā slīpi stari. Ja tiek aptverta lielāka platība, enerģija sadalās, un neto enerģija, kas tiek saņemta uz platības vienību, samazinās. Turklāt saules stari ar mazu leņķi šķērso lielāku atmosfēras daļu nekā stari, kas krīt lielā leņķī.
Dienas ilgums
Dienas garums nosaka saules gaismas ilgumu, kas ietekmē saules starojuma daudzumu, ko saņem zemes virsma. Jo ilgāks ir saulainības periods, jo lielāku saules starojuma daudzumu saņem zemes virsma.Piemēram, pie ekvatora dienas un nakts ilgums visos mēnešos ir 12 stundas, bet Arktikas un Antarktikas tropos saules ilgums svārstās no 0 līdz 24 stundām. Rudens un pavasara saulgriežos (attiecīgi 23. septembrī un 21. martā) saule ir virs zemes pie ekvatora pusdienlaikā. šajās dienās nakts un diena visā zemeslodes platumā ir vienāda, un maksimālais saules starojuma daudzums tiek saņemts pie ekvatora, bet virzienā uz poliem saules starojuma daudzums samazinās. to izraisa vertikālais saules starojums pie ekvatora, bet, pieaugot platuma grādiem, stari kļūst arvien slīpāki. Tāpēc virzienā uz poliem saņemtā enerģija turpina samazināties.
Zemes attālums no Saules
Zeme riņķo ap sauli pa eliptisku orbītu, kā rezultātā attālums starp sauli un zemi katru gadu nepārtraukti mainās. Tas rada sezonālas izmaiņas saules enerģijā, ko saņem zeme.Vidējais attālums starp zemi un sauli ir aptuveni 149 600 000 kilometru (92 900 000 jūdžu).Kad zeme atrodas vistālāk (152 miljoni km) no saules, 4. jūlijā to sauc par "afēliju". Perihelijs (147 miljoni km) katru gadu notiek 3. janvārī, kas ir tuvākais attālums. Afēlija laikā ziemeļu puslode ir vērsta pret sauli, tāpēc tā saņem par 7 procentiem mazāk enerģijas nekā perifēlija laikā (dienvidu puslode).
Atmosfēras caurspīdīgums
Atmosfēra nav caurspīdīga visam saules starojumam, jo tās sastāvs un slāņi ir dažādi. Tas ir arī viens no faktoriem, kas nosaka saules starojuma nokļūšanu līdz Zemes virsmai. Atmosfēru veido gāzes, ūdens tvaiki un cietās daļiņas.Atmosfēra ir gāzu maisījums, piemēram, slāpeklis (N), skābeklis (O2), argons, oglekļa dioksīds, neons (Ne), hēlijs (He), metāns (CH4), kriptons (Kr), ozons (O3), slāpekļa oksīds (N2O), ūdeņradis (H) un ksenons (Xe). Atmosfērā ir arī ūdens tvaiks, ūdens gāzveida stāvoklī.
Jo ilgāks ir dienasgaismas ilgums, jo lielāka ir dienā saņemtā insolācija.
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir insolācija?
A: Insolācija ir saules starojums, kas sasniedz zemes virsmu.
J: Kā mēra insolāciju?
A: Insolāciju mēra pēc saules enerģijas daudzuma, kas saņemts uz vienu kvadrātcentimetru minūtē.
J: Kas ir saules enerģija?
A: Saules enerģija ir siltums, ko iegūst no saules starojuma.
J: Kas ietekmē uz Zemes saņemto insolācijas daudzumu?
A: Saules starojuma daudzumu uz Zemes ietekmē gadalaiks, ģeogrāfiskais platums, atmosfēras caurspīdīgums un zemes slīpums.
J: Kā insolācija ietekmē temperatūru?
A: Jo lielāka insolācija, jo augstāka temperatūra.
J: Kad dienā tiek saņemta vislielākā insolācija?
A: Lielākā insolācija ir pusdienlaikā.
J: Vai saules enerģiju var saukt par insolāciju, ja to saņem Zeme?
A: Jā, saules enerģiju, ko saņem zeme, sauc par insolāciju.
Meklēt