Как регулировать альбедо сельскохозяйственных угодий
Погодные факторы урожая. Свет
Приток солнечной энергии в Поволжье и использование ее культурными растениями
На земную поверхность падает огромное количество солнечной энергии, однако коэффициент использования ее растениями очень невысокий. Много солнечной радиации расходуется на нагревание воздуха и почвы, испарение, отражение и другие процессы.
Свет оказывает влияние на развитие растений прежде всего через интенсивность освещения, которая складывается из двух величин: прямого солнечного света и света рассеянного, или диффузного.
При наличии данных о суммарном притоке солнечной радиации и количестве аккумулированной энергии в урожае различных растений можно определить степень использования солнечной энергии в урожае полевых культур (табл. 1).
Согласно расчетам средний суточный приток энергии к земной поверхности в теплый период года, с апреля по октябрь, составляет в лесостепных районах Поволжья около 270 гкал/см2 прямой солнечной н 115 гкал/см2 рассеянной радиации. Полупустынные районы, в зоне Астрахани, получают в это время около 355 гкал/см2 прямой радиации и 100 гкал/см2 рассеянной. Таким образом, разность в поступлении солнечной энергии в среднем за сутки на северных и южных границах Поволжья составляет 70 гкал/см2.
Наряду с разным количеством поступающей энергии происходят и качественные ее изменения. Если в северной части Поволжья из общего количества энергии на долю диффузной радиации приходится 30%, то в южных районах она составляет только 22%.
Приход прямой и рассеянной солнечной радиации в безоблачные дни, или, как его называют, «возможные суммы» солнечной радиации, является одним из основных элементов климата. «Возможные суммы» солнечной радиации зависят от географической широты и прозрачности атмосферы. Возможный приток энергии за теплый период года (с апреля по октябрь) меняется в Поволжье от 100,9 (Балашов) до 107,1 ккал/см2 (Астрахань).
Облачность вносит большие изменения в фактический приток энергии. Увеличивая отражение и рассеивание солнечных лучей, она понижает прямую солнечную радиацию и повышает рассеянную. Фактический приток энергии меньше «возможных сумм», причем чем больше облачность, тем сильнее уменьшается приток энергии (табл. 2).
Из приведенной таблицы видно закономерное снижение удельного веса диффузной (рассеянной) радиации в общем притоке тепла по мере увеличения засушливости района, что вполне естественно, так как в засушливых районах меньше облачность. Изменение качества поступающей энергии, вероятно, оказывает определенное влияние на процессы фотосинтеза и, как следствие, на качество продукции.
Альбедо различных сельскохозяйственных полей
Солнечная энергия не полностью поглощается деятельным слоем поверхности почвы, растений и др. Часть ее отражается и идет обратно в мировое пространство. Количество отраженной энергии (альбедо) зависит от характера поверхности земли. Чем меньшая доля солнечной энергии расходуется на нагревание почвы, растений, на испарение и другие процессы, тем выше альбедо.
Земная поверхность находится под пашней, выгонами и залежью, под посевами, покрыта стерней, лесом или водой (пруды, реки и озера) и др. Отражательная способность различных поверхностей может существенно изменяться в зависимости от ряда причин.
Измерения альбедо пашни на почвах южного чернозема в Саратове показали, что отражательная способность ее невелика. Но под влиянием изменения состояния поверхности поля альбедо изменяется в существенных размерах. Чаще всего эти изменения обусловлены влажностью верхнего слоя почвы и выровненностью поля.
Глыбистая, неборонованная пашня с влажной поверхностью отражает энергии в два раза меньше, чем пашня, выровненная с сухой поверхностью. Проведенные измерения альбедо пашни в Ершове показали, что сухая темно-каштановая почва отражает 13% всей поступающей солнечной энергии.
Возрастание альбедо во время созревания хлебов вызывается изменением состояния растений, в первую очередь уменьшением содержания воды в листьях и стеблях, а также изменением их окраски. По мере развития растений поле поглощает все меньше падающей на него энергии (табл. 3).
Приведенные выше данные относятся к влажному году с большим количеством атмосферных осадков и высокой влажностью воздуха. Хлебостой яровой пшеницы в том году был очень густым, и растения отличались большим содержанием воды в листьях. Это обстоятельство повлияло определенным образом на величину альбедо. В годы засушливые хлебостой реже, видимая часть почвы между растениями занимает большой удельный вес, но с другой стороны, в листьях меньше содержится воды. Величина альбедо поля в разные годы различная. С этой стороны представляет интерес сопоставление альбедо во влажный и засушливый годы.
В засушливые годы поле пшеницы поглощает энергии больше, чем во влажные, и тем самым создаются условия, при которых усиливается развитие засушливых процессов.
Озимые рожь и пшеница дают примерно такую же величину альбедо, как и яровая пшеница. Разница только в том, что весной озимые растения смыкаются в посевах раньше яровых, поэтому отражательная способность полей, занятых озимыми, в мае выше, чем у полей, занятых яровыми культурами.
Оставшаяся после уборки зерновых культур стерня отражает в среднем около 15% падающей энергии. По нашим наблюдениям, в Саратове альбедо выгона и залежи в течение теплого периода года колеблется в пределах от 15 до 20% в зависимости от состояния растительности и почвы. Измерения альбедо залежи во второй половине лета, проведенные в Заволжье, показали, что выгоревшая под влиянием засухи залежь отражает около 16% падающей энергии, или почти столько же, сколько обнаженная почва в Заволжье.
Невысокая отражательная способность поля является очень важным отрицательным фактором засушливых, районов. С увеличением доли поглощенной энергии поле способствует нагреванию воздуха и повышению его температуры. Изменяя отражательную способность поверхности, можно воздействовать на температурный режим воздуха и почвы. На этом принципе основаны некоторые агрономические приемы воздействия на температуру почвы, в частности изменение окраски поверхности, способ посева, мульчирование и другие приемы. Влияние на альбедо способа посева и мульчирования показано в табл. 4.
Мульчирование посевов яровой пшеницы проводилось соломой. Мульчирующий слой особенно резко меняет отражательную способность поля яровой пшеницы в первый период роста, пока развивающиеся растения не начнут затенять поверхность почвы, покрытую соломой.
Освещенность посевов и развитие растений
Освещенность во многом зависит от топографии местности, то есть от направления и крутизны склонов (табл. 5).
Большое влияние на интенсивность света оказывает также характер и распределение растительности. Среди посева даже на небольшом пространстве создаются разнообразные и сильно меняющиеся условия освещения. Вследствие взаимного затенения различные части растения подвергаются неодинаковому освещению.
Солнечный свет оказывает влияние на большую часть физиологических процессов, прямо или косвенно обусловливая качество и количество урожая. В условиях недостаточной освещенности клеточные стенки плохо древеснеют, в связи с чем понижается прочность и эластичность тканей. В годы с большим количеством облачных дней и в чрезмерно загущенных посевах злаковых культур соломина хлебов не имеет достаточной упругости, и растения под влиянием ветра и дождя легко полегают.
Растения нуждаются не только в достаточном количестве солнечной радиации, но и в определенном ее качестве. Известно, например, что в годы с большим количеством солнечных дней за период вегетации увеличивается содержание сахара в корнях сахарной свеклы. В большой зависимости от числа солнечных дней находятся также сахаристость и другие качества винограда, качество арбузов и других сельскохозяйственных растений.
Травы, растущие на хорошо освещенных солнцем местах, гораздо питательнее и лучше поедаются скотом, чем травы тенистых мест. Всем известно высокое качество лугового сена и значительно худшее качество сена лесного. Жители горных районов хорошо знают разницу в питательности трав солнечных и тенистых склонов.
Имеются некоторые, хотя и ограниченные, агротехнические способы регулирования количества солнечной радиации, получаемой растениями. К ним относятся изменения нормы высева, прореживание посевов, посев кулис, выращивание культур под покровом других растений, бороздковые и гребневые посевы и др.
Растения реагируют и на продолжительность освещения в течение суток. Отношение разных видов растений и даже разных сортов одного вида к продолжительности дневного освещения принято называть фотопериодизмом растений.
Поэтому для пожнивных, или повторных, посевов могут быть использованы только такие виды культурных растений, которые не требуют для созревания продолжительного освещения. Если же летом посеять зерновые культуры, то они не дадут зерна даже в годы с длительной и теплой осенью.
Вопросы по теме Солнечная радиация
Вопросы по теме Солнечная радиация
1. Виды солнечной радиации?
2. Радиационный баланс?
3. Фотосинтетическая активная радиация (ФАР)?
4. В каких единицах измеряется интенсивность солнечной радиации?
5. Приборы для измерения солнечной радиации?
6. Значение солнечной радиации?
7. Как регулировать альбедо сельскохозяйственных угодий?
Вопросы по теме Температура воздуха
1. Как изменяется температура воздуха в течение суток, года?
2. Какие термометры используются для измерения температуры воздуха?
3. Что такое активная и эффективная температуры?
4. От чего зависит температура воздуха?
5. Что такое изотерма?
Вопросы по теме Осадки
1. Дайте определение осадков, назовите их фазовые состояния.
2. В каких единицах измеряются осадки?
3. Как рассчитать интенсивность осадков?
4. Назовите приборы для измерения количества осадков.
5. Как по графику плювиографа определить интенсивность осадков?
6. Объясните разницу в ветровой защите осадкомера и дождемера Третьякова.
7. Дайте классификацию облачных систем.
Вопросы по теме Влажность воздуха
1. Дайте основные характеристики влажности воздуха.
2. В чем заключается психрометрический метод определения влажности воздуха?
3.Особенности гидрометрического (сорбционного) метода определения влажности воздуха.
4. Назовите приборы для определения влажности воздуха.
5. Как определить температуру точки росы с помощью конденсационного гигрометра?
Вопросы по теме Заморозки
1. Что такое заморозок? Для какого периода года характерно это явление?
2. Какие типы заморозков и причины их возникновения вы знаете?
3. Какие метеорологические измерения нужны, чтобы предсказать заморозки по методу Михалевского?
4. Классификация сельскохозяйственных культур по их устойчивости к заморозкам?
5. Каковы возможные меры борьбы с заморозками?
Агрометеорология (стр. 1 )
 | Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 |
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
«КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра технологии производства и переработки
Направление 110900.62 Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции
Профиль: Технология производства и переработки продукции животноводства
Краткий курс лекций
ЛЕКЦИИ ПО АГРОМЕТЕОРОЛОГИИ
1) Предмет и задачи агрометеорологии.
2) Использование основных биологических законов земледелия и растениеводства в агрометеорологии.
3) Методы исследования.
4) Краткая история развития.
Предмет и задачи агрометеорологии. Согласно учению Ивана Владимировича Мичурина, организм и среда находятся в непрерывном взаимодействии. Из этого следует, что для изучения, например, законов роста и развития растений, необходимо изучить их во взаимодействии со средой, кроме того, непрерывно учитывать состояние среды, а также изучать взаимосвязь и взаимозависимость между процессами протекающими в растении и среде (под средой подразумевается приземный слой воздуха, поверхностный слой почвы и воды, а также солнечная энергия).
Для того чтобы полно и всесторонне изучить растительный организм, необходимы две науки – биология и физика.
Биология изучает растения, а также проблемы влияния окружающей среды на их развитие. Эту проблему Климентий Аркадьевич Тимирязев назвал «коренной задачей земледелия».
Вторая наука – физика, обслуживающая биологию, изучает среду, а также влияние растительного организма на эту среду, физические процессы протекающие в этой среде и методы управления этими процессами. Всё это и есть агрометеорология – наука, которую более правильно было бы назвать агрофизика, чтобы подчеркнуть её физическое содержание и не пытаться подменить её (агрофизику) общей метеорологией или биологией.
Агрометеорология позволяет нам в сжатой форме объединить и изучить основы нескольких научных дисциплин: метеорологию, синоптику, климатологию, агрономию и биологию. Объединив их в определённую систему, которая позволяет раскрывать связи объектов сельского хозяйства с погодой и климатом.
Агроном, осуществляющий руководство полевыми работами, должен владеть информацией о возможностях сложной динамической системы «почва–растение–атмосфера». Комплексное изучение закономерностей формирования урожая культурных растений в системе «почва–растение–атмосфера», его прогнозирование и программирование возможны лишь на основе количественной оценки метеорологических факторов, главным из которых является свет, тепло и влага.
Для размещения различных сортов культурных растений на территории России и, в частности, в Хакасии необходимо учитывать обеспеченность их роста, развития и продуктивности в зависимости от климата. Известный русский учёный Василий Васильевич Докучаев подчёркивал, что «почва и климат суть основные и важнейшие факторы земледелия – первые и неизбежные условия урожаев».
Сельскохозяйственная метеорология – это учение о физических свойствах среды, во взаимодействии с которой растёт и развивается растительный и животный организм, а также физических процессах в ней протекающих.
Сельскохозяйственная метеорология изучает тот слой атмосферы, в котором растёт и развивается надземная часть растения. От физического состояния этого слоя атмосферы, его состава, от физических процессов, протекающих в нём, в значительной мере зависит количество и качество урожая.
Борьба с заморозками и суховеями, борьба с засухой, мелиорация климата, агроклиматическое районирование и другие темы подобного рода являются важнейшими проблемами сельскохозяйственной метеорологии.
Очень важное значение имеет изучение поверхностного слоя почвы, в котором располагается корневая система растений, главное здесь не только изучение различных слоёв почвы, процессов, в ней происходящих, взаимодействия их с корневой системой, но и методы управления этими состояниями и процессами.
Таким образом, если говорить коротко, сельскохозяйственная метеорология – есть физика среды, во взаимодействии с которой растёт и развивается животный и растительный мир, это наука опирающаяся на основные законы физики. На совещании сельскохозяйственных метеорологов (состоявшимся ещё в 1951 году в Москве) для этой науки было принято другое определение, которое не изменилось до сего времени: Агрометеорология.
Агрометеорология – наука изучающая метеорологические, климатические и гидрологические условия в их взаимодействии с объектами и процессами сельскохозяйственного производства.
Хотя это определение и спорное и если внимательно его рассмотреть, то выходит, что не среда взаимодействует с организмом, как об этом говорили и учили все ведущие биологи (Мичурин, Тимирязев, Костычев, Докучаев), а «условия» взаимодействуют с объектами и процессами, но оно пока является основным определением агрометеорологии.
Агрометеорология сформировалась в конце 19 века как прикладная отрасль метеорологии – науке о земной атмосфере и физических процессах происходящих в ней.
-изучение и описание закономерностей метеорологических и климатических (или агрометеорологических и агроклиматических условий) сельскохозяйственного производства в пространстве и во времени;
-разработка методов количественной оценки влияния метеорологических (агрометеорологических) факторов на состояние почвы, развитие, рост и формирование урожая агроценозов, на состояние сельскохозяйственных животных и т. д.;
-разработка и усовершенствование методов агрометеорологических прогнозов;
-агроклиматическое районирование новых сортов и гибридов сельскохозяйственных культур и пород животных;
-агроклиматическое обоснование приемов мелиорации земель и изменения микроклимата полей, внедрения индустриальных технологий в растениеводстве;
-разработка методов борьбы с неблагоприятными и опасными для сельского хозяйства гидрометеорологическими явлениями.
Состояние атмосферы в данном пункте в отдельный момент времени характеризуемое совокупностью значений метеорологических величин – называют погодой. К метеорологическим величинам относятся: атмосферное давление, температура воздуха, влажность воздуха, облачность, атмосферные осадки, ветер. К ним можно также отнести характеристики лучистой энергии (солнечную радиацию, излучение Земли и атмосферы, продолжительность солнечного сияния). Значение метеорологических величин за определённый период времени характеризуют метеорологические условия (условия погоды).
Многолетний режим погоды в данной местности, обусловленный её географическим положением, называют климатом. Метеорологические и гидрологические величины, определяющие состояние и продуктивность сельскохозяйственных объектов, называют агрометеорологическими факторами. Их сочетание в определённый период времени называют агрометеорологическими условиями существования объектов сельского хозяйства (многолетние характеристики агрометеорологических условий в данной местности).
Следовательно, агрометеорология изучает погоду и климат применительно к задачам сельского хозяйства (что не изучается ни одной другой с/х наукой). Специалистам сельского хозяйства необходимо уметь эффективно использовать ресурсы климата для повышения урожая и бороться с неблагоприятными метеорологическими явлениями. Для этого агрономам нужно знать физические основы явлений и процессов, происходящих в атмосфере, в приземном её слое, в частности, в связи с их влиянием на объекты и процессы сельхоз производства.
Использование основных биологических законов земледелия и растениеводства в агрометеорологии.
Методы агрометеорологических исследований базируются на основных биологических законах земледелия и растениеводства:
· Закон равнозначности (незаменимости основных факторов жизни т. е. ни один из необходимых для развития растений основных факторов «воздух, свет, тепло, влага» не может быть ни исключён ни заменён другим. Все они необходимы).
· Закон минимума. (При неизменных других условиях, уровень урожайности определяется тем фактором, который находится в минимуме). Например: в засушливых зонах количество влаги является лимитирующим фактором урожайности.
· Закон оптимума. (Или совокупного действия факторов). Согласно этому закону, наивысшая продуктивность растений обеспечивается только оптимальным сочетанием разных факторов при непрерывном повышении качества агротехники возделывания растений.
· Закон критических периодов. В соответствии с ним, в отдельные периоды жизни растения особо чувствительны к влаге, теплу, солнечной радиации, например: во время цветения плодового дерева обильные осадки приводят к отсутствию плодов.
Методы агрометеорологических исследований:
2. Метод учащённых сроков посева. При этом растения высевают в разные сроки и за их развитием и состоянием погоды ведутся параллельные наблюдения. Этот метод позволяет изучить устойчивость растений к неблагоприятным погодным условиям.
3. Метод географических посевов, при котором в разных географических пунктах (в разных климатических условиях) высевают исследуемые сорта (гибриды) растений. Задачу решают ту же, что и методом учащённых сроков сева. Исследуется влияние различных климатических условий.
4. Метод экспериментально–полевой. При этом методе в полевых опытах с помощью специальных конструкций и приёмов изменяются агроклиматические условия возделывания растений. Регулируются параметры температуры и влажности почвы, продолжительность освещения, высота снежного покрова.
5. Метод дистанционных измерений. С помощью летательных аппаратов (самолёт, вертолёт, спутник, орбитальная станция) определяют состояние посевов, термический режим, увлажнённость и т. д. на больших площадях.
6. Метод фитотронов, позволяющий исследовать реакции растений на различные комплексы света, тепла и влаги в камерах искусственного климата.
7. Метод математического моделирования, который основан на построении математических моделей, позволяющих при помощи математических формул описывать влияние агроклиматических условий на рост, развитие и продуктивность растений.
8. Метод математической статистики, позволяющий обрабатывать массовые материалы многолетних наблюдений для установления связи развития и формирования продуктивности растений с погодными условиями.
Краткая история развития агрометеорологии.
Попытки установить связь между урожаем и погодой относятся к глубокой древности. Земледелец наблюдая тесную связь между погодой, климатом и качеством урожая, стремился разработать правила предсказания погоды, ещё в те времена, когда никакой метеорологической службы ещё не существовало. На основе довольно длительных наблюдений, определились сроки проведения различных полевых работ: вспашки, внесения удобрений, посева, уборки и др. работ. И всё–таки наблюдения были очень локальны, отражающие особенности небольших территорий, поэтому не могли быть использованы повсеместно.
Метеорология и агрометеорология тесно связаны между собой, поэтому их развитие имеет общую историю. История развития метеорологии начинается с написания первой книги крупнейшим учёным Древней Греции Аристотелем (384 – 322г. г. до н. э.). в этой книге впервые были обобщены наблюдения за явлениями погоды древних греков и сделаны попытки их обоснования. Очень важным является то, что Аристотель первым установил связь изменения погоды с изменением направления ветра.
В средние века в летописи заносили, кроме всего прочего, сведения о различных явлениях погоды (приимущественно опасных). Инструментальные наблюдения за погодой начали вести с 16 века, когда Галилей изобрёл термометр (1593г), а затем Торичелли создал барометр (1643г). это было начало нового этапа в развитии метеорологии. При помощи этих приборов уже можно было количественно оценивать важнейшие характеристики погоды – давление и температуру и сопоставлять их значения полученные в разных местах.
В России регулярные метеорологические наблюдения начались по указу Петра 1 в 1722 году. Великий русский учёный Михаил Васильевич Ломоносов создал ряд метеорологических приборов, организовал метеонаблюдения в различных пунктах России. Ему принадлежит идея о всемирной службе погоды для мореплавателей. Выступая на публичном заседании в Академии наук в 1758 году, Ломоносов сказал: «Предсказание погоды сколь нужно и полезно на земле, ведает больше земледелец, которому во время сеяния и жатвы – вёдро, во время ращения – дождь благорастворённый теплотой надобен». Он имел в виду важность учёта и прогноза метеорологических условий для сельского хозяйства.
Идеи Ломоносова значительно опередили его время, и только в конце 18 начале 19 века они стали осуществляться передовыми учёными, которые проводили систематические наблюдения за погодой и состоянием растений (, ).
Первая книга «Сельскохозяйственная метеорология» вышла в 1854, её автором является Д. Реутович. А в 1849г. в Петербурге была организована Главная физическая обсерватория (ГФО) – первое в мире государственное научное учреждение, руководящее метеорологическими наблюдениями. Кроме того ГФО обрабатывала и издавала материалы наблюдений, здесь же в 1872 году был составлен первый в России прогноз погоды.
Известный русский метеоролог и климатолог поднял проблему использования метеорологии в сельском хозяйстве, а в 1884г. впервые составил и издал обширную программу сельхознаблюдений, он также впервые организовал наблюдения над снежным покровом. На основании климатических исследований Воейков указывал на возможность разведения культуры чая в Закавказье и хлопка в Средней Азии.
В течение длительного периода времени возглавлял международную комиссию по сельскохозяйственной метеорологии. Методы постановки агрометеорологических наблюдений и их программы были заимствованы из России всеми государствами Европы и Америки.
После Великой Октябрьской Социалистической Революции декретом Совета Труда и Обороны, подписанным в 1921 году, была создана создана агрометеорологическая служба. В этом же году был подписан декрет «Об организации метеорологической службы РСФСР», который определил задачи метеорологического обслуживания народного хозяйства.
Дальнейшее развитие метеорологии и агрометеорологии, в СССР, происходило в системе Гидрометеорологической службы, а (с 1988г. Государственный комитет СССР по гидрометеорологии. В настоящее время Росгидромет).
В 30-е годы создана теория агрометеорологических (фенологических) прогнозов, создана первая карта агроклиматического районирования.
В 40-е годы изучена динамика запасов почвенной на территории СССР и усовершенствованы методы фенологических прогнозов.
Нельзя не отметить, что в годы Великой Отечественной войны, вся гидрометослужба была включена в состав Вооружённых сил СССР и, несмотря на тяжелейшие условия работы, потерю значительной части сети, её труженики с честью выполнили свой долг, как в тылу так и на фронте.
В 50-е годы проведены работы по усовершенствованию методов оценки агрометеорологических условий и методов их прогнозов. Составлены агроклиматические справочники по всем областям, краям и республики, а также произведена оценка климатических ресурсов и микроклимата ряда крупных территорий.
В 60–70е годы разрабатывались и совершенствовались методы агроклиматических прогнозов урожайности с/х культур, многолетних трав, запасов влаги в почве и т. д. Выполнялись исследования по микроклимату, заморозкам, засухам и другим опасным для с/х явлениям погоды.
70–80е годы отмечены расцветом гидрометеослужбы в нашей стране, агрометеорологическая сеть насчитывала 2300 станций и более 16000 постов располагавшихся в сельхозпредприятиях. В настоящее время из–за сложившихся экономических условий в России закрыты почти половина постов и треть метеостанций
Идёт реконструкция, реформа всей гидрометслужбы, чтобы минимизировать затраты на её деятельность и, в тоже время, сохранить полноту и качество её работы.
Раздел I АГРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
1 Солнечная радиация
1.1 Виды потоков солнечной радиации.
1.2 Уравнение радиационного баланса.
1.3 Методы измерения радиационного баланса.
1.4 Фотосинтетически активеная радиация (ФАР).
1.5 Наиболлее эффективное использование солнечной радиации в сельском хозяйстве.
1.1 Излучение Солнца (солнечная радиация) служит источником энергии для многих процессов, происходящих в природе. К ним прежде всего относится жизнедеятельность растений, животного мира и человека.
Рост и развитие сельскохозяйственных культур представляют собой процесс усвоения и переработки солнечной энергии, поэтому сельскохозяйственное производство возможно только с определенным минимумом поступления солнечной энергии на поверхность земли.
Солнце представляет собой газовый шар радиусом 695300 км. Его радиус в 109 раз больше радиуса Земли. Согласно принятой классификации звезд Солнце относится к классу желтых карликов. Расстояние между центрами Земли и Солнца равно в среднем 1,496 х 108 км. Солнце излучает в окружающее пространство энергию, равную примерно 3,3 х 1026 Вт. Из этого количества до Земли доходит лишь около одной миллиардной части, что составляет примерно 3,3 х 108 Вт/км2.
Количественно лучистая энергия характеризуется потоками радиации поступающей в единицу времени на единицу поверхности. Величину, характеризующую мощность потока лучистой энергии, называют интенсивностью радиации. В Международной системе единиц СИ интенсивность потока радиации выражают в Вт/м2; [ 1кал/(см2 х мин) = 698 Вт/м2 ]. На практике обычно используют данные не мгновенных значений потоков за секунду, а суммы радиации за какой-либо период: декаду, месяц, вегетационный период. Суммы выражают в Дж/( м2 х ч), Дж/( м2 х сут) и т. д.
Солнечной постоянной S0 называют плотность потока солнечной радиации на верхней границе атмосферы при среднем расстоянии от Земли до Солнца. Ее величина составляет 1,37 кВт/м2 ( 1,96 кал/(см2 х мин ).
В актинометрии (раздел метеорологии, изучающий потоки лучистой энергии) лучистую энергию принято разделять на потоки: прямая солнечная радиация, рассеянная солнечная радиация, суммарная солнечная радиация, отраженная солнечная радиация и встречное излучение атмосферы.
Радиацию, поступающую на верхнюю границу атмосферы и затем на земную поверхность от Солнца (от солнечного диск) в виде пучка параллельных лучей, называют прямой солнечной радиацией S.
Поток прямой солнечной радиации падающей на горизонтальную поверхность, называют инсоляцией:
где h – высота солнца над горизонтом.
Часть солнечной радиации, которая после рассеивания атмосферой и отражения от облаков поступает на горизонтальную поверхность, называется рассеянной радиацией D. Чем выше Солнце и больше загрязненность атмосферы, тем больше приход рассеянной радиации.
Прямая солнечная радиация, приходящая на горизонтальную поверхность, и рассеянная солнечная радиация вместе составляют суммарную радиацию
Соотношение между прямой и рассеянной радиацией в составе суммарной радиации зависит от высоты Солнца, облачности и загрязненности атмосферы, высоты поверхности над уровнем моря.
Суммарная радиация, дошедшая до земной поверхности, частично отражаясь от неё, создаёт отражённую солнечную радиацию (Rк), направленную от земной поверхности в атмосферу. Значение отражённой радиации в значительной степени зависит от свойств и состояния отражающей поверхности: цвета, шероховатости, влажности и др. Отражательную способность любой поверхности можно характеризовать величиной её альбедо (Ак), под которым понимают отношение отражённой солнечной радиации к суммарной. Альбедо выражают в долях единицы (с точностью до сотых) или в процентах:
Наблюдения показывают, что альбедо различных поверхностей изменяются в сравнительно узких пределах (10…30%), исключение составляют снег и вода (табл. ).
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