5
الوصف طول الموجة نسبة الطاقة
موجات قصيرة % 9
2 .10- 10 الى 3 - اشعاع سيني و قامة 2
0.2 ما فوق البنفسجى الى 0.4
ما تحت الأحمر 0.4 الى 0.74 موجات طويلة % 50
الضوء المرئي 0.7 الى 3.103 موجات طويلة % 41
الشكل 2
-2 المؤثرات في توزيع و إلتقاط الإشعاع الشمسيي فو ق سطح الأرض
تتأثر الطاقة الشمسية الواصلة إلى سطح الأرض بالعوامل التالية:
بعد الشمس عن الأرض ·
سمك الغلاف الغازي وزاوية سقوط الأشعة ·
اختلاف طول الليل والنهار الناتج عن حركة الأرض حول الشمس ·
وحول نفسها
أ- البعد بين الأرض والشمس
يظهر مسار الأرض فى شكل اهليلجي يشبه شكل الدائرة وتوجد الأرض على
و 146.2 مليون aphélie مسافة 152 مليون كم يوم 1 جويلية (نقطت الحضيض
.( الشكل 3 ) périhélie كم يوم 1 جانفى نقطة الأوج
6
1الاعتدال الربيعي .
2الانقلاب الصيفي : .
3الاعتدال الخريفي:
4الانقلاب الشتوي: .
5الحضيض . Aphélie :
6الأوج . Périhélie :
21 مارس
21 جوان
23 سبتمبر
22 ديسمبر
1جويلية
1جانفي
الشكل 3
إن بعد الأرض عن الشمس يختلف من فصل الى آخر وذلك لأن الأرض
تسلك مسارا اهليلجيا في دورانها حول الشمس ولوحظ ان قوة الإشعاع الواصل
إلى سطح الأرض خلال فترة الحضيض يزداد بنسبة 7 % عن فترة الأوج . و
يلاحظ في الصيف زيادة بعد الشمس عن الأرض كما تنخفض سرعة دورانها
حول الشمس.
ب- انعكاس حركة الأرض حول الشمس وحول نفسها
تدور الأرض حول الشمس فى مدة 365.25 يوما كما تدور حول نفسها
فى مدة 24 ساعة.وتتميز الأرض بظاهرة الفصول الناتجة عن ميل محور
دوران الأرض حول الإهليلج بزاوية 23 ° و 26 ' وتنعكس هذه الزاوية بتويع
غير منتظم لدرجة الحرارة و هكذا يدوم الشتاء فى نصف الكرة الشمالي بمدة 3
7
أيام اقل من الصيف وهو شتاء اقل قصوتا من شتاء النصف الجنوبي من
الأرض.
مدة الفصول بنصف الكرة الأرضية الشمالي
الفصول في نصف الكرة الشمالي المدة الحالية
الربيع 92 يوما و 19 ساعة
الصيف 93 يوما و 23 ساعة
الخريف 89 يوما و 13 ساعة
الشتاء 89 يوما
الجدول 3
وتسقط الأشعة الشمسية بزاوية عمودية عند مدار الجدي والسرطان عند
26 ' من نصفي الكرة الأرضية.وإما القسم الباقي من ° خطوط العرض 23
30 ' وعند ° الأرض فيبقى فى الظلام التام ما فوق خظي العرض 66
القطبين يدوم الليل 6اشهر. ونسمى خط العرض 66 ° و 30 ' بدائرة القطب
الشمالى أوالجنوبي.
التغير الفصلي لمدة النهار والليل
يستوي طول الليل والنهار في الإعتدالين 12 ساعة
على كل خطوط العرض وحتى على خط الاستواء
8
الشكل 4
تلتقط نصف الكرة الأرضية الشمالي يوم 21 ديسمبر، خلال الانقلاب
الشتوي (الشكل 4) نسبة أقل من الطاقة الشمسية مقارنة مع الصيف وهذا لأن
الأشعة الشمسية تعبر مسافة طويلة في الغلاف الجوي كلما ارتفعت زاوية
السقوط.
ج- سمك الغلاف الغازى وزاوية سقوط الأشعة
ان زاوية سقوط الأشعة الشمسية لها دخل فى تقدير كمية الإشعاع الواصل الى
سطح الأرض.
تبلغ كمية الإشعاع أقصاها عندما تسقط عموديا(الشكل 5) فوق الأرض، وكلما
ازداد ت زاوية سقوط الأشعة انخفضت نسبة الطاقة الواصلة للسطح. ولقد تلتقط
المناطق المدارية اكبر كمية من الطاقة مقارنة مع العروض العليا. و ان الكمية
الواصلة التي تتلقاها وحدة المساحة تبلغ حدودها القصوى إذا سقطت الأشع ة
عموديا وكلما ازدادت ميلا كلما قالت نسبة الطاقة الواصلة لنفس المساحة، لأن
شدة الميل تؤدي بالضرورة إلى اتساع المساحة التي تسخنها، ثم إل ى زيادة
سمك الطبقة الهوائية التي تعبرها قبل أن تصل إلى الأرض.
الشكل 5
9
توجد علاقة عكسية شديدة الإرتباط بين سمك طبقة الغلاف الغازى وظا هرة
loi de Bouguer : الإطفاء للأشعة حسب قانون بوقر
تنخفض نسبة الطاقة الواصلة لسطح الأرض مع زيادة سمك الغلاف الجوى
التي تعبره الأشعة. بعبارة أخرى فإن الشدة الحرارة لوحدة المساحة مناسبة
بجب زاوية سقوط الإشعاع حسب العلاقة التالية:
E’ = E.Pe
الطاقة الواصلة على مخطط عمودي فو ق سطح الأرض = E'
الطاقة الواصلة عند حدود الغلاف الجوى الأعلى = E
% معامل شفافية الغلاف الجوي يتراوح ما بين 0.3 و 0.7 = P
تؤثر ف ي كمية الإشعا ع الشمسي angle d’incidence وإما زاوية الورود
وتكتب العلاقة كما يلي: loi des sinus الواصل إلى السطح. حسب قانون الجيب
W= E' sinus i
حيث
مجموع الطاقة الواصلة الى السطح =W
زاوية سقوط الأشعة =i
إن الشدة الحرارية في وحدة المساحة مناسبة بجب زاوية سقوط الأشعة الشمسية
10 من مجموع الطاقة اذا \ و هكذا تقدر كمية الأشعة الساقطة بزاوية 60 ° ب 9
قرانها بالكمية الطاقة في حالة زاوية 90 °، وتنخفض الشدة الضوئية إلى نصف
.° الكمية عند زاوية سقوط 30
10
الميزان الإشعاعي
قوانين الإشعاع
Loi de Planck : قانون بلانك
يعتمد تدفق الطاقة المنبعثة من سطح على درجة حرارة السطح والطول
الموجة للإشعاع الطاقة. وأعرب عنها بالمعادلة التالية:
E=f (T,l)
Stéphan-Boltzmann قانون ستيفان بولتزمان
فإذا اعتبرنا الشمس جسما أسودا والذي يعرف بأنه الجسم الذي يمتص
الأشعة التي تسقط على سطحه أمكن تقدير درجة حرارة جسمه من
قانون ستيفان بولتزمان والذي ينص على أن تدفق الطاقة لجسم أسود
يتناسب طردا مع القوة الربعة لدرجة حرارته المطلقة:
E=ÎrT4 (W m-2)
E= énergie émise (W m-2)
Î= pouvoir émissif (coefficient d’émission – sans dimension (˜0,95 pour la plupart des
surfaces)
r= constante de Stéphan-Boltzmann (5,67x10-8 W m-2 K-4)
T=température de la surface (oK)
°ĸ 5800 = Т : ومنه نستطيع معرفة درجة حرارة الشمس
- تعتمد كثافة الإشعاع المنبعثة على درجة حرارة السطح.
- كلما ارتفعت درجة حرارة السطح المشع تزداد كثافة الطاقة المنبعثة
هذه المعادلة التكامل لقانون بلانك:
11
Wien - قانون
- مشتقة من قانون بلانك:
ماكس) مع درجة حرارة السطح l - تتناسب عكسا طول الموجة الرئيسية(
(T en °K). 2897 = constante de Wien (μm) : المشع
.
- وكلما زادت درجة حرارة سطح إرتفعا تقلصت طول ا
lmax = 2897/T
تعتبر الطاقة الشمسية و ظاهرة انجذاب الأرض من أهم الأسباب الأساسية
لحركات الغلاف الجوي ولهذا تكتسي دراسة الحوصلة الإشعاعية أهمية بالغة
في الأرصاد الجوي والمناخ.
تساوي حوصلة الإشعاع الشمسي الصافي الفارق ما بين التدفق الشمسي
الممتص من الأرض والتدفق الحراري المنبعث منها نحو الفضاء.
ان الفرق بين الكمية الإشعاعية الواردة من جسم ما اومن سطح الأرض وكمية
الأشعة الصادرة منه تمثل الحوصلة الإشعاعية
ان كثافة الإشعاع الشمسي في الغلاف الجوي تتغير حسب خط العرض
والمسافة بين الكرة الأرضية و الشمس وزاوية السقطوط الأشعة.
. ع ا
ا ت -1 أ
تقلص من حدة الأشعة ثلاثة اشكال حسب طول موجتها والخصائص
الفيزيائية للغازات والجزيئات العالقة:
- نشر وبعثرة الإشعاع بالمكونات الغازية والجزيئات الصلبة او السوائل.
-امتصاص من مكونات غازية وجزيئات صلبة او سوائل
12
- عكس الأشعة عن طريق السحب وجزيئات من الغبار وسوائل صلبة او سائلة
( لقة في الجوي. الشكل ( 1
ع ا ا الشكل ( 1)
ع ا
ا -2
السحب والغبار العالقة في الجو و albédo يخضع عكس الأشعة الى نورانية
تعبر النورانية عن قدرة السطوح على عكس الأشعاع الشمسي نحو الفضاء
( (الجدول 1
ان دراسة الحوصلة الإشعاعية تؤدي بنا الى الملاحظات حول مسار الأشعاع
الشمسي, ثم حول ظاهرة مفعول البيوت الزجاجية والتي من نتاجها الإحتباس
الحراري وفي الدرجة الأخيرة حول التوازن الإشعاعي.
13
وبصفة عامة تكون الحوصلة ألإشعاعية سالبة عند خطوط العرض العليا ما
فوق 40 ° و موجبة ما تحتها.و ترتبط هذه الظاهرة بالتوزيع الغير المتساوي
للإشعاع الساقط في حين تمثل المناطق القاحلة مثل الصحراء والشرف الأوسط
° وأستراليا استثناءات لأن حوصلتهاالإشعاعية سالبة رغم تواجدها تحت خط 40
. وتفسر هذه الحالة بالنورانية القوية التي تكسبها هذه المناطق.
ولكن رغم هذ الفوارق تساعد حركات الغلاف الجوي التيارات المحيطية على
الحافظة على توازن حراري بالتدفق الحرارة ما بين خط الإستواء والقطبين.
وهكذا تزداد درجة الحرارة في المناطق ذات الحوصلة الإشعاعية السالبة
وتتقلص بالمناطق ذات الحوصلة الإشعاعية الموجبة.
ة