Raport z projektu dotyczącego promieniowania słonecznego
Raport z projektu na temat promieniowania słonecznego. Ten raport projektu pomoże ci dowiedzieć się: 1. Znaczenie promieniowania słonecznego 2. Natężenie promieniowania słonecznego 3. Charakterystyka 4. Rozpraszanie 5. Odbicie 6. Absorpcja 7. Promieniowanie słoneczne w układzie ziemia-atmosfera 8. Wykorzystanie promieniowania słonecznego przez Uprawa rolna.
Zawartość:
- Raport z projektu dotyczącego znaczenia promieniowania słonecznego
- Raport o intensywności promieniowania słonecznego
- Raport o właściwościach promieniowania słonecznego
- Raport o rozproszeniu promieniowania słonecznego
- Raport o odbiciu promieniowania słonecznego
- Raport z projektu dotyczącego absorpcji promieniowania słonecznego
- Raport o promieniowaniu słonecznym w układzie ziemia-atmosfera
- Raport z projektu wykorzystania promieniowania słonecznego według rolnictwa
Raport projektu nr 1. Znaczenie promieniowania słonecznego:
Istnieją trzy tryby przekazywania energii w atmosferze, tj. Promieniowanie, przewodzenie i konwekcja. Promieniowanie jest jednym z trzech sposobów przekazywania energii, które można zdefiniować jako transfer energii przez gwałtowne oscylacje pola elektromagnetycznego.
Ostatecznym źródłem wszelkiej energii dla procesów fizycznych i biologicznych zachodzących na Ziemi jest promieniowanie słoneczne, dlatego jest powszechnie nazywane promieniowaniem słonecznym. Rolnictwo polega na wykorzystaniu promieniowania słonecznego przy odpowiedniej podaży składników odżywczych i wody poprzez utrzymywanie wzrostu roślin.
Zrozumienie promieniowania słonecznego nie ogranicza się jedynie do znajomości jego definicji, ale obejmuje także znajomość jego natury, praw, zakresu spektralnego i aspektów równowagi.
Emisja energii z ciała w postaci fal elektromagnetycznych nazywana jest promieniowaniem. Jedną z cech fal elektromagnetycznych jest ich długość fali. Długość fali jest oznaczona przez λ. Długość fali to najkrótsza odległość między grzebieniem a grzebieniem.
λ = c / v
gdzie λ jest długością fali, v jest częstotliwością, tzn. nie. wibracji na sekundę, a c jest prędkością światła równą 3 * 108 ms-1.
Inną cechą jest ich częstotliwość. Częstotliwość to szybkość, z jaką fale opuszczają nadajnik. Wyrażany jest w postaci cykli lub kilocykli na sekundę. Okres czasu (τ) to czas jednej wibracji, która jest równa 1 / v, a liczba fal równa jest 1 / λ. Są one wyrażone w hercach i kilohercach.
Długość fali wyrażana jest w mikrometrach lub mikronach μ. Jeden mikrometr = 10-6 metrów. Promieniowanie słoneczne waha się w zakresie od 0, 15 do 4, 0 mikrometra (μ), podczas gdy promieniowanie z ziemi jest skoncentrowane pomiędzy 10-15 μ.
Większość promieniowania krótkofalowego jest pochłaniana przez atmosferę powyżej 30 km wysokości. Promieniowanie jest widoczne jako światło dla ludzkiego oka tylko w bardzo wąskim zakresie długości fal od 0, 35 do 0, 75 mikrometra (VIBGYOR).
Promieniowanie o długości fali krótszej od światła widzialnego nazywa się ultrafioletem, a promieniowanie o długości fali dłuższej niż światło widzialne nazywane jest podczerwienią. Termin ten stosuje się do promieniowania w zakresie od 1 do 100 μ. Nazywa się to promieniowaniem cieplnym.
Cała wymiana energii między ziemią a resztą wszechświata odbywa się w drodze transferu radiacyjnego. Ziemia i jej atmosfera nieustannie absorbują promieniowanie słoneczne i emitują własne promieniowanie w przestrzeń kosmiczną. Dlatego układ ziemia-atmosfera jest prawie w równowadze promienistej
Emisyjność (Ɛ):
Jest to stosunek emitancji danej powierzchni przy danej długości fali i temperatury do emitancji czarnego ciała przy tej samej długości fali i temperaturze. Jego wartość zmienia się od 0 do 1.
Chłonność (α):
Jest to stosunek energii promieniowania pochłoniętej do całkowitego promieniowania padającego na nią. Dla ciała czarnego, Ɛ = α = 1, 0, a dla ciała białego Ɛ = α = 0.
Gęstość strumienia promieniowania:
Jest to ilość promieniowania odebranego na jednostkę powierzchni w jednostce czasu.
Grzejniki:
Wszystkie ciała wysyłają energię z ich powierzchni powyżej absolutnego absolutium w stopniach zero stopni (tj. -273, 2 ° C), które są znane jako grzejniki. Niektóre ciała są dobrymi grzejnikami, a niektóre są złymi grzejnikami.
Czarne ciała:
Ciała te są dobrymi absorberami i dobrymi grzejnikami. Jeśli ciało w danej temperaturze emituje maksymalne możliwe promieniowanie na jednostkę powierzchni w jednostce czasu, to nazywane jest to ciałem czarnym lub pełnym grzejnikiem. Takie ciało będzie również absorbowało całkowicie całe promieniowanie padające na niego.
Tak więc czarne ciało jest idealnym grzejnikiem i pochłaniaczem. Emisyjność takiego ciała wynosi 1. 1. Mniej wydajne grzejniki mają emisyjność mniejszą niż 1. Jego wartość mieści się w zakresie od 0 do 1.
Białe ciała:
Te ciała są złymi absorberami i złymi grzejnikami. Dla białego ciała, emisyjność, jak również chłonność są zerowe.
Raport projektu nr 2. Natężenie promieniowania słonecznego:
Natężenie promieniowania słonecznego odbieranego na powierzchni ziemi zależy częściowo od kąta padania i szerokości geograficznej miejsca. Maksymalna intensywność występuje w rejonie tropikalnym, a minimalna w obszarach polarnych. Na zewnętrznej granicy atmosfery ziemia otrzymuje 2 cal cm -2 min -1 . Powierzchnia powinna być prostopadła do promieni słonecznych.
Promieniowanie odbierane na prostopadłej powierzchni nazywa się stałą słoneczną. Earth-satelita dał stałą słoneczną około 1, 95 cal cm -2 min -1 . Wyczerpanie się wiązki słonecznej w drodze z kosmosu do ziemi zwiększa się wraz z odległością przebytą przez atmosferę.
Szacuje się, że 99% promieniowania słonecznego koncentruje się głównie pomiędzy 0, 15 a 4, 0 μ. Promieniowanie to nazywane jest promieniowaniem krótkofalowym lub promieniowaniem pozaziemskim.
Energia zawarta w różnych składnikach promieniowania słonecznego jest podana poniżej:
Energia zawarta w różnych długościach fal:
Raport projektu nr 3. Charakterystyka promieniowania słonecznego:
Trzy szerokie widma energii słonecznej istotne dla życia roślin to:
Prawie 99% promieniowania słonecznego jest odbierane w zakresie długości fal od 0, 15 do 4, 0 μm. Ziemia emituje również promieniowanie o długiej długości fali (1, 2 do 40, 0μ), które nazywane jest promieniowaniem podczerwonym lub termicznym.
(1) Długość fali promieniowania ultrafioletowego jest mniejsza niż długość fali światła widzialnego. Część ultrafioletowa spektrum stanowi około 7 procent całkowitej przychodzącej energii słonecznej. Jest chemicznie bardzo aktywny. Jest szkodliwy dla wszystkich żywych istot i ma efekt zabijania.
Jednak nie dociera ona do powierzchni ziemi, ponieważ jest pochłaniana przez ozon i tlen w atmosferze. Może osiągnąć powierzchnię ziemi w bardzo wyczerpanej formie. Ale jeśli rośliny są narażone na nadmierną ilość tego promieniowania, skutki są szkodliwe.
(2) Promieniowanie podczerwone: Dłuższe fale w paśmie promieniowania słonecznego w dużej mierze wynoszą od 0, 70 do 4, 0 μ i nazywane są promieniowaniem podczerwonym (NIR). Ten zakres długości fal stanowi prawie 49% całkowitej energii słonecznej. Ma działanie termiczne na rośliny.
W obecności oparów wody to promieniowanie nie uszkadza roślin, a raczej dostarcza niezbędną energię cieplną do środowiska roślinnego. Promieniowanie cieplne z Ziemi występuje zarówno w dzień, jak iw nocy, w przeciwieństwie do promieniowania słonecznego w ciągu dnia.
(3) Trzecia część widma słonecznego leży pomiędzy ultrafioletem i podczerwienią. Ten segment nazywa się widzialną częścią widma i popularnie zwaną światłem. Około 44% promieniowania słonecznego pochodzi z widocznej części. Rośliny maksymalnie wykorzystują energię słoneczną w tej części promieniowania. Kiedy rośliny pochłaniają jakiekolwiek rodzaje promieniowania, ich temperatura wzrasta.
Rośliny uwalniają ciepło w postaci energii cieplnej, znanej jako promieniowanie długofalowe. Wszystkie części roślin mają bezpośredni lub pośredni wpływ na tę część spektrum. Światło o prawidłowej intensywności, jakości i czasie trwania jest niezbędne dla normalnego wzrostu roślin. Rośliny cierpią na anomalie i zaburzenia w słabych warunkach oświetleniowych.
Światło wpływa na rośliny w następujący sposób:
1. Światło kontroluje fotosyntezę. Jest odpowiedzialny za dystrybucję fotosyntezy pomiędzy różnymi częściami roślin.
2. Wpływa na produkcję goleni i stabilność, siłę i długość kul.
3. Wpływa na wielkość liści i rozwój korzeni.
4. Wpływa na produkcję i wydajność suchej masy.
Po części otrzymane przez rośliny są one łatwo przekazywane i odbijane przez nie, a zatem rośliny nie są przegrzane. Natężenie promieniowania spada bardzo gwałtownie przy długości fali wynoszącej około 2, 0μm, a rośliny są skutecznie chłodzone. Ta rola jest ważna w bilansie cieplnym roślin.
W pochmurny dzień ultrafiolet (0, 2 do 0, 40μ) i promieniowanie podczerwone są znacznie zredukowane. Druga część pasma energii słonecznej ma krótką długość fali od 0, 40 do 0, 70μ i nazywana jest promieniowaniem fotosyntetycznie aktywnym (PAR). Energia słoneczna odbierana przez Ziemię ma swój szczyt w obszarze niebiesko-zielonym (0, 5μ).
Niewidoczne krótkie długości fal (0, 0005 μ do 0, 2 μ) promieni kosmicznych, promieni rentgenowskich i promieni gamma otrzymuje się z substancji radiacyjnych. Te krótkofalówki (przynajmniej do 0, 33μ) są prawie całkowicie absorbowane w górnej warstwie atmosfery przez atomowy tlen i ozon, dzięki czemu życie może być podtrzymywane na Ziemi, ponieważ bardzo niewiele z tych promieni może być tolerowanych. Widoczna część pasma nazywana jest "światłem" o długości fali od 0, 40 do 0, 70 μm.
W rzeczywistości tylko 75 do 80 procent promieniowania widzialnego Słońca dociera do powierzchni Ziemi. Ta część promieniowania słonecznego jest wykorzystywana przez chlorofil roślinny do produkcji materiałów roślinnych, przy wydajności wykorzystania tylko 20-25%.
Około 10-20% energii słonecznej odbieranej przez rośliny jest odbijane, a energia o dużej długości fali jest wymieniana między roślinami uprawnymi i otaczającą atmosferą. Około 70-80% wchłoniętego ładunku promieniowania liścia ulega rozproszeniu w wyniku ponownego promieniowania. Część tej utraty ciepła jest konwekcją w zależności od względnego ciepła otaczającego powietrza, a część jest zużywana przez proces transpiracji.
Regiony tropikalne otrzymują około 1, 6 do 1, 8 cal cm -2 min -1, a strefy umiarkowane otrzymują 1, 2 do 1, 4 cal cm -2 min -1 energii słonecznej w sezonie letnim. Po dotarciu do ziemi promieniowanie jest pochłaniane przez powierzchnię ziemi, jak również przez różne obiekty i wodę na powierzchni, a częściowo odbijane i przekształcane w długie podczerwone promienie podczerwone w promieniowaniu wstecznym.
W zależności od rodzaju powierzchni otrzymującej promieniowanie słoneczne i kąta promieni słonecznych, część promieni uderzająca o powierzchnię ziemi jest odbijana z powrotem do atmosfery. Wszystkie przedmioty pochłaniające ciepło również tracą ciepło w różnym stopniu, jak promieniowanie wsteczne.
Promieniowanie kręgosłupa jest skutecznym promieniowaniem wychodzącym z Ziemi o wartości szczytowej około 10μ. Ponad 99 procent tego promieniowania wstecznego znajduje się w paśmie długości fali 4-100μ. Zwykle nazywane jest promieniowaniem ziemskim. To wychodzące promieniowanie powoduje spadek temperatury przedmiotowych obiektów. Tylko równowaga z tego przychodzącego i wychodzącego cyklu promieniowania utrzymuje gorące obiekty.
Dlatego wiedza o promieniowaniu fal krótkich (SWR) i promieniowaniu fotosyntetycznie aktywnym (PAR) jest niezbędna do badania wzrostu i rozwoju roślin. Istnieją pewne krytyczne etapy wzrostu roślin, w których promieniowanie słoneczne jest ważne, np. Intensywność promieniowania w trzecim miesiącu wzrostu kukurydzy, 25 dni przed kwitnieniem w ryżu, a okres kwitnienia jęczmienia ma istotny wpływ na plonowanie tych roślin.
Raport projektu nr 4. Rozpraszanie promieniowania słonecznego:
Jeśli promień słoneczny dotarłby do powierzchni ziemi bez jakiejkolwiek ingerencji w atmosferę i gdyby powierzchnia ziemi pochłonęła promieniowanie docierające do niej całkowicie, nie doświadczyłbyśmy światła dziennego i kolorów nieba. Część światła słonecznego jest rozproszona na swojej drodze od zewnętrznej granicy atmosfery. Rozpraszanie oznacza obrót wiązki słonecznej we wszystkich kierunkach i jest najbardziej efektywne dla krótszej długości fali.
Kiedy słońce jest nad głową, a atmosfera jest bezchmurna i pozbawiona pyłu, ponad 59 procent niebieskiego promieniowania jest rozpraszane, a całe czerwone promieniowanie jest przesyłane w dół. Z tego powodu kolor nieba wydaje się niebieski.
Kiedy słońce wschodzi nad horyzontem podczas wschodu i zachodu słońca, rozpraszanie jest najskuteczniejsze, dlatego obserwujemy czerwony kolor o wschodzie i zachodzie słońca. Strumień promieniowania w dół wynosi 30%. Jest bardziej krótka, tj. Niebieska, a najmniej dłuższa, tj. Czerwona. Więcej długości ścieżki, więcej będzie rozpraszania.
Bardzo drobny pył lub mgła dymu w atmosferze prowadzi do nienormalnego wyglądu nieba, gdy cząstki rozpraszają promień słońca. W okresie letnim mgła jest powszechnym zjawiskiem w północno-zachodnich Indiach. Zwiększa intensywność fali upałów, a także zapewnia dużą liczbę jąder kondensacji do tworzenia chmur pod wpływem cyrkulacji cyklonowej spowodowanej intensywnym ogrzewaniem.
Ze względu na rozpraszanie światła słonecznego słońce może wydawać się matową czerwoną kulą na niebie nad miastami w okresie zanieczyszczenia powietrza. Wpłynęło to niekorzystnie na niektóre gałęzie rolnictwa, takie jak przemysł sadowniczy w południowej Kalifornii.
Długość ścieżki:
Odległość pokrytą promieniowaniem słonecznym do powierzchni ziemi nazywa się długością ścieżki. Jest bardziej o wschodzie i zachodzie słońca, dzięki czemu kolor nieba staje się czerwony. Więcej długości ścieżki, mniejszy będzie procent energii słonecznej, w zakresie widzialnym i mniejszym będzie stosunek światła niebieskiego do czerwonego. Wtedy spektrum o wyższej częstotliwości zostanie odbite od niższego niż spektrum częstotliwości.
Współczynnik ekstynkcji:
Energia promieniowania padającego zmienia się z powodu pochłaniania i rozpraszania przez gazy cząstek powietrza i pyłu. Jest to znane jako współczynnik ekstynkcji.
Wchłanianie:
Jest to proces, w którym padająca energia promieniowania jest przekazywana do struktury cząsteczkowej substancji. To zależy od długości fali. Dłuższe fale są pochłaniane przez opary wody i CO 2 .
Rodzaje rozproszenia:
Rozproszenie można podzielić na dwie części:
Rozproszenie Rayleigha:
Jeżeli obwód cząstek rozpraszających jest mniejszy niż 1/10 długości fali promieniowania padającego, współczynnik rozproszenia jest odwrotnie proporcjonalny do czwartej potęgi długości fali promieniowania padającego, tj. [S α I / λ 4 ]. Jest to znane jako rozpraszanie Rayleigha. Odpowiada za niebieski kolor nieba.
Mei Scattering:
Jeśli obwód cząstek rozpraszających jest ponad trzydziestokrotnością długości fali padającego promieniowania, rozproszenie staje się niezależne od długości fali, tj. Białe światło jest rozproszone - biały kolor nieba. Jest to znane jako rozpraszanie Mei.
Raport projektu nr 5. Odbicie Promieniowanie słoneczne:
Promieniowanie słoneczne powyżej 0, 7μ jest odbijane przez krople wody, kryształy lodu, sól i kurz. Około 20 procent promieniowania odbitego jest pochłaniane przez atmosferę. Promieniowanie słoneczne odbija się głównie od chmur.
Około 80 procent promieniowania odbija się w wysokich chmurach i tylko 20 procent w grubych niskich chmurach. Odbicie jest bardziej, gdy promienie słoneczne spadają prostopadle. Odbicie jest również wyższe na średnich i wysokich szerokościach geograficznych, a najmniej w subtropikalnych.
Albedo Ziemi i Atmosfery:
Oszacowano, że część całkowitego promieniowania słonecznego docierającego do atmosfery i ziemi odbija się w przestrzeni kosmicznej. Z tego 6 procent odbija się w kosmosie, znanym jako albedo. Termin albedo jest używany do opisu odbicia wiązki słonecznej (0, 3 - 4, 0μ).
Czasami albedo opisuje tylko odbicie widzialnego zakresu (0, 4 - 0, 7μ). Na tej podstawie odbicie określane jest jako "albedo krótkofalowe" dla całkowitego spektrum promieniowania słonecznego, natomiast dla światła widzialnego odbicie określane jest jako "widoczne albedo".
Albedo zmienia się wraz z porą roku i kątem promieni słonecznych. Wartości są najwyższe w zimie oraz podczas wschodu i zachodu słońca. Albedo zmienia się również w zależności od długości fali promieniowania padającego. Wartości albedo są niższe w części UV, a wyższe w części widzialnej. Główną funkcją albedo jest zmniejszenie obciążenia cieplnego roślin uprawnych. Tak więc albedo to stosunek odbijanego promieniowania krótkofalowego do całkowitego padającego promieniowania krótkofalowego.
Istnieją cztery mechanizmy zwracania krótkich fal w kosmosie:
1. Odbicie od pyłu, soli i dymu w powietrzu
2. Odbicie od chmur
3. Odbicie od ziemi
4. Odbicie przez cząsteczki powietrza
Wytwarzają one całkowite albedo ziemi i atmosfery. Albedo to stosunek odbijanego światła do odbieranego światła.
Albedo naturalnych powierzchni podano poniżej:
Świeży śnieg jest bardzo dobrym odbłyśnikiem, ale albedo roślinności nie ma bardzo szerokiego zasięgu. Większość upraw odzwierciedla około 15-25% padającego promieniowania słonecznego. Albedo zmienia się wraz z porą roku, porą dnia (elewacja słoneczna) i rodzajem okrywy.
Przy niskiej elewacji słonecznej plon wydaje się być gładką, płaską powierzchnią promieniowania, a baldachim mniej go zatrzymuje. Tak więc albedo ma wyższą wartość. Wraz ze wzrostem elewacji słonecznej, albedo zmniejsza się do osiągnięcia minimum w południe słoneczne, ponieważ promieniowanie normalnie pada na powierzchnię uprawy i wnika głęboko w pokrywę.
Albedo drzewostanu jest niższe niż wartość poszczególnych liści. Albedo zależy nie tylko od względnych właściwości powierzchni komponentu, ale także od stoiska i architektury.
Architektura rośliny i geometria plonu kontrolują ilość penetracji, pułapkowania promieniowania i wzajemnego cieniowania wewnątrz drzewostanu. Chociaż większość liści ma albedo około 0, 30, albedo roślin i innych roślin jest mniej i do pewnego stopnia funkcją wysokości rośliny. Albedo zmniejsza się wraz ze wzrostem plonu.
Raport projektu nr 6. Absorpcja promieniowania słonecznego:
Niech przychodzące promieniowanie słoneczne wynosi 100%. Z tej ilości około 7 procent znajduje odbicie w cząstkach stałych w atmosferze i 24 procent w chmurach. Ozon w troposferze pochłania 3% promieniowania przychodzącego.
Para wodna, CO 2, pyły i chmury o niższej atmosferze pochłaniają około 19 procent. W sumie 47 procent pochłania powierzchnia gruntu. To pokazuje, że powierzchnia jest głównym absorberem energii słonecznej. Tak więc, troposfera jest ogrzewana z ziemi.
Atmosfera pochłania około 17% promieniowania słonecznego. Gazy absorbujące promieniowanie słoneczne to tlen, ozon, dwutlenek węgla i opary wody.
Zaobserwowano, że całe promieniowanie ultrafioletowe o długości fali mniejszej niż 0, 33 μ jest całkowicie pochłaniane przez atomy tlenu i ozon w górnej atmosferze. Ma to ogromne znaczenie dla życia na Ziemi, ponieważ możemy tolerować promieniowanie UV tylko w niewielkiej ilości. Nadmierna ilość promieniowania ultrafioletowego jest szkodliwa dla życia.
Raport projektu nr 7. Promieniowanie słoneczne w układzie ziemia-atmosfera:
Promieniowanie słoneczne przechwycone przez Ziemię jest pochłaniane przez procesy napędzane energią lub wraca do przestrzeni poprzez rozproszenie i odbicie.
Jest ona podana w następującym równaniu (Rose, 1966).
QS = C r + A r + C a + A a + (Q + q) (la) + (Q + q) a
Gdzie, C r = Odbicie i rozproszenie z powrotem do przestrzeni przez chmury
A r = Odbicie i rozproszenie z powrotem do przestrzeni powietrznej, pyłu i wody Opary
(Q + q) a = Odbicie przez ziemię, gdzie Q jest wiązką bezpośrednią, q jest rozproszonym promieniowaniem słonecznym padającym na ziemię, a "a" jest albedo
C a = Absorpcja przez chmury
A a = Absorpcja przez powietrze, pył i opary wody
(Q + q) (la) = Absorpcja przez powierzchnię ziemi
Promieniowanie słoneczne padające na szczyt atmosfery (Q s ) = 263 Kly
Odbicie:
Odbicie przez chmury (C r ) = = 63 Kly (24%)
Odbite powietrzem, pyłem i oparami wody (A r ) = = 15 Kly (6%)
Suma odzwierciedlona przez atmosferę (C r + A r ) = = 78 Kly (30%)
Odbicie od powierzchni ziemi (Q + q) a = = 16 Kly (6%)
Całkowite odbicie z układu ziemia-atmosfera = = 94 Kly (36%)
Wchłanianie:
Absorpcja przez chmury (C a ) = = 7 Kly (3%)
Absorpcja przez powietrze, pył i opary wody (A a ) = = 38 Kly (14%)
Całkowita absorpcja w atmosferze (C a + A a ) = = 45 Kly (17%)
Pochłonięta przez powierzchnię ziemi (Q + q) (1 - a) = 124 Kly (47%)
Całkowite zaabsorbowane przez układ ziemia-atmosfera = 169 Kly (64%)
Całkowite promieniowanie odbite przez atmosferę wynosi 78 Kly (kilogramów) lub 30 procent, a całkowite odbicie z układu ziemia-atmosfera wynosi 94 Kly, czyli 36 procent. Podobnie całkowite pochłanianie przez układ ziemia-atmosfera wynosi 169 Kly, czyli 64%, z czego 45 Kly lub 17% jest absorbowane przez atmosferę, a 124 Kly lub 47% jest absorbowane przez Ziemię. Stąd z całkowitego promieniowania padającego, 36 procent jest odbijane, a 64 procent jest absorbowane przez układ ziemia-atmosfera.
Raport projektu nr 8. Wykorzystanie promieniowania słonecznego przez rośliny rolnicze:
Istnieją dwie podstawowe funkcje energii słonecznej. Zapewnia światło dla różnych funkcji wzrostu i rozwoju roślin. Zapewnia również energię cieplną dla różnych działań fizjologicznych. Energia cieplna słońca jest wyrażona w jednostkach energii promieniowania.
Na wzrost roślin wpływa energia słoneczna na dwa sposoby. Zapewnia środowisko termalne dla fizjologicznych funkcji roślin uprawnych. Zapewnia również lekkie środowisko do fotosyntezy. Słońce jest głównym źródłem energii dla wszystkich procesów zachodzących na powierzchni Ziemi. Część promieniowania może również pochodzić z nieba i otoczenia.
Części roślin absorbują pewną ilość napływającego promieniowania słonecznego, podczas gdy część jest odbijana, a reszta jest przenoszona na ziemię. Rośliny również ponownie rozprowadzają pochłonięte ciepło w postaci ponownego promieniowania, konwekcji, przewodzenia i transpiracji. Mechanizmy te odgrywają ważną rolę w utrzymywaniu środowiska termicznego poniżej śmiertelnych granic.
Z sieciowego promieniowania słonecznego niewielka część jest wykorzystywana jako energia chemiczna w procesie fotosyntezy, a inna część jest magazynowana jako ciepło w plonie i glebie. Wielkość ewapotranspiracji zależy od dostępnej energii cieplnej w środowisku upraw.
Z promieniowania otrzymywanego ostatecznie przez Ziemię woda i rośliny pochłaniają więcej, podczas gdy powierzchnia gołego gruntu pochłania znacznie mniej. Wszystkie te powierzchnie również tracą część pochłoniętej energii. Woda i rośliny pochłaniają jednak dużo energii, ale nie są zbytnio nagrzane, ponieważ zużywają większość energii do odparowania wody z powierzchni.
Strata energii jest znacznie większa od wody i roślin w porównaniu z suchą powierzchnią. W związku z tym nagie powierzchnie suchej gleby otrzymujące mniej ciepła szybko się nagrzewają. Powierzchnie pokryte wodą i roślinnością nie są poddawane ekstremalnemu ogrzewaniu lub chłodzeniu.
Zaorane pola pochłaniają 75-90% otrzymanej energii, a więc mają więcej ciepła. Te różnice w absorpcji i odbiciu powodują różnice zarówno w makroregionie regionalnym, jak i mikroklimacie, ze względu na zmiany temperatury i wilgotności, np. Rzędy zasadzone w bruździe mają niższe temperatury gleby niż rzędy roślin uprawnych.
Promieniowanie słoneczne jest bardzo ważne dla roślin, ponieważ jest niezbędne do fotosyntezy. Wpływa na mikroklimat, a także na utratę wody przez ewapotranspirację. Jeśli weźmiemy pod uwagę jeden liść, staje się on nasycony światłem, nawet jeśli nie ma wystarczającej ilości światła.
Układ liści i łodyg w polu jest taki, że znaczna część wewnętrznych i dolnych części roślin jest zawsze słabo oświetlona. Dlatego bardzo ważna jest zależność między rozkładem promieniowania słonecznego w czaszy roślin i produkcją roślin.
Dystrybucja promieniowania w czaszy roślin uprawnych zależy od:
1. Przenikalność liści
2. Układ liści i pochylenie liści
3. Gęstość roślin
4. Wysokość rośliny
5. Kąt słońca
Przenikalność liści:
1. W przypadku liści drzew liściastych, ziół i traw dopuszczalność wynosi od 5 do 10 procent, a w przypadku szerokich liści roślin zimozielonych 2-8 procent. W przypadku pływających liści roślin wodnych wynosi od 4 do 8 procent.
2. Różni się w zależności od wieku, jest wysoki w przypadku młodych liści, zmniejsza się w dojrzałości i ponownie wzrasta, gdy liście stają się żółte.
3. Wiarygodność ma bezpośredni związek z zawartością chlorofilu, zmniejsza się logarytmicznie wraz ze wzrostem zawartości chlorofilu.
4. Wszystkie liście nie są ułożone poziomo. Niektóre są pionowe, inne opadają. Rzeczywisty gradient światła jest znacznie mniej stromy w baldachimie.
Układ liści:
1. Liście ułożone poziomo w ciągłych warstwach przenoszą 10% promieniowania, tylko 1% światła w zielonej wstędze może penetrować drugą warstwę. Ale rzadko pojawiają się poziome liście.
2. Światło przechwytywane jest pomiędzy poziomymi i wyprostowanymi liśćmi w stosunku 1: 0, 44.
3. Zdolność do przenoszenia wynosi 50% dla liści poziomych wobec 74% dla bardziej wyprostowanych liści, gdy powierzchnia liścia równa się powierzchni ziemi.
Pochylenie liści:
1. Kiedy promieniowanie słoneczne przypada na tydzień, każde odchylenie liści od horyzontu zmniejsza fotosyntezę sieci.
2. Przy pełnym nasłonecznieniu optymalny kąt nachylenia wynosi 81 ° dla efektywnego wykorzystania światła.
3. Przy pełnym nasłonecznieniu liść umieszczony pod tym kątem jest cztero- i półkrotnie bardziej wydajny w użyciu światła słonecznego w porównaniu do poziomego liścia.
Gęstość roślin:
W idealnym układzie czaszy roślin, układ powinien wyglądać następująco:
1. Niższe 13% liści powinno mieć kąt 0-30 ° w poziomie
2. Środkowe 37% liści powinno mieć kąt 30-60 ° w poziomie
3. Górne 50% liści powinno mieć kąt 60-90 ° w poziomie.
Przy słabym natężeniu światła szybkość asymilacji jest niezależna od orientacji. Jednak wraz ze wzrostem natężenia światła poziome liście są mniej wydajne w użyciu światła.
Wysokość rośliny:
Procent przechwytywania światła jest mały w młodych roślinach i rośnie wraz ze wzrostem wysokości roślin.
Angle of Sun:
Promieniowanie słoneczne zależy od kąta nasłonecznienia. Jest to minimum w południe i maksimum w godzinach porannych i wieczornych.
Przenikanie światła do społeczności roślinnej:
Penetracja promieniowania netto w drzewostanie zależy od rozmieszczenia liści i gęstości roślin. Można go wyrazić za pomocą indeksu powierzchni liścia. Promieniowanie przechodzi przez różne warstwy okrywy roślin uprawnych. W tym procesie promieniowanie padające zmniejsza się wykładniczo wraz ze wzrostem pokrycia. Zaproponowano kilka równań w celu określenia profilu promieniowania w czaszy rośliny.
Prawo wygaśnięcia Lamberta Beer'a zostało zmodyfikowane przez Monsi i Saelda (1953).
Zgodnie z tym prawem:
I = l 0 e- kF
Gdzie, I = Światło padające na dowolnej wysokości upraw
I 0 = Światło padające u góry
k = Współczynnik ekstynkcji
F = Wskaźnik powierzchni liścia od góry do wymaganych wysokości
e = Podstawa logarytmu naturalnego (2.7183)
Model Monsi-Saeki zakłada, że zbiorowisko roślin jest jednorodnym podłożem. Całe światło padające jest pochłaniane przez liść.
Współczynnik ekstynkcji:
Współczynnik ekstynkcji można określić jako stopień tłumienia światła w obrębie czaszy upraw dla danego wskaźnika powierzchni liścia. Można go również zdefiniować jako stosunek strat światła przez liście do światła padającego u góry.
Zmienność współczynnika ekstynkcji:
Współczynnik ekstynkcji zmienia się wraz z orientacją liści. Jego zakres wynosi od 0, 3 do 0, 5 w polu, gdzie liście są w pozycji pionowej i między 0, 7 a 1, 0 w szerokim drzewostanie, gdzie liście są poziome, np. Słonecznik. W takich przypadkach w połowie wysokości absorbowane są 2/3 do 3/4 światła padającego. W przypadku gęstych lasów większość światła jest pochłaniana w liściach, bardzo mało promieniowania dociera do ziemi.
Równanie Monteitha:
Monteith (1965) zaproponował równanie, które wyraża promieniowanie lub natężenie światła wewnątrz czaszy.
Równanie jest dwumianowym wyrażeniem postaci:
I = [S + (IS) τ] F I 0 .
Gdzie, I 0 = Intensywność światła padającego na szczyt czaszy
I = Natężenie światła na określonej wysokości w czaszy
S = Frakcja światła przechodząca przez obszar liści bez przechwytywania
τ = Współczynnik transmisji liści
F = Wskaźnik powierzchni liścia
Monteith podała wartości S w zakresie od 0, 4 dla roślin o poziomych liściach (koniczyna) do 0, 8 dla roślin uprawnych z prawie pionowymi liśćmi (zboża, trawy). Zaobserwowano ponadto, że ponieważ τ jest małą frakcją, a S> 0, 4, większość promieniowania słonecznego, które przenika do czaszy rośliny, gdy świeci słońce, pojawia się w postaci plam słonecznych pokrywających ułamek S F powierzchni gleby .
Poniżej plonu o S = 0, 4, względny obszar plam słonecznych jest mniejszy niż 3%, gdy powierzchnia liści przekracza 4, ale dla zbóż o S = 0, 8, powierzchnia plam słonecznych wynosi 41% przy F = 4 i 17 procent w F = 8. Światło przekazywane przez zboża pozwala rozkwitać chwastom, ale można je wykorzystać do zasiania drugiego zbioru, który rozwija się po zebraniu zboża.
Chociaż zarówno prawo Beer'a, jak i równanie Monteitha są bardzo dokładne w opisywaniu rozkładu promieniowania w baldachimie roślin uprawnych. Trudno jest jednak określić indeksy powierzchni liścia na różnych wysokościach w okopie.
Zmieniono skład widmowy po przesłaniu w ramach Crop Canopy:
Promieniowanie przekazywane przez liście składa się z podczerwieni i niektórych części zielonego światła. Faktyczna zmiana składu zależy od ilości światła przepuszczanego przez liście oraz światła, które przechodzi przez przestrzeń między roślinami, znaną jako słońce.
Stanhill (1962) stwierdził, że w wysokich uprawach alfa-alfa około 30 procent całkowitego promieniowania dociera do powierzchni ziemi, w porównaniu z 20 procentami światła. Yocum (1964) podał, że w przypadku wysokiej uprawy kukurydzy średni odsetek transmisji na poziomie gruntu był rzędu od 5 do 10 procent w zakresie widzialnym i od 30 do 40 procent w bliskiej podczerwieni.
Procent promieniowania padającego na uprawy zmienia się znacznie pod kątem słońca. Najwyższe wartości zwykle znajdują się w południe, a stosunkowo wysokie wartości są rejestrowane wkrótce po wschodzie słońca i zaraz po zachodzie słońca. Wyższe wartości znalezione we wczesnych godzinach porannych i późnym popołudniu przypisuje się większej proporcji rozproszonego światła.
Około 3% promieniowania dociera do powierzchni ziemi w części zielonej i 8% w części IR w baldachimie upraw. Po każdym odbiciu i transmisji, promieniowanie czerwone i podczerwone zwiększa się w stosunku do innych długości fal. We wnętrzu baldachimu upraw znajduje się stosunkowo większy spadek światła w paśmie absorpcji chlorofilu przy 0, 55μ i 0, 65μ. Występuje względnie mały spadek zabarwienia o 0, 45μ, a podczerwień o 0, 80μ.
