• Nie Znaleziono Wyników

Obserwacje oraz modelowanie natężenia Obserwacje oraz modelowanie natężenia promieniowania słonecznego dochodzącego promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni ziemi. do powierzchni ziemi.

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "Obserwacje oraz modelowanie natężenia Obserwacje oraz modelowanie natężenia promieniowania słonecznego dochodzącego promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni ziemi. do powierzchni ziemi."

Copied!
38
0
0

Pełen tekst

(1)

Obserwacje oraz modelowanie natężenia Obserwacje oraz modelowanie natężenia promieniowania słonecznego dochodzącego promieniowania słonecznego dochodzącego

do powierzchni ziemi.

do powierzchni ziemi.

dr Krzysztof Markowicz dr Krzysztof Markowicz

Instytut Geofizyki, Uniwersytet Warszawski Instytut Geofizyki, Uniwersytet Warszawski

kmark@igf.fuw.edu.pl kmark@igf.fuw.edu.pl

www.igf.fuw.edu.pl/meteo/stacja www.igf.fuw.edu.pl/meteo/stacja

(2)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Słońce jako największe źródło energii na ziemi Słońce jako największe źródło energii na ziemi

• Ziemia otrzymuje zaledwie około 0.5x10-9 całkowitej energii emitowanej przez Słońce.

• Stanowi to jednak wielkości rzędu 1014 [kW].

(3)

Widmo promieniowania słonecznego

Widmo promieniowania słonecznego

(4)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Pojęcie natężenia promieniowania Pojęcie natężenia promieniowania

Jest wielkością podstawową mówiąca o mocy

promieniowania padającego na daną powierzchnie. Jej jednostką jest W/m2.

Możemy mówić o natężeniu promieniowania padającego na powierzchnie poziomą jak również na powierzchnie

prostopadła do promieniowania słonecznego

Wyróżniamy promieniowanie bezpośrednie, rozproszone oraz całkowite będące sumą dwóch poprzednich.

Promieniowanie bezpośrednie – to promieniowanie pochodzące bezpośrednio z obszaru tarczy Słońca

Promieniowanie rozproszone to promieniowanie

pochodzące od nieboskłonu, gdyż w atmosferze zostało rozproszone (zmieniło swój pierwotny kierunek)

(5)

Rozkład promieniowania nieba w Rozkład promieniowania nieba w

bezchmurny dzień

bezchmurny dzień

(6)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Promieniowanie emitowane przez Słońce Promieniowanie emitowane przez Słońce

Stała słoneczna- natężenie promieniowania słonecznego dochodzącego do górnych granic atmosfery. Wynosi ona 1378 W/m2.

Stała słoneczna nie jest jednak wielkością stalą i podlega cyklicznym zmianom.

Główna przyczyną jest zmienna odległość Ziemi od

Słońca. Prowadzi ona do zmian stałej słonecznej w ciągu roku na poziomie około 3.3 %.

Druga przyczyną jest aktywność Słońca. Jednak zmiany natężenia promieniowania w tym przypadku są znacznie mniejsze i sięgają maksymalnie kilku W/m2.

(7)

Stała słoneczna a aktywność Słońca

Stała słoneczna a aktywność Słońca

(8)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Promieniowanie słoneczne i ziemskie

Promieniowanie słoneczne i ziemskie

(9)

Oddziaływanie promieniowania w Oddziaływanie promieniowania w

atmosferze i wpływ na promieniowanie przy atmosferze i wpływ na promieniowanie przy

powierzchni ziemi powierzchni ziemi

Rozpraszanie promieniowanie (zmiana kierunku propagacji promieniowania) przez chmury i zanieczyszczenia

zawarte w atmosferze.

Absorpcja (pochłanianie)

promieniowania przez parę wodną, zanieczyszczenia, ozon i inne.

Zarówno rozpraszanie jak i pochłanianie promieniowania w atmosferze prowadzi do redukcji promieniowania

dochodzącego do powierzchni ziemi.

(10)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Albedo planetarne –

Albedo planetarne – część promieniowania, która jest część promieniowania, która jest odbijana przez atmosferę

odbijana przez atmosferę

Albedo zależy zarówno od pochłaniania jak i rozpraszania Albedo zależy zarówno od pochłaniania jak i rozpraszania

promieniowania słonecznego ale ponadto od własności promieniowania słonecznego ale ponadto od własności

odbijających samej powierzchni ziemi odbijających samej powierzchni ziemi

(11)

Oddziaływanie promieniowania w Oddziaływanie promieniowania w

atmosferze

atmosferze

(12)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Co decyduje o ilości promieniowania Co decyduje o ilości promieniowania

dochodzącego do ziemi?

dochodzącego do ziemi?

Deklinacja Słońca (dzień roku), szerokość geograficzna

Wysokość nad poziom morza

Stopień i typ zachmurzenia

Koncentracja aerozoli (zanieczyszczeń)

Zawartość pary wodnej

Zawartość ozonu w atmosferze.

(13)

Wpływ ruchu orbitalnego zmiany – zmiany Wpływ ruchu orbitalnego zmiany – zmiany

deklinacji Słońca

deklinacji Słońca

(14)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

(15)
(16)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Roczny cykl promieniowania słonecznego Roczny cykl promieniowania słonecznego

Wynika głównie z przyczyn astronomicznych (zmiany wysokości górowania Słońca w ciągu roku).

Ponadto z czasu trwania dnia, który zmienia się w Polsce od około do 8 do 16 godzin.

Tak więc średnia dobowa wartość promieniowania

dochodzącego do ziemi. Powinna być największa 1 dnia lata (23 czerwiec) zaś najmniejsza 1 dnia zimy (22

grudzień).

Zasadniczą role odgrywa jednak sezonalna zmienność zachmurzenia. Największe zachmurzenie obserwuje się w chłodnej porze roku co dodatkowo zmniejsza ilość

promieniowania dochodzącego do powierzchni ziemi.

(17)

Natężenie promieniowania dochodzące do Natężenie promieniowania dochodzące do

powierzchni ziemi

powierzchni ziemi

(18)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Dobowy cykl promieniowania słonecznego

Dobowy cykl promieniowania słonecznego

(19)

Bilans promieniowania na ziemi (bilans Bilans promieniowania na ziemi (bilans

kolektora słonecznego) kolektora słonecznego)

4

a4 AI T

T

I     

Strzałką żółtą oznaczono promieniowanie słoneczne zaś czerwoną promieniowanie podczerwone ziemi.

A -albedo, I - natężenie promieniowania całkowitego dochodzącego do powierzchni ziemi, T- temperatura powierzchni kolektora, Ta temperatura

atmosfery,  stała Stefana Boltzmmana,  stała opisująca własności kolektora IA

I Ta4 T4

(20)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Bilans energii w atmosferze

Bilans energii w atmosferze

(21)

Przyrządy do pomiaru promieniowania Przyrządy do pomiaru promieniowania

• Radiometr (pyranometr) – pomiar promieniowania całkowitego

(22)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Pomiar promieniowania bezpośredniego oraz

rozproszonego

(23)

Heliograf- pomiar usłonecznienia (ilość Heliograf- pomiar usłonecznienia (ilość godzin w czasie których tarcza słońca godzin w czasie których tarcza słońca

pozbawiona jest chmur)

pozbawiona jest chmur)

(24)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Modelowania promieniowania słonecznego Modelowania promieniowania słonecznego

Istnieje bardzo wiele modeli umożliwiających obliczanie promieniowania dochodzącego do powierzchni ziemi.

Głównym problemem są tu dane meteorologiczne określające własności optyczny atmosfery a w

szczególności chmur oraz aerozoli.

Modele te pozwalają oszacować zasoby energii słonecznej dla dowolnego miejsca.

(25)

Obliczona zależność natężenia promieniowania od Obliczona zależność natężenia promieniowania od

zawartości zanieczyszczeń powietrza zawartości zanieczyszczeń powietrza

(26)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Analiza wyników pomiarowych Analiza wyników pomiarowych

Klimatologiczna średnia roczna wartość natężenia Klimatologiczna średnia roczna wartość natężenia

promieniowania na powierzchni ziemi.

promieniowania na powierzchni ziemi.

(27)

Zróżnicowanie średniego rocznego Zróżnicowanie średniego rocznego

promieniowania słonecznego nad Polską

promieniowania słonecznego nad Polską

(28)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Zasoby energii Zasoby energii słonecznej wg IMGW słonecznej wg IMGW

Średnie natężenie

promieniowania w ciągu roku NCEP/NCAR Reanaliza

(29)

Roczny przebieg średnich miesięcznych Roczny przebieg średnich miesięcznych

natężeń promieniowania dla okolic Kielc

natężeń promieniowania dla okolic Kielc

(30)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Zależność natężenia promieniowania Zależność natężenia promieniowania

od zachmurzenia

od zachmurzenia

(31)

Zmienność natężenia Zmienność natężenia

promieniowania w styczniu i promieniowania w styczniu i

lipcu lipcu

Zmienność natężenia Zmienność natężenia promieniowania w ciągu promieniowania w ciągu

ostatnich 60 lat ostatnich 60 lat

(32)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Globalne zaciemnienie Globalne zaciemnienie

Zanieczyszczenia redukują promieniowanie dochodzące do ziemi. Prowadzą w ten sposób do ochładzania

klimatu. Jest to efekt przeciwny do efektu cieplarnianego.

Efekt ten obserwowany był silnie w latach 80-tych i 90- tych

W ostatnich latach ze względu na redukcje emisji

zanieczyszczeń promieniowanie słoneczne nieznacznie rośnie.

Nasila się więc niekorzystny wpływ efektu cieplarnianego prowadzący do ocieplania w skali całego globu.

(33)
(34)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

(35)

Stacja transferu radiacyjnego w okolicach Stacja transferu radiacyjnego w okolicach

Strzyżowa Strzyżowa

(25 km na południowy zachód od Rzeszowa) 443 m.n.p.m (25 km na południowy zachód od Rzeszowa) 443 m.n.p.m

(36)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Zakres prowadzonych obserwacji.

1. Podstawowe pomiary meteorologiczne Temperatura, wilgotność i ciśnienie powietrza prędkość i kierunek wiatru na wysokości 10 m

natężenie, suma opadu, grubość pokrywy śnieżnej

gradientowe pomiary temperatury powietrza od powierzchni gruntu do wysokości 10 m

gradientowe pomiary temperatury gruntu do głębokości 1 m widzialność pozioma, sondaże aerologiczne

2. Pomiary radiacyjne

strumień bezpośredni rozproszony promieniowania krótkofalowego strumień całkowity promieniowania krótkofalowego

strumienie w obszarze widzialnym (400-700 nm)

strumień promieniowania długofalowego, radiancja nieba 3. Pomiary aerozolowe

spektralna grubość optyczna aerozolu, współczynnik rozpraszania aerozolu, współczynnik absorpcji aerozolu

(37)

Podsumowanie Podsumowanie

Polska leży w obszarze o całkowitej energii

promieniowania słonecznego przekraczającej rocznie 1 MW/m-2.

Zasoby energii słonecznej rosną w kierunku południowym.

Potencjalne zasoby energii słonecznej w Polsce są bardzo duże jednak ze względu na niekorzystne

zachmurzenie (np. w porównaniu z basenem Morza Śródziemnego) są one dość istotnie zredukowane.

Promieniowanie słoneczne jest wielkością znacznie wolniej zmienną niż np. prędkość wiatru.

Wykazuje jednak wahania w skali lat ze względu na

(38)

11/29/21

11/29/21 Instytut Geofizyki UWInstytut Geofizyki UW

Roczny przebieg natężenie promieniowania słonecznego jest odwrotny do prędkości wiatru co skłaniać do budowy elektrowni słoneczno-wiatrowych.

Zasoby energii słonecznej są mierzone tylko w bardzo ograniczonej ilości stacji meteorologicznych co

komplikuje analizę warunków słonecznych w Polsce.

Mogą być one jednak obliczane przy użyciu modeli, które zapewniają wystarczającą dokładność dla potrzeb

energetycznych.

Cytaty

Powiązane dokumenty

Metoda kompensacyjna wykorzystuje dwa identyczne ciała, z których jedno wystawione jest na działanie promieniowania, a drugie podgrzewane jest elektrycznie do temperatury

PROMIENIOWANIE ROZPROSZONE to ta część promieni, która ulega odchyleniu (zmianie kierunku) w niejednorodnym optycznie środowisku jakim jest atmosfera. PROMIENIOWANIE CAŁKOWITE jest

Po zastosowaniu filtru korekcji spektralnej (filtr AM1,5) w Oriel Class A Solar Simulator następuje zmiana widma symulatora promieniowania słonecznego, co sprawia,

Obejmują pomiary promieniowania dochodzącego od Słońca, promieniowania odbijanego przez atmosferę i powierzchnie Ziemi (albedo) oraz promieniowania. długofalowego emitowanego

sumy natężenia promieniowania słonecznego w [kWh/m 2 ] docierającego do powierzchni Ziemi oraz roczne usłonecznienie rzeczywiste dla Podkarpacia w okresie od 1984 do 2006

Analiza promieniowania słonecznego dochodzącego do powierzchni ziemi.. w

It has been shown that the vast majority of students from both medical schools (90.0%) and non-medical ones (88.1%) knew about the harmful effects of solar radiation on human skin

Suma promieniowania po południu słonecznym, stanowiła około 51% całkowitego promieniowania z pięciu par godzin słonecznych (rys. Test Wilcoxona rozstrzygnął