QUYOSH RADIATSIYASI
Quyosh yadro reaksiyalari orqali Koinotga to’xtovsiz ravishda juda ko’p
miqdorda yorug’lik, issiqlik, elektromagnit nurlari tarqatib turadi.
Yer kurrasida sodir bo’layotgan barcha jarayonlarning asosiy manbai quyosh
radiatsiyasidir. Quyosh yirik shar shaklidagi qizigan gazlarning yig’indisidan tashkil
topgan. Uning hajmi Yer hajmiga nisbatan 1300000 marta kattadir. Quyosh
yuzasidagi harorat 6000° ga yetadi.
Quyosh nuri spektri quyidagi to’lqinli nurlardan: a) 0,40 mk dan kam bo’lgan
uzun to’lqinli ko’zga ko’rinmas ultrabinafsha nurlar, b) to’lqin uzunligi 0,40 mk dan
0,75 mk gacha bo’lgan ko’rinma nurlar va v) to’lqin uzunligi 0,75 mk dan katta
bo’lgan ko’rinmas infraqizil nurlardan iborat.
Quyoshda issiqlik energiyasi nur energiyasiga aylanadi; quyosh nurlari Yer
yuzasiga tushganda esa issiqlik energiyasiga aylanadi. Shunday qilib, Quyosh
radiatsiyasi ham yorug’lik, ham issiqlik keltiradi. Spektrning ko’rinma nurlar
qysmiga Quyoshdan keladigan butun nurning deyarli yarmi (46%), infraqizil
nurlarga ham shuncha qismi to’g’ri keladi, ultrabinafsha nurlar esa faqat 7% ni
tashkil etadi.
Atmosferada ro’y beradigan hamma hodisalar quyosh radiatsiyasi ta`sirida
yuzga keladi. Yorug’lik va issiqlik xususiyatiga ega bo’lgan quyosh nuriga quyosh
radiatsiyasi deyiladi. Quyosh radiatsiyasi tuproqni isitadi, o’simlik va hayvonot
dunyosi uchun zarur issiqliq va yorug’likni beradi. Yer yuzasining har 1 sm2 yuzasi
o’rta hisobda bir yilda quyoshdan 250 katta kaloriya yoki (kkal) issiqlik keladi. Shu
miqdorning 44% i yoki 111 kkal energiya yer yuzasida, 15% i yoki 39 kkal energiya
esa havo tomonidan yutiladi. Qolgan 41 % energiya yer yuzasi va atmosferadan aks
etib, olam bo’shlig’iga qaytib ketadi. Yer va atmosfera quyoshdan kelayotgan
radiatsiyaning 60% ini yutib qolishiga qaramasdan, yer va atmosferaning o’rtacha
yillik harorati yildan-yilga deyarli o’zgarmaydi. Chunki yer va atmosfera quyoshdan
qancha energiya olsa, shuncha energiyani koinotga qaytaradi, ya`ni issiqlik
muvozanati sodir bo’lib turadi.
Yer yuzasining quyoshdan kelayotgan issiqlikni ko’p yoki kam olishi yil
fasllariga, kunning vaqtiga va hududning landshaftiga bog’liq. Quyosh radiatsiyasi
tik tushgan yuzalar eng ko’p issiqlik oladi. Yer yuzasi gorizontal bo’lgan joylar
kunning qoq o’rtasida ko’p, ertalab va kechqurun kam issiqlik oladi. Yer yuzasiga
tushadigan issiqlik miqdori joyning geog-rafik kengligiga bog’liq. Yuqori kengliklar
yer yuzasi quyi kengliklarga nisbatan kamroq issiqlik oladi. Chunki quyosh
radiatsiyasi yuqori kengliklarga qiyaroq, quyi kengliklarga esa tikroq tushadi.
Quyosh nurlari yer yuzasiga yetib kelguncha atmosferada katta masofani bosib
o’tadi. Bunda radiatsiyaning bir qismi atmosferaning yuqori chegarasida gaz
molekulalariga urilib, koinotga qaytadi bir qismi esa suv bug’lari va chang zarralari
tomonidan yutiladi.Qolgan qismi miqdori va spektral tarkibi o’zgargan holda yer
yuzasiga yetib keladi. Atmosfera-ning yuqori chegarasida har 1 sm2 yuzaga bir
minutda yetib kelgan radiatsiya miqdori quyosh doimiyligi deyiladi (1,98
kkal/sm2). Yilning yanvar oyida, ya’ni Yer perigeliyda bo’lganda bu miqdor 0,07
kal/sm2/min ga ortadi, iyulda, ya’ni afeliyda esa shuncha miqdorga kamayadi.
Quyosh radiatsiyasi (lotincha radiatsio - nur sochish so’zi-dan olingan)
quyoshdan yorug’lik chiqishi, elektromagnit to’l-qinlarining 300 000 km/sek
tezlikda tarqalishidir. Quyosh radia-tsiyasi Yerdagi barcha jarayonlar uchun
energiyaning asosiy manbaidir. Yer yuzasiga quyosh radiatsiyasining hammasi
ham yetib kelmaydi, bir qismini bulutlar tarqatadi, bir qismi issiq-likka aylanib,
yutiladi, bir qismi tarqalib, tarqoq radiatsiyaga aylanadi.
Yer yuzasiga yetib kelgan quyosh radiatsiyasining bir qismi yer sirtidan
qaytadi, qisman tuproqning va suvning ustki qatlamlarini isitib, yutiladi. Yer
sirtiga tushadigan quyosh radiatsiyasi bilan bog’liq bo’lgan asosiy
tushunchalar va uning ko’rsatgichlari quyidagilardan iborat:
quyosh balandligi;
kunduzning uzunligi;
to’g’ri radiatsiya;
sochilgan radiatsiya;
qaytgan radiatsiya;
yig’indi radiatsiya;
yutilgan radiatsiya;
radiatsion muvozanat;
yer sirtining issiqlik muvozanati.
Quyosh balandligi va kunduzning uzunligi - Yer sirtiga keladigan Quyosh
radiatsiyasi miqdorini belgilovchi asosiy omillardir.
Quyosh balandligi - tush paytida quyoshning Yer sirtidan gorizontal
tekislikka nisbatan joylashish burchagi bo’lib, gra-duslarda ifodalanadi. Yozgi
quyosh turishi vaqtida O’zbekiston-ning eng chekka shimoliy nuqtasi (45° 35')
da quyoshning eng katta balandligi - 68° gacha, eng chekka janubiy nuqtasi
(37° 10') da 76° ga yetadi. Qishki quyosh turishi kunida esa mos ravishda
quyosh balandligi kenglik va fasllar bo’yicha o’zgaradi.
Yuqoridagi holatga bog’liq holda O’zbekiston hududiga tushadigan
quyosh radiatsiyasining nurli energiyasi miqdori qo’shni, ayniqsa shimoliy
hududlarga nisbatan ancha katta.
Quyosh turishi — quyosh markazi ekliptikaning 23°27' og’ishgan eng
shimoliy nuqtasidan (21 yoki 22 iyun yozgi quyosh turishi) yoki eng janubiy
nuqtasidan (21 yoki 22 dekabr qishki quyosh turishi) o’tgan payt. Quyosh
turishi kunlarida quyosh juda sekin og’adi, chunki bu joyda quyosh ekliptika
bo’ylab ekvatorga deyarli parallel harakat qiladi. Shuning uchun ham bir necha
kun davomida quyoshning tush paytdagi balandligi deyarli o’zgarmaydi.
Quyosh turishi atamasi ham ana shundan kelib chiqqan.
Ekliptika (yunoncha eklipsis - tutilish) osmon sferasida quyoshning yil
davomidagi ko’rinma holati ro’y beradigan katta doira chiziq. Oy orbitasi
ekliptika bilan kesishgan nuqtalar yaqiniga Oy kelganda quyosh bilan Oy
tutiladi.
Quyoshdan bevosita keladigan issiqlik nurlari to’g’ri quyosh radiatsiyasi
(J) deb ataladi. Quyosh nurlariga perpendikular joylashgan 1 sm2 maydonga 1
min davomida tushayotgan nur energiyasi to’g’ri quyosh radiatsiyasini
ifodalaydi va SI tizimida J/m2·s yoki Vt/m2 larda o’lchanadi.
Gorizontal yuzaga tushadigan to’g’ri quyosh radiatsiyasi (J' ) quyidagi
formula yordamida hisoblanadi:
J' = J • sinho
bu yerda: h0 - ufqqa nisbatan quyosh balandligi (6-rasm).
6-rasm. Quyosh radiatsiyasi
Sochilgan radiatsiya (D) atmosfera va bulutlarda Quyosh nurlarining
sochilishi natijasida yuqoridan yer yuzasiga yetib keladi.
Yig’indi (yalpi) radiatsiya (Q) – gorizontal yuzaga yetib kelgan to’g’ri va
sochilgan radiatsiyaning yig’indisidir.
Q = J' + D
Yig’indi quyosh radiatsiyasining yer yuzasiga tushib, qisman yana
atmosferaga qaytishi qaytgan radiatsiya (R) deb ataladi. Yer yuzasidan qaytgan
radiatsiyaning (R) yer ustiga tushgan radiatsiyaga (Q) nisbati albedo (A) deyiladi
va quyidagi formula yordamida hisoblanadi:
Q
R
А
Albedo yer yuzasining radiatsiyani qaytarish xususiyatini ifodalaydi. Tabiiy
yuzalarning albedosi keng diapozonda o’zgaradi (6-javdal).
6-javdal
Turli tabiiy sirtlar al’bedosi
Yerning yuzasiga kelayotgan Quyosh radiatsiyasi miqdorini 100 % deb
olsak, uning 20 % atmosferada ozon, suv bug’i va havodagi aerozollar tomonidan,
5 % bulutlar tomonidan yutiladi. Yer yuzasi 47 % ni yutadi. Qolgan 28 % i
bulutlar (19 %), yer sirti (3%) va atmosferadan (6 %) qaytariladi. Bunda Yer
atmosfera tizimining albedosi 28 % ni tashkil etadi.
Effektiv nurlanish (Bef) – yer sirti va atmosferaning uchrashma nurlanishi
o’rtasidagi farq (7-rasm).
Bef = B0 - δBA
Bu yerda B0 –yer sirtining nurlanish oqimi (kVt/m2), δBA- atmosferaning
uchrashma nurlanishi.
Geografik qobiqning barcha qismlari-tuproq, suv, qor, muzliklar, o’simlik
absolyut nol gradusdan yuqori isitilgan bo’lib, o’zi ham nur tarqatib turadi. Bu -
uzun to’lqinli issiqlik radiatsiyasidir. Bu nur ko’rinmaydi. Harorat 15°C
bo’lganda tarqaladigan issiqlik miqdori 0,6 kall/sm2/min bo’ladi, sovuq jismlar
kam, issiq jismlar ko’p issiqlik tarqatadi.
Yerdan tarqalgan nur havoni isitadi. Isigan atmosferaning o’zi ham nur
tarqatadi. Atmosfera issiqligining bir qismi yuqoriga ko’tarilib, sayyoralararo
fazoda yo’qolib ketadi, bir qismi esa yerning issiqlik oqimiga qarshi yo’nalib,
yerga tushadi. Shunday yo’l bilan atmosferaning qarishi nur tarqatishi vujudga
keladi (7-rasm).
№
Tabiiy sirtlar
Albedo, % da
Yer yuzasi
1
Yangi yoqqan qor
90-95
2
Qora tuproqlar
5-15
3
Oqish tuproqlar
22-32
4
Igna bargli o’rmonlar
10-15
5
Keng bargli o’rmonlar va tundra
15-20
6
Suv yuzasi
4-5
Atmosferaning yuqori qismlari
1
Yomg’irli to’p-to’p bulutlar
86
2
Patsimon bulutlar
32
Atmosfera yerdan isiganligi sababli qarshi tarqaladigan nur yer yuzasi
tarqatadigan nurdan kam bo’ladi. Ular orasidagi farq effektiv nur tarqalishi
deyiladi. Uning miqdori yerdan yoki suvdan atmosferaga tarqaladigan haqiqiy
issiqlikni ifodalaydi. O’rtacha harorat 15°C bo’lganda yer yuzasining nur
tarqatishi 0,6 kal/sm2/min bo’lsa, atmosferaning qarshi nur tarqatishi ham o’rta
hisobda 0,2 kal/sm2/min dan oshmaydi.
Yer yuzasining effektiv nur tarqatishi bir qancha omillarga bog’liqdir.
7-rasm. Yerning nur tarqatish sxemasi, kall/sm2 min hisobida
1.Tuproq yoki suvning haroratiga bog’liq: harorat qancha yuqori bo’lsa, u
shuncha ko’p issiqlik tarqatadi. Binobarin, issiq yoz kunlarida yer bilan suv
havoga ko’p issiqlik tarqatadi va havo harorati ko’tariladi. Ba’zan issiqlik yer
yuzasidan shuncha ko’p tarqaladiki, qattiq qizigan yer yuzasi ustidagi havo
tebranib (jimirlab) ko’rinadi. Albatta, issiq havo ko’p miqdorda qarshi issiqlik
tarqatadi. Effektiv nur tarqalishining umumiy miqdori ortadi.
Tuproq va suv qizimaydigan tunda ularning issiqlik tarqatishi kamayadi va
tun qancha uzoq davom etsa, tarqaladigan nur miqdori shuncha kamayadi. Bunga
muvofiq ravishda tunda havoning harorati ham pasayadi. Qish vaqtida sovuq yer
yuzasi kam issiqlik tarqatadi.
Nur tarqalishi kunduzgiga qaraganda kechasi, yozdagiga qaraganda qishda
ko’p bo’ladi degan xato fikr ham uchrab turadi. Bunda gap tarqaladigan nur
miqdori haqida emas, balki keladigan issiqlik bilan tarqaladigan issiqlik nisbati
haqida boradi.
2.
Havoning namligiga bog’liq. Suv bug’lari yuqorida aytib o’tilganidek,
issiqlikni tutib qoladi va o’zida saqlab turadi. Shu sababli sernam havo yerga
tomon ancha miqdorda qarshi issiqlik tarqatadi. Bunda effektiv nur tarqalishi
kamayadi va yer uncha sovib ketmaydi.
3.
Tuman va bulutlarga bog’liq. Tuman va bulutlarning suv tomchilari o’zida
issiqlik tashuvchi yanada kattaroq omillardir. Ularning qarshi nur tarqatishi yana
ham ko’proq bo’ladi. Tumanli va bulutli kechalar odatda iliq bo’ladi. Bulutlarning
qarshi nur tarqatishi ba’zan yer yuzasining nur tarqatishidan yuqori bo’ladi va ana
shunday vaqtda quyoshga bog’liq bo’lmagan holda kun iliydi.
4. Suv havzalarining uzoq-yaqinligiga bog’liq. Suv havzalari effektiv nur
tarqalishiga havo namligining oshishi, tuman va bulutlar hosil bo’lishi orqali ta’sir
ko’rsatadi. Suvning o’zi issiqlik sig’imi katta bo’lganligidan u uzoq vaqt issiqlik
tarqatib turadi.
5. Joyning absolyut balandligiga bog’liq. Havo zichligi kam bo’lgan
tog’larda effektiv nur tarqatish ortadi.
6. O’simliklarga ham bog’liq. Qalin o’simlik qoplami, ayniqsa o’rmonlar
effektiv nur tarqalishini kamaytiradi. Cho’llarda esa effektiv nur tarqalishi keskin
ortadi.
7. Grunt (yer yuzasidagi jinslar) va tuproqlar ham ta’sir ko’rsatadi. Qalin va
g’ovak tuproqlar ko’p issiqlik tarqatadi, qoya toshlar, toshloq tuproqlar va qum
o’zida kam issiqlik saqlab, uni kam tarqatadi. Ular kunduzi isib, tunda sovib
qoladi.
Kelayotgan va qaytayotgan radiatsiyasi o’rtasidagi farq radiatsion
muvozanat deb ataladi.
Radiatsion
muvozanat
Yer
yuzasi
va
atmosferaning
ra-diatsion
muvozanatlari yig’indisidan iborat. Yer yuzasiga kelgan radiatsiyani yalpi
radiatsiya tashkil etadi. Yer yuzasiga kela-yotgan radiatsiyani esa albedo va
effektiv nurlanish tashkil etadi.
Radiatsion muvozanat - bu amaldagi nurlanish energiya-sining kirimi (yoki
chiqimi) bo’lib, unga yer yuzasining issiqlik holati bog’liq: agar isishi kuzatilsa,
balans musbat (kirim chiqimdan ko’p) yoki sovush kuzatilsa, balans manfiy
(kirim chiqimdan kam).
Radiatsion muvozanat quyidagi tenglik bilan ifodalanadi:
R = Q(1-A)-Bef
R - radiatsion muvozanat, Q - yalpi radaiatsiya, A - albedo, Bef - effektiv
nurlanish.
Radiatsion balans ayrim joy uchun, ayrim vaqt uchun (bir onli balans) yoki
ayrim vaqt oralig’i uchun (sutka, oy, yil) hisoblanadi.
Yer yuzasining issiqlik muvozanati radiatsion muvozanat-dan, namlik
bug’lanishga sarflangan issiqlikdan hamda atmosfera havosi bilan bevosita
issiqlik almashuvidan iborat.
Issiqlik balansi uzoq muddat uchun nolga teng (kirim chiqimga teng), lekin
ayrim mavsumlar va sutka ichida issiqlik kirimi chiqimdan kam yoki ko’p bo’lishi
mumkin.
Quyosh radiatsiyasini o’lchaydigan jihozlar aktinometrik asboblar deb
ataladi.
Quyosh, yer va atmosfera radiatsiyasini o’rganish sohasi meteorologiyaning
eng katta bo’limlaridan biri hisoblanadi va aktinometriya deb nomlanadi.
Aktinometriyaning vazifasi radiatsiyaning har xil turlarini o’lchash hamda
atmosferadagi singuvchi va tarqoq radiatsiya qonuniyatlarini o’rganish, yer
yuzasining unumli (effektiv) nurlanishi, radiatsion muvozanat va boshqalarni
o’rganishdir.
Radiatsiyani olchash usullari. Radiatsiyaning har xil turlarini o’lchash
uchun aktinometrik asboblardan foydalaniladi. Ular ikki turga bo’linadilar:
mutlaq va nisbiy.
To’g’ri quyosh radiatsiyasini o’lchaydigan asboblar aktinometrlar deb
ataladi. Aktinometrlar mutlaq, ya’ni to’g’ri quyosh radiatsiyasini bevosita kal/sm2
min da berilishi yoki nisbiy bo’lishi mumkin. Unda olingan ma’lumot kaloriyaga
aylantiriladi.
Mutlaq aktinometrlar pirgeoliometrlar deb ataladi. Nisbiy aktinometr
ma’lumotlari bilan solishtirilgan mutlaq asbob Ong-stremning kompensatsion
pirgeoliometridir (8-rasm).
Bundan tashqari,
amaliyotda
Savinov-Yanishevskiy aktino-metridan
foydalaniladi (9-rasm).
8-rasm. Ongstremning
kompensatsion pirgeoliometri.
9-rasm. Savinov - Yanishevskiy
aktinometri.
1-shisha
qalpoqcha;
2-
to’xtatish
prujinasi; 3-soyalama shar vinti; 4-o’rnatish
vinti; 5-taglik; 6-qaytarma shtativ shar vinti;
7-sath to’g’rilagich; 8-vint; 9-ichki qurit-
gichli ustun.
Yig’indi va tarqoq radiatsiyani o’lchash uchun piranometr-lardan
foydalaniladi. Bular ichida eng qulay va sezgirligi yuqori bo’lgan Yanishevskiy
va zamonaviy piranometrlardan foyda-laniladi (10-11 rasmlar).