RADIATSION BALANS Reja: 1. Radiatsion balans. Radiatsion balans tenglamasi 2. Quyosh radiatsiyasi va radiatsion balansni o‘lchash. 3. Quyosh radiatsiyasining turlicha relefli yerlarga va ekinlarga tushishi 1. Radiatsion balans. Radiatsion balans tenglamasi Faol yuzaning radiatsion balansi deb, bu yuzaga tushuvchi va undan ketuvchi nurlanishlar oqimlari ayirmasiga aytiladi. Radiatsion balansning kirim qismini gorizontal yuzaga tushuvchi to‘g‘ri radiatsiya S1, sochilgan radiatsiya D va atmosferaning uchrashuvchi nurlanish Ea tashkil qiladi. Radiatsion balansning chiqim qismi esa qisqa to‘lqin uzunlikli qaytgan radiatsiya Rq va yer sirtining nurlanishi Eyer lardan iborat. Agar faol yuzaning radiatsion balansini V harfi bilan belgilasak, faol yuzaning radiatsion balansining umumiy ko‘rinishini quyidagicha yoza olamiz: ер k a E R E D S В      1 , yoki Q= S1+D ekanligini nazarga olsak   c k а ер k ер k a E R Q Е E R Q E R E Q В            , bu yerda: Q = yig‘indi radiatsiya, Es - samarali nurlanish. Yuqoridagi (3.9) formulani quyidagicha ham yozish mumkin: c c ер a E А Q E А D S E E A D S D S В               ) 1 ( ) 1 )( ( ) ( 1 1 1 , bu yerda: A-faol yuzaning albedosi. Yutilgan radiatsiya Q(1-A) taglik yuzaning isishida, samarali nurlanish Es esa taglik yuzaning sovishida faol rol o‘ynaydi. Sutka davomida yig‘indi radiatsiya va samarali nurlanish miqdorlari uzluksiz o‘zgarganidan radiatsion balansning qiymatlari ham uzluksiz o‘zgaradi. Osmon bulut bilan to‘la qoplanganda va yerga to‘g‘ri radiatsiya tushmayotganda V = D - Rq - Es kechasi esa qisqa to‘lqinli qaytgan radiatsiya ham bo‘lmaganligidan radiatsion balans V qiymatlari manfiy bo‘ladi: V= Ea- Eer=- Es ga teng bo‘ladi. Radiatsion balansni bilish amaliy qiziqishga ega. Chunki V ning qiymatiga qarab faol yuzaning isishi yoki sovishini aniqlaymiz. Agar faol qatlamga tushuvchi radiatsiyalar oqimlarining yig‘indisi, faol qatlamdan ketuvchi radiatsiya oqimlari yig‘indisidan katta bo‘lsa, faol qatlam isiydi. Aks holda esa faol qatlam soviydi. Radiatsion balansni turlicha vaqt oraliqlari (minut, soat, sutka, oy va yil) uchun hisoblash mumkin va u musbat yoki manfiy bo‘ladi. Radiatsion balans odatda kunduzi musbat (eng sovuq davrlarni hisobga olmaganda), kechasi esa manfiy bo‘ladi. Quyosh botishiga 1-2 soat qolganda radiatsion balans manfiy qiymatlarga o‘tadi yoki kechga yaqin Quyoshning ufqdan balandligi 10-15 ga teng bo‘lishidan boshlab V ning qiymatlari manfiy bo‘ladi. Ertalab Quyosh chiqqanidan keyin o‘rtacha 1 soat vaqt o‘tgach yoki Quyosh balandligi 10-15 dan oshgach V ning qiymati yana musbat ishoraga o‘tadi. Agar qor qoplami mavjud bo‘lsa, Quyosh balandligi 20-25 ga etgandan keyingina V musbat qiymatlarga o‘tadi. Kunduzi ho ortishi bilan V ning qiymatlari ham orta boradi, tushdan keyin ho ning kamayishi bilan V ning qiymatlari ham kamayadi. O‘zbekistonning shimoliy hududlari uchun radiatsion balansning yillik qiymati 1885 MJ/m2, janubiy hududlari uchun 2807, baland tog‘li hududlarda 1424 MJ/m2 ga yaqin. O‘zbekistonning eng janubiy hududlari va sovuq havo oqimlari kirolmaydigan joylar uchun V yil bo‘yi musbat. O‘zbekistonnning eng shimoliy hududlari va respublikamiz hududlarining katta qismida qish davrida ba’zi yillari V ning qiymati – 4,19 dan – 29,3 MJ/m2 gacha qiymatlarga ega bo‘lishi mumkin. Respublikamizda radiatsion balans manfiy qiymatlardan musbat qiymatlarga o‘rtacha mart oyi boshlarida o‘tadi. Musbat qiymatlardan manfiy qiymatlarga oktyabr oxirida-noyabr boshlarida o‘tadi. Qishloq xo‘jalik dalalarining radiatsion balansini bilish Quyoshning ufqdan turlicha balandliklarida, ekinlarni ekishning turlicha sxemalarida va o‘simlik rivojlanishining turlicha fazalarida o‘simlik va tuproq yutgan radiatsiyani aniqlash imkonini beradi. Tuproqning harorati va namligi, bug‘lanishi va boshqa kattaliklarni boshqarishda qo‘llanilgan tadbirlarni baholash uchun turlicha turdagi o‘simliklar qoplamlarida qishloq xo‘jalik dalalarining radiatsion balansi aniqlanadi. 2. Quyosh radiatsiyasi va radiatsion balansni o‘lchash. Hozirgi vaqtda aktinometrik kuzatishlarda quyosh radiatsiyasi oqimlarini o‘lchash uchun mutlaq va nisbiy usullar qo‘llani-ladi. SHuning uchun bu usullarga mos ravishda mutlaq va nisbiy asboblar ishlab chiqarilgan. Mutlaq asboblarda quyosh radiatsiyasi energetik yoritilganligini to‘g‘ridan- to‘g‘ri kal/sm2∙min (yoki Vt/m2) birliklarda o‘lchanadi va ular hozirgi vaqtda nisbiy asboblarni darajalash va tekshirish uchun qo‘llaniladi. Nisbiy asboblar meteorologik stansiyalardagi muntazam olib boriladigan kuzatishlarda, ekspeditsiyalarda va dala kuzatishlarida ishlatiladi. To‘g‘ri radiatsiyani o‘lchash uchun ishlatiladigan asbobni aktinometr deb yuritiladi. Hozirgi vaqtda to‘g‘ri quyosh radiatsiyasini o‘lchashda eng ko‘p qo‘llaniladigan nisbiy asbob Savinov-Yanishevskiy termoelektrik aktinometridir. Aktinometr ishlashi uchun termoelektrik effekt asos qilib olingan. Ma’lumki, ikki xil metall o‘tkazgichning ikkala uchlarini o‘zaro kavsharlab, berk elektr zanjiri hosil qilsak, kavsharlangan uchlarning haroratlari bir-biridan farq qilsa, mazkur zanjirdan juda oz miqdorda tok o‘tadi. Zanjir ochiq bo‘lganda vujudga keladigan termo elektr yurituvchi kuch (e.yu.k.) ning kattaligi kavsharlangan uchlar haroratlari ayirmasiga va kavsharlangan o‘tkazgichlarning moddalariga bog‘liq bo‘ladi. Kattaroq tok olish uchun bunday termo juftlarni o‘zaro ketma-ket ulanadi. Termoelektrik aktinometrlarning asosiy qismlari: termobatareyali yutgich, ichiga termobatareyali disk joylashtirilgan trubka va shtativdan iborat. Aktinometrning asosiy qismi, ya’ni termobatareyali yutgich manganin va konstantan poloskalarining ketma-ket ulanishidan hosil qilingan termobatareya yulduzcha shaklida joylashtiriladi. Barcha toq nomerli kavsharlangan uchlar markaz atrofida, juft nomerli kavsharlangan uchlar esa chekkada o‘rnatiladi. Aktinometrdan foydalanilgan vaqtda termoyulduzchaning ikkala uchini GSA-1 tipdagi galvanometrga ulanadi. Aktinometr trubkasining ochiq uchi ro‘parasiga teskari tomoniga toq nomerli kavsharlar yopishtirilgan va quyosh nurlari tushadigan tomoni qoraytirilgan kumush disk joylashtiriladi. Mis halqa esa trubkaning chetiga quyosh nurlari tushmaydigan qilib joylashtirilgan. Agar aktinometr trubkasini Quyoshga qaratsak, markazdagi kumush disk to‘g‘ri quyosh radiatsiyasi ta’sirida isiydi, mis halqa esa isimaydi. To‘g‘ri quyosh radiatsiyasining energetik yoritilganligi qanchalik katta bo‘lsa, issiq va sovuq kavsharlar orasidagi haroratlar ayirmasi ham shunchalik orta boradi. Natijada hosil bo‘ladigan termotokning kattaligi ham to‘g‘ri quyosh radiatsiyasi energetik yoritilganligiga to‘g‘ri mutanosib ravishda ortadi. Aktinometrga ulangan galvanometr uchun avvaldan ma’lum bo‘lgan aktinometr doimiysiga ko‘paytirish bilan kal/sm2∙min (yoki Vt/m2) birliklarga o‘tkaziladi. Yig‘indi va sochilgan radiatsiyani o‘lchash uchun ishlatilgan asbobni piranometr deb yuritiladi. Meteorologik stansiyalarda yig‘indi va sochilgan radiatsiyalarni o‘lchashda asosan Yanishevskiy piranometri ishlatiladi. Bu asbob ham aktinometr singari termoelektrik effektga asoslanib ishlaydi. Piranometrning asosiy qismi termobatareyadan iborat bo‘lib, termobatareya bir- biriga ketma-ket kavsharlangan manganin va konstantan poloskalardan iborat. Barcha poloskalar gorizontal tekislikda joylashtirilib, yorug‘lik nurlarini qabul qiladigan plastinka vazifasini bajaradi. Termobatareyaning barcha toq nomerli (isitilmaydigan) kavsharlangan sirti magneziy bilan oq rangga bo‘yalgan. Termobatareyaning juft nomerli kavsharlari esa qoraga bo‘yalgan. Shunday qilib, piranometrning nur tushadigan termobatareyasining qora va oq rangga bo‘yalgan katakchalari ketma-ket almashadigan qilib o‘rnatilgan. O‘lchash vaqtida termobatareyaning uchlariga mahkamlangan mis simlari GSA-1 tipdagi galvanometrga ulanadi. Nurlanish oqimi tushuvchi sirtga to‘g‘ri va sochilgan radiatsiya ayni bir vaqtda tushadi. Ammo oq katakchalar o‘ziga tushuvchi quyosh radiatsiyasining 15% ini yutsa, qora katakchalar esa quyosh radiatsiyasining 98% ini yutadi. Natijada, oq va qora termo kavsharning harorati bir-biridan farq qiladi. Bu haroratlar ayirmasi nurni yutadigan sirtga tushuvchi radiatsiya miqdoriga to‘g‘ri mutanosibdir. Zanjir berk bo‘lganda termobatareyada haroratlar ayirmasiga mutanosib ravishda termotok hosil bo‘ladi. Uning kattaligini piranometrga ulangan galvanometr strelkasining og‘ishidan bilamiz. Galvanometr strelkasining ko‘rsatishlarini kal/sm2∙min (yoki Vt/m2) da ifodalash uchun galvanometr strelkasi ko‘rsatishini aktinometr doimiysiga ko‘paytiriladi. Aktinometr doimiysining qiymatini aktinometrik (yoki meteorologik) stansiyalarda mazkur aktinometrni tekshirtib aniqlanadi. Agar faqat piranometrgina bor bo‘lsa, u holda shu piranometr va unga ulangan galvanometr uchun o‘tkazuvchan doimiy ma’lum bo‘lishi kerak. Bunda o‘tkazuvchan doimiyning qiymati shu piranometr va galvanometrgagina tegishli ekanligini unutmasligimiz kerak. Kuzatishlar vaqtida piranometrning qabul qiluvchi qismi (termobatareya) gorizontal holatda o‘rnatiladi. Sochilgan radiatsiyani o‘lchashda piranometrni to‘g‘ri quyosh radiatsiyasidan maxsus ekran bilan to‘siladi. Yig‘indi radiatsiyani o‘lchashda to‘suvchi ekranni chetga surib qo‘yiladi. Gorizontal sirtga tushayotgan yig‘indi va sochilgan radiatsiyalarni o‘lchab, gorizontal sirtdagi to‘g‘ri quyosh radiatsiyasining energetik yoritilganligini S1 = Q - D tarzida ham aniqlash mumkin. Qaytgan radiatsiyani ham o‘lchashga moslashtirilgan piranometrni albedometr deb yuritiladi. Buning uchun asboblarning qabul qiluvchi qismini yuqoriga (Q ni o‘lchash uchun) va pastga (Rq ni o‘lchash uchun) qaratishga xizmat qiladigan moslamadan foydalaniladi. Albedometr yordami bi-lan yig‘indi va qaytgan radiatsiyani o‘lchab A=Rq / Q formula yordamida taglik yuzaning albedosini hisoblanadi. Dala sharoitida o‘lchashlar o‘tkazishda ko‘chma albedometrdan foydalaniladi. Faol yuzaning radiatsion balansini o‘lchash uchun termoelektrik balansomer qo‘llaniladi. Yuqorida qaralgan asboblardan tashqari tabiiy yoritilganlikni o‘lchash uchun fotometrik asboblyuksmetr qo‘llaniladi. FFR ni o‘lchash uchun turli xil asboblar ishlatiladi. Quyosh yog‘dusining davomiyligini aniqlash uchun geliograf qo‘llaniladi. Bu asboblarning tuzilishi va asboblar yordamida o‘lchashlar o‘tkazish usullari agrometeorologiyadan laboratoriya mashg‘ulotlari uchun qo‘llanmalarda mufassal keltirilgan. 3. Quyosh radiatsiyasining turlicha relefli yerlarga va ekinlarga tushishi. Ma’lumki, quyosh radiatsiyasi yerdagi turlicha relefli yerlarga: tekisliklarga, jarliklarga, tog‘ cho‘qqilariga, dunyoning turli tomonlariga qaragan va ufqqa qiyaligi turlicha bo‘lgan yonbag‘irliklarga tushadi. Ular orasidan tekisliklarga va yonbag‘irliklarga tushadigan quyosh radiatsiyasining miqdorini bilish qishloq xo‘jaligida amaliy ahamiyatga ega. To‘g‘ri quyosh radiatsiyasining faol yuzaga oz yoki ko‘p tushishi quyosh nurlarining bu yuzaga tushish burchagiga bog‘liq. Agar Quyoshning ufqdan balandligi ho = 90 bo‘lsa, Quyosh zenitda bo‘lib, olingan yuzaga tushayotgan to‘g‘ri radiatsiya oqimi eng ko‘p bo‘ladi. Ekvatordan chetlashgan sari ho ning maksimal qiymati ham kamaya boradi. Bundan tashqari quyosh balandligi kunduz davomida o‘zgarib boradi. Quyosh balandligi pasaygan sari birlik yuzaga tushadigan to‘g‘ri radiatsiya oqimi ham kamayadi. Gorizontal yuzaga tushuvchi quyosh radiatsiyasining energetik yoritilganligini quyidagi formula yordamida aniqlanishini bilamiz: S1=S·sinho, bu erda S to‘g‘ri quyosh radiatsiyasining quyosh nurlariga tik yuzadagi energetik yoritilganligi. Quruqlik, ayniqsa dehqonchilik hududlari tekis gorizontal erlardan tashqari dunyoning turli tomonlariga qaragan va qiyaligi turlicha yonbag‘irlardan tashkil topgan. Bunday yerlarga quyosh nurlarining tushish burchagi Quyosh balandligidan tashqari yuzalarning ufq chizig‘i bilan hosil qilgan burchagiga va bu yuzalarning dunyoning qaysi tomoniga qaratilganligiga bog‘liq. Quyosh nurlari ufq bilan  burchak hosil qilgan sharqqa tomon og‘ma sirtga tushayotgan bo‘lsin. Quyosh nurlari va og‘ma sirtga o‘tkazilgan normal orasidagi burchakni, ya’ni quyosh nurlarining og‘ma sirtga tushish burchagini i harfi bilan belgilaylik (3.6-rasm). Agar 3.6-rasmdagi AS sirtga tushuvchi to‘g‘ri radiatsiyani S1 deb olsak quyidagini yoza olamiz: i S S cos 1   , (3.12) bu yerda: S - to‘g‘ri quyosh radiatsiyasining quyosh nurlariga tik yuzadagi energetik yoritilganligi. Bu (3.12) formuladan ko‘rinadiki, ho ning biror qiymatida og‘ma sirtning qiyaligi ortgan sari i kamayadi, qiyalik kamaygan sari esa i ning qiymatlari ortadi. Aktinometriyada dunyoning ixtiyoriy tomoniga qaratilgan va istalgancha og‘ma sirtga tushadigan to‘g‘ri quyosh radiatsiyasi energetik yoritilganligi S1 ni quyidagi formula bo‘yicha aniqlanadi:     a cos sin cosh cos sinh 0 0 1        A S S   , (3.13) bu yerda: ho- quyosh balandligi,  – og‘ma sirtning ufq bilan hosil qilgan burchagi, A - quyosh azimuti, a – og‘ma sirtga normal bo‘yicha o‘tkazilgan tik tekislik va meridian tekisligi orasidagi burchak. Misol tariqasida to‘g‘ri radiatsiyaning janubga va shimolga qaragan yonbag‘irlarga tushishini qaraymiz. Bizga S90 = 840 Vt/m2 (h0 = 90°) va S30 = 420 Vt/m2 (ho = 30°) berilgan bo‘lsin. Hisoblashlar ko‘rsatadiki, shimol tomonga qaragan va qiyaligi 10° bo‘lgan yonbag‘ir tushki paytda 286 Vt/m2 janubga qaragan qiyaligi 10° yonbag‘ir esa tushki paytda 538 Vt/m2 issiqlik oladi, ya’ni janubiy yonbag‘ir, shimoliy yonbag‘irdan qariyb 2 marta ko‘p issiqlik oladi. Bu yonbag‘irlar kunduzi va yil davomida turlicha geografik kengliklarda har xil issiqlik miqdorlari oladilar. Janubga qaragan yonbag‘irlar ko‘proq isiganligidan, ulardagi tuproq yaxshi isib bahorda ekin ekishga shimoliy yonbag‘irga qaraganda 7-10 kun ertaroq etiladi. Janubga qaragan og‘ma joydagi tuproq qatlamining harorati boshqa tomonlarga qaragan og‘ma joylardagi qatlamning 3.6 - расм. Оғма сиртга тушувчи тўғри қуёш радиациясини аниқлаш