مشروع تقرير عن الإشعاع الشمسي
تقرير مشروع حول الإشعاع الشمسي. سوف يساعدك تقرير المشروع هذا في التعرف على: 1. معنى الإشعاع الشمسي 2. كثافة الإشعاع الشمسي 3. الخصائص 4. الانتثار 5. الانعكاس 6. الامتصاص 7. الإشعاع الشمسي في نظام الأرض-الغلاف الجوي 8. استخدام الإشعاع الشمسي بواسطة المحاصيل الزراعية.
محتويات:
- مشروع تقرير عن معنى الإشعاع الشمسي
- مشروع تقرير عن كثافة الاشعاع الشمسي
- مشروع تقرير عن خصائص الإشعاع الشمسي
- مشروع تقرير عن تشتت الإشعاع الشمسي
- مشروع تقرير عن انعكاس الإشعاع الشمسي
- مشروع تقرير عن امتصاص الإشعاع الشمسي
- مشروع تقرير عن الإشعاع الشمسي في نظام الأرض-الغلاف الجوي
- مشروع تقرير عن استخدام الإشعاع الشمسي بواسطة المحاصيل الزراعية
تقرير المشروع # 1. معنى الإشعاع الشمسي:
هناك ثلاث طرق لنقل الطاقة في الغلاف الجوي مثل الإشعاع والتوصيل والحمل الحراري. الإشعاع هو أحد الأساليب الثلاثة لنقل الطاقة والتي يمكن تعريفها بأنها نقل الطاقة عن طريق التذبذبات السريعة للحقل الكهرومغناطيسي.
المصدر النهائي لكل الطاقة للعمليات الفيزيائية والبيولوجية التي تحدث على الأرض ، هو الإشعاع المتلقاة من الشمس ، ولهذا السبب يطلق عليه عادة باسم الإشعاع الشمسي. الزراعة هي استغلال الإشعاع الشمسي تحت إمدادات كافية من العناصر الغذائية والمياه من خلال الحفاظ على نمو النبات.
لا يقتصر فهم الإشعاع الشمسي على معرفة تعريفه فحسب ، بل ينطوي أيضًا على معرفة طبيعته وقوانينه ومداه الطيفي وجوانب التوازن.
يسمى انبعاث الطاقة من الجسم على شكل موجات كهرمغنطيسية بالإشعاع. أحد خصائص الموجات الكهرومغناطيسية هو طول موجاتها. يتم الإشارة إلى طول الموجة بـ λ. الطول الموجي هو أقصر مسافة بين قمة إلى قمة.
λ = c / v
حيث λ هو الطول الموجي ، v هو التردد ie. من الاهتزازات في الثانية و c هي سرعة الضوء التي تساوي 3 * 108-مللي ثانية.
الخاصية الأخرى هي ترددها. التردد هو المعدل الذي تغادر فيه الأمواج المرسل. يتم التعبير عنها من حيث الدورات أو kilocycles في الثانية. الفترة الزمنية (τ) هي وقت اهتزاز واحد ، وهو يساوي 1 / v ويساوي رقم الموجة 1 / λ. يتم التعبير عن هذه في hertz و kilohertz.
يتم التعبير عن الطول الموجي في ميكرومتر أو ميكرون µ. واحد ميكرومتر = 10-6 متر. ويتراوح الإشعاع الصادر من الشمس بين 0.15 و 4.0 ميكرومتر (µ) ، في حين يتركز الإشعاع من الأرض بين 10-15 µ.
يتم امتصاص معظم إشعاع الموجة القصيرة من الغلاف الجوي فوق ارتفاع 30 كم. يظهر الإشعاع كضوء للعين البشرية فقط في المدى الضيق جداً للأطوال الموجية من 0.35 إلى 0.75 ميكرومتر (VIBGYOR).
يسمى الإشعاع ذو الطول الموجي الأقصر من الضوء المرئي الأشعة فوق البنفسجية والإشعاع بأطوال موجية أطول من الضوء المرئي يسمى الأشعة تحت الحمراء. يتم تطبيق هذا المصطلح على الإشعاع بين 1 و 100 µ. تسمى هذه الإشعاع الحراري.
كل تبادل الطاقة بين الأرض وباقي الكون يحدث عن طريق النقل الإشعاعي. إن الأرض وجوها يملآن باستمرار الإشعاع الشمسي وينبعث إشعاعهما الخاص إلى الفضاء. لذلك ، فإن نظام الأرض-الجو يكاد يكون في حالة توازن إشعاعي
الابتعاثية (Ɛ):
هي نسبة نفاذية السطح المعطى عند طول موجي معين ودرجة الحرارة إلى نفاذية الجسم الأسود عند نفس طول الموجة ودرجة الحرارة. تتراوح قيمته بين 0 و 1.
الامتصاص (α):
هي نسبة الطاقة الإشعاعية الممتصة لحادثة الإشعاع الكلية عليها. بالنسبة للجسم الأسود ، Ɛ = α = 1.0 وللجسم الأبيض Ɛ = α = 0.
كثافة تدفق الإشعاع:
هو مقدار الإشعاع المستلم فوق مساحة سطح الوحدة في وقت الوحدة.
مشعات:
تشع جميع الأجسام الطاقة من سطحها فوق درجة الصفر المطلقة (أي 273.2 درجة مئوية) ، والمعروفة باسم المشعات. بعض الأجسام مشعات جيدة في حين أن بعضها مشعاعات سيئة.
الهيئات السوداء:
هذه الهيئات هي امتصاص جيدة ومشعات جيدة. إذا كان الجسم في درجة حرارة معينة يصدر إشعاعًا أقصى ممكن لكل مساحة سطح وحدة في وقت الوحدة ، فإنه يطلق عليه جسم أسود أو مشع كامل. مثل هذا الجسم سوف يمتص تماما كل الإشعاعات التي تسقط عليه.
وبالتالي الجسم الأسود هو المبرد المثالي وامتصاص. انبعاث مثل هذا الجسم هو = 1. إشعاع أقل كفاءة الإشعاع أقل من 1. تتراوح قيمته بين 0 و 1.
الأجساد البيضاء:
هذه الهيئات هي لامتصاص سيئة ومشعات سيئة. بالنسبة للجسم الأبيض ، تكون الابتعاثية وكذلك الامتصاص صفرًا.
مشروع تقرير # 2. كثافة الإشعاع الشمسي:
تعتمد شدة الإشعاع الشمسي المتلقاة على سطح الأرض جزئياً على زاوية الوقوع وخط العرض للمكان. كثافة قصوى هي من ذوي الخبرة في المنطقة الاستوائية والحد الأدنى في المناطق القطبية. في الحد الخارجي من الغلاف الجوي ، تستقبل الأرض 2 سمال -2 دقيقة -1 . يجب أن يكون السطح عموديًا على أشعة الشمس.
يسمى الإشعاع المتلقى على السطح المتعامد "ثابت شمسي". أعطى القمر الصناعي الأرضي ثابتًا شمسيًا يبلغ حوالي 1.95 سم سم -2 دقيقة -1 . يزيد استنزاف الحزمة الشمسية على الطريق من الفضاء إلى الأرض مع المسافة التي تنتقل عبر الغلاف الجوي.
تشير التقديرات إلى أن٪ 99 من الإشعاع المنبعث من الشمس يتركز بشكل أساسي بين 0.15 و 4.0 µ. يشار إلى هذا الإشعاع باسم إشعاع الموجة القصيرة أو الإشعاع خارج الأرض.
الطاقة الواردة في مكونات مختلفة من الإشعاع الشمسي ويرد أدناه:
الطاقة الواردة في أطوال موجية مختلفة:
تقرير المشروع # 3. خصائص الإشعاع الشمسي:
الأطياف الثلاثة العريضة للطاقة الشمسية المهمة لحياة النباتات هي:
ويستقبل ما يقرب من 99 في المائة من الإشعاع الشمسي ما بين 0.15 و 4.0 µ طول الموجة. كما تنبعث الأرض من الإشعاع ذي الطول الموجي الطويل (من 1.2 إلى 40.0 µ) ، والذي يسمى الأشعة تحت الحمراء أو الإشعاع الحراري.
(1) الطول الموجي للأشعة فوق البنفسجية أقل من طول موجة الضوء المرئي. ويستأثر الجزء فوق البنفسجي من الطيف بحوالي 7 في المائة من مجموع الطاقة الشمسية الواردة. انها نشطة كيميائيا للغاية. ومن ضرر لجميع الكائنات الحية ولها تأثير القتل.
ومع ذلك ، فإنها لا تصل إلى سطح الأرض حيث يمتصها الأوزون والأكسجين في الغلاف الجوي. قد تصل إلى سطح الأرض في شكل مستنفد للغاية. ولكن ، إذا تعرضت النباتات لكمية زائدة من هذا الإشعاع ، فإن التأثيرات تكون ضارة.
(2) الإشعاع بالأشعة تحت الحمراء: الموجات الأطول في نطاق الإشعاع الشمسي هي إلى حد كبير من 0.70 إلى 4.0µ وتسمى بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR). تشكل هذه المجموعة من طول الموجة حوالي 49 في المائة من إجمالي الطاقة الشمسية. لها تأثيرات حرارية على النباتات.
في وجود الأبخرة المائية ، لا يضر هذا الإشعاع بالنباتات ، بل يزود الطاقة الحرارية اللازمة لبيئة النبات. يحدث الإشعاع الحراري من الأرض خلال النهار والليل مقابل إشعاعات النهار فقط من الشمس.
(3) الجزء الثالث من الطيف الشمسي يقع بين الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء. يسمى هذا الجزء بالجزء المرئي من الطيف ويعرف شعبياً باسم الضوء. حوالي 44 ٪ من الإشعاع الشمسي يساهم بالجزء الظاهر. تستفيد النباتات من الطاقة الشمسية في هذا الجزء من الإشعاع. عندما تمتص النباتات أي نوع من الإشعاع ، تزداد درجة حرارتها.
وتحرر النباتات الحرارة في شكل طاقة حرارية ، تعرف باسم إشعاع الموجة الطويلة. تتأثر جميع الأجزاء النباتية بشكل مباشر أو غير مباشر بهذا الجزء من الطيف. يعد ضوء الشدة الصحيحة والجودة والمدة ضروريًا للنمو الطبيعي للنباتات. النباتات تعاني من تشوهات واضطرابات في ظل ظروف الضوء السيئة.
يؤثر الضوء على النباتات بالطرق التالية:
1. ضوئية ضوابط ضوئية. وهي مسؤولة عن توزيع التمثيل الضوئي بين الأجزاء المختلفة من النباتات.
2. يؤثر على إنتاج الفلاحين وثبات وقوة وطول السنبر.
3. يؤثر على حجم الأوراق وتطور الجذور.
4. يؤثر على إنتاج المادة الجافة وإنتاجها.
عندما يتم استلامها جزئياً من قبل النباتات ، فإنها تنتقل بسهولة وتنعكس فيها ، وبالتالي لا تكون النباتات أكثر سخونة. تنخفض كثافة الإشعاع بشدة عند حوالي 2.5 µ طول الموجة ويتم تبريد النباتات بفعالية. هذا الدور مهم في التوازن الحراري للنباتات.
في يوم غائم للأشعة فوق البنفسجية (0.2 إلى 0.40µ) وتقليل الأشعة تحت الحمراء إلى حد كبير. الجزء الآخر من نطاق الطاقة الشمسية هو من الطول الموجي القصير ، من 0.40 إلى 0.70µ ، ويسمى الإشعاع النشط الضوئي (PAR). تبلغ الطاقة الشمسية التي تتلقاها الأرض ذروتها في المنطقة الخضراء المزرقة (0.5 درجة).
الأطوال الموجية القصيرة غير المرئية (0.0005 إلى 0.2µ) يتم الحصول على الأشعة الكونية والأشعة السينية وأشعة gاما من المواد الإشعاعية. هذه الموجات القصيرة (على الأقل تصل إلى 0.33 درجة مئوية) يتم امتصاصها كلها تقريبًا في الطبقة العليا من الغلاف الجوي عن طريق الأكسجين الذري والأوزون ، وبالتالي يمكن الحفاظ على الحياة على الأرض ، لأن القليل جدًا من هذه الإشعاعات يمكن تحمله. يسمى الجزء المرئي من النطاق "الضوء" الذي يتراوح بين 0.40 و 0.70µ طول الموجة.
في الواقع لا يصل إلى سطح الأرض سوى 75 إلى 80 في المائة من أشعة الشمس الواضحة. ويستخدم هذا الجزء من الإشعاع الشمسي بواسطة الكلوروفيل النباتي لإنتاج المواد النباتية ، مع كفاءة الاستخدام بنسبة 20 إلى 25 في المائة فقط.
وينعكس حوالي 10 - 20 في المائة من الطاقة الشمسية التي تتلقاها النباتات وتبادل طاقة الطول الموجي الكبيرة بين المحصول والجو المحيط. حوالي 70 - 80 في المائة من الحمل الإشعاعي الممتص للأوراق يتبدد من خلال إعادة الإشعاع. جزء من هذا الفقد بالحرارة يكون بالحمل الحراري اعتمادًا على الدفء المقارن للهواء المحيط ويتم استهلاك جزء من عملية النتح.
تستقبل المناطق المدارية حوالي 1.6 إلى 1.8 من الكيلومترات -1 في الدقيقة ، أما المناطق المعتدلة فتتلقى 1.2 إلى 1.4 درجة في الدقيقة - 2 - 1 للطاقة الشمسية خلال موسم الصيف. عند الوصول إلى الأرض ، يتم امتصاص الإشعاع بواسطة سطح الأرض وكذلك العديد من الأجسام والماء على السطح وينعكس جزئيا وتحويلها إلى أشعة تحت الحمراء حرارية طويلة الموجة في الإشعاع الخلفي.
اعتمادًا على نوع السطح الذي يستقبل الإشعاع الشمسي وزاوية الأشعة الشمسية ، ينعكس جزء من الأشعة التي تضرب سطح الأرض إلى الغلاف الجوي. جميع الأجسام التي تمتص الحرارة تفقد الحرارة بدرجات متفاوتة كإشعاع الظهر.
الإشعاع الخلفي هو الإشعاع الصادر الفعلي من الأرض مع ذروة عند حوالي 10µ. ويرد أكثر من 99 في المائة من هذا الإشعاع الخلفي في نطاق الطول الموجي البالغ 4 إلى 100µ. يطلق عليه عادة الإشعاع الأرضي. هذا الإشعاع الصادر يؤدي إلى انخفاض درجة حرارة الأشياء المعنية. فقط التوازن من هذه الدورة الإشعاعية الواردة والصادرة يحافظ على الأشياء ساخنة.
ومن ثم ، فإن معرفة الإشعاع القصير الموجة (SWR) والإشعاع النشط الضوئي (PAR) أمر ضروري لدراسة نمو النباتات وتنميتها. هناك بعض المراحل الحرجة لنمو النبات حيث يكون الإشعاع الشمسي مهمًا مثل كثافة الإشعاع خلال الشهر الثالث من نمو نبات الذرة ، وفترة 25 يومًا قبل الإزهار في الأرز ، وفترة إزهار الشعير لها تأثير حيوي على إنتاجية هذه المحاصيل.
مشروع تقرير # 4. تشتت الإشعاع الشمسي:
إذا وصلت الحزمة الشمسية إلى سطح الأرض دون أي تدخل في الغلاف الجوي ، وإذا كان سطح الأرض يمتص الإشعاع الذي يصل إليه تمامًا ، فإننا لن نتعرض لضوء النهار وألوان السماء. ينتشر جزء من ضوء الشمس على مساره من الحد الخارجي للغلاف الجوي. يعني التشتت تحويل الحزمة الشمسية في جميع الاتجاهات وهو الأكثر فعالية للطول الموجي الأقصر.
عندما تكون الشمس فوق الرأس ويكون الغلاف الجوي غائما وخاليا من الغبار ، فإن أكثر من 59 في المائة من الإشعاع الأزرق مبعثر ، في حين ينتقل كل الإشعاع الأحمر إلى أسفل. هذا هو السبب في أن لون السماء يبدو أزرق.
عندما تكون الشمس قريبة من الأفق أثناء شروق الشمس وغروبها ، يكون التشتت الأكثر فعالية لذلك نلاحظ اللون الأحمر عند شروق الشمس وغروبها. وتبلغ نسبة الإشعاع التنازلي 30 في المائة. هو أكثر في الطول الموجي القصير أي الأزرق وأقل في الطول الموجي الأطول أي أحمر. أكثر طول المسار ، سيكون أكثر من التشتت.
يؤدي الغبار أو الدخان الناعم جداً في الغلاف الجوي إلى ظهور السماء بشكل غير طبيعي عندما تشتت الجسيمات الحزمة الشمسية. خلال موسم الصيف يكون الدخان ظاهرة شائعة في شمال غرب الهند. يزيد من شدة موجة الحرارة ، كما أنه يوفر عددًا كبيرًا من نوى التكثيف لتشكيل السحب تحت تأثير الدوران الإعصاري الناتج عن التسخين الشديد.
بسبب تشتت ضوء الشمس ، قد تظهر الشمس ككرة حمراء مملة في السماء فوق المدن خلال فترة تلوث الهواء. وقد أثر هذا سلبا على بعض فروع الزراعة مثل صناعة زراعة الفواكه في جنوب كاليفورنيا.
طول المسار:
والمسافة التي تغطيها الأشعة الشمسية للوصول إلى سطح الأرض تدعى طول المسير. هو أكثر في شروق الشمس وغروبها بسبب لون السماء يصبح أحمر. أكثر طول المسير ، سيكون أقل من الطاقة الشمسية ، في نطاق مرئي وأقل سيكون نسبة الأزرق إلى الضوء الأحمر. ثم ينعكس الطيف التردد العالي بعيدا عن طيف الترددات الأقل.
معامل الانقراض:
يتم تغيير الطاقة الإشعاعية للحادث بسبب الامتصاص والتشتت من غازات الهواء وجسيمات الغبار. هذا هو المعروف باسم معامل الانقراض.
استيعاب:
إنها العملية التي يتم من خلالها تمرير الطاقة الإشعاعية الحادثة إلى البنية الجزيئية للمادة. ذلك يعتمد على الطول الموجي. يتم امتصاص أطوال الموجات الأطول بواسطة أبخرة الماء وثاني أكسيد الكربون.
أنواع التشتت:
يمكن تقسيم التشتت إلى قسمين:
نثر رايلي:
إذا كان محيط جسيمات الانتثار أقل من 1/10 من طول موجة إشعاع الحادث ، فإن معامل الانتثار يتناسب عكسياً مع القدرة الرابعة لطول موجة إشعاع الحادث ، أي [S α I / λ 4 ]. هذا هو المعروف باسم نثر رايلي. وهي مسؤولة عن اللون الأزرق للسماء.
مي تشتت:
إذا كان محيط جسيمات الانتثار أكثر من ثلاثين ضعفاً من طول موجة الإشعاع الحادثة ، يصبح التشتت مستقلاً عن طول الموجة ، أي أن الضوء الأبيض مبعثر - اللون الأبيض للسماء. هذا هو المعروف باسم تشتت مي.
مشروع تقرير # 5. Reflection الإشعاع الشمسي:
ينعكس الإشعاع الشمسي فوق 0.7µ بواسطة قطرات الماء ، بلورات الثلج والملح والغبار. ويستوعب الغلاف الجوي حوالي 20 في المائة من الإشعاعات المنعكسة. الإشعاع الشمسي ينعكس أساسا من الغيوم.
وينعكس حوالي 80 في المائة من الإشعاع بواسطة السحب العالية و 20 في المائة فقط من السحب المنخفضة السميكة. الانعكاس هو أكثر ، عندما تسقط أشعة الشمس بشكل عمودي. الانعكاس هو أيضا أعلى في خطوط العرض المتوسطة والعالية وأقل في المناطق شبه الاستوائية.
The Albedo of Earth and Atmosphere:
ويقدر أن جزءا من مجموع الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الغلاف الجوي والأرض تنعكس مرة أخرى إلى الفضاء. من أصل هذا 6 في المائة ينعكس مرة أخرى إلى الفضاء ، والذي يعرف باسم البياض. يستخدم مصطلح البياض لوصف انعكاس الحزمة الشمسية (0.3 - 4.0µ).
أحيانا يصف البياض انعكاس النطاق المرئي (0.4 - 0.7µ) فقط. على أساس هذا ، يشار إلى الانعكاس باسم "البياضة قصيرة الموجة" بالنسبة إلى مجموع الطيف الشمسي ، بينما بالنسبة للضوء المرئي ، يشار إلى الانعكاس باسم "بادية مرئية".
تختلف البياض مع موسم وزاوية أشعة الشمس. القيم هي الأعلى في فصل الشتاء وأثناء شروق الشمس وغروبها. كما يختلف البليد مع طول موجة الإشعاع الحادث. قيم البيايدو هي أقل في جزء الأشعة فوق البنفسجية وأعلى في الجزء المرئي. وتتمثل المهمة الرئيسية للبييدو في تقليل الحمل الحراري على نباتات المحاصيل. وهكذا ، فإن البياض هو نسبة إشعاع الموجة القصيرة المنعكس إلى إجمالي إشعاع الموجة القصيرة.
هناك أربع آليات لإعادة الموجات القصيرة إلى الفضاء:
1. انعكاس من الغبار والأملاح والدخان في الهواء
2. انعكاس من السحب
3. انعكاس من الأرض
4. انعكاس بواسطة جزيئات الهواء
هذه تنتج البياض الكلي للأرض والغلاف الجوي. البليدو هي نسبة الضوء المنعكس للضوء المستلم.
البياض للأسطح الطبيعية موضح أدناه:
الثلج المنعش هو عاكس جيد جدًا ، ولكن لا توجد مجموعة واسعة من النباتات. تعكس معظم المحاصيل حوالي 15-25٪ من الإشعاع الشمسي الذي يحدث. تختلف البايدو حسب الموسم والوقت من اليوم (ارتفاع الطاقة الشمسية) وطبيعة الغطاء الأرضي.
عند انخفاض الطاقة الشمسية المنخفضة ، يظهر المحصول كسطح مستوي أملس للإشعاع وتكون الفخاخ المظللة أقل منه. وبالتالي فإن البياض له قيمة أعلى. ومع زيادة ارتفاع الطاقة الشمسية ، ينخفض مستوى البودو إلى الحد الأدنى عند الظهيرة الشمسية لأن الإشعاع يحدث عادة على سطح المحصول ويخترق عميقًا في الظلة.
البياض لحامل النباتات أقل من قيمة أوراقه الفردية. لا تعتمد البياض على الخصائص النسبية لسطح المكونات فحسب ، بل تعتمد أيضًا على الحامل والهندسة المعمارية.
تتحكم هندسة الهندسة النباتية والمحاصيل في مقدار الاختراق ومحاصرة الإشعاع والتظليل المتبادل داخل الحامل. على الرغم من أن معظم الأوراق لديها بياض يبلغ حوالي 0.30 ، إلا أن بياض المحاصيل والغطاء النباتي الآخر أقل إلى حد ما وظيفة ارتفاع النبات. البليدو يتناقص مع ارتفاع المحصول.
مشروع تقرير # 6. امتصاص الإشعاع الشمسي:
دع الإشعاع الشمسي القادم يكون 100 في المائة. ويعكس حوالي 7 في المائة من هذا المبلغ الجسيمات الصلبة في الغلاف الجوي و 24 في المائة بالغيوم. يمتص الأوزون في طبقة التروبوسفير 3 في المائة من الإشعاع الوارد.
ويمتص بخار الماء وغاز ثاني أكسيد الكربون والغبار والغيوم في الغلاف الجوي السفلي نحو 19 في المائة. على الميزان ، يتم امتصاص 47 في المائة من سطح الأرض. هذا يدل على أن السطح هو امتصاص الرئيسي للطاقة الشمسية. وبالتالي ، يتم تسخين التروبوسفير من الأرض.
يمتص الغلاف الجوي حوالي 17٪ من الإشعاع الشمسي. الغازات التي تمتص الإشعاع الشمسي هي الأكسجين والأوزون وثاني أكسيد الكربون وبخار الماء.
وقد لوحظ أن جميع الأشعة فوق البنفسجية ذات الطول الموجي أقل من 0.33µ تمتصها بالكامل ذرات الأكسجين والأوزون في الغلاف الجوي العلوي. وهذا له أهمية كبيرة للحياة على الأرض لأنه يمكننا تحمل الأشعة فوق البنفسجية فقط بكمية دقيقة. الكمية الزائدة من الأشعة فوق البنفسجية ضارة للحياة.
تقرير المشروع # 7. الإشعاع الشمسي في نظام الأرض-الغلاف الجوي:
يتم امتصاص الإشعاع الشمسي الذي يتم اعتراضه بواسطة الأرض بواسطة عمليات مدفوعة بالطاقة أو يتم إعادته إلى الفضاء عن طريق الانتثار والانعكاس.
تعطى بالمعادلة التالية (روز ، 1966).
Q S = C r + A r + C a + A a + (Q + q) (la) + (Q + q) a
Where، C r = Reflection and spattering back to space by clouds
A r = الانعكاس والتشتت يعودان إلى الفضاء بواسطة الهواء والأتربة والأبخرة المائية
(Q + q) a = الانعكاس من الأرض ، حيث Q هو الحزمة المباشرة ، q هو حادث الإشعاع الشمسي المنتشر على الأرض و "a" هو "بيايدو"
C a = الامتصاص بواسطة السحب
أ = الامتصاص عن طريق الهواء والأتربة والأبخرة المائية
(Q + q) (la) = الامتصاص بواسطة سطح الأرض
حادث الإشعاع الشمسي في الجزء العلوي من الغلاف الجوي (Q) = 263 Kly
انعكاس:
تعكسها السحب (C r ) = = 63 Kly (24٪)
ينعكس بواسطة أبخرة الهواء والأتربة والماء (A r ) = = 15 Kly (6٪)
الإجمالي الذي يعكسه الغلاف الجوي (C r + A r ) = = 78 Kly (30٪)
انعكاس من سطح الأرض (Q + q) a = = 16 Kly (6٪)
الانعكاس الكلي من نظام الغلاف الجوي الأرضي = = 94 كلي (36٪)
استيعاب:
الامتصاص بواسطة السحب (C a ) = = 7 Kly (3٪)
الامتصاص بالهواء والغبار والأبخرة المائية (أ أ ) = = 38 كلي (14٪)
الامتصاص الكلي بواسطة الغلاف الجوي (C a + A a ) = = 45 Kly (17٪)
يمتص بواسطة سطح الأرض (Q + q) (1 - a) = 124 Kly (47٪)
الإجمالي الذي يمتصه نظام الغلاف الجوي الأرضي = 169 كلي (64٪)
والإشعاع الكلي الذي يعكسه الغلاف الجوي هو 78 كيلي (كيلو لانجلي) أو 30 في المائة ومجموع الانعكاس الكلي لنظام الغلاف الجوي الأرضي هو 94 كلياً أي بنسبة 36 في المائة. وبالمثل فإن الاستيعاب الكلي لنظام الأرض-الغلاف هو 169 كلياً أي 64 في المائة منها 45 كلياً أو 17 في المائة تمتصها الغلاف الجوي و 124 كلياً أو 47 في المائة تمتصها الأرض. ونتيجة لذلك ، ينعكس 36 في المائة من مجموع الإشعاعات الحادثة ويمتص نظام الغلاف الجوي الأرضي نسبة 64 في المائة.
Project Report # 8. استخدام الإشعاع الشمسي بواسطة المحاصيل الزراعية:
هناك نوعان من الوظائف الأساسية للطاقة الشمسية. يوفر الضوء لمختلف وظائف النمو والتطوير للنباتات. كما يوفر الطاقة الحرارية لمختلف الإجراءات الفسيولوجية. يتم التعبير عن الطاقة الحرارية الشمسية من حيث وحدات الطاقة الإشعاعية.
يتأثر نمو المحاصيل بالطاقة الشمسية بطريقتين. يوفر بيئة حرارية للوظائف الفسيولوجية للمحاصيل. كما يوفر بيئة ضوء لعملية التمثيل الضوئي. الشمس هي المصدر الرئيسي للطاقة لجميع العمليات التي تحدث على سطح الأرض. جزء من الإشعاع يمكن أيضا أن يتم تلقيه من السماء والمناطق المحيطة.
تمتص الأجزاء النباتية كمية معينة من الإشعاع الشمسي القادم بينما ينعكس جزء ما وينتقل الباقي إلى الأرض. النباتات أيضا إعادة توزيع الحرارة الممتصة في شكل إعادة الإشعاع ، الحمل ، التوصيل والنتح. تلعب هذه الآليات دورًا مهمًا في الحفاظ على البيئة الحرارية دون الحدود المميتة.
من صافي الإشعاع الشمسي ، يتم استخدام جزء صغير كطاقة كيميائية في عملية التمثيل الضوئي ويتم تخزين جزء آخر كحرارة داخل المحاصيل والتربة. يعتمد مقدار التبخر الناتج عن التبخر على الطاقة الحرارية المتاحة في بيئة المحاصيل.
من الإشعاع المستقبَل أخيرًا بالأرض ، تمتص الماء والنباتات أكثر بينما تمتص سطح الأرض العارية أقل بكثير. كل هذه الأسطح تفقد أيضا جزء من الطاقة الممتصة. ومع أن الماء والنباتات تمتص الكثير من الطاقة ، إلا أنه لا يتم تسخينها كثيرًا بسبب استخدام معظم الطاقة لتبخر الماء من أسطحها.
فقدان الطاقة أكثر بكثير من الماء والنبات مقارنة بالسطح الجاف المجرد. ومن ثم ، يتم تسخين سطح التربة الجافة العارية التي تستقبل حرارة أقل بسرعة. وبالتالي ، فإن الأسطح المغطاة بالماء والنبات لا تخضع للتدفئة أو التبريد الشديدين.
وتستوعب الحقول المحروثة 75 - 90 في المائة من الطاقة المستلمة ، وبالتالي يكون لها تأثير حراري أكبر. هذه الاختلافات في الامتصاص والانعكاس تخلق اختلافات في الكلي الإقليمي وكذلك المناخ المحلي بسبب التباين في درجة الحرارة والرطوبة ، على سبيل المثال ، في صفوف المحاصيل التي تزرع في الأخاديد درجات حرارة تربة أقل من صفوف المحاصيل التي تم غرسها في التلال.
الإشعاع الشمسي مهم جدا للنباتات حيث أنه لا غنى عنه لعملية التمثيل الضوئي. يؤثر على المناخ المحلي فضلا عن فقدان المياه من خلال التبخر. إذا اعتبرنا ورقة واحدة ، فإنها تصبح مشبعة بالضوء حتى إذا كان الضوء الكافي غير متوفر.
إن ترتيب الأوراق والسيقان في حقل ما يجعل جزءًا كبيرًا من الأجزاء الداخلية والسفلية من النباتات دائمًا ما يكون قصيراً للضوء. ولذلك ، فإن العلاقة بين توزيع الإشعاع الشمسي في مظلة المحاصيل وإنتاج المحاصيل مهم جدا.
يعتمد توزيع الإشعاع داخل مظلة المحاصيل على:
1. نقل أوراق الشجر
2. ترتيب أوراق وأوراق الميل
3. كثافة النبات
4. ارتفاع النبات
5. زاوية الشمس
انتقال أوراق:
1. تتراوح قابلية النقل بين 5-10 في المائة في حالة أوراق الأشجار المتساقطة والأعشاب والأعشاب وبين 2-8 في المائة في حالة الأوراق الواسعة للنباتات دائمة الخضرة. وتتراوح ما بين 4 إلى 8 في المائة ، في حالة الأوراق العائمة للنباتات المائية.
2. يختلف باختلاف العمر ، كونه مرتفعًا للأوراق الشابة ، ينقص عند النضج ويزداد مرة أخرى عندما تصبح الأوراق صفراء.
3. للاعتلال علاقة مباشرة مع محتوى الكلوروفيل ، فإنه ينخفض لوغاريتمي مع زيادة في محتوى الكلوروفيل.
4. لا يتم ترتيب جميع الأوراق أفقيا. بعضها رأسي ، والبعض الآخر يتدلى. إن التدرج الفعلي للضوء يكون أقل حدة داخل مظلة المحاصيل.
ترتيب الأوراق:
1. الأوراق التي يتم ترتيبها أفقيًا في طبقات مستمرة تنبعث منها إشعاع بنسبة 10٪ ، ولا يمكن أن تخترق الطبقة الثانية إلا نسبة مئوية من الضوء في النطاق الأخضر. ولكن تم العثور على أوراق أفقية نادرا.
2. يتم اعتراض الضوء بين الأوراق المنتظمة والأفقية بنسبة 1: 0.44.
3 - تبلغ سرعة الإرسال 50 في المائة بالنسبة للأوراق الأفقية مقابل 74 في المائة بالنسبة للأوراق المنتصبة ، عندما تكون مساحة الورقة مساوية لمساحة الأرض.
ميل ورقة:
1. عندما يكون الإشعاع الشمسي في الأسبوع ، فإن أي مغادرة للأوراق من الأفقي يقلل من عملية التمثيل الضوئي الصافي.
2. في ضوء الشمس الكامل ، فإن زاوية الميل المثالية هي 81 درجة للاستخدام الفعال للضوء.
3. في ضوء الشمس الكامل ، تكون الورقة الموضوعة في هذه الزاوية أكثر كفاءة بمقدار أربع مرات ونصف في استخدام أشعة الشمس بالمقارنة مع الورق الأفقي.
كثافة النبات:
في الترتيب المثالي لمظلة النبات ، يجب أن يكون الترتيب كما يلي:
1. يجب أن يكون أقل من 13٪ من الأوراق 0-30 درجة زاوية مع أفقي
2. وسط 37 ٪ من الأوراق يجب أن يكون 30-60 درجة زاوية مع الأفقي
3. يجب أن يكون أعلى 50٪ من الأوراق بزاوية 60-90 درجة مع أفقي.
في شدة الضوء الضعيف ، يكون معدل الاستيعاب مستقلاً عن التوجه. ولكن مع زيادة شدة الضوء ، تكون الأوراق الأفقية أقل كفاءة في استخدام الضوء.
ارتفاع النبات:
في المائة من اعتراض الضوء صغير في النباتات الصغيرة ويزداد مع زيادة في ارتفاع النباتات.
زاوية الشمس:
الإشعاع الشمسي يعتمد على زاوية الشمس. الحد الأدنى عند الظهر والحد الأقصى في ساعات الصباح والمساء.
اختراق الضوء في المجتمع النباتي:
يعتمد تغلغل الإشعاع الصافي في حامل المحاصيل على ترتيب الورقة وكثافة النبات. يمكن التعبير عنها من حيث مؤشر مساحة الأوراق. يمر الإشعاع عبر طبقات مختلفة من مظلة المحاصيل. في هذه العملية ، ينخفض الإشعاع الحادث بشكل كبير مع زيادة كمية التغطية. تم طرح عدة معادلات لتحديد المظهر الإشعاعي في مظلة النبات.
تم تعديل قانون الانقراض Lambert Beer من قبل Monsi و Saeld (1953).
وفقا لهذا القانون:
I = l 0 e -kF
حيث ، I = ضوء الحادث في أي ارتفاع للمحصول
أنا 0 = حادث خفيف في الأعلى
k = معامل الانقراض
F = فهرس مساحة الأوراق من الأعلى إلى الارتفاع المطلوب
e = قاعدة اللوغاريثم الطبيعي (2.7183)
يفترض نموذج Monsi-Saeki أن مجتمع النبات هو وسيط متجانس. يتم امتصاص كل ضوء الحادث من قبل ورقة.
معامل الانقراض:
يمكن تعريف معامل الانقراض بأنه درجة توهين الضوء داخل مظلة المحاصيل لمخطط معين لنطاق الورقة. كما يمكن تعريفه على أنه نسبة فقدان الضوء من خلال الأوراق إلى حادث الضوء في الأعلى.
التباين في معامل الانقراض:
يختلف معامل الانقراض باختلاف اتجاه الأوراق. يتراوح ما بين 0.3 إلى 0.5 في الحقل حيث الأوراق مستقيمة وبين 0.7 إلى 1.0 في حامل ورق واسع حيث الأوراق أفقية مثل عباد الشمس. في هذه الحالات ، عند نصف ارتفاع ، يتم امتصاص 2/3 إلى 3/4 من الضوء الساقط. في حالة الغابات الكثيفة يتم امتصاص معظم الضوء في أوراق الشجر ، فإن القليل جدًا من الإشعاع يصل إلى الأرض.
معادلة مونتيث:
اقترح مونتيث (1965) معادلة تعبر عن الإشعاع أو شدة الضوء داخل الظلة.
المعادلة هي تعبير ذو الحدين للنموذج:
I = [S + (IS) τ] F I 0 .
حيث ، I 0 = كثافة الضوء في أعلى المظلة
أنا = كثافة الضوء على ارتفاع معين في المظلة
S = جزء من الضوء يمر من خلال مساحة ورقة الوحدة دون اعتراض
Lea = معامل انتقال الورق
F = مؤشر مساحة الأوراق
أعطى مونتيث قيم S تتراوح من 0.4 لمحاصيل الأوراق الأفقية (البرسيم) إلى 0.8 للمحاصيل ذات الأوراق الرأسية القريبة (الحبوب والأعشاب). ولوحظ كذلك أن τ جزء صغير و S> 0.4 ، فإن معظم الإشعاع الشمسي الذي يخترق مظلة المحاصيل ، عندما تكون الشمس ساطعة ، يظهر في شكل بقع شمس تغطي جزء من S F من سطح التربة. .
أسفل المحصول الذي يحتوي على S = 0.4 ، تكون المنطقة النسبية لأشعة الشمس أقل من 3 في المائة عندما تتجاوز مساحة الورقة 4 ، ولكن بالنسبة للحبوب التي تحتوي على S = 0،8 ، تبلغ مساحة بقع الشمس 41 في المائة عند F = 4 و 17. النسبة المئوية عند F = 8. يسمح الضوء المنقولة بواسطة الحبوب للحشائش بالازدهار ولكن يمكن استغلالها في زراعة محصول ثانٍ يتطور عندما يتم حصاد الحبوب.
على الرغم من أن قانون بير و معادلة مونتيث دقيقان للغاية في وصف توزيع الإشعاع داخل مظلة المحاصيل. ولكن من الصعب تحديد مؤشرات مساحة الأوراق على ارتفاعات مختلفة في مظلة المحاصيل.
تغير التكوين الطيفي بعد انتقاله داخل مظلة المحاصيل:
يتكون الإشعاع المنبعث من الأوراق من الأشعة تحت الحمراء وبعض أجزاء الضوء الأخضر. يعتمد التغيير الفعلي للتركيب على كمية الضوء المنقولة من خلال الأوراق بالإضافة إلى الضوء الذي يمر عبر مسافات النبات ، المعروفة باسم بقع الشمس.
ووجد ستانهيل (1962) أنه في حقل ألفا ألفا الطويل ، يصل حوالي 30 في المائة من مجموع الإشعاع إلى سطح الأرض مقابل 20 في المائة للضوء. ذكرت Yocum (1964) أنه بالنسبة لمحصول الذرة طويل ، كان متوسط النسبة المئوية للإرسال على مستوى الأرض من 5 إلى 10 في المائة في الطيف المرئي و 30 إلى 40 في المائة في الأشعة تحت الحمراء القريبة.
تتغير نسبة الإشعاع الساقط الذي يخترق المحصول بشكل ملحوظ مع زاوية الشمس. عادة ما يتم العثور على أعلى القيم عند الظهر ، ويتم تسجيل القيم العالية نسبيًا أيضًا بعد الشروق مباشرة وبعد غروب الشمس مباشرة. وتعزى القيم الأعلى الموجودة في الصباح الباكر وفترة ما بعد الظهر إلى ارتفاع نسبة الضوء المنتشر.
حوالي 3 ٪ من الإشعاع تصل إلى سطح الأرض في الجزء الأخضر و 8 ٪ في الجزء الأشعة تحت الحمراء في مظلة المحاصيل. بعد كل انعكاس وانتقال ، تزيد الأشعة الحمراء والأشعة تحت الحمراء نسبة إلى الأطوال الموجية الأخرى. في المناطق الداخلية من مظلة المحاصيل ، هناك انخفاض أكبر نسبيا في الضوء في نطاق امتصاص الكلوروفيل عند 0.55µ و 0.65µ. هناك انخفاض طفيف نسبيًا في اللون الأخضر عند 0.45µ ، والأشعة تحت الحمراء عند 0.80µ.
