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/sm 2).
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 sm 2
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:
А= R
Q
Albedo yer yuzasining radiatsiyani qaytarish xususiyatini ifodalaydi.
Tabiiy yuzalarning albedosi keng diapozonda o’zgaradi (6-javdal).
6-javdal
Turli tabiiy sirtlar al’bedosi
№
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
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).
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).