Особенности солнечной радиации у земной поверхности в Зауральском регионе Республики Башкортостан

 

1.7 Составляющие солнечного баланса

 

Прямая радиация. Интенсивность прямой радиации зависит от высоты Солнца и прозрачности атмосферы и возрастает с увеличением высоты места над уровнем моря. Облака нижнего яруса обычно полностью или почти не пропускают прямую радиацию. Изменение прямой радиации в течение безоблачного дня (суточный ход) выражено одновершинной кривой с максимумом в полдень.

Годовой ход радиации наиболее резко выражен на полюсах, так как зимой солнечная радиация здесь вообще отсутствует. В средних широтах максимум прямой радиации иногда наблюдается летом, а весной, так как в летние месяцы вследствие увеличения содержания водяного пара и пыли прозрачность атмосферы уменьшается.

Рассеянная солнечная радиация представляет собой солнечную радиацию, претерпевшую рассеяние в атмосфере. Количество рассеянной радиации, поступающей на единичную горизонтальную поверхность в единицу времени, носит название рассеянной радиации. Рассеянная радиация, так же как и  прямая, имеет хорошо выраженный суточный ход. При этом максимум достигается в момент наибольшей высоты Солнца, т.е. в местный полдень. При безоблачном небе поток рассеянной радиации составляет около 10% инсоляции. Роль рассеянной радиации увеличивается при наличии облаков. При наличии снежного покрова увеличивается отражение прямой солнечной радиации. Основная доля рассеянной радиации приходится на видимую область спектра. В инфракрасной области около 96% рассеянной радиации заключено в интервале 0,7-1,7 мкм. С увеличением высоты над уровнем моря поток рассеянной радиации уменьшается. Распределение энергии в спектре рассеянной радиации отличается от распределения энергии в спектре прямой радиации.

Суммарная солнечная радиация - вся прямая и рассеянная солнечная радиация, поступающая на земную поверхность. По величине суммарная радиация по земной поверхности распределяется не строго зонально: в разных местах под одной и той же широтой она бывает неодинакова (Ануфриева, 2002). Суммарная солнечная радиация характеризуется интенсивностью. При безоблачном небе суммарная солнечная радиация имеет максимальное значение около полудня, а в течение года – летом колебания вызваны изменением прозрачности атмосферы. Поток суммарной радиации увеличивается сравнительно медленно до широты 500, а затем растет очень быстро до субтропических широт, где наблюдается максимум поток суммарной радиации.

Отраженная радиация. Часть суммарной радиации, приходящей к деятельному слою Земли, отражается от него. Отношение отраженной части ко всей приходящей суммарной радиации называется отражательной способностью, или альбедо данной поверхности. Альбедо обычно выражают в процентах.

Альбедо поверхности зависит от ее цвета, шероховатости, влажности и других свойств. Наблюдения за альбедо суши, суши и облачного покрова проводятся с искусственных спутников Земли. Альбедо моря позволяет рассчитать высоту волн, альбедо облаков характеризует их мощность, а различие в альбедо разных участках суши дает представление об укрытости полей снегом и о состоянии растительного покрова.

 

1.8 Виды радиации

 

Альфа-частицы: относительно тяжелые, положительно заряженные частицы, представляющие собой ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, крепко связанных между собой. В природе альфа-частицы возникают в результате распада атомов тяжелых элементов, таких как уран, радий и торий. В воздухе альфа-излучение проходит не более пяти сантиметров и, как правило, полностью задерживается листом бумаги или внешним омертвевшим слоем кожи. Однако если вещество, испускающее альфа-частицы, попадает внутрь организма с пищей или вдыхаемым воздухом, оно облучает внутренние органы и становится потенциально опасным.

Бета-частицы - это электроны, которые значительно меньше альфа-частиц и могут проникать вглубь тела на несколько сантиметров. От него можно защититься тонким листом металла, оконным стеклом и даже обычной одеждой. Попадая на незащищенные участки тела, бета-излучение оказывает воздействие, как правило, на верхние слои кожи. Во время аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году пожарные получили ожоги кожи в результате очень сильного облучения бета-частицами. Если вещество, испускающее бета-частицы, попадет в организм, оно будет облучать внутренние ткани.

Гамма-излучение имеет ту же электромагнитную природу, что и видимый свет, однако обладает гораздо большей проникающей способностью. В воздухе оно может проходить большие расстояния, постепенно теряя энергию в результате столкновений с атомами среды. Интенсивное гамма-излучение, если от него не защититься, может повредить не только кожу, но и внутренние ткани. Плотные и тяжелые материалы, такие как железо и свинец, являются отличными барьерами на пути гамма-излучения.

Нейтроны - элементарная частица, не имеющая электрического заряда (wikipedia.org/wiki/). Электрически нейтральные частицы, возникают главным образом непосредственно вблизи работающего атомного реактора, куда доступ, естественно, регламентирован. Нейтронное излучение образуется в процессе деления атомного ядра и обладает высокой проникающей способностью. Нейтроны можно остановить толстым бетонным, водяным или парафиновым барьером. К счастью, в мирной жизни нигде, кроме как непосредственно вблизи ядерных реакторов, нейтронное излучение практически не существует.

Рентгеновское излучение подобно гамма-излучению, но имеет меньшую энергию. Кстати, наше Солнце - один из естественных источников рентгеновского излучения, но земная атмосфера обеспечивает от него надежную защиту. Рентгеновское излучение может получаться искусственно в рентгеновской трубке, которая сама по себе не радиоактивна. Поскольку рентгеновская трубка питается электричеством, то испускание рентгеновских лучей может быть включено или выключено с помощью выключателя. 
Заряженные частицы очень сильно взаимодействуют с веществом, поэтому, с одной стороны, даже одна альфа-частица при попадании в живой организм может уничтожить или повредить очень много клеток. Но с другой стороны, по той же причине, достаточной защитой от альфа - и бета- излучения является любой, даже очень тонкий слой твердого или жидкого вещества - например, обычная одежда (если, конечно, источник излучения находится снаружи).

 

 

1.9 Приборы для измерения солнечной радиации

 

На метеорологических станциях и в полевых условиях наиболее часто применяют термоэлектрические приборы. Они просты по устройству и обладают малой инерцией (15-17 секунд). Поэтому для измерения всех видов солнечной радиации и радиационного баланса подстилающей поверхности здесь рассматриваются только термоэлектрические приборы.

Приборы для измерения  интенсивности прямой солнечной радиации называются актинометрами, для измерения интенсивности рассеянной и суммарной радиации – пиранометрами. Отражательную способность измеряют альбедометрами, а радиационный баланс – балансомерами. Продолжительность солнечного сияния в часах измеряют гелиографам (Павлов, 1968).

Рис 1. Прибор для измерения                           Рис 2. Актинометр

                            солнечной радиации

 

 

 

 

ГЛАВА II. ПРИРОДНО-ГЕОГРАФИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН

 

2.1 Географическое положение

 

Территория Башкортостана расположена в пределах Южного Урала и прилегающих к нему с запада и востока равнин. Она занимает площадь, равную 143,6 тыс. кв. км, протяженностью с севера на юг около 550 км и с запада на восток 440 км. Географическое положение Башкортостана находится в пределах от 51 градуса 31 минуты и до 56 градусов 34 минут с.ш. и от 53 градусов 10 минут до 59 градусов 59 минут в.д., что характеризует особенности формирования физико-географических условий: климата, гидрографии, гидрологического режима водных объектов, растительного, животного мира и своеобразных ландшафтов, сформировавшихся в результате влияния, кроме указанных факторов, геологического строения и рельефа местности. В отличии от сопредельных территорий Восточно-Европейской равнины и Западной Сибири полоса меридионально и субмеридионально простирающихся горных хребтов Южного Урала вносит существенные изменения в пространственное распределение геокомплексов. Так, благодаря этому происходит не только проникновения горно-лесной зоны глубоко на юг, но и тесно сопрягается природные зоны: лесная, лесостепная, степная. Вследствие чего разнообразие природных условий в пределах ограниченной площади такое, какое на Восточно-Европейской равнины и Западной Сибири формируется лишь на расстоянии многих сотен и тысяч километров (Гареев, 2001).

Рис 1. Карта Республики Башкортостан

 

2.2 Геологическое строение

 

По геологическому строению территория  республики подразделяется на платформенную и Уральскую складчатую части. Платформенная (равнинная)  область располагается в пределах юго-западных, западных, северо-западных, северных, северо-восточных и центральных регионов республики, соответствует юго-восточной окраине Русской платформы. Восточнее от нее простирается горная область складчатого Урала (Башкортостан, 1996). Известно, что в пределах всей территории республики возраст геологических образований колеблется в широких диапазонах (от архея до кайнозоя). Отличительной особенностью выделенных областей является то, что в первой из них  осадочной толщи рифея и палеозоя залегают на кристаллическом фундаменте;  во второй – архейско-протерозойские и палеозойские формации включает в большом количестве вулканические породы. Эти формации подверглись деформациям, а также метаморфизированы.

В пределах Уральского складчатого пояса выделяется две провинции – западная и восточная. Западная провинция характеризуется широким развитиям древних (рифейских) отложений. Основная геологическая структура здесь представлена Центрально-Уральским поднятием, в пределах которого выделяются Башкирский, Уралтауский антиклинории, а также Зилаирский синклинорий. Восточная провинция сложена палеозойскими формациями Магнитогорского мегасинклинория.

В зоне сопряжения указанных областей располагается Предуральский краевой прогиб, вытянутый узкой полосой на сотни километров вдоль западных границ Уральского складчатого пояса. Здесь в течение продолжительного времени (с среднего карбона до начала триаса) происходило накопление грубообломочного материала (Гидрогеология, 1972).

Рельеф территории республики сложен и разнообразен как по форме, так и происхождению; сильно расчленен. Высотные отметки варьируют в широких пределах – от 60 м в устье р. Белой до 1640 в горах (г. Ямантау). Основной отличительной особенностью являются довольно четкое подразделение территории на два типа мегарельефа – равнинный и горный. В то же время некоторые ученые по истории геологического и структурного развития выделяют три крупные геоморфологические области, характеризующиеся субмеридиональным простиранием: Южное Предуралье, Южный Урал Южное Зауралье (Рождественский, 1974).

Башкирское Зауралье отличается распространением равнинного подтипа карста на складчато-глыбовой основе. Основной особенностью его развития является линейный характер и значительная глубина проникновения по участкам тектонических нарушений. Поверхностные карстовые формы рельефа проявляются в виде воронок, шахт, колодцев, провалов и кар (в бассейнах р. Янгелька, Малый Кизил). Для этой территории характерно распространение древних и глубинных карстопроявлений, что связано с наличением довольно мощной толщи рыхлых отложений сверху.

Горный Башкортостан занимает Южный Урал. По рельефу эта система горных хребтов, которые разделяются межгорными понижениями. Хребты вытянуты в меридиональном направлении.

Главным или водораздельным хребтом является Уралтау. Однако более высокие хребты, например, Машак, Аваляк расположены к западу от Уралтау. К ним приурочены наиболее высокие вершины Южного Урала - Большой Иремель (1582 м) и Ямантау (1640 м). К западу от них высота хребтов, словно в гигантской лестнице, постепенно снижается. Эту территорию называют Западным склоном Южного Урала. К востоку от Уралтау, на Восточном склоне, эта "лестница" короче, Южный Урал здесь круто обрывается к окружающей его с востока Западно-Сибирской равнине.

 

2.3 Климат республики

 

Климатические условия Башкортостана формируются в зависимости от ее географического положения, что характеризуется расположением в умеренном климатическом поясе и внутри огромного Евроазиатского материка вдали от океанов. Тепло- и влагообеспеченность конкретных районов обусловливается соотношениями радиационного баланса и тепла, образующего на земной поверхности, а также общей циркуляцией воздушных масс и выпадением атмосферных осадков. В определенных районах наблюдается наложение местных циркуляционных процессов на общие.

Характерной особенностью, свойственной для территории республики, является преобладание западного переноса воздушных масс как в среднем за год, так и по сезонам. Благодаря переносу воздушных масс с Атлантического океана сюда поступают основные запасы влаги, зимой к тому же они переносят оттепели, летом – прохладу. Вторжение арктического воздуха летом и континентального воздуха из Сибири зимой вызывает резкое похолодание.

Климат отличается резко выраженной континентальностью, который характеризуется: продолжительной суровой зимой, теплым, иногда жарким летом, большой амплитудой колебания температуры воздуха в годовом ходе, быстрой сменой погоды в переходные сезоны, особенно весной, частыми возвратами холодов, значительными отклонениями пот отдельным годам от средних норм по тепловому режиму, количеству выпадающих осадков и др.

Климат республики весьма  разнообразен, что определяется как протяженной широтной зональностью, так и орографическим строением ее территории. Для характеристики главных особенностей климата – тепла, влаги и распределения их по территории.

Поступление влаги на поверхность суши в виде атмосферных осадков имеет исключительно важное значение.

Рассматривая особенности распределения атмосферных осадков по территории Южного Урала (Баскаков, 1981) выделяет три группы факторов. К первой он относит зональные факторы, характеризующие общетерриториальные тенденции изменения величин местных форм. Вторая группа объединяет факторы, учитывающие склоновые (барьеротеневые) формы рельефа, отражающие динамическое воздействие подстилающей поверхности на воздушные массы, в том числе на величину выпадения (распределения) атмосферных осадков. К третьей группе отнесены различия ландшафтно-климатических условий в зависимости от разности в средних высотах местности с учетом площадей их тяготения.