bài 2 năng lượng bức xạ mặt trời
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (898.27 KB, 42 trang )
NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI
Trần Thanh Vân
Bộ môn Sinh thái Nông nghiệp
Khoa Môi trường
Nội dung bài học
1. Một số đặc trưng vật lý, thiên văn của mặt trời
2. Khái niệm và định luật về bức xạ
3. Sự phát xạ, hấp thu và trạng thái cân bằng bức xạ
4. Hấp thụ có chọn lọc và hiệu ứng nhà kính
5. Các dạng bức xạ và cân bằng bức xạ mặt đất
6. Nhịp điệu ngày đêm và sự hình thành mùa khí
hậu
Đặc trưng vật lý thiên văn của mặt trời
• Là quả cầu lửa khổng lồ với kích thước:
– D = 1.392.000 km; S = 6075 x109 km2; V = 142 x
106 km3
• Gồm chủ yếu các chất khí: khí H2 (70%), He (28%) và
chất khí khác (2%)
• Nhiệt độ của mặt trời giảm dần từ tâm ra ngoài bề mặt
quang cầu: Tại tâm 15 x 106K; Tại bề mặt quang cầu
6000K.
• Khoảng cách TB từ MT tới TĐ (1 đơn vị thiên văn)
là 149.5 x 106 km
• Sự phát xạ từ bề mặt quang cầu tuân theo định luật
Stephan-Boilzman
Sự chuyển động của Trái đất xung quanh Mặt trời
• Trái đất chuyển động xung quanh mặt trời từ tây
sang đông theo quỹ đạo elip và chuyển động xung
quanh trục
• NLBXMT tới mặt đất trong năm thay đổi ±3,5%
• Trái đất chuyển động quanh MT với tốc độ trung
bình 28km/s (26 km/s: ngày viễn nhật - 30 km/s:
ngày cận nhật)
• TĐ chuyển động một vòng xung quanh MT: 365
ngày 5 giờ 48 phút 46 giây
• Trục TĐ nghiêng với mặt hoàng đạo một góc 66o33’
Khái niệm và định luật về bức xạ
• Bức xạ là sóng điện từ lan truyền trong không gian với
tốc độ 300 x 106 m/s – tốc độ ánh sáng
• Tất cả mọi vật thể không kể to hay nhỏ, có nhiệt độ lớn
hơn không độ tuyệt đối đều có khả năng phát xạ.
• Độ dài bước sóng mà vật thể phát xạ phụ thuộc chủ yếu
vào nhiệt độ của vật thể đó (tỷ lệ nghịch)
• Định luật Stefan-Boltzmann: Nhiệt độ của vật phát xạ
càng cao thì năng lượng bức xạ của vật thể đó phát ra
càng lớn. Vật đen tuyệt đối (black body) : E = σ.T4
Thành phần quang phổ bức xạ MT và TĐ
• Định luật Plank: Nhiệt độ của vật thể càng cao thì bức xạ
vật thể phát ra có độ dài bước sóng càng ngắn
• Định luật Wien
λmax = (2897 K/ T)x10-6 m
– λmax: độ dài sóng mà phần tử phát xạ với năng lượng
lớn nhất
– T: nhiệt độ Kelvin
• Áp dụng:
– Nhiệt độ bề mặt quang cầu là 6000 K: λmax = ?
– Nhiệt độ bề mặt trái đất là 288 K: λmax = ?
Phân vùng quang phổ bức xạ mặt trời
Chia làm ba vùng chính:
• Vùng tia tử ngoại (<0,39 µm): 7%
• Vùng tia trông thấy (0,39µm – 0,76 µm): 46%
• Vùng tia hồng ngoại (>0.76µm): 47%
Thành phần quang phổ bức xạ mặt trời và trái đất
Thành phần quang phổ bức xạ mặt trời và trái đất
Sự phát xạ, hấp thụ và trạng thái cân bằng bức xạ
• TĐ + mọi vật xung quanh: vừa phát xạ + hấp thụ
năng lượng
• Mức độ phát xạ + hấp thụ phụ thuộc nhiều vào đặc
tính vật thể: màu sắc, độ nhẵn, độ ẩm và nhiệt độ
• Vật đen tuyệt đối: vật thể hấp thụ hoàn toàn tất cả
bức xạ chiếu đến và phát xạ một cách tối đa ở nhiệt
độ nhất định
• Khi cân bằng bức xạ xảy ra: nhiệt độ trái đất = 255K
(-18oC, 0oF); quan trắc Ttrái đất= 15 oC ?
Hấp thụ có chọn lọc và hiệu ứng nhà kính
• Vật chất hấp thụ có chọn lọc (hấp thụ bức xạ ở một số độ
dài bước sóng nhất định) – phát xạ có chọn lọc
• Định luật Kirchhoff: những chất có khả năng hấp thụ tốt
cũng sẽ phát xạ tốt bức xạ có cùng độ dài bước sóng.
• Chất khí trong bầu khí quyển hấp thụ bức xạ và phát xạ có
chọn lọc:
– H2O , CO2: hấp thụ bức xạ hồng ngoại mạnh
– N2O, CH4, O3: hấp thụ ít hơn
• Sự hấp thụ bức xạ và phát xạ hồng ngoại giữa khí quyển
– trái đất làm nhiệt độ trái đất trung bình 15oC
• Hiệu ứng nhà kính khí quyển: sự hấp thụ bức xạ của
H2O , CO2, N2O, CH4, O3
Sự hấp thụ bức xạ mặt trời của các chất khí
(nguồn: )
5. Các dạng bức xạ
a. Dạng bức xạ mặt trời trực tiếp
b. Bức xạ khuếch tán
c. Bức xạ tổng cộng
d. Phản xạ (Rn)
e. Bức xạ sóng dài mặt đất (Eđ)
f. Bức xạ nghịch khí quyển (Eng)
a. 1. Hằng số mặt trời (I0)
• Hằng số mặt trời được xác định bằng công thức sau:
I0 = 1.88d20/d2)
– do = khoảng cách TB từ trái đất đến MT;
– d = khoảng cách thực tế tuỳ thuộc vào thời gian
trong năm
• Trục của trái đất nghiêng so với mặt phẳng hoàng đạo
một góc 66.50 hằng số mặt trời ở các vĩ độ khác nhau
có biến động ít nhiều .
• Ví dụ: ở châu Âu I0 = 1.88 cal/cm2/phút ; ở châu Mỹ
I0 = 1.96 cal/cm2/phút
a.2 Bức xạ mặt trời trực tiếp (I’) – trực xạ
• Là phần năng lượng bức
xạ MT chiếu trực tiếp
xuống mặt đất dưới dạng
các tia song song
• Cường độ trực xạ tới
mặt đất: I= I’ x sin h0
h0 = 90o - φ + δ
φ: vĩ độ địa lý
δ: xích vĩ mặt trời (δ =
±23o27’)
h0 = 900 khi mặt trời đi qua
thiên đỉnh
Sự thay đổi của xích vĩ mặt trời (δ) theo mùa
• Hạ chí: δ = 23o27’
• Đông chí: δ = - 23o27’
• Xuân phân và thu phân δ = 0
•
Độ cao mặt trời phụ thuộc vào vĩ độ địa lý, mùa và thời
gian trong ngày
Chuyển
động biểu
kiến của
mặt trời
Nguồn:
h)p://hyperphysics.phy-‐
astr.gsu.edu/hbase/eclip.html
Trực xạ phụ thuộc vào các yếu tố
• Độ cao mặt trời
• Độ cao so với mực nước biển
• Vĩ độ địa lý
• Điều kiện thời tiết
• Địa hình
Phân bố
lượng bức xạ
trung bình ở
các hướng
khác nhau
trong năm
vùng
Pôstdam
(52023’)
Sự suy yếu của bức xạ mặt trời khi đi qua khí
quyển
BXMT suy yếu bởi:
• Phản xạ (reflection)
• Tán xạ (scatter)
• Hấp thụ (absorption)
Bức xạ MT đi qua bầu khí quyển đã thay đổi cả
cường độ và thành phần quang phổ do sự tán
xạ và hấp thụ của khí quyển.
Theo Budghe và
Menborate:
Bức xạ
mặt trời chiếu tới TĐ
được xác định theo
công thức:
I = I0. Pm
-‐
m: khối lượng khí
quyển tia sáng đi qua
-‐
P: độ trong suốt của
khí quyển (P trung
bình bằng 0,75)
Sự suy yếu của bức xạ mặt trời khi đi qua khí quyển
(nguồn
h)p://www.physicalgeography.net/)
