ΦΥΣΙΚΗ -ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΚΑΙ ΓΕΩΡΓΙΑ

Transcript

1 Γιάννης Λ. Τσιρογιάννης Γεωργικός Μηχανικός M.Sc., PhD Επίκουρος Καθηγητής ΤΕΙ Ηπείρου Τμ. Τεχνολόγων Γεωπόνων Κατ. Ανθοκομίας Αρχιτεκτονικής Τοπίου ΦΥΣΙΚΗ -ΚΛΙΜΑΤΙΚΗ ΑΛΛΑΓΗ ΚΑΙ ΓΕΩΡΓΙΑ Ηλιακή ακτινοβολία Έκδοση 1, 2015 This presentation is available under the Creative Commons Attribution Non-Commercial (CC BY-NC) license and is freely 1 accessible online to anyone.

2 Ήλιος και Γη Η απόσταση μεταξύ των δύο σωμάτων δεν είναι σταθερή κάθε στιγμή, αφού η Γη δεν κινείται σε απολύτως κυκλική τροχιά γύρω από τον Ήλιο (αλλά σε ελλειπτική), η Αστρονομική Μονάδα (η μέση απόσταση κατά τη διάρκεια ενός έτους, μεταξύ Γης και Ήλιου) είναι m. μπιζέλι μπάλα μπάσκετ 2

3 Τροχιά & ύψος ήλιου Ο ήλιος διαγράφει τροχιά από την ανατολή προς τη δύση στο νότο (το χειμώνα ο ήλιος φαίνεται περισσότερο προς το νότο). Αυτό σημαίνει ότι η σκιά σχηματίζεται προς το Βορρά (ΒΑ, Β, ή ΒΔ ανάλογα με την ώρα της ημέρας). Το μέγιστο ύψος του ήλιου πάνω από τον ορίζοντα της γης συμβαίνει το μεσημέρι και μεταβάλλεται από ένα μέγιστο την 21 η Ιουνίου, ως ένα ελάχιστο της 21 η Δεκεμβρίου. 3

4 Ακτινοβολία [irradiance] Η ισχύς που παράγει ο ήλιος είναι της τάξης των 10 7 W m -2 στην επιφάνεια του. Η ηλιακή ισχύς φτάνει στο εξωτερικό της γήινης ατμόσφαιρας μέσω ακτινοβολίας έχει μέσο μέγεθος 1367 W m -2 (ηλιακή σταθερά, Gsk ή Ιο). λόγω πολύ μεγάλης απόστασης και σχέσης μεγέθους

5 Ισχύς στην επιφάνεια της γης Η συνολική ισχύς που φτάνει στην επιφάνεια της γης μία συγκεκριμένη ημέρα, σε ένα συγκεκριμένο τόπο είναι συνάρτηση της ημέρας του έτους, του γεωγραφικού πλάτους και των συνθηκών της ατμόσφαιρας: Gskdl=f(DOY; φ; νέφωση κλπ). DOY: day of year φ: γεωγραφικό πλάτος 5

6 Υπολογισμός (χωρίς επίδραση συνθηκών ατμόσφαιρας) Gsk = 0,082 MJ m -2 min -1 1 MJ m -2 day -1 = 0,408 mm day o = π rad, φ( ο,, ) φ (rad)=(φ( ο )+(φ( )/60)+(φ( )/3600))*π/180 DOY: αριθμός ημέρας (day of year, 1-365) dr (rad) = 1+0,033*COS(2*π*DOY/365) δ (rad) = =0,409*SIN(2*π*DOY/365-1,39) ωs (rad) = ACOS (-ΤΑΝ(φ rad )*TAN(δ) Ra (MJ m -2 day -1 ) = =(24*60/π)*Gsk*dr*(ωs *SIN(φ rad )*SIN(δ)+COS(φ rad )*COS(δ)*SIN(ω s)) Gsk εάν ο ήλιος είναι στο ζενίθ η ηλιακή ακτινοβολία στο εξωτερικό της ατμόσφαιρας είναι ίση με 0,0820 MJ m -2 min -1 d r η αντίστροφη απόσταση Γης - Ήλιου δ η ηλιακή απόκλιση ω s γωνία ήλιου κατά τη δύση R a ηλιακή ακτινοβολία στο εξωτερικό της 6 ατμόσφαιρας

7 Ενδεικτικές τιμές Ra (ηλιακή ακτινοβολία στο εξωτερικό της ατμόσφαιρας) Ετήσια μεταβολή της Ra στον ισημερινό, και στις 20 και 40 νότι0 και 7 βόρειο γ.π.

8 ατμόσφαιρα Σκέδαση (διασκορπισμός), ανάκλαση και απορρόφηση από τα αέρια, τα νέφη και τα σωματίδια που αιωρούνται στην ατμόσφαιρα. Η ποσότητα ισχύος που φτάνει τελικά σε ένα οριζόντιο επίπεδο στην επιφάνεια της γης ονομάζεται R s (το s από το shortwave μικρό μήκος κύματος το οποίο και κατά κύριο λόγο αφορά η ενέργεια που φτάνει μέσω ακτινοβολίας από τον ήλιο) Σε μία αίθρια ημέρα το R s είναι περίπου ίσο με 75% της Ra. Σε μία συννεφιασμένη ημέρα μπορεί να είναι έως και το 25%. 8

9 εντός της ημέρας Πιπεριά 10/11/2005, Γυαλ. Θερμ. τμ. ΑΑΤ ΤΕΙ Ηπείρου Tr_contr Solar_rad_control Εξατμισοδιαπνοή (gr/10min/3plants) Ηλιακή ακτινοβολία εντός (W/m2) 0 0 0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00 Ώρα H ένταση της εξατμισοδιαπνοής μεταβάλλεται συνεχώς Το απόγευμα έχει ζεσταθεί πολύ ο χώρος και θέλει ώρα να πέσει η θερμοκρασία για αυτό και έχει μεγαλύτερη ΕΤ 9

10 Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία radio, μικροκύματα, υπέρυθρη (IR), ορατή (V), υπεριώδης (UV), ακτινοβολία Χ και ακτινοβολία γ μη μήκη κύματος από 100 έως nm Ορατή: nm, σημαντικό μέρος της η PAR Κατανομή στο εξωτερικό της ατμόσφαιρας: nm (UV, ultra violet): 9%; nm (V, visible): 39% και nm (NIR, near IR): 52%. Κατανομή (περ.) στην επιφάνεια της γης: UV 3-5%, V 42-43% και IR 52-55% 10

11 Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία 97% της ηλιακής ακτινοβολίας βρίσκεται μεταξύ των μηκών κύματος 280 και2800 nm Για την Ελλάδα (γ.π μεταξύ 38 και 40 o ), κατά τη διάρκεια μίας αίθριας καλοκαιρινής ημέρας, όταν ο ήλιος είναι στο ζενίθ (ηλιακό μεσημέρι) η ακτινοβολία αναμένεται να είναι περίπου 1000 W m -2 (για την περιοχή των nm) 11

12 Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Ημ/ία 8:00 και 16:00 10:00 και 14:00 12:00 21/ / / / / / / / / / / /

13 Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία Μήνας Χαρακτηριστικ ή ημέρα dr (rad) δ (rad) ωs (rad) R a (W m -2 )( 2) Ιαν 18 1,03-0,36 1,26 185,32 Φεβ 46 1,02-0,23 1,38 242,68 Μαρ 75 1,01-0,04 1,54 323,74 Απρ 105 0,99 0,17 1,71 404,46 Μαιο 135 0,98 0,33 1,85 460,52 Ιουν 162 0,97 0,40 1,92 482,91 Ιουλ 199 0,97 0,37 1,89 469,43 Αυγ 229 0,98 0,23 1,76 422,28 Σεπτ 259 0,99 0,03 1,59 348,14 Οκτ 289 1,01-0,18 1,43 263,74 Νοε 318 1,02-0,33 1,29 197,13 Δεκ 345 1,03-0,40 1,22 166,11 Ra μέση ημερήσια όχι κάποια συγκεκριμένη ώρα 13

14 Πυρανόμετρα Pyranometer: nm (αλλά συνήθως nm) σε W m -2 Net radiometer: δύο πυρανόμετρα (πρόπτωση ανάκλαση) καθαρή ακτινοβολία σε W m -2 Quantum Sensor: μετρά PAR ( nm). Units σε μmol m -2 s -1 Spectroradiometer: μετρά την ακτινοβολία σε κάθε ή σε εύρος μήκος κύματος Η ποιότητά τους καθορίζεται με βάση το WMO No 8 και το ISO

15 Πυρανόμετρα 15

16 Ενδιαφέροντα

17 Υπολογισμός μήκους σκιάς & αντίστροφο Google for: shadow art 17

18 Το ύψος του ήλιου για διάφορα γεωγραφικά πλάτη (γωνία Β) Βόρεια σύνορα Ελλάδας Νότια σύνορα Ελλάδας 18

19 Σχέση ύψους αντικειμένου και μήκους σκιάς Σχέση L/H L/H = e B R 2 = Γωνία ήλ ιου Β 19

20 Παράδειγμα υπολογισμού μήκους σκιάς Ύψος κτιρίου: 10 μέτρα Γεωγραφικό πλάτος: 38 ο (Ν. Αττικής) Ημερομηνία: 21 Ιουνίου, ώρα: 12:00 Γωνία Β (από πίνακα): 76 ο Σχέση L/H (από σχήμα): περίπου 0,34 (εκτίμηση) Μήκος σκιάς = 0,34 x 10 μέτρα = 3,4 μέτρα 20

21 Ανάκλαση - χρώμα 21

22 Ανάκλαση - χρώμα 22

23 Φασματικοί δείκτες Φασμ. υπογραφές PRI (R X - R Ref ) / (R X + R Ref ) (R 560 R 510 ) / (R R 510 ) NDVI (R NIR R Red ) / (R NIR + R Red ) (R 810 R 660 ) / (R R 660 ) R ανάκλαση στο μήκος κύματος X 23