Rapporto di progetto sulle radiazioni solari
Un rapporto di progetto sulla radiazione solare. Questo rapporto di progetto ti aiuterà a conoscere: 1. Significato delle radiazioni solari 2. Intensità delle radiazioni solari 3. Caratteristiche 4. Scattering 5. Riflessione 6. Assorbimento 7. Radiazione solare nel sistema Terra-Atmosfera 8. Utilizzo di radiazione solare da parte di Coltura agricola
Contenuto:
- Rapporto di progetto sul significato delle radiazioni solari
- Rapporto di progetto sull'intensità delle radiazioni solari
- Rapporto di progetto sulle caratteristiche delle radiazioni solari
- Rapporto di progetto sulla dispersione delle radiazioni solari
- Rapporto di progetto sulla riflessione delle radiazioni solari
- Rapporto di progetto sull'assorbimento delle radiazioni solari
- Rapporto di progetto sulle radiazioni solari nel sistema Terra-Atmosfera
- Rapporto di progetto sull'utilizzazione delle radiazioni solari da parte delle colture agricole
Rapporto del progetto n. 1. Significato delle radiazioni solari:
Esistono tre modalità di trasferimento di energia nell'atmosfera: radiazione, conduzione e convezione. La radiazione è una delle tre modalità di trasferimento di energia che può essere definita come il trasferimento di energia da oscillazioni rapide del campo elettromagnetico.
La fonte ultima di tutta l'energia per i processi fisici e biologici che si verificano sulla terra, è la radiazione ricevuta dal sole, per questo viene comunemente chiamata radiazione solare. L'agricoltura è lo sfruttamento della radiazione solare sotto l'adeguato apporto di nutrienti e acqua mantenendo la crescita delle piante.
La comprensione della radiazione solare non si limita solo alla conoscenza della sua definizione, ma coinvolge anche la conoscenza della sua natura, delle leggi, della gamma spettrale e degli aspetti di equilibrio.
L'emissione di energia da un corpo sotto forma di onde elettromagnetiche viene chiamata radiazione. Una caratteristica delle onde elettromagnetiche è la loro lunghezza d'onda. La lunghezza d'onda è denotata da λ. La lunghezza d'onda è la distanza più breve tra la cresta e la cresta.
λ = c / v
dove λ è lunghezza d'onda, v è frequenza cioè no. di vibrazioni al secondo ec è la velocità della luce che è uguale a 3 * 108 ms-1.
L'altra caratteristica è la loro frequenza. La frequenza è la velocità con cui le onde lasciano il trasmettitore. È espresso in termini di cicli o kilocicli al secondo. Il periodo di tempo (τ) è il tempo di una vibrazione, che è uguale a 1 / v e il numero d'onda è uguale a 1 / λ. Questi sono espressi in hertz e kilohertz.
La lunghezza d'onda è espressa in micrometri o micron μ. Un micrometro = 10-6 metri. La radiazione dal sole varia tra 0, 15 e 4, 0 micrometri (μ), mentre la radiazione dalla terra è concentrata tra 10-15 μ.
La maggior parte delle radiazioni a onde corte viene assorbita dall'atmosfera al di sopra dei 30 km di altezza. La radiazione è visibile come luce per l'occhio umano solo nell'intervallo molto stretto di lunghezze d'onda da 0, 35 a 0, 75 micrometri (VIBGYOR).
Le radiazioni con lunghezza d'onda inferiore alla luce visibile sono chiamate ultravioletti e le radiazioni con lunghezze d'onda più lunghe della luce visibile sono chiamate infrarossi. Questo termine è applicato alla radiazione tra 1 e 100 μ. Questi sono chiamati radiazioni di calore.
Tutto lo scambio di energia tra la terra e il resto dell'universo avviene attraverso il trasferimento radiativo. La terra e la sua atmosfera assorbono costantemente la radiazione solare ed emettono la propria radiazione nello spazio. Pertanto, il sistema terra-atmosfera è quasi in equilibrio radiativo
Emissività (Ɛ):
È il rapporto tra l'emittanza di una determinata superficie a una data lunghezza d'onda e la temperatura dall'emissione di un corpo nero alla stessa lunghezza d'onda e temperatura. Il suo valore varia tra 0 e 1.
Assorbanza (α):
È il rapporto tra l'energia radiante assorbita dalla radiazione totale incidente su di esso. Per il corpo nero, Ɛ = α = 1.0 e per il corpo bianco Ɛ = α = 0.
Densità del flusso di radiazioni:
È la quantità di radiazione ricevuta su una superficie unitaria in un tempo unitario.
radiatori:
Tutti i corpi irradiano energia dalla loro superficie al di sopra di zero gradi centigradi assoluti (cioè -273, 2 ° C), che sono noti come radiatori. Alcuni corpi sono buoni radiatori mentre alcuni sono cattivi radiatori.
Corpi neri:
Questi corpi sono buoni assorbitori e buoni radiatori. Se un corpo a una data temperatura emette la massima irradiazione possibile per unità di superficie in unità di tempo, allora si parla di un corpo nero o di un radiatore completo. Un tale corpo assorbirà completamente tutte le radiazioni che cadono su di esso.
Quindi il corpo nero è un perfetto radiatore e assorbitore. L'emissività di tale corpo è = 1. I radiatori meno efficienti hanno un'emissività inferiore a 1. Il suo valore varia tra 0 e 1.
Corpi bianchi:
Questi corpi sono cattivi assorbitori e cattivi radiatori. Per un corpo bianco, l'emissività e l'assorbenza sono pari a zero.
Rapporto del progetto n. 2. Intensità delle radiazioni solari:
L'intensità della radiazione solare ricevuta sulla superficie terrestre dipende in parte dall'angolo di incidenza e dalla latitudine del luogo. L'intensità massima si verifica nella regione tropicale e il minimo nelle aree polari. Al limite esterno dell'atmosfera, la terra riceve 2 cal cm -2 min -1 . La superficie dovrebbe essere perpendicolare ai raggi solari.
La radiazione ricevuta sulla superficie perpendicolare è chiamata costante solare. Il satellite terrestre ha dato una costante solare di circa 1, 95 cal cm -2 min -1 . L'esaurimento del raggio solare sulla strada dallo spazio alla terra aumenta con la distanza percorsa attraverso l'atmosfera.
È stato stimato che il 99% della radiazione solare è concentrata principalmente tra 0, 15 e 4, 0μ. Questa radiazione è indicata come radiazione a onde corte o radiazione extra-terrestre.
L'energia contenuta in diversi componenti della radiazione solare è riportata di seguito:
Energia contenuta in diverse lunghezze d'onda:
Rapporto del progetto n. 3. Caratteristiche delle radiazioni solari:
I tre ampi spettri di energia solare significativi per la vita vegetale sono:
Quasi il 99% della radiazione solare viene ricevuta tra 0, 15 e 4, 0μ di lunghezza d'onda. La Terra emette anche radiazioni di lunghezze d'onda lunghe (da 1.2 a 40.0μ), che si chiama radiazione infrarossa o termica.
(1) La lunghezza d'onda della radiazione ultravioletta è inferiore alla lunghezza d'onda della luce visibile. La porzione ultravioletta dello spettro rappresenta circa il 7 per cento dell'energia solare in ingresso totale. È chimicamente molto attivo. È dannoso per tutti gli esseri viventi e ha effetti letali.
Tuttavia, non raggiunge la superficie terrestre poiché viene assorbito dall'ozono e dall'ossigeno nell'atmosfera. Può raggiungere la superficie terrestre in una forma molto impoverita. Ma se le piante sono esposte a quantità eccessive di questa radiazione, gli effetti sono dannosi.
(2) Radiazione infrarossa: le onde più lunghe in una banda di radiazione solare sono in gran parte da 0.70 a 4.0μ e sono chiamate vicino alla radiazione infrarossa (NIR). Questa gamma di lunghezze d'onda costituisce quasi il 49 percento dell'energia solare totale. Ha effetti termici sulle piante.
In presenza di vapori d'acqua, questa radiazione non danneggia le piante, ma fornisce l'energia termica necessaria all'ambiente vegetale. Le radiazioni termiche della Terra si verificano sia di giorno che di notte rispetto alle sole radiazioni del giorno emesse dal sole.
(3) La terza porzione dello spettro solare giace tra l'ultravioletto e l'infrarosso. Questo segmento è chiamato la parte visibile dello spettro e popolarmente conosciuta come luce. Circa il 44% della radiazione solare è fornito dalla parte visibile. Le piante sfruttano al massimo l'energia solare in questa parte della radiazione. Quando le piante assorbono qualsiasi tipo di radiazione, la loro temperatura aumenta.
Le piante liberano il calore sotto forma di energia termica, nota come radiazione a onda lunga. Tutte le parti della pianta sono influenzate direttamente o indirettamente da questa parte dello spettro. Luce di giusta intensità, qualità e durata è essenziale per la normale crescita delle piante. Le piante soffrono di anormalità e disturbi in condizioni di scarsa illuminazione.
La luce influenza le piante nei seguenti modi:
1. La luce controlla la fotosintesi. È responsabile della distribuzione della fotosintesi tra le diverse parti delle piante.
2. Colpisce la produzione di motozappe e la stabilità, la forza e la lunghezza dei culmi.
3. Influisce sulla dimensione delle foglie e sullo sviluppo delle radici.
4. Influisce sulla produzione e sulla resa della sostanza secca.
Quando vengono in parte ricevuti dalle piante, questi vengono facilmente trasmessi e riflessi da essi, e quindi le piante non vengono surriscaldate. L'intensità della radiazione scende molto bruscamente a circa 2, 0μ di lunghezza d'onda e le piante sono raffreddate in modo efficace. Questo ruolo è importante nel bilancio termico delle piante.
Il giorno nuvoloso i raggi ultravioletti (da 0, 2 a 0, 40 μ) e le radiazioni infrarosse sono molto ridotti. L'altra parte della banda di energia solare è di lunghezza d'onda corta, da 0, 40 a 0, 70μ, ed è chiamata radiazione fotosinteticamente attiva (PAR). L'energia solare ricevuta dalla terra ha il suo picco nella regione blu-verde (0, 5μ).
I raggi cosmici non visibili a breve lunghezza d'onda (0, 0005μ a 0, 2μ), raggi X e raggi gamma sono ottenuti da sostanze radiative. Queste onde corte (almeno fino a 0, 33 μ) sono quasi tutte assorbite nello strato superiore dell'atmosfera dall'ossigeno atomico e dall'ozono, quindi la vita può essere sostenuta sulla terra, poiché possono essere tollerate pochissime di queste radiazioni. La parte visibile della banda è chiamata "luce" che ha una lunghezza d'onda compresa tra 0, 40 e 0, 70μ.
In realtà, solo il 75-80% della radiazione visibile del sole raggiunge la superficie terrestre. Questa porzione di radiazione solare viene utilizzata dalla clorofilla vegetale per produrre materiali vegetali, con un'efficienza di utilizzo del 20-25%.
Circa il 10-20% dell'energia solare ricevuta dalle piante viene riflessa e la grande energia della lunghezza d'onda viene scambiata tra il raccolto e l'atmosfera circostante. Circa il 70 - 80 per cento del carico di radiazione assorbito dalla foglia viene dissipato attraverso la radiazione. Una parte di questa perdita di calore avviene per convezione in base al calore comparativo dell'aria circostante e una parte viene consumata dal processo di traspirazione.
Le regioni tropicali ricevono da 1, 6 a 1, 8 cal cm -2 min -1 e le regioni temperate ricevono da 1, 2 a 1, 4 cal cm -2 min -1 di energia solare durante la stagione estiva. Raggiunta la terra, la radiazione viene assorbita dalla superficie della terra e da vari oggetti e acqua sulla superficie e parzialmente riflessa e convertita in raggi infrarossi termici a onda lunga nella radiazione posteriore.
A seconda del tipo di superficie che riceve la radiazione solare e l'angolo dei raggi solari, una parte dei raggi che colpisce la superficie terrestre viene riflessa nell'atmosfera. Tutti gli oggetti che assorbono il calore stanno anche perdendo calore a vari livelli come radiazione posteriore.
La radiazione posteriore è la radiazione uscente efficace dalla terra con un picco a circa 10μ. Più del 99 percento di questa radiazione posteriore è contenuto nella banda di lunghezza d'onda di 4-100μ. Di solito è chiamato radiazione terrestre. Questa radiazione uscente causa la caduta della temperatura degli oggetti interessati. Solo il saldo di questo ciclo di radiazioni in entrata e in uscita mantiene gli oggetti caldi.
Quindi, la conoscenza delle radiazioni a onda corta (SWR) e delle radiazioni fotosinteticamente attive (PAR) è essenziale per studiare la crescita e lo sviluppo delle piante. Vi sono alcune fasi critiche della crescita delle piante in cui la radiazione solare è importante, ad esempio l'intensità della radiazione durante il terzo mese di crescita delle piante di mais, il periodo di 25 giorni prima della fioritura nel riso e il periodo di fioritura dell'orzo ha un effetto vitale sulla resa di queste colture.
Rapporto del progetto n. 4. Scattering delle radiazioni solari:
Se il raggio solare raggiungesse la superficie della terra senza alcuna interferenza nell'atmosfera, e se la superficie terrestre assorbisse la radiazione raggiungendola completamente, non sperimenteremmo luce del giorno e colori del cielo. Una porzione di luce solare è sparsa sul suo percorso dal limite esterno dell'atmosfera. Scattering significa girare il raggio solare in tutte le direzioni ed è più efficace per la lunghezza d'onda più corta.
Quando il sole è sopra la testa e l'atmosfera è senza nuvole e senza polvere, più del 59 per cento della radiazione blu è dispersa, mentre tutte le radiazioni rosse vengono trasmesse verso il basso. Questo è il motivo per cui il colore del cielo sembra essere blu.
Quando il sole è vicino all'orizzonte durante l'alba e il tramonto, la dispersione è più efficace, per questo osserviamo il colore rosso all'alba e al tramonto. La dispersione verso il basso delle radiazioni è del 30%. È più lungo nella lunghezza d'onda, ad esempio blu e, almeno, nella lunghezza d'onda più lunga, ad esempio in rosso. Più la lunghezza del percorso, più sarà la dispersione.
La polvere molto fine o la nebbia di fumo nell'atmosfera porta ad un aspetto anomalo del cielo quando le particelle spargono il raggio solare. Durante la stagione estiva la foschia è un fenomeno comune sull'India nordoccidentale. Aumenta l'intensità delle condizioni dell'onda di calore e fornisce anche un gran numero di nuclei di condensazione per la formazione di nubi sotto l'influenza della circolazione ciclonica causata da un intenso riscaldamento.
A causa della dispersione della luce solare, il sole può apparire come una pallida palla rossa nel cielo sopra le città durante il periodo di inquinamento atmosferico. Ciò ha influito negativamente su alcuni rami dell'agricoltura come l'industria frutticola della California meridionale.
Lunghezza del tragitto:
La distanza coperta dalla radiazione solare per raggiungere la superficie terrestre è detta lunghezza del percorso. È più all'alba e al tramonto a causa del colore rosso del cielo. Più la lunghezza del percorso, minore sarà la percentuale di energia solare, nella gamma visibile e minore sarà il rapporto tra il blu e la luce rossa. Quindi lo spettro di frequenze più alte verrà riflesso lontano rispetto allo spettro di frequenza inferiore.
Coefficiente di estinzione:
L'energia radiante incidente viene alterata a causa dell'assorbimento e della dispersione dei gas di particelle di aria e polvere. Questo è noto come coefficiente di estinzione.
Assorbimento:
È il processo mediante il quale l'energia radiante incidente viene trasmessa alla struttura molecolare di una sostanza. Dipende dalla lunghezza d'onda. Lunghezze d'onda più lunghe vengono assorbite dai vapori d'acqua e dalla CO 2 .
Tipi di diffusione:
La dispersione può essere divisa in due parti:
Scattering di Rayleigh:
Se la circonferenza delle particelle di dispersione è inferiore a 1/10 della lunghezza d'onda della radiazione incidente, il coefficiente di dispersione è inversamente proporzionale alla quarta potenza della lunghezza d'onda della radiazione incidente, cioè [S α I / λ 4 ]. Questo è noto come scattering di Rayleigh. È responsabile per il colore blu del cielo.
Mei Scattering:
Se la circonferenza delle particelle di dispersione è più di trenta volte la lunghezza d'onda della radiazione incidente, la dispersione diventa indipendente dalla lunghezza d'onda, cioè la luce bianca è dispersa - il colore bianco del cielo. Questo è noto come scattering Mei.
Rapporto del progetto # 5. Riflessione delle radiazioni solari:
La radiazione solare sopra 0, 7μ viene riflessa da goccioline d'acqua, cristalli di ghiaccio, sale e polvere. Circa il 20% della radiazione riflessa viene assorbita dall'atmosfera. La radiazione solare viene principalmente riflessa dalle nuvole.
Circa l'80 percento della radiazione viene riflessa da nubi alte e solo il 20 percento da spesse nuvole basse. La riflessione è più, quando i raggi del sole cadono perpendicolarmente. La riflessione è anche più alta nelle medie e alte latitudini e meno nelle subtropicali.
L'albedo di terra e atmosfera:
È stato stimato che una parte della radiazione solare totale che raggiunge l'atmosfera e la terra viene riflessa nello spazio. Di questo 6 per cento si riflette nello spazio, che è noto come albedo. Il termine albedo è usato per descrivere il riflesso del raggio solare (0.3 - 4.0μ).
Talvolta l'albedo descrive solo il riflesso dell'intervallo visibile (0, 4 - 0, 7 μ). Sulla base di ciò, la riflessione è indicata come "albedo ad onde corte" per lo spettro solare totale, mentre per la luce visibile, la riflessione è indicata come "albedo visibile".
L'albedo varia con la stagione e l'angolo dei raggi solari. I valori sono più alti in inverno e durante l'alba e il tramonto. Anche l'albedo varia con la lunghezza d'onda della radiazione incidente. I valori di albedo sono inferiori nella parte UV e superiori nella parte visibile. La funzione principale dell'albedo è quella di diminuire il carico di calore sulle piante coltivate. Pertanto, l'albedo è il rapporto tra la radiazione riflessa delle onde corte e la radiazione totale ad onde corte incidente.
Esistono quattro meccanismi per riportare le onde corte nello spazio:
1. Riflessione da polvere, sali e fumo nell'aria
2. Riflessione dalle nuvole
3. Riflessione da terra
4. Riflessione per molecole d'aria
Questi producono l'albedo totale di terra e atmosfera. Albedo è il rapporto tra la luce riflessa e la luce ricevuta.
Di seguito l'albedo delle superfici naturali:
La neve fresca è un ottimo riflettore, ma l'albedo di vegetazione non è molto ampio. La maggior parte delle colture riflette circa il 15-25% della radiazione solare incidente. Albedo varia con la stagione, l'ora del giorno (elevazione solare) e con la natura della copertura del terreno.
A basse altitudini solari, la coltura appare come una superficie liscia e piatta verso la radiazione e la vela ne intrappola meno. Quindi l'albedo ha un valore più alto. All'aumentare dell'elevazione solare, l'albedo diminuisce raggiungendo il suo minimo al mezzogiorno solare poiché la radiazione è normalmente incidente sulla superficie del raccolto e penetra in profondità nella chioma.
L'albedo di una vegetazione è inferiore al valore delle sue foglie individuali. L'albedo dipende non solo dalle proprietà relative della superficie del componente, ma anche dallo stand e dall'architettura.
L'architettura della geometria della pianta e del raccolto controlla la quantità di penetrazione, intrappolamento delle radiazioni e ombreggiatura reciproca all'interno del supporto. Sebbene la maggior parte delle foglie abbia un'albedo di circa 0, 30, l'albedo delle colture e altra vegetazione è meno e in una certa misura una funzione dell'altezza della pianta. L'albedo diminuisce con l'altezza del raccolto.
Rapporto del progetto n. 6. Assorbimento delle radiazioni solari:
Lascia che la radiazione solare in arrivo sia al 100 per cento. Di questa quantità, circa il 7% è riflesso dalle particelle solide nell'atmosfera e il 24% dalle nuvole. L'ozono nella troposfera assorbe il 3% della radiazione in arrivo.
Il vapore acqueo, la CO 2, la polvere e le nuvole della bassa atmosfera assorbono circa il 19%. A conti fatti, il 47% viene assorbito dalla superficie del terreno. Questo dimostra che la superficie è il primo assorbitore dell'energia solare. Quindi, la troposfera è riscaldata da terra.
L'atmosfera assorbe circa il 17% della radiazione solare. I gas che assorbono la radiazione solare sono ossigeno, ozono, anidride carbonica e vapori d'acqua.
È stato osservato che tutta la radiazione ultravioletta con lunghezza d'onda inferiore a 0, 33 μ è completamente assorbita dagli atomi di ossigeno e dall'ozono nell'atmosfera superiore. Questo ha un significato immenso per la vita sulla terra perché possiamo tollerare le radiazioni UV solo in quantità minuscole. L'eccesso di radiazioni ultraviolette è dannoso per la vita.
Rapporto del progetto # 7. Radiazione solare nel sistema Terra-Atmosfera:
La radiazione solare intercettata dalla terra viene assorbita da processi energetici o viene restituita allo spazio mediante dispersione e riflessione.
È dato dalla seguente equazione (Rose, 1966).
Q S = C r + A r + C a + A a + (Q + q) (la) + (Q + q) a
Dove, C r = Riflessione e dispersione nello spazio attraverso le nuvole
A r = Riflessione e dispersione nello spazio per aria, polvere e acqua Vapori
(Q + q) a = Riflessione da parte della Terra, dove Q è un raggio diretto, q è una radiazione solare diffusa incidente sulla terra e 'a' è albedo
C a = Assorbimento da parte delle nuvole
A a Assorbimento con aria, polvere e vapori d'acqua
(Q + q) (la) = Assorbimento per superficie terrestre
Incidente di radiazione solare nella parte superiore dell'atmosfera (Q s ) = 263 Kly
Riflessione:
Riflesso dalle nuvole (C r ) = = 63 Kly (24%)
Riflesso da aria, polvere e vapori d'acqua (A r ) = = 15 Kly (6%)
Il totale riflesso dall'atmosfera (C r + A r ) = = 78 Kly (30%)
Riflessione dalla superficie terrestre (Q + q) a = = 16 Kly (6%)
Riflessione totale dal sistema terra-atmosfera = = 94 Kly (36%)
Assorbimento:
Assorbimento da parte delle nuvole (C a ) = = 7 Kly (3%)
Assorbimento per aria, polvere e vapori d'acqua (A a ) = = 38 Kly (14%)
Assorbimento totale per atmosfera (C a + A a ) = = 45 Kly (17%)
Assorbito dalla superficie terrestre (Q + q) (1 - a) = 124 Kly (47%)
Totale assorbito dal sistema terra-atmosfera = 169 Kly (64%)
La radiazione totale riflessa dall'atmosfera è di 78 Kly (kilo langley) o del 30 percento e la riflessione totale del sistema di atmosfera terrestre è di 94 Kly, cioè del 36 percento. Allo stesso modo l'assorbimento totale da parte del sistema terra-atmosfera è di 169 Kly, cioè del 64%, di cui 45 Kly o il 17% viene assorbito dall'atmosfera e 124 Kly o il 47% viene assorbito dalla terra. Di qui fuori della radiazione incidente totale, il 36 per cento viene riflesso e il 64 per cento viene assorbito dal sistema atmosfera-terra.
Rapporto del progetto n. 8. Utilizzo delle radiazioni solari da parte delle colture agricole:
Ci sono due funzioni essenziali dell'energia solare. Fornisce luce a varie funzioni di crescita e sviluppo delle piante. Fornisce anche energia termica per varie azioni fisiologiche. L'energia termica solare è espressa in termini di unità di energia di radiazione.
La crescita delle colture è influenzata dall'energia solare in due modi. Fornisce un ambiente termico per le funzioni fisiologiche delle colture. Fornisce anche un ambiente luminoso per la fotosintesi. Il sole è la principale fonte di energia per tutti i processi che si verificano sulla superficie terrestre. Una parte della radiazione può anche essere ricevuta dal cielo e dai dintorni.
Le parti della pianta assorbono una certa quantità di radiazione solare in arrivo mentre una parte viene riflessa e il resto viene trasmesso al suolo. Le piante inoltre ridistribuiscono il calore assorbito sotto forma di ri-radiazione, convezione, conduzione e traspirazione. Questi meccanismi svolgono un ruolo importante nel mantenere l'ambiente termico al di sotto dei limiti letali.
Fuori dalla radiazione solare netta, una piccola parte viene utilizzata come energia chimica nel processo di fotosintesi e l'altra parte viene immagazzinata sotto forma di calore all'interno del raccolto e del suolo. L'entità dell'evapotraspirazione dipende dall'energia termica disponibile all'interno dell'ambiente raccolto.
Fuori dalle radiazioni finalmente ricevute dalla terra, l'acqua e le piante assorbono di più mentre la superficie terrestre assorbe molto meno. Tutte queste superfici perdono anche parte dell'energia assorbita. L'acqua e le piante assorbono molta energia, ma non si riscaldano molto a causa dell'utilizzo della maggior parte dell'energia per l'evaporazione dell'acqua dalle loro superfici.
La perdita di energia è molto più da acqua e piante rispetto alla superficie asciutta nuda. Quindi, la superficie del terreno asciutto e nudo che riceve meno calore si riscalda rapidamente. Le superfici coperte con acqua e vegetazione non sono quindi soggette a riscaldamento o raffreddamento estremi.
I campi arati assorbono dal 75 al 90% dell'energia ricevuta e quindi hanno un maggiore effetto termico. Queste differenze nell'assorbimento e nella riflessione creano differenze nelle macro regionali e nel microclima a causa delle variazioni di temperatura e umidità, ad esempio le file di colture solcate hanno temperature del suolo più basse rispetto ai filari coltivati a cresta.
La radiazione solare è molto importante per le piante in quanto è indispensabile per la fotosintesi. Influisce sul microclima e sulla perdita di acqua attraverso l'evapotraspirazione. Se consideriamo una singola foglia, essa diventa satura di luce anche se non è disponibile una luce sufficiente.
La disposizione di foglie e steli in un campo è tale che una parte considerevole delle parti interne e inferiori delle piante sono sempre prive di luce. Pertanto, la relazione tra la distribuzione della radiazione solare nella chioma delle colture e la produzione agricola è molto importante.
La distribuzione delle radiazioni all'interno della chioma del raccolto dipende da:
1. Trasmissibilità delle foglie
2. Disposizione delle foglie e inclinazione delle foglie
3. Densità della pianta
4. Altezza della pianta
5. Angolo del sole
Trasmissibilità delle foglie:
1. La trasmissibilità varia tra il 5-10% in caso di foglie di alberi decidui, erbe ed erbe e tra il 2-8% in caso di foglie larghe di piante sempreverdi. Si va dal 4 all'8 per cento, in caso di foglie galleggianti delle piante acquatiche.
2. Varia con l'età, essendo alto per le foglie giovani, diminuisce alla maturità e aumenta di nuovo quando le foglie diventano gialle.
3. La trasmissibilità ha una relazione diretta con il contenuto di clorofilla, diminuisce logaritmicamente con l'aumento del contenuto di clorofilla.
4. Tutte le foglie non sono disposte orizzontalmente. Alcuni sono verticali, altri cadenti. Il gradiente di luce effettivo è molto meno ripido all'interno della chioma del raccolto.
Arrangiamento foglia:
1. Le foglie disposte orizzontalmente in strati continui trasmettono una radiazione del 10%, solo l'I% della luce nella banda verde potrebbe penetrare nel secondo strato. Ma le foglie orizzontali si trovano raramente.
2. La luce viene intercettata tra foglie orizzontali ed erette nel rapporto di 1: 0, 44.
3. La trasmissibilità è del 50% per le foglie orizzontali, contro il 74% per le foglie più erette, quando l'area fogliare è uguale alla superficie del terreno.
Inclinazione fogliare:
1. Quando la radiazione solare è settimana, qualsiasi deviazione delle foglie dall'orizzontale riduce la fotosintesi netta.
2. In pieno sole, l'angolo di inclinazione ottimale è di 81 ° per un utilizzo efficiente della luce.
3. Alla piena luce del sole, una foglia posizionata con questa angolazione è quattro volte e mezzo più efficiente nell'uso della luce solare rispetto alla foglia orizzontale.
Densità della pianta:
In una disposizione ideale della chioma vegetale, la disposizione dovrebbe essere così:
1. Abbassare il 13% delle foglie con angolo orizzontale di 0-30 °
2. Il centro del 37% delle foglie deve avere un angolo di 30-60 ° con l'orizzontale
3. Il 50% superiore delle foglie deve avere un angolo di 60-90 ° rispetto all'orizzontale.
A debole intensità luminosa, il tasso di assimilazione è indipendente dall'orientamento. Ma con l'aumentare dell'intensità della luce, le foglie orizzontali sono meno efficienti nell'uso della luce.
Altezza della pianta:
La percentuale di intercettazione della luce è piccola nelle piante giovani e aumenta con l'aumento di altezza delle piante.
Angolo di sole:
La radiazione solare dipende dall'angolo del sole. È minimo a mezzogiorno e massimo al mattino e alla sera.
Penetrazione della luce nella comunità vegetale:
La penetrazione della radiazione netta nel supporto della coltura dipende dalla disposizione delle foglie e dalla densità della pianta. Può essere espresso in termini di indice di area fogliare. Le radiazioni passano attraverso vari strati della chioma del raccolto. In questo processo la radiazione incidente diminuisce in modo esponenziale con l'aumento della copertura. Diverse equazioni sono state avanzate per determinare il profilo di radiazione nella copertura vegetale.
La legge sull'estinzione di Lambert Beer è stata modificata da Monsi e Saeld (1953).
Secondo questa legge:
I = l 0 e -kF
Dove, I = Incidente leggero a qualsiasi altezza del raccolto
I 0 = Incidente leggero in alto
k = coefficiente di estinzione
F = Indice dell'area foglia dall'alto alle altezze richieste
e = Base del logaritmo naturale (2.7183)
Il modello di Monsi-Saeki presuppone che la comunità vegetale sia un mezzo omogeneo. Tutta la luce incidente viene assorbita dalla foglia.
Coefficiente di estinzione:
Il coefficiente di estinzione può essere definito come il grado di attenuazione della luce all'interno di una copertura vegetale per un dato indice di area fogliare. Può anche essere definito come il rapporto tra la perdita di luce attraverso le foglie e l'incidente di luce in alto.
Variazione del coefficiente di estinzione:
Il coefficiente di estinzione varia con l'orientamento delle foglie. È compreso tra 0, 3 e 0, 5 nel campo in cui le foglie sono in posizione verticale e tra 0, 7 e 1, 0 in un ampio supporto fogliare dove le foglie sono orizzontali, ad esempio il girasole. In questi casi, a mezza altezza, vengono assorbiti i 2/3/4/4 della luce incidente. In caso di fitte foreste la maggior parte della luce viene assorbita dal fogliame, pochissima radiazione raggiunge il suolo.
Equazione di Monteith:
Monteith (1965) ha proposto un'equazione che esprime la radiazione o l'intensità della luce all'interno della chioma.
L'equazione è un'espressione binomiale della forma:
I = [S + (IS) τ] F I 0 .
Dove, I 0 = Intensità della luce incidente nella parte superiore della vela
I = Intensità della luce a un'altezza particolare nella chioma
S = Frazione di luce che attraversa un'area fogliare unitaria senza intercettazione
τ = coefficiente di trasmissione delle foglie
F = indice dell'area fogliare
Monteith ha dato i valori di S che vanno da 0, 4 per le colture con foglie orizzontali (trifoglio) a 0, 8 per le colture con foglie quasi verticali (cereali, erbe). È stato inoltre osservato che come τ è una piccola frazione e S> 0, 4, la maggior parte della radiazione solare che penetra in una chioma, quando il sole splende, appare sotto forma di macchie solari che coprono una frazione di S F della superficie del suolo .
Sotto una coltura con S = 0, 4, l'area relativa delle macchie solari è inferiore al 3% quando l'area fogliare supera 4, ma per un cereale con S = 0, 8, l'area delle macchie solari è 41% a F = 4 e 17 per cento a F = 8. La luce trasmessa dai cereali consente alle infestanti di prosperare, ma può essere sfruttata per seminare una seconda coltura che si sviluppa quando il cereale viene raccolto.
Sebbene sia la legge di Beer che l'equazione di Monteith siano molto accurate nel descrivere la distribuzione delle radiazioni all'interno della copertura vegetale. Ma è difficile determinare gli indici dell'area fogliare a diverse altezze nella chioma del raccolto.
Composizione spettrale modificata dopo la trasmissione all'interno del baldacchino del raccolto:
Le radiazioni trasmesse attraverso le foglie sono costituite da raggi infrarossi e da alcune parti di luce verde. L'effettivo cambiamento di composizione dipende dalla quantità di luce trasmessa attraverso le foglie più la luce che passa attraverso gli spazi della pianta, noti come macchie solari.
Stanhill (1962) ha scoperto che nell'alta produzione di alfa-alfa, circa il 30 per cento della radiazione totale raggiunge la superficie del suolo contro il 20 per cento della luce. Yocum (1964) riportò che per un raccolto di mais alto, la percentuale media di trasmissione al livello del suolo era dell'ordine del 5-10% nello spettro visibile e del 30-40% nel vicino infrarosso.
La percentuale di radiazione incidente che penetra nel raccolto cambia notevolmente con l'angolo del sole. I valori più alti si trovano solitamente a mezzogiorno e anche i valori relativamente alti vengono registrati subito dopo l'alba e immediatamente dopo il tramonto. I valori più alti rilevati nei valori del primo mattino e del tardo pomeriggio sono attribuiti a una percentuale maggiore di luce diffusa.
Circa il 3% delle radiazioni raggiunge la superficie del suolo nella parte verde e l'8% nella parte IR nella chioma delle colture. Dopo ogni riflessione e trasmissione, la radiazione rossa e infrarossa aumenta rispetto ad altre lunghezze d'onda. All'interno della chioma vegetale, c'è una diminuzione relativamente maggiore della luce nella banda di assorbimento della clorofilla a 0, 55 μ e 0, 65 μ. C'è una diminuzione relativamente piccola del verde a 0, 45μ e dell'infrarosso a 0, 80μ.
