Инсоляция: понятие, измерение, значение¶

Инсоляция — это количество солнечной радиации (солнечной энергии), получаемое поверхностью Земли или объектом за определённый период времени. Термин происходит от латинского insolatio — «воздействие солнца». В быту инсоляцию часто понимают как «солнечность» — то, насколько место освещено и прогрето солнцем, а в медицине и технике под инсоляцией понимают также облучение солнечным светом или искусственным источником.

¶Физическая суть

Солнце излучает энергию во всех направлениях. Доля, достигающая Земли, называется солнечной постоянной и составляет около 1361 Вт/м² на верхней границе атмосферы. Значительная часть этой энергии поглощается и рассеивается атмосферой, поэтому на поверхности планеты доступная мощность существенно меньше.

На величину инсоляции влияют:

• Угол падения солнечных лучей. Чем ближе Солнце к зениту, тем меньше площадь, на которую распределяется энергия, и тем выше интенсивность.
• Длина солнечного дня. Зимой день короче, поэтому суммарная энергия за сутки меньше.
• Прозрачность атмосферы. Облачность, туман, пыль и загрязнение воздуха уменьшают дошедшее до поверхности излучение.
• Высота над уровнем моря. В горах воздух разрежен и чище, поэтому инсоляция выше.
• Альбедо и ориентация поверхности. Снежный покров отражает до 80–90 % света, а тёмная почва поглощает большую часть.

¶Единицы измерения

Инсоляцию измеряют в единицах энергии на единицу площади за время:

• Вт/м² — мгновенная мощность солнечного потока (инсоляция «сейчас»);
• Дж/см² или кДж/м² — накопленная энергия;
• кВт·ч/м² — в солнечной энергетике;
• лк·ч или лк — в медицине и гигиене, где важна освещённость.

В России принято использовать солнечную радиацию в МДж/м² (мегаджоули на квадратный метр) за сутки или месяц.

¶Виды инсоляции

Различают несколько компонентов солнечного излучения, попадающих на поверхность:

• Прямая (лучистая) инсоляция — поток, идущий непосредственно от солнечного диска.
• Рассеянная — свет, рассеянный молекулами и аэрозолями атмосферы.
• Отражённая (альбедо) — энергия, отражённая от земной поверхности, зданий, снега.

Сумма всех трёх компонентов называется общей (глобальной) инсоляцией — именно она учитывается при расчёте солнечных электростанций и теплового баланса зданий.

¶Инсоляция в России

Россия лежит в умеренных и высоких широтах, поэтому годовая сумма инсоляции здесь существенно ниже, чем в тропиках. Наиболее солнечные регионы — юг Сибири, Прибайкалье, Дальний Восток (до 4500–5000 МДж/м² в год в отдельных районах), а также Кавказ и Крым. Наиболее облачные — северо-запад страны и побережье Северного Ледовитого океана, где годовая сумма может не превышать 2500–3000 МДж/м².

Климатологи используют карты инсоляции, составленные по многолетним наблюдениям метеостанций. В России такую работу ведёт Гидрометцентр России и научные институты РАН.

¶Применение

¶Солнечная энергетика

От инсоляции напрямую зависит выработка солнечных электростанций. В России крупнейшие СЭС расположены в Астраханской, Оренбургской областях, Краснодарском крае и Крыму, где суммарная радиация максимальна.

¶Строительство и градостроительство

При проектировании зданий рассчитывают инсоляционный режим — сколько часов в сутки и в какой период года помещения и дворы освещаются солнцем. В России действуют СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий», которые ограничивают затенение жилых квартир и детских площадок.

¶Медицина и гигиена

Инсоляция в умеренных дозах стимулирует выработку витамина D, улучшает настроение и укрепляет иммунитет. Чрезмерное облучение, напротив, вызывает солнечные ожоги, преждевременное старение кожи и повышает риск рака кожи. В физиотерапии искусственная инсоляция проводится с помощью кварцевых ламп.

¶Сельское хозяйство

Сумма инсоляции за вегетационный период определяет урожайность многих культур. Именно поэтому в России северные регионы традиционно специализируются на зерновых с коротким вегетационным периодом, а южные — на технических и плодовых культурах.

¶Интересные факты

• На Марсе инсоляция примерно вдвое меньше земной из-за большего расстояния до Солнца и тонкой атмосферы.
• В Антарктиде летом Солнце не заходит за горизонт, но из-за косого падения лучей суммарная радиация остаётся умеренной.
• Самое солнечное место России — юг Якутии и Прибайкалье, где за год фиксируется до 2400–2600 солнечных часов.

Источники:

• ГОСТ Р 54858-2011 «Энергия возобновляемая. Солнечная энергия. Термины и определения»
• СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 «Санитарно-эпидемиологические требования к инсоляции и солнцезащите помещений жилых и общественных зданий и территорий»
• Атлас-справочник «Инсоляция территории СССР» (Гидрометеоиздат)
• Учебник «Метеорология и климатология» под ред. Е. П. Челпановой
• Справочник «Солнечная радиация и методы её измерения» (Гидрометеоиздат)