Климатические воздействия и их характеристики. Радиационные воздействия их характеристика (стр. 1 из 4)
Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники
Кафедра РЭС
РЕФЕРАТ
на тему:
«Климатические воздействия и их характеристики. Радиационные воздействия их характеристика»
МИНСК, 2008
Климатические воздействия и их характеристики
Климатические воздействия при эксплуатации РЭСИ подразделяют на естественные и искусственные. Естественные климатические воздействия определяются погодными условиями, включающими температуру, влажность, ветер, атмосферное давление и др. Искусственные климатические воздействия создаются вследствие функционирования РЭСИ и расположенных рядом объектов.
Формирование естественных климатических воздействий
При составлении технических условий на РЭСИ, а также программы и методики испытаний естественные климатические воздействия, обычно называемые климатом, учитывают в виде усредненных климатических факторов в тех или иных частях земной поверхности за продолжительный период времени. Формирование климата на определенной территории происходит под влиянием радиационного процесса, циркуляции атмосферы и влагооборота, определяющих тепловой и водный баланс поверхности Земли в природной географической среде.
Радиационный процесс характеризуется распределением радиационного баланса R, учитывающего приход/расход энергии солнечной радиации. Составными частями радиационного баланса являются прямая (Q) и рассеянная (q) солнечная радиация, а также эффективное излучение (Е) Земли, под которым понимают разность противоположно направленных потоков излучения земной поверхности и атмосферы. Отношение отраженной энергии солнечной радиации к падающей характеризуется числом к, называемым «альбедо» и выражаемым обычно в процентах. Уравнение радиационного баланса:
R=(Q+q)∙(α-1)∙E(1)
На основании многочисленных исследований радиационных процессов в отдельных районах Земли разработаны мировые карты составляющихрадиационного баланса. Установлено также, что солнечная суммарная радиация при безоблачном небе имеет сравнительно устойчивые среднемесячные суточные значения, которые определяются в основном широтой местности и временем года.
Рисунок 1 Среднемесячные суточные значения суммарной солнечной радиации при безоблачном небе в зависимости от широты местности и времени года (I-XII- месяцы года)
Суточный ход и часовые суммы солнечной радиации зависят от места расположения климатической области и характерных для нее погодных условий. Изменение солнечной радиации оценивается отношением ее максимального значения к минимальному и выражается в процентах. Наименьшее изменение суточных сумм радиации наблюдается в пустынных районах Земли. Наибольшее различие между максимальным и минимальным значениями солнечной радиации имеет место в прибрежных районах умеренных широт в связи с частой переменой погодных условий. Наличие паров воды и пыли в воздухе существенно уменьшает интенсивность солнечной радиации.
Циркуляция атмосферы — это перемещение воздушных масс (течений с различным содержанием теплоты и влаги), а также изменение их свойств, сопровождающееся образованием поверхностей раздела между разными воздушными массами. Основные причины общей циркуляции атмосферы — неодинаковое нагревание Солнцем поверхности Земного шара и вращение Земли. Кроме того, на общую циркуляцию атмосферы влияет изменение ландшафта поверхности Земли, вызывающее постоянно действующие турбулентные потоки отраженного тепла, которые приводят к изменению температуры и плотности воздуха в тропосфере.
Влагооборот — это ряд последовательных физических процессов, происходящих с водой (испарение, конденсация, образование облаков, выпадение осадков), а также перенос влаги. Влагооборот определяет континентальность климата и зависит от неравномерности нагревания Солнцем суши и океана, наличия циркуляции воздушных масс и изменения ландшафта.
Влагооборот между сушей и океаном называют внешним, а в пределах ограниченной территории — внутренним.
Рисунок 2 Внутренний влагооборот на ограниченной территории
Внутренний влагооборот (рисунок 2) определяется количеством внешней влаги (К), которая частично выпадает на территорию в виде осадка O, а частично выносится за ее пределы атмосферным стоком Ca. Часть выпавших осадков Oи испаряется, а часть образует поверхностный сток Сп. При гидрометеорологических наблюдениях измеряют количество выпавших осадков и испарившейся влаги. Остальные составные части влагооборота не учитывают.
Одним из основных процессов влагооборота является испарение, которое зависит от радиационного баланса (энергетических ресурсов) и увлажнения поверхности Земли. С увеличением широты местности и снижением солнечной радиации испарение уменьшается.
Характеристика климатических факторов
Температура - один из наиболее важных климатических факторов. Для различных климатических поясов Земли она колеблется от -75 до +50 °С. Однако большое число изделий работает в условиях нагрева (до 500 °С и выше) или охлаждения (-100 ºС и ниже) их элементов. Тепловое воздействие может быть стационарным, периодическим и непериодическим. Установившийся режим теплообмена как внутри изделия, так и изделия с внешней средой создает стационарное тепловое воздействие. Периодическое тепловое воздействие происходит при повторно-кратковременной работе изделий, суточном изменении температуры окружающей среды, регулярном солнечном облучении и т.д.; непериодическое тепловое воздействие вызывается единичными или сравнительно редкими случайными действиями тепла и холода.
Изменение температуры окружающей среды может изменить физико-химические свойства материалов. При повышении температуры ускоряется развитие некоторых дефектов в материалах, понижающих прочность соединений конструкций, ухудшаются функциональные и электрические характеристики изделий. При одновременном воздействии тепла и механических нагрузок многие материалы легко деформируются. У ряда материалов при нагреве происходит химическое разложение и ускоряется старение, что приводит к изменению их характеристик.
В зонах с холодным климатом могут быть резкие колебания температуры изделий, вызываемые их нагревом в период работы и охлаждением после выключения. При резком изменении окружающей температуры на поверхности и внутри изделия конденсируется влага. Периодические расширения и сжатия, соприкасающихся металлических и пластмассовых деталей могут вызывать нарушение герметичности изделия и разрушение деталей. Резкие колебания температуры приводят к разрушению паяных, сварных, клепаных и других соединений, отслоению и растрескиванию покрытий, появлению утечки наполнителей.
Влажность - один из наиболее опасных воздействующих климатических факторов. Она ускоряет коррозию материалов, изменяет электрические характеристики диэлектриков, вызывает тепловой распад материалов, гидролиз, рост плесени и многие другие механические повреждения изделий.
Воздействие влажности на изделия существенно зависит от свойств воды, которая может находиться в трех состояниях: жидком, твердом (лед) и газообразном (пар). В жидком состоянии вода характеризуется следующими основными физическими параметрами: плотностью, вязкостью и поверхностным натяжением. При увеличении температуры от 20 до 100°С значения всех перечисленных факторов уменьшаются: плотность от 0,998 до 0,985 г • см-1; вязкость от 10 до 2,5 Па • с; поверхностное натяжение от 76 • 103 до 60 • 103 Н • см-1. Абсолютно чистой воды в природе не бывает. Она представляет собой химически активное соединение, легко вступающее в реакции со многими веществами.
Для характеристики содержания водяного пара в воздухе и других газах, т.е. оценки влажности, пользуются следующими основными параметрами:
1) Абсолютная влажность, под которой понимают выраженную в граммах массу водяного пара (МВ.П.., г), содержащегося в единице объема (V,м3) влажного воздуха:
E=Mв.п./V(2)
В большинстве случаев абсолютную влажность воздуха выражают давлением упругости водяною пара (парциальным давлением pв.п.), содержащегося в воздухе, т. к возникает сложность определения массы водяного пара. Упругость водяного пара выражают в единицах давления (в паскалях, в миллиметрах ртутного столба или в миллибарах).
2)Влагосодержание d, т.е. отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха (газа), в том же объеме:
d=Мв.п/Мс.в. (3)
При этом d пропорционально барометрическому давлению и является функцией только парциального давления пара.
3)Температура точки росы, т.е. температура, которую будет иметь влажный воздух (газ), если охладить его до полного насыщения по отношению к плоской поверхности воды.
4)Относительная влажность φ - отношение давления pв.п. водяного пара, содержащегося в воздухе, к давлению pн.пt0 насыщенного пара при данной температуре или отношение действительной влажности Е к максимально возможной Ен при данной температуре. Относительная влажность выражается в относительных единицах (φ=Е/Ен≤1) или в процентах (φ ≤100%).