С помощью данного видеоурока вы сможете самостоятельно изучить тему «Распределение солнечного света и тепла». Вначале обсудите, от чего зависит смена времен года, изучите схему годового вращения Земли вокруг Солнца, обратив особое внимание на наиболее примечательные по освещенности Солнцем четыре даты. Затем узнаете, от чего зависит распределение солнечного света и тепла на планете и почему это происходит неравномерно.

Рис. 2. Освещение Земли Солнцем ()

Зимой лучше освещается южное полушарие Земли, летом - северное.

Рис. 3. Схема годового вращения Земли вокруг Солнца

Солнцестояние (летнее солнцестояние и зимнее солнцестояние) - моменты, когда высота Солнца над горизонтом в полдень наибольшая (летнее солнцестояние, 22 июня) или наименьшая (зимнее солнцестояние, 22 декабря).В южном полушарии все наоборот. 22 июня в северном полушарии наблюдается наибольшая освещенность Солнцем, день длиннее ночи, за полярными кругами наблюдается полярный день. В южном полушарии, опять-таки, все наоборот (т.е. все это характерно для 22 декабря).

Полярные круги (Северный полярный круг и Южный полярный круг) - параллели соответственно с северной и южной широтой около 66,5 градусов. К северу от Северного полярного круга и к югу от Южного полярного круга наблюдаются полярный день (летом) и полярная ночь (зимой). Область от полярного круга до полюса в обоих полушариях называется Заполярье. Полярный день - период, когда Солнце в высоких широтах круглые сутки не опускается за горизонт.

Полярная ночь - период, когда Солнце в высоких широтах круглые сутки не поднимается над горизонтом, - явление, противоположное полярному дню, наблюдается одновременно с ним на соответствующих широтах другого полушария.

Рис. 4. Схема освещенности Земли Солнцем по зонам ()

Равноденствие (весеннее равноденствие и осеннее равноденствие) - моменты, когда солнечные лучи касаются обоих полюсов, и отвесно падают на экватор. Весеннее равноденствие бывает 21 марта, осеннее равноденствие - 23 сентября. В эти дни оба полушария освещены одинаково, день равен ночи,

Главная причина изменения температуры воздуха - изменение угла падения солнечных лучей: чем более отвесно они падают на земную поверхность, тем лучше прогревают ее.

Рис. 5. Углы падения солнечных лучей (при положении Солнца 2 лучи лучше прогревают земную поверхность, нежели при положении 1) ()

22 июня солнечные лучи наиболее отвесно падают на северное полушарие Земли, тем самым в наибольшей степени прогревая его.

Тропики - Северный тропик и Южный тропик - параллели соответственно с северной и южной широтой около 23,5 градусов.В один из дней солнцестояния Солнце в полдень над ними стоит в зените.

Тропики и полярные круги разделяют Землю на пояса освещенности. Пояса освещенности - части поверхности Земли, ограниченные тропиками и полярными кругами и отличающиеся условиями освещенности.Самый теплый пояс освещенности - тропический, самый холодный - полярный.

Рис. 6. Пояса освещенности Земли ()

Солнце - главное светило, от положения которого зависит погода на нашей планете. Луна и другие космические тела оказывают косвенное влияние.

Салехард расположен на линии северного полярного круга. В этом городе установлен обелиск полярному кругу.

Рис. 7. Обелиск полярному кругу ()

Города, где можно наблюдать полярную ночь: Мурманск, Норильск, Мончегорск, Воркута, Североморск и др.

Домашнее задание

Параграф 44.

1. Назовите дни солнцестояния и дни равноденствия.

Список литературы

Основная

1. Начальный курс географии: учеб. для 6 кл. общеобразоват. учреждений / Т.П. Герасимова, Н.П. Неклюкова. - 10-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2010. - 176 с.

2. География. 6 кл.: атлас. - 3-е изд., стереотип. - М.: Дрофа; ДИК, 2011. - 32 с.

3. География. 6 кл.: атлас. - 4-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, ДИК, 2013. - 32 с.

4. География. 6 кл.: конт. карты: М.: ДИК, Дрофа, 2012. - 16 с.

Энциклопедии, словари, справочники и статистические сборники

1. География. Современная иллюстрированная энциклопедия / А.П. Горкин. - М.: Росмэн-Пресс, 2006. - 624 с.

Литература для подготовки к ГИА и ЕГЭ

1. География: Начальный курс: Тесты. Учеб. пособие для учащихся 6 кл. - М.: Гуманит. изд. центр ВЛАДОС, 2011. - 144 с.

2. Тесты. География. 6-10 кл.: Учебно-методическое пособие / А.А. Летягин. - М.: ООО «Агентство «КРПА «Олимп»: «Астрель», «АСТ», 2001. - 284 с.

1.Федеральный институт педагогических измерений ().

2. Русское географическое общество ().

3.Geografia.ru ().

О том, как бороться с осенне-зимним недостатком света, догадаться нетрудно - залить искусственным светом своё жилище и рабочие места. Значительно труднее разобраться, какой именно свет нужно выбрать. Именно выбрать, потому что времена единственно возможно лампочки накаливания давно прошли, и на потребительском рынке появились разные источники света.

Скажу сразу - идеала среди ламп нет, поэтому выбор будет очень трудный.

Какой свет выбрать?

Современные лампы выдают разные оттенки света - от белого и голубоватого до жёлтого с краснотой и даже фиолетовостью. Какой свет выбрать? Это непросто. Естественным светом является свет солнца, а он - белый. Но включите люминесцентную лампу, которая даёт именно белый цвет, и многие сморщатся - не нравится.

Жить под раздражающим глаз светом - это тоже неправильно. Поэтому каждому придётся делать выбор самостоятельно: или воссоздать естественный свет, или потрафить своему эмоциональному состоянию. Выбор, кстати, велик. На рынке сейчас есть лампы, выдающие различные оттенки света: свет пламени свечи; тёмно-красный оттенок, напоминающий угли костра; так называемый дневной свет, или прямой солнечный; белый свет; дневной свет с оттенком чистого голубого неба; густой голубой цвет и даже фиолетовый.

Лампы

Лампы выбрать попроще, потому что, с точки зрения здоровья, главное требование к источнику света - постоянность светового потока. То есть свет должен быть ровным, а не мигающим. Абсолютно ровный поток света даёт только одна лампа - старая добрая лампочка накаливания. Все остальные новые виды ламп мерцают.

Но! Всё зависит от частоты импульсов. Например, люминесцентная лампа старого образца выдаёт 100 импульсов в секунду, и это очень заметно глазу. Но если лампы выдают 20 тысяч импульсов в секунду, это мерцание для глаза практически незаметно. То есть, делая выбор между люминесцентной, светодиодной или лампой с органическим светодиодом, обращайте внимание на частоту импульсов. Чем больше - тем лучше.

Количество света

Это очень важный вопрос. Проанализировав традиции и привычки освещения своих жилищ, специалисты с прискорбием узнали, что большинство населения освещаются неправильно.

В первую очередь, была выявлена недостаточная освещённость. Чтобы уровень освещённости был комфортным, по нормативам необходимо: для комнаты с активными физическими занятиями - 300 Лк (освещённость измеряется в Люксах), для столовой - 200, для комнаты отдыха - 100, для гостиной - 200, для прихожей - 100, для гардероба, ванной и туалета - 200, для коридора - 100, для чтения - 30–50 (естественно, направленного на книгу потока света).

Оперировать таким понятием, как Люкс, для нас непривычно, поэтому переведём его в более понятные величины. Например, для получения в комнате света в 200 Лк нужна примерно 1 лампочка накаливания мощностью 60 Вт на каждый 1 квадратный метр. А сколько у нас в комнатах горит? 2–3, максимум 5 лампочек в люстре. Что получится, если включить положенное по норме количество ламп? Да сплошное разорение! Однако их количество можно сократить, если правильно выбрать светильник.

Светильник

Светильники мы выбираем просто - какой понравился, такой и покупаем. На самом деле от его «конструкции», формы плафонов и даже их окраски зависит качество и количество света, который будет в квартире. Чтобы получить максимальное количество света, например, от люстры на потолке, нужно подбирать светильник с большими плафонами с качественными отражателями (лучший отражатель - фольга). Кроме того, «съедают» свет пёстрые, раскрашенные плафоны и с большой толщиной стекла.

Освещение в квартире

Наше жилище тоже имеет значение для увеличения количества света. То есть даже минимальный свет можно усилить с помощью стен и потолка.

Здесь правило одно - создать как можно большую отражающую поверхность. Лучше всего отражает белый цвет, поэтому потенциально «тёмные» квартиры нужно окрашивать в светлые тона - и стены, и потолок, и пол.

Кстати, о стенах. Обои лучше выбирать не только светлые, но и «гладкие». Увеличить количество света могут и зеркала - чем их будет больше в комнатах, тем лучше.

Между прочим, если создать в комнате максимально отражённый свет, можно получить ещё одну нечаянную радость - визуально увеличить размер жилища.

Что же касается света, то с помощью стен, пола и потолка с максимальным светоотражением его количество можно увеличить до 50 %!

15.06.2005

Единственным источником естественного освещения является солнце...

Оно излучает прямой солнечный свет, часть которого рассеивается в атмосфере и создает рассеянное излучение. Таким образом, различают свет, падающий непосредственно от солнца и свет «неба» - солнечного света рассеянного атмосферой.

Естественное освещение меняется в зависимости от времени дня, состояния погоды и времени года. Главная особенность естественного освещения - непостоянство интенсивности и спектрального состава его излучения. Изменение освещенности подвержено влиянию закономерных и случайных факторов.

Закономерные факторы, влияющие на изменчивость естественного освещения - высота солнца над горизонтом и географическая широта. Случайные факторы определяются состоянием атмосферы - ясно, дождь, туман. Случайным дополнительным фактором является отражение света от земли и окружающих предметов.

С восходом солнца увеличивается интенсивность света и его цветовая температура . Примечателен тот факт, что в силу преломления солнечных лучей в атмосфере мы видим восход солнца несколько раньше, а закат - чуть позже, чем это имеет место в действительности. Расчеты показывают: когда мы видим, что нижний край Солнца коснулся горизонта, в действительности оно уже зашло.

Лучи, входящие в состав солнечного света, фиолетовые, синие, голубые и зеленые, преломляются в атмосфере Земли сильнее, чем желтые и красные. Поэтому первые лучи при восходе Солнца - синий и зеленый, так же как и последний луч заходящего солнца.

Из-за рассеивания в атмосфере синий луч не наблюдается. Зеленый луч - редкое зрелище. Его удается увидеть при очень чистом, спокойном и однородном воздухе, когда вплоть до горизонта отсутствуют конвекционные восходящие потоки в атмосфере. Чаще всего зеленый луч наблюдают на берегу спокойного моря.

Таблица 1.2.

Спектральная характеристика естественного освещения
Фазы дневного освещения	Цветовая температура излучения, К
Прямые солнечные лучи при восходе и заходе солнца	2200
Прямой солнечный свет через час после восхода солнца	3500
Прямой солнечный свет ранним утром и в предвечернее время	4000.. .4300
Солнечный свет в полдень летом	5400... 5800
Рассеянный дневной свет в тени летом	7000
Рассеянный дневной свет в пасмурную погоду	7500... 8400
Свет от голубого неба	9500.. .30000

В зависимости от высоты солнца над горизонтом естественное освещение делится на периоды эффективного, нормального и зенитного освещения.

Период эффективного освещения характеризуется малой освещенностью и большим содержанием оранжево-красных лучей в естественном свете. При восходе и закате они равноценны свету ламп накаливания (см. табл. 1.2). Их цветовая температура составляет 3000...3200°К.

Благоприятным для глаз является период нормального освещения. В это время плавно изменяется освещенность и незначительно изменяется спектр естественного освещения.

Период зенитного освещения характеризуется наибольшей разницей освещения горизонтальных и вертикальных поверхностей. Он неприятен для глаз из-за высокого контраста между освещенными участками и освещенностью в тенях. Высокий контраст при зенитном освещении наиболее остро ощущается в южных широтах.

Таблица 1.3.

Освещенность земной поверхности в различные периоды года и часы дня, %
Месяцы	Время суток, час
Июнь
Май - июль
Апрель - август
Март - сентябрь
Февраль - октябрь
Январь - ноябрь
Декабрь
	Данные приведены для средней полосы (широта 55°)

В безоблачную погоду, при отсутствии дымки, колебания освещенности, связанные с влиянием атмосферных факторов, невелики. Относительные средние характеристики естественного освещения в безоблачную погоду в зависимости от времени суток приведены в табл. 1.3.

На характер естественного освещения значительное влияние оказывает состояние атмосферы - густота облаков, их высота и расположение по отношению к солнцу, дымка, туман, дождь, снег. При этом изменяется освещенность объектов, контрастность и спектральная характеристика света.

Например, при наличии кучевой облачности освещенность незатененных объектов, освещенных солнцем, увеличивается на 25%, а освещенность в тени возрастает в два с половиной раза. Контрастность освещения снижается приблизительно в два раза в сравнении с освещением в безоблачную погоду. При сплошной облачности наблюдается значительное уменьшение освещенности и контрастности освещения.

С восхождением солнца постепенно увеличивается не только интенсивность света, но и его цветовая температура. Взвешенные в воздухе частицы меньше рассеивают лучи коротковолновой части спектра - фиолетовых, синих и голубых. Увеличение доли синих лучей приводит к расширению коротковолновой части спектра и, следовательно, к увеличению цветовой температуры дневного освещения.

Цветовая температура - это мера объективного впечатления от цвета данного источника света. По определению, цветовой температурой характеризуются источники света с непрерывным спектром излучения, которые излучают свет от нагретого тела.

Зимнее и летнее время

Человек стремится вставать с рассветом, чтобы максимально использовать световой день. Отсюда берет начало идея летнего и зимнего времени, по которому сейчас живут во многих странах мира. Совмещение времени бодрствования со светлыми часами суток позволяет экономить потребление электроэнергии: весной стрелки часов, идущих по поясному времени, переводят на час вперед, а осенью ставят опять по поясному времени.

На рис. 1.6 показано изменение светлого и темного времени суток в течение года для широты 50° (широта Киева). Границей между светлым и темным временем принято считать начало или конец так называемых гражданских сумерек, то есть времени, когда Солнце опустилось за горизонт на 6°. По вечерам к этому моменту на улицах города следует включать освещение. На графике указано солнечное истинное время.

Среднестатистический человек встает в 7 утра и ложится в 23 часа по местному времени. На графике время бодрствования такого человека отмечено двумя горизонтальными пунктирными линиями. Начиная с марта, он встает после рассвета. Переводя часы вперед, его заставляют вставать раньше (сплошные горизонтальные линии). Это оправдано тем, что он будет вставать в светлое время суток, и расходовать меньше электроэнергии на освещение.

Возвращение на зимнее время в октябре к экономии электроэнергии не приводит. Как оказалось, это делается исключительно для того, чтобы зимой люди не вставали много раньше восхода Солнца. Поэтому переход на зимнее время представляется не оправданным.

Рационально вернуться к декретному времени, отказаться от ежегодного перевода часов и жить при неизменном отсчете, который будет отличаться на один час вперед в сравнении с поясным временем. Такой ритм жизни, с биологической точки зрения, наиболее благоприятен для человека.

В прошлом любое пространство находилось в тотальной зависимости от естественного освещения. Было время, когда это вышло из моды и люди прятали интерьер своего дома за многослойными занавесами. Сегодня человечество вновь возвращается к максимально активному использованию природного освещения, ведь оно приносит комфорт и хорошее самочувствие.

К тому же - и это немаловажно! - эффективное использование естественного света снижает потребление электроэнергии на 50–80%. Мы расскажем о том, как «поймать» солнечный свет и сделать его своим союзником.

Естественный свет в комнатах

Циркадные ритмы человека, от которых напрямую зависит наше здоровье, регулируются различными качествами света: его цветом, направлением, количеством. Солнце и вращение Земли - главные дирижеры этого оркестра.

Известный римский архитектор I века Витрувий доказал, что светом можно даже лечить, и настаивал на важности определённой ориентации постройки по сторонам света.

К современным зданиям предъявляют следующие требования:

• с начала весны до начала осени все жилые комнаты в доме должны получать прямые солнечные лучи минимум 2,5 часа в сутки;
• 60% комнат в доме должны быть хорошо освещены;
• площадь окна должна составлять около 1/5 от площади помещения;
• верх окна нельзя располагать ниже 1,9 м от пола (чем выше потолок, тем выше должно быть окно);
• расстояние от окна до противоположной стены не должно превышать 6 м, а расстояние между окнами - полутора метров.

Решая, в какой части помещения располагать ту или иную комнату, обязательно учитывайте интенсивность освещения. Так, для детских, гостиных, рабочих кабинетов и других комнат, где мы проводим основное время бодрствования, предпочтительнее выбирать более освещённые помещения, с окнами, ориентированными на юг или восток.

При зонировании комнат уделяют внимание функциональности: рабочие поверхности, письменные и обеденные столы располагают в самых светлых зонах помещения, а вот места отдыха могут быть освещены слабее.

Стратегии естественного освещения

Естественное освещение бывает следующих видов:

• боковое - проникает через стену по периметру здания, т. е. через обычные окна;
• верхнее - проникает через окна в верхней части стен или крышу;
• двусветное - его организуют за счёт расположенных друг над другом окон в больших и глубоких помещениях.

Выбрать ту или иную стратегию освещения можно лишь на стадии проектирования жилища. Однако и с готовым домом или квартирой можно поработать, чтобы уловить как можно больше солнечного света.

• При нехватке света готовые оконные проемы можно увеличить, и даже прорезать дополнительные.
• Улучшают освещённость специальные отражающие поверхности, которые направляют свет из окна на потолок, откуда он рассеивается по комнате.
• Потолок, стены и пол должны обладать достаточными отражающими свойствами: для потолка коэффициент отражения составляет 80%, для стен - 50–70%, для пола - 20–40%.
• Чтобы помещение казалось светлее, в нем стараются использовать светлые тона: это касается окраски стен, пола и потолков, предметов интерьера.
• За счёт отражения солнечных лучей освещённости добавляют зеркала и гладкие лакированные поверхности.
• Следите за тем, чтобы окна не заслоняли густые кусты и ветви деревьев.
• Если хочется избавиться от прямых солнечных лучей, например, в рабочей зоне у окна, можно занавесить нижнюю его часть. Общее освещение на кухне при этом сохранится.

Не стоит сильно увлекаться в «ловле» естественного света, ведь комната может получиться пересвеченной, а глянцевый пол будет бить по глазам отражённым полуденным Солнцем. Важно выдержать равномерность.

Природный свет, цвет и светильники

Север: здесь всегда несколько приглушённый холодный свет, который можно удачно скорректировать за счёт соответствующих оттенков желтого, красного, оранжевого, коричневого, и, как ни странно, белого. Голубой и зелёный цвет в такой комнате заставят человека зябнуть.

Юг: здорово, тепло и солнечно! Вы можете смело экспериментировать с цветами, а в случае слишком яркого естественного освещения (юго-восточное окно) скорректировать его шторами соответствующей плотности.

Восток: светлое начало дня сменяется мрачным вечером. В таком интерьере уместна комбинация тёплых и холодных оттенков, помогающая выровнять неравномерное освещение. Радостное настроение создадут контрастные сочетания бирюзового и терракотового, сиреневого и золотого.

Запад: Вторая половина дня в такой комнате насыщена светом. Используйте спокойные, нейтральные тона, контрастные цвета. Северо-запад потребует теплых пастельных оттенков золотисто-желтого, юго-запад - серебристо-серого, зеленовато-голубого.

Искусственное освещение должно следовать за естественным и органично его дополнять. Очень удобны системы управления с датчиками освещённости и присутствия, позволяющие включать светильник лишь тогда, когда в нем возникает реальная необходимость.

Не следует забывать и о , цветопередаче ламп, чтобы в вечернее время ваш интерьер соответствовал своему предназначению и не терял тщательно созданной привлекательности.

Основным источником, определяющим естественную освещенность, является Солнце. Спектральный состав солнечного излучения на границе атмосферы принято аппроксимировать излучением черного тела с температурой К. Истинное распределение энергии в спектре солнечного излучения несколько отличается от распределения для черного тела с К: в области 0,4...0,75 мкм Солнце излучает больше энергии, чем черный излучатель при К, в ультрафиолетовой области – меньше, а в инфракрасной области отличия несущественны. Солнце как излучатель представляет собой шар и теоретически излучает расходящийся поток лучей, однако из-за большого удаления Солнца его излучение на земной поверхности практически представляет поток параллельных лучей. Энергетическая освещенность, которую создают солнечные лучи на перпендикулярной к ним плоскости вне земной атмосферы на среднем расстоянии от Земли до Солнца, характеризуется солнечной постоянной .

Освещенность естественных ландшафтов определяется высотой Солнца над горизонтом и влиянием атмосферы. Высота Солнца для района с геодезической широтой и долготой определяется по следующей расчетной формуле:

где – склонение Солнца на дату наблюдения; – разность долгот Солнца и наблюдателя (часовой угол).

Разность долгот (градус) связана с местным временем соотношением , где – время в часах и его долях.

На заданный момент московского времени величина определяется следующими равенствами для зимнего и летнего времени соответственно:

где – уравнение времени (поправка по времени) в долях часа.

Склонение Солнца задается таблично, но с достаточной для моделирования точностью может быть определено аналитически: , где – время в сутках от дневного равноденствия (22 марта) до даты съемки. Значения определяются по номограмме или по таблицам.

Для моделирования реалистичных изображений при естественном освещении необходимо определить также азимут Солнца , для вычисления которого используются , и :

В процедурах синтеза изображений целесообразно использовать единичный вектор , указывающий направление на Солнце. Если использовать правую топоцентрическую систему координат, в которой ось направлена на север, а ось перпендикулярна поверхности Земли и направлена в зенит, то составляющие вектора по осям будут определяться следующими соотношениями:

(1.3.4)

Отметим, что для характеристик положения Солнца наряду с высотой используется зенитное расстояние .

Воздействие атмосферы проявляется в ослаблении прямого солнечною излучения и его рассеивании. В соответствии с этим освещенность земной поверхности определяется двумя световыми потоками: ослабленной прямой радиацией и рассеянной радиацией солнечного излучения , идущей к Земле.

Существенная нестабильность свойств атмосферы, значительное число факторов, обусловливающих ее изменчивость, не позволяют давать точный прогноз освещенности. Обычно используются приближенные модели с ограниченным числом параметров, характеризующих оптические свойства атмосферы. Для расчетов широко используется модель средней стандартной атмосферы. Спектральная освещенность, создаваемая Солнцем у поверхности Земли на площадке, перпендикулярной солнечным лучам, при безоблачном небе и стандартной атмосфере определяется формулой

, (1.3.5)

где - спектральная освещенность, создаваемая солнечным излучением на границе атмосферы; – оптическая толща атмосферы.

Обобщенным параметром практически можно пользоваться в диапазоне , в пределах которого ослабление прямой солнечной радиации обусловлено в основном молекулярным и аэрозольным рассеиванием (рис. 1.3.1).

Рис. 1.3.1. Ослабление прямой солнечной радиации в атмосфере:

1 – солнечное излучение на границе атмосферы; 2 – солнечное излучение у земной поверхности; 3 – аэрозольное рассеивание; 4 – поглощение в атмосфере

Для этого диапазона зависимость от длины волны для стандартной атмосферы описывается эмпирической формулой

где – оптическая толща атмосферы при нм. При вычислениях по (1.3.6) значения подставляются в нанометрах.

При расчетах обычно используется несколько типовых значений . Для среднезамутненной атмосферы составляет 0,3. Слабой замутненности атмосферы соответствует , повышенной замутненности , высокой .

Освещенность, создаваемая прямым излучением Солнца, на произвольно ориентированной площадке определяется углом между единичным вектором направления на солнце и единичным вектором нормали к площадке :

, (1.3.7)

где – скалярное произведение векторов и .

В программе синтеза изображений обязательно должно учитываться условие неотрицательности освещенности

При невыполнении условий (1.3.8) данная сторона площадки не освещена: . Единичный вектор нормали к площадке должен быть направлен от поверхности, освещенность которой вычисляется. Это означает, что принципиально площадка характеризуется двумя единичными векторами нормали и , определяющими две ее стороны. Очевидно, что .

Отметим, что из общей формулы для определения освещенности (1.2.23) непосредственно следует приводимая в литературе формула для освещенности земной поверхности. Для горизонтальной земной поверхности и, следовательно, .

Освещенность, создаваемая рассеянной радиацией, определяется яркостью неба. Важность учета рассеянной радиации обусловлена тем, что она определяет освещенность участков сцены, находящихся в тени.

Яркость произвольной точки небосвода представляет собой функцию четырех основных параметров : высоты Солнца , пропускания атмосферы , зенитного расстояния точки небосвода и угла между направлением на Солнце и в заданную точку небосвода.

Расчет освещенности произвольно ориентированной площадки с учетом истинного распределения яркости небосвода требует выполнения численного интегрирования с использованием таблично заданных функций. Это весьма серьезно усложняет процедуру вычисления освещенности точек картинной плоскости. Процедуру вычислений можно существенно упростить, если яркость всех точек небосвода принять одинаковой и равной некоторой усредненной величине. Среднюю яркость небосвода можно аппроксимировать зависимостью вида

Величина сравнительно слабо зависит от и . В ряде случаев ее полагают постоянной. Более точное приближение можно получить, если полагать . При этом различия в результатах, полученных на основе более точных моделей и изложенной выше, невелики. Максимальные различия достигают 20 % лишь при значительной высоте Солнца ().

Для определения освещенности от небосвода произвольно ориентированной площадки рассмотрим общую схему определения освещенности, создаваемой протяженным источником (рис. 1.3.2).

Рис. 1.3.2. Определение освещенности произвольно ориентированной площадки небосводом

В соответствии с (1.2.16) освещенность от небосвода площадки определяется следующим образом: , где – проекция на освещаемую плоскость , в которой лежит площадка , видимой части небесной сферы. до . За пределами этого диапазона значения практически являются нулевыми.

Хотя переход от энергетической системы к светотехнической не вызывает принципиальных затруднений, однако для систем видимого диапазона удобнее пользоваться расчетными формулами, выражающими освещенность непосредственно в светотехнической системе. Для таких расчетов может быть использовано соотношение, базирующееся на известном в , но дополненное учетом наклона освещаемой площадки:

где – освещенность плоскости, перпендикулярной к лучам Солнца на границе атмосферы в светотехнической системе единиц; – коэффициенты, характеризующие прозрачность и рассеивание в атмосфере.

Для средних параметров стандартной атмосферы ; . В соответствии с (1.2.29) максимальная освещенность горизонтальной площадки на земной поверхности для стандартных условий составляет 106000 лк (при ).

На величину естественной освещенности большое влияние оказывает характер облачности. Наличие облачности вызывает значительное увеличение рассеянного излучения. При разорванной облачности освещенность "на Солнце" оказывается на 10...30 % выше, чем при безоблачной погоде, а освещенность в тени может возрастать до двукратной величины. Это обстоятельство является причиной значительного разброса в экспериментальных данных по освещенности в тени и оправдывает применение в машинной графике относительно простых моделей расчета освещенности, использование поправочных коэффициентов, увеличивающих значение освещенности в тени по сравнению с расчетными при углах Солнца .