Rapport de projet sur le rayonnement solaire
Un rapport de projet sur le rayonnement solaire. Ce rapport de projet vous aidera à mieux comprendre: 1. La signification du rayonnement solaire 2. L' intensité du rayonnement solaire 3. Les caractéristiques 4. La diffusion 5. La réflexion 6. L'absorption 7. Le rayonnement solaire dans le système Terre-Atmosphère 8. L'utilisation du rayonnement solaire par Culture agricole.
Contenu:
- Rapport de projet sur la signification du rayonnement solaire
- Rapport de projet sur l'intensité du rayonnement solaire
- Rapport de projet sur les caractéristiques du rayonnement solaire
- Rapport de projet sur la diffusion du rayonnement solaire
- Rapport de projet sur la réflexion du rayonnement solaire
- Rapport de projet sur l'absorption du rayonnement solaire
- Rapport de projet sur le rayonnement solaire dans le système Terre-Atmosphère
- Rapport de projet sur l'utilisation du rayonnement solaire par les cultures agricoles
Rapport de projet n ° 1. Signification du rayonnement solaire:
Il existe trois modes de transfert d'énergie dans l'atmosphère, à savoir le rayonnement, la conduction et la convection. Le rayonnement est l'un des trois modes de transfert d'énergie qui peut être défini comme le transfert d'énergie par les oscillations rapides du champ électromagnétique.
La source ultime de toute l'énergie nécessaire aux processus physiques et biologiques survenant sur la Terre est le rayonnement solaire, c'est pourquoi on l'appelle communément rayonnement solaire. L'agriculture est l'exploitation du rayonnement solaire dans le cadre d'une alimentation adéquate en nutriments et en eau, en maintenant la croissance des plantes.
La compréhension du rayonnement solaire ne se limite pas à la connaissance de sa définition, mais implique également la connaissance de sa nature, de ses lois, de sa plage spectrale et de ses aspects liés à l’équilibre.
L'émission d'énergie d'un corps sous forme d'ondes électromagnétiques est appelée rayonnement. Une caractéristique des ondes électromagnétiques est leur longueur d'onde. La longueur d'onde est notée λ. La longueur d'onde est la distance la plus courte entre crête à crête.
λ = c / v
où λ est la longueur d'onde, v est la fréquence, c'est-à-dire non. de vibrations par seconde et c est la vitesse de la lumière qui est égale à 3 * 108 ms-1.
L'autre caractéristique est leur fréquence. La fréquence est la vitesse à laquelle les ondes quittent l'émetteur. Il est exprimé en termes de cycles ou de kilocycles par seconde. La période de temps (τ) est le temps d'une vibration, qui est égal à 1 / v et le nombre d'onde est égal à 1 / λ. Ceux-ci sont exprimés en hertz et kilohertz.
La longueur d'onde est exprimée en micromètres ou µm. Un micromètre = 10-6 mètre. Le rayonnement solaire varie de 0, 15 à 4, 0 micromètres (µ), alors que le rayonnement terrestre est concentré entre 10 et 15 µm.
La majeure partie du rayonnement à ondes courtes est absorbée par l'atmosphère à une altitude supérieure à 30 km. Les rayonnements ne sont visibles à l'oeil humain que sous une très petite plage de longueurs d'onde allant de 0, 35 à 0, 75 micromètre (VIBGYOR).
Le rayonnement dont la longueur d'onde est inférieure à la lumière visible est appelé ultraviolet et celui dont les longueurs d'onde sont plus longues que la lumière visible est appelé infrarouge. Ce terme est appliqué au rayonnement entre 1 et 100 µ. Celles-ci sont appelées rayonnement thermique.
Tous les échanges d'énergie entre la terre et le reste de l'univers se font par transfert radiatif. La Terre et son atmosphère absorbent constamment le rayonnement solaire et émettent leur propre rayonnement dans l'espace. Par conséquent, le système Terre-atmosphère est presque en équilibre radiatif
Emissivité (Ɛ):
C'est le rapport de l'émittance d'une surface donnée à une longueur d'onde et d'une température données sur l'émittance d'un corps noir à la même longueur d'onde et à la même température. Sa valeur varie entre 0 et 1.
Absorption (α):
C'est le rapport de l'énergie radiante absorbée au rayonnement total incident. Pour le corps noir, Ɛ = α = 1.0 et pour le corps blanc Ɛ = α = 0.
Densité de flux de rayonnement:
C'est la quantité de rayonnement reçue sur une surface unitaire en un temps donné.
Radiateurs:
Tous les corps émettent de leur surface une énergie supérieure à zéro degré absolu (c'est-à-dire -273, 2 ° C), appelés radiateurs. Certains corps sont de bons radiateurs alors que d'autres sont de mauvais radiateurs.
Corps noirs:
Ces corps sont de bons absorbants et de bons radiateurs. Si un corps à une température donnée émet le maximum de rayonnement possible par unité de surface par unité de temps, on parle alors de corps noir ou de radiateur complet. Un tel corps absorbera également complètement tout le rayonnement qui tombe sur lui.
Ainsi, le corps noir est un radiateur et un absorbeur parfaits. L'émissivité d'un tel corps est = 1. Les radiateurs moins efficaces ont une émissivité inférieure à 1. Sa valeur est comprise entre 0 et 1.
Corps blancs:
Ces corps sont de mauvais absorbeurs et de mauvais radiateurs. Pour un corps blanc, l'émissivité et l'absorption sont nulles.
Rapport de projet n ° 2. Intensité du rayonnement solaire:
L'intensité du rayonnement solaire reçu à la surface de la Terre dépend en partie de l'angle d'incidence et de la latitude du lieu. L'intensité maximale est expérimentée dans les régions tropicales et minimale dans les régions polaires. À la limite extérieure de l'atmosphère, la Terre reçoit 2 cal cm -2 min -1 . La surface doit être perpendiculaire aux rayons du soleil.
Le rayonnement reçu à la surface perpendiculaire est appelé constante solaire. Terre-satellite a donné une constante solaire d'environ 1, 95 cal cm -2 min -1 . L’épuisement du faisceau solaire entre l’espace et la Terre augmente avec la distance parcourue dans l’atmosphère.
On a estimé que 99% du rayonnement solaire était principalement concentré entre 0, 15 et 4, 0 µ. Ce rayonnement est appelé rayonnement à ondes courtes ou rayonnement extra-terrestre.
L'énergie contenue dans les différentes composantes du rayonnement solaire est donnée ci-dessous:
Energie contenue dans différentes longueurs d'onde:
Rapport de projet n ° 3. Caractéristiques du rayonnement solaire:
Les trois grands spectres de l’énergie solaire significative pour la vie des plantes sont les suivants:
Près de 99% du rayonnement solaire est reçu entre une longueur d'onde de 0, 15 à 4, 0 µ. La Terre émet également un rayonnement de grande longueur d’onde (1, 2 à 40, 0 µ), appelé rayonnement infrarouge ou thermique.
(1) La longueur d'onde du rayonnement ultraviolet est inférieure à la longueur d'onde de la lumière visible. La partie ultraviolette du spectre représente environ 7% de l’énergie solaire entrante totale. C'est chimiquement très actif. Il est préjudiciable à tous les êtres vivants et a un effet meurtrier.
Cependant, il n'atteint pas la surface de la terre car il est absorbé par l'ozone et l'oxygène de l'atmosphère. Il peut atteindre la surface de la terre sous une forme très appauvrie. Mais, si les plantes sont exposées à une quantité excessive de ce rayonnement, les effets sont néfastes.
(2) Rayonnement infrarouge: Les ondes plus longues dans une bande de rayonnement solaire mesurent en grande partie 0, 70 à 4, 0 µ et sont appelées rayonnement proche infrarouge (NIR). Cette gamme de longueurs d'onde représente près de 49% de l'énergie solaire totale. Il a des effets thermiques sur les plantes.
En présence de vapeurs d'eau, ce rayonnement ne nuit pas aux plantes, mais fournit l'énergie thermique nécessaire à l'environnement de la plante. Le rayonnement thermique de la Terre se produit de jour comme de nuit, par opposition au rayonnement diurne du soleil.
(3) La troisième partie du spectre solaire se situe entre l’ultraviolet et l’infrarouge. Ce segment s'appelle la partie visible du spectre et est communément appelé lumière. Environ 44% du rayonnement solaire provient de la partie visible. Les plantes utilisent au maximum l'énergie solaire dans cette partie du rayonnement. Lorsque les plantes absorbent tout type de rayonnement, leur température augmente.
Les plantes libèrent de la chaleur sous forme d'énergie thermique, appelée rayonnement à ondes longues. Toutes les parties de la plante sont directement ou indirectement influencées par cette partie du spectre. Une lumière d'intensité, de qualité et de durée correctes est essentielle à la croissance normale des plantes. Les plantes souffrent d'anomalies et de désordres dans des conditions de faible luminosité.
La lumière influence les plantes de la manière suivante:
1. La lumière contrôle la photosynthèse. Il est responsable de la distribution de photosynthétique entre différentes parties des plantes.
2. Il affecte la production de talles et la stabilité, la force et la longueur des chaumes.
3. Il affecte la taille des feuilles et le développement des racines.
4. Il affecte la production de matière sèche et le rendement.
Lorsqu'elles sont en partie reçues par les plantes, celles-ci sont facilement transmises et réfléchies par elles, et les plantes ne sont donc pas surchauffées. L'intensité du rayonnement chute très fortement à une longueur d'onde d'environ 2, 0 µ et les plantes sont refroidies efficacement. Ce rôle est important dans le bilan thermique des plantes.
Par temps nuageux, les rayons ultraviolets (0, 2 à 0, 40 µ) et infrarouge sont très réduits. L’autre partie de la bande d’énergie solaire a une longueur d’onde courte (0, 40 à 0, 70 µm) et est appelée rayonnement photosynthétiquement actif (PAR). L'énergie solaire reçue par la Terre culmine dans la région bleu-vert (0, 5µ).
Les longueurs d'ondes courtes non visibles (0, 0005µ à 0.2µ) des rayons cosmiques, des rayons X et des rayons gamma sont obtenues à partir de substances radiatives. Ces ondes courtes (au moins jusqu'à 0, 33 µ) sont presque toutes absorbées dans la couche supérieure de l'atmosphère par l'oxygène atomique et l'ozone, ce qui permet de maintenir la vie sur Terre, car très peu de ces rayonnements peuvent être tolérés. La partie visible de la bande est appelée "lumière" et sa longueur d'onde est comprise entre 0, 40 et 0, 70 µm.
En réalité, seulement 75 à 80% du rayonnement visible du soleil atteint la surface de la Terre. La chlorophylle végétale utilise cette partie du rayonnement solaire pour produire des matières végétales, avec un rendement d’utilisation de seulement 20 à 25%.
Environ 10 à 20% de l’énergie solaire reçue par les plantes est réfléchie et l’énergie de grande longueur d’onde échangée entre la culture et l’atmosphère environnante. Environ 70 à 80% de la charge de rayonnement absorbée par les feuilles est dissipée par re-rayonnement. Une partie de cette perte de chaleur est due à la convection en fonction de la chaleur comparée de l'air ambiant et une partie est consommée par le processus de transpiration.
Les régions tropicales reçoivent environ 1, 6 à 1, 8 cal cm -2 min -1 et les régions tempérées reçoivent 1, 2 à 1, 4 cal cm -2 min -1 en été. En atteignant la Terre, le rayonnement est absorbé par la surface de la Terre, ainsi que par divers objets et l’eau à la surface, et est en partie réfléchi et converti en rayons infrarouges thermiques à ondes longues dans le rayonnement arrière.
En fonction du type de surface recevant le rayonnement solaire et de l'angle des rayons solaires, une partie des rayons atteignant la surface de la Terre est renvoyée vers l'atmosphère. Tous les objets absorbant la chaleur perdent également de la chaleur à divers degrés sous forme de rayonnement arrière.
Le rayonnement arrière est le rayonnement effectif sortant de la Terre avec un pic à environ 10 µ. Plus de 99% de ce rayonnement arrière est contenu dans la bande de longueur d’onde de 4 à 100 µm. On l'appelle généralement rayonnement terrestre. Ce rayonnement sortant fait baisser la température des objets concernés. Seule la balance de ce cycle de rayonnement entrant et sortant maintient les objets chauds.
Par conséquent, la connaissance du rayonnement à ondes courtes (TOS) et du rayonnement photosynthétiquement actif (PAR) est essentielle pour étudier la croissance et le développement des plantes. Le rayonnement solaire est important à certains stades critiques de la croissance des plantes, par exemple l'intensité du rayonnement pendant le troisième mois de croissance du maïs, 25 jours avant la floraison du riz et la période de floraison de l'orge a un effet vital sur le rendement de ces cultures.
Rapport de projet n ° 4. Diffusion du rayonnement solaire:
Si le faisceau solaire atteignait la surface de la Terre sans aucune interférence dans l'atmosphère et si la surface de la Terre absorbait complètement le rayonnement qui l'atteignait complètement, nous ne ferions pas l'expérience de la lumière du jour ni des couleurs du ciel. Une partie de la lumière solaire est dispersée sur son trajet depuis la limite extérieure de l'atmosphère. La diffusion signifie que le faisceau solaire est tourné dans toutes les directions et qu'il est plus efficace pour les longueurs d'onde plus courtes.
Lorsque le soleil est au-dessus de la tête et que l'atmosphère est sans nuages et sans poussière, plus de 59% du rayonnement bleu est diffusé, tandis que tout le rayonnement rouge est transmis vers le bas. C'est la raison pour laquelle la couleur du ciel semble être bleue.
Lorsque le soleil est près de l'horizon pendant le lever et le coucher du soleil, la dispersion est la plus efficace, c'est pourquoi nous observons une couleur rouge au lever et au coucher du soleil. La diffusion du rayonnement vers le bas est de 30%. Il est plus en longueur d'onde courte, c'est-à-dire en bleu et le moins en longueur d'onde plus large, en rouge. Plus la longueur du chemin sera grande, plus la dispersion sera importante.
Une poussière très fine ou un voile de fumée dans l'atmosphère conduit à une apparence anormale du ciel lorsque les particules dispersent le faisceau solaire. En été, la brume est un phénomène courant dans le nord-ouest de l'Inde. Il augmente l'intensité de la vague de chaleur et fournit également un grand nombre de noyaux de condensation pour la formation de nuages sous l'influence de la circulation cyclonique provoquée par un chauffage intense.
En raison de la dispersion de la lumière solaire, le soleil peut apparaître comme une boule rouge terne dans le ciel au-dessus des villes pendant la période de pollution atmosphérique. Cela a eu un impact négatif sur certaines branches de l’agriculture telles que l’industrie de la culture fruitière du sud de la Californie.
Longueur du trajet:
La distance parcourue par le rayonnement solaire pour atteindre la surface de la Terre est appelée la longueur du trajet. C'est au lever et au coucher du soleil que la couleur du ciel devient rouge. Plus le trajet sera long, moins le pourcentage d'énergie solaire sera élevé, moins le rapport entre le bleu et le rouge sera visible. Ensuite, le spectre de fréquences supérieur sera réfléchi par rapport au spectre de fréquences inférieur.
Coefficient d'extinction:
L'énergie du rayonnement incident est modifiée en raison de l'absorption et de la diffusion par les gaz de l'air et des particules de poussière. Ceci est connu comme le coefficient d'extinction.
Absorption:
C'est le processus par lequel l'énergie rayonnante incidente est transmise à la structure moléculaire d'une substance. Cela dépend de la longueur d'onde. Les vapeurs d’eau et le CO 2 absorbent les longueurs d’onde plus longues.
Types de diffusion:
La diffusion peut être divisée en deux parties:
Rayleigh Scattering:
Si la circonférence des particules diffusantes est inférieure à 1/10 de la longueur d'onde du rayonnement incident, le coefficient de diffusion est inversement proportionnel à la quatrième puissance de la longueur d'onde du rayonnement incident, à savoir [S α I / λ 4 ]. Ceci est connu sous le nom de diffusion Rayleigh. Il est responsable de la couleur bleue du ciel.
Mei Scattering:
Si la circonférence des particules diffusées est plus de trente fois la longueur d'onde du rayonnement incident, la diffusion devient indépendante de la longueur d'onde, c'est-à-dire que la lumière blanche est diffusée - la couleur blanche du ciel. Ceci est connu sous le nom de diffusion Mei.
Rapport de projet n ° 5. Rayonnement solaire par réflexion:
Le rayonnement solaire au-dessus de 0, 7µ est réfléchi par les gouttelettes d’eau, les cristaux de glace, le sel et la poussière. Environ 20% du rayonnement réfléchi est absorbé par l'atmosphère. Le rayonnement solaire est principalement réfléchi par les nuages.
Environ 80% du rayonnement est réfléchi par les nuages hauts et seulement 20% par les nuages bas et épais. La réflexion est plus forte lorsque les rayons du soleil tombent perpendiculairement. La réflexion est également plus intense aux latitudes moyennes et élevées et moindre dans les régions subtropicales.
L'albédo de la terre et de l'atmosphère:
On a estimé qu’une partie du rayonnement solaire total atteignant l’atmosphère et la Terre était renvoyée dans l’espace. Sur ce total, 6% sont renvoyés dans l'espace, appelé albédo. Le terme albédo est utilisé pour décrire la réflexion du faisceau solaire (0, 3 - 4, 0µ).
Parfois, l’albédo décrit uniquement la réflexion de la plage visible (0, 4 à 0, 7µ). Sur cette base, la réflexion est appelée «albedo à ondes courtes» pour le spectre solaire total, alors que pour la lumière visible, elle est appelée «albedo visible».
L'albédo varie avec la saison et l'angle des rayons du soleil. Les valeurs sont les plus élevées en hiver et au lever et au coucher du soleil. L'albédo varie également avec la longueur d'onde du rayonnement incident. Les valeurs d'albédo sont plus basses dans la partie UV et plus élevées dans la partie visible. La fonction principale de l’albédo est de diminuer la charge thermique des plantes cultivées. Ainsi, l’albédo est le rapport du rayonnement réfléchi aux ondes courtes au rayonnement total incident des ondes courtes.
Il existe quatre mécanismes pour renvoyer des ondes courtes dans l'espace:
1. Réflexion de la poussière, des sels et de la fumée dans l'air
2. Réflexion des nuages
3. Réflexion du sol
4. Réflexion par les molécules d'air
Celles-ci produisent l'albédo total de la terre et de l'atmosphère. L'albédo est le rapport entre la lumière réfléchie et la lumière reçue.
L'albédo des surfaces naturelles est donné ci-dessous:
La neige fraîche est un très bon réflecteur, mais l'albédo de la végétation ne varie pas très largement. La plupart des cultures reflètent environ 15-25% du rayonnement solaire incident. L'albédo varie avec la saison, l'heure du jour (élévation solaire) et la nature de la couverture végétale.
À basse altitude, la culture apparaît comme une surface plane et lisse pour le rayonnement et la canopée en piège moins. Ainsi, l'albédo a une valeur plus élevée. À mesure que l'élévation solaire augmente, l'albédo diminue pour atteindre son minimum à midi solaire, car le rayonnement est normalement incident à la surface de la culture et pénètre profondément dans la canopée.
L'albédo d'un peuplement végétal est inférieur à la valeur de ses feuilles individuelles. L'albédo dépend non seulement des propriétés relatives de la surface du composant, mais également du support et de l'architecture.
L'architecture de la plante et la géométrie de la culture contrôlent la quantité de pénétration, le piégeage des radiations et l'ombrage mutuel dans le peuplement. Bien que la plupart des feuilles aient un albédo d’environ 0, 30, l’albédo des cultures et de la végétation est moindre et, dans une certaine mesure, fonction de la hauteur de la plante. L'albédo diminue avec la hauteur de la récolte.
Rapport de projet n ° 6. Absorption du rayonnement solaire:
Que le rayonnement solaire entrant soit de 100%. Sur cette quantité, environ 7% se reflètent dans les particules solides de l'atmosphère et 24% dans les nuages. L'ozone dans la troposphère absorbe 3% du rayonnement entrant.
La vapeur d'eau, le CO 2, les poussières et les nuages de la basse atmosphère absorbent environ 19%. Au total, 47% sont absorbés par la surface du sol. Cela montre que la surface est le premier absorbeur de l'énergie solaire. Ainsi, la troposphère est chauffée du sol.
L'atmosphère absorbe environ 17% du rayonnement solaire. Les gaz qui absorbent le rayonnement solaire sont l'oxygène, l'ozone, le dioxyde de carbone et les vapeurs d'eau.
Il a été observé que tout le rayonnement ultraviolet de longueur d'onde inférieure à 0, 33µ est complètement absorbé par les atomes d'oxygène et l'ozone dans la haute atmosphère. Cela revêt une importance capitale pour la vie sur Terre car nous ne pouvons tolérer les rayons UV que par quantités infimes. Une quantité excessive de rayons ultraviolets est nocive pour la vie.
Rapport de projet n ° 7. Rayonnement solaire dans le système Terre-Atmosphère:
Le rayonnement solaire intercepté par la Terre est absorbé par des processus induits par l'énergie ou est renvoyé dans l'espace par diffusion et réflexion.
Elle est donnée par l'équation suivante (Rose, 1966).
Q S = C r + A r + C a + A a + (Q + q) (la) + (Q + q) a
Où, C r = Réflexion et diffusion dans l'espace par les nuages
A r = Réflexion et diffusion dans l'espace par l'air, la poussière et l'eau
(Q + q) a = réflexion par la terre, où Q est un faisceau direct, q est un rayonnement solaire diffus incident sur la terre et «a» est un albédo
C a = absorption par les nuages
A a = absorption par l'air, la poussière et les vapeurs d'eau
(Q + q) (la) = absorption par la surface de la terre
Rayonnement solaire incident au sommet de l'atmosphère (Q s ) = 263 Kly
Réflexion:
Reflété par les nuages (C r ) = = 63 Kly (24%)
Reflété par les vapeurs d'air, de poussière et d'eau (A r ) = = 15 Kly (6%)
Total réfléchi par l'atmosphère (C r + A r ) = = 78 Kly (30%)
Réflexion de la surface de la terre (Q + q) a = = 16 Kly (6%)
Réflexion totale du système Terre-atmosphère = = 94 Kly (36%)
Absorption:
Absorption par les nuages (C a ) = = 7 Kly (3%)
Absorption par les vapeurs d'air, de poussière et d'eau (A a ) = = 38 Kly (14%)
Absorption totale par l'atmosphère (C a + A a ) = = 45 Kly (17%)
Absorbé par la surface de la terre (Q + q) (1 - a) = 124 Kly (47%)
Total absorbé par le système Terre-atmosphère = 169 Kly (64%)
Le rayonnement total réfléchi par l'atmosphère est de 78 Kly (kilo langley) ou 30% et la réflexion totale du système Terre-atmosphère est de 94 Kly, soit 36%. De même, l’absorption totale par le système Terre-atmosphère est de 169 Kly, soit 64%, dont 45 Kly ou 17% sont absorbés par l’atmosphère et 124 Kly ou 47% par la Terre. Ainsi, sur l'ensemble des rayonnements incidents, 36% sont réfléchis et 64% sont absorbés par le système Terre-atmosphère.
Rapport de projet n ° 8. Utilisation du rayonnement solaire par les cultures agricoles:
Il y a deux fonctions essentielles de l'énergie solaire. Il éclaire diverses fonctions de croissance et de développement des plantes. Il fournit également de l'énergie thermique pour diverses actions physiologiques. L'énergie thermique solaire est exprimée en unités d'énergie de rayonnement.
La croissance des cultures est influencée par l’énergie solaire de deux manières. Il fournit un environnement thermique pour les fonctions physiologiques des cultures. Il fournit également un environnement lumineux pour la photosynthèse. Le soleil est la principale source d’énergie pour tous les processus se déroulant à la surface de la Terre. Une partie du rayonnement peut également être reçue du ciel et des environs.
Les parties de la plante absorbent une certaine quantité de rayonnement solaire entrant, tandis que certaines parties sont réfléchies et le repos est transmis au sol. Les plantes redistribuent également la chaleur absorbée sous forme de re-rayonnement, de convection, de conduction et de transpiration. Ces mécanismes jouent un rôle important dans le maintien de l’environnement thermique en dessous des limites létales.
Hors du rayonnement solaire net, une petite partie est utilisée comme énergie chimique lors de la photosynthèse et une autre partie est stockée sous forme de chaleur dans les cultures et le sol. L'ampleur de l'évapotranspiration dépend de l'énergie thermique disponible dans l'environnement de la culture.
Sur le rayonnement finalement reçu par la terre, l'eau et les plantes absorbent plus tandis que la surface des terres nues absorbe beaucoup moins. Toutes ces surfaces perdent également une partie de l'énergie absorbée. Bien que l’eau et les plantes absorbent beaucoup d’énergie, elles ne chauffent pas beaucoup en raison de l’utilisation de la plus grande partie de l’énergie nécessaire à l’évaporation de l’eau de leurs surfaces.
La perte d'énergie provient beaucoup plus de l'eau et des plantes que de la surface nue et sèche. Par conséquent, la surface de sol nu et sec recevant moins de chaleur est chauffée rapidement. Les surfaces recouvertes d'eau et de végétation ne sont donc soumises à aucun réchauffement ou refroidissement extrême.
Les champs labourés absorbent 75 à 90% de l'énergie reçue et ont donc plus d'effet thermique. Ces différences d'absorption et de réflexion créent des différences régionales et macro-climatiques en raison des variations de température et d'humidité. Par exemple, les rangées de cultures plantées dans les sillons ont des températures du sol plus basses que les rangées de cultures plantées en arête.
Le rayonnement solaire est très important pour les plantes car il est indispensable à la photosynthèse. Il affecte le microclimat ainsi que la perte d'eau par évapotranspiration. Si nous considérons une seule feuille, celle-ci devient saturée de lumière même si suffisamment de lumière n’est pas disponible.
La disposition des feuilles et des tiges dans un champ est telle qu’une partie considérable des parties intérieures et inférieures des plantes manque toujours de lumière. Par conséquent, la relation entre la distribution du rayonnement solaire dans le couvert végétal et la production végétale est très importante.
La distribution du rayonnement dans le couvert végétal dépend de:
1. Transmissibilité des feuilles
2. Disposition des feuilles et inclinaison des feuilles
3. Densité de la plante
4. Hauteur de la plante
5. Angle du soleil
Transmissibilité des feuilles:
1. La transmissibilité varie entre 5 et 10% pour les feuilles de feuillus, les herbes et les herbes et entre 2 et 8% pour les feuilles larges de plantes à feuilles persistantes. Il varie entre 4 et 8% en cas de feuilles flottantes des plantes aquatiques.
2. Elle varie avec l'âge, étant élevée pour les jeunes feuilles, diminue à maturité et augmente à nouveau lorsque les feuilles deviennent jaunes.
3. La transmissibilité est en relation directe avec la teneur en chlorophylle, elle décroît de manière logarithmique avec l’augmentation de la teneur en chlorophylle.
4. Toutes les feuilles ne sont pas disposées horizontalement. Certaines sont verticales, d'autres sont tombantes. Le gradient de lumière réel est beaucoup moins raide dans le couvert végétal.
Arrangement de la feuille:
1. Les feuilles disposées horizontalement en couches continues transmettent 10% du rayonnement, seulement 1% de la lumière en bande verte pourrait pénétrer dans la seconde couche. Mais les feuilles horizontales sont rares.
2. La lumière est interceptée entre les feuilles horizontales et droites dans un rapport de 1: 0.44.
3. La transmissibilité est de 50% pour les feuilles horizontales contre 74% pour les feuilles plus dressées, lorsque la surface des feuilles est égale à la surface du sol.
Inclinaison des feuilles:
1. Lorsque le rayonnement solaire est une semaine, tout écart entre les feuilles et l’horizontale réduit la photosynthèse nette.
2. En plein soleil, l'angle d'inclinaison optimal est de 81 ° pour une utilisation efficace de la lumière.
3. En plein soleil, une feuille placée à cet angle est quatre fois et demi plus efficace pour utiliser la lumière du soleil que la feuille horizontale.
Densité de la plante:
Dans une disposition idéale du couvert végétal, la disposition devrait être la suivante:
1. Les 13% inférieurs des feuilles doivent avoir un angle de 0-30 ° avec l'horizontale
2. Au milieu, 37% des feuilles doivent avoir un angle de 30 à 60 ° avec des
3. Les 50% supérieurs des feuilles doivent avoir un angle de 60 à 90 ° avec l'horizontale.
À faible intensité lumineuse, le taux d'assimilation est indépendant de l'orientation. Mais à mesure que l'intensité de la lumière augmente, les feuilles horizontales utilisent moins efficacement la lumière.
Hauteur de la plante:
Le pourcentage d'interception de la lumière est faible chez les jeunes plantes et augmente avec l'augmentation de la hauteur des plantes.
Angle de Soleil:
Le rayonnement solaire dépend de l'angle du soleil. C'est minimum à midi et maximum le matin et le soir.
Pénétration de la lumière dans la communauté végétale:
La pénétration du rayonnement net dans le peuplement dépend de la disposition des feuilles et de la densité de la plante. Il peut être exprimé en indice de surface foliaire. Le rayonnement traverse diverses couches du couvert végétal. Dans ce processus, le rayonnement incident diminue de manière exponentielle avec l'augmentation de la couverture. Plusieurs équations ont été proposées pour déterminer le profil de rayonnement dans le couvert végétal.
La loi d'extinction de Lambert Beer a été modifiée par Monsi et Saeld (1953).
Selon cette loi:
I = l 0 e -kF
Où, I = Incendie léger à n’importe quelle hauteur de la récolte
I 0 = incident lumineux au sommet
k = coefficient d'extinction
F = Indice de surface foliaire du haut aux hauteurs requises
e = base du logarithme naturel (2.7183)
Le modèle Monsi-Saeki suppose que la communauté végétale est un milieu homogène. Toute la lumière incidente est absorbée par la feuille.
Coefficient d'extinction:
Le coefficient d'extinction peut être défini comme le degré d'atténuation de la lumière dans le couvert végétal pour un indice de surface foliaire donné. Il peut également être défini comme le rapport entre la perte de lumière à travers les feuilles et la lumière incidente au sommet.
Variation du coefficient d'extinction:
Le coefficient d'extinction varie avec l'orientation des feuilles. Il varie entre 0, 3 et 0, 5 dans le champ où les feuilles sont dressées et entre 0, 7 et 1, 0 dans le large peuplement où les feuilles sont horizontales, par exemple le tournesol. Dans ces cas, à mi-hauteur, 2/3 à 3/4 de la lumière incidente est absorbée. En cas de forêts épaisses, la majeure partie de la lumière est absorbée par le feuillage, très peu de rayonnement atteint le sol.
Équation de Monteith:
Monteith (1965) a proposé une équation qui exprime le rayonnement ou l'intensité de la lumière dans la canopée.
L'équation est une expression binomiale de la forme:
I = [S + (IS) τ] F I 0 .
Où, I 0 = intensité de la lumière incidente au sommet de la canopée
I = intensité de la lumière à une hauteur particulière dans la canopée
S = fraction de lumière traversant une unité de surface foliaire sans interception
τ = coefficient de transmission de la feuille
F = Indice de surface foliaire
Monteith a donné des valeurs de S allant de 0, 4 pour les cultures à feuilles horizontales (trèfle) à 0, 8 pour les cultures à feuilles presque verticales (céréales, herbes). Il a également été observé que, comme τ est une petite fraction et que S> 0, 4, la majeure partie du rayonnement solaire qui pénètre dans le couvert végétal lorsque le soleil brille apparaît sous la forme de taches de soleil couvrant une fraction de S F de la surface du sol. .
En dessous d'une culture avec S = 0, 4, la surface relative des taches du soleil est inférieure à 3% lorsque la surface foliaire est supérieure à 4, mais pour une céréale avec S = 0, 8, la surface des taches du soleil est de 41% à F = 4 et 17 pour cent à F = 8. La lumière transmise par les céréales permet aux mauvaises herbes de se développer, mais elle peut être exploitée pour semer une seconde culture qui se développe lors de la récolte des céréales.
Bien que la loi de Beer et l'équation de Monteith soient très précises pour décrire la distribution du rayonnement dans le couvert végétal. Mais il est difficile de déterminer les indices de surface foliaire à différentes hauteurs du couvert végétal.
Composition spectrale modifiée après transmission dans le couvert végétal:
Le rayonnement transmis par les feuilles est constitué d’infrarouges et de parties de lumière verte. Le changement effectif de composition dépend de la quantité de lumière transmise par les feuilles ainsi que de la lumière qui passe entre les espaces de la plante, appelés taches solaires.
Stanhill (1962) a constaté que dans les cultures d'alpha-alfa hautes, environ 30% du rayonnement total atteignait la surface du sol, contre 20% pour la lumière. Yocum (1964) a indiqué que pour une culture de maïs de hauteur, le pourcentage moyen de transmission au niveau du sol était de l'ordre de 5 à 10% dans le spectre visible et de 30 à 40% dans le proche infrarouge.
Le pourcentage de rayonnement incident qui pénètre dans la culture change de manière marquée avec l’angle du soleil. Les valeurs les plus élevées sont généralement trouvées à midi, et des valeurs relativement élevées sont également enregistrées peu après le lever du soleil et immédiatement après le coucher du soleil. Les valeurs les plus élevées trouvées tôt le matin et en fin de journée sont attribuées à une proportion plus élevée de lumière diffuse.
Environ 3% des rayonnements atteignent la surface du sol dans la partie verte et 8% dans la partie infrarouge du couvert végétal. Après chaque réflexion et transmission, les rayonnements rouge et infrarouge augmentent par rapport aux autres longueurs d'onde. À l'intérieur du couvert végétal, la diminution de la lumière dans la bande d'absorption de la chlorophylle est relativement plus importante, à 0, 55 µm et 0, 65 µm. Il y a une diminution relativement faible du vert à 0, 45 µ et de l'infrarouge à 0, 80 µ.
