ما هو مقياس الإشعاع الصافي؟ أساس توازن الطاقة وقرارات الري في الزراعة
مقياس الإشعاع الصافي هو مستشعر قياس يجيب مباشرة على السؤال: "ما مقدار الطاقة القادمة من الشمس التي تسخن وتبخر النبات والتربة حقًا؟". ومن خلال قياس إجمالي طاقة الإشعاع التي يكتسبها ويفقدها سطح ما (التربة، الغطاء النباتي، سطح الماء، إلخ)، فإنه يوضح توازن الطاقة للسطح.
ماذا يقيس مقياس الإشعاع الصافي؟
يقوم مقياس الإشعاع الصافي بتقييم أربعة مكونات أساسية للإشعاع معًا:
- الإشعاع قصير الموجة الوارد (الإشعاع الشمسي)
- الإشعاع قصير الموجة المنعكس (تأثير الألبيدو)
- الإشعاع طويل الموجة القادم من الغلاف الجوي
- الإشعاع طويل الموجة المنبعث من السطح
يتم التعبير عن الفرق بين هذه المكونات على النحو التالي:
الإشعاع الصافي = الوارد − الصادر (موجة قصيرة + موجة طويلة)
لذلك، يقيس مقياس الإشعاع الصافي الطاقة التي يكتسبها أو يفقدها السطح حقًا.
ما هي فائدة مقياس الإشعاع الصافي؟
يحظى مقياس الإشعاع الصافي بأهمية بالغة في المجالات التالية:
تخطيط الري الزراعي
- هو المدخل الأساسي لحسابات النتح التبخري (ET) للنبات
- يُستخدم لتحديد متى وكمية الري المطلوبة
تحليل المناخ المحلي والمناخ
- يشرح تبادل الطاقة بين التربة والغلاف الجوي
- يلعب دورًا حاسمًا في مخاطر الصقيع، وإجهاد درجة الحرارة، وتحليلات الجزر الحرارية
توازن الماء والطاقة
- يؤثر بشكل مباشر على تسخين التربة، والتبخر، ونتح النبات
تحليل إجهاد النبات
- Rₙ: الإشعاع الصافي (ميغاجول م⁻² يوم⁻¹)
- G: تدفق حرارة التربة
- Δ: منحدر ضغط البخار المشبع
في ساعات النهار، يرتبط 60-80% من النتح التبخري المرجعي (ET₀) مباشرة بالإشعاع الصافي. أي أن الطاقة الصافية التي تدخل نظام النبات والتربة تحدد استهلاك المياه.
الإشعاع الصافي:
- يسخن التربة والنبات
- يوفر الطاقة اللازمة لتبخر الماء
سلوك الإشعاع الصافي
- Rₙ = 0 ← حتى لو كان هناك اختلاف في الرياح والرطوبة، فإن النتح التبخري ينخفض بشكل ملحوظ
- مع زيادة Rₙ ← يزداد استهلاك النبات للمياه
أيام الصيف الصافية والمشمسة:
← Rₙ مرتفع ← ET₀ مرتفع ← تزداد الحاجة إلى الري
في الأيام الغائمة / القصيرة:
← تنخفض Rₙ ← يقل ET₀
الليل:
← عادة ما تكون قيمة Rₙ سالبة (السطح يفقد الطاقة)
كيف يتم حساب Rₙ؟ (وفقاً لـ FAO-56)
يقسم الـ FAO-56 الإشعاع الصافي إلى جزأين:
- صافي الإشعاع قصير الموجة (الشمسي)
- α (الألبيدو) ≈ 0.23 (مرجع العشب)
- Rₛ ← الإشعاع الشمسي الوارد
2. صافي الإشعاع طويل الموجة
Rnl
- فرق الحرارة القادم من الغلاف الجوي + المنبعث من السطح
- يرتبط بدرجة الحرارة والرطوبة والغيوم
3. إجمالي الإشعاع الصافي
Rn = Rns − Rnl
ما هو البيرانوميتر (Pyranometer)؟
يقيس البيرانوميتر الإشعاع الشمسي قصير الموجة الساقط على سطح ما.
الإشعاع الذي يقيسه:
- موجة قصيرة ناتجة عن الشمس
- نطاق الطول الموجي: ≈ 0.3 – 3 ميكرومتر (300–3000 نانومتر)
ماذا يقيس؟
- الإشعاع الشمسي العالمي
- أشعة الشمس المباشرة + الإشعاع المشتت في الغلاف الجوي
ما هو البيرجيوميتر (Pyrgeometer)؟
يقيس البيرجيوميتر الإشعاع طويل الموجة (الحراري) المنبعث من السطح والغلاف الجوي.
الإشعاع الذي يقيسه:
- الأشعة تحت الحمراء الحرارية (موجة طويلة)
- نطاق الطول الموجي: ≈ 4.5 – 50 ميكرومتر
ماذا يقيس؟
- الإشعاع طويل الموجة القادم من الغلاف الجوي
- الإشعاع طويل الموجة الذي يشعه السطح إلى الفضاء
كيف يقدم البيرجيوميتر معلومات عن خطر الصقيع؟
لماذا يحدث الصقيع؟
يحدث صقيع الإشعاع في الزراعة غالباً في الظروف التالية:
- ليلة صافية وخالية من الغيوم
- ضعف الرياح
- فقدان السطح (التربة/النبات) للحرارة الصافية إلى الغلاف الجوي
الطريقة الرئيسية لفقدان الحرارة هي:
انبعاث الطاقة إلى الفضاء عبر الإشعاع طويل الموجة (الأشعة تحت الحمراء الحرارية).
ماذا يقيس البيرجيوميتر؟
يقيس البيرجيوميتر الإشعاع طويل الموجة:
- L↓ (الإشعاع طويل الموجة القادم من الغلاف الجوي)
- L↑ (الإشعاع طويل الموجة المنبعث من السطح)
الفرق الحاسم لليل:
Lnet = L↓ − L↑
- قيمة سالبة ← السطح يفقد الحرارة إلى الغلاف الجوي
- القيمة السالبة المتزايدة ← تبريد متسارع ← خطر الصقيع يزداد
الفرق بين ليلة صافية وغائمة (حاسم)
سماء صافية (خطر صقيع مرتفع)
- L↓ القادم من الغلاف الجوي منخفض
- L↑ المنبعث من السطح مرتفع
- صافي فقدان الموجة الطويلة كبير
- تنخفض درجة حرارة النبات بسرعة
يقيس البيرجيوميتر هذا مباشرة
ليلة غائمة (خطر صقيع منخفض)
- الغيوم تعيد إشعاع الأشعة تحت الحمراء
- يزداد L↓
- يقل صافي فقدان الطاقة
يوضح البيرجيوميتر أن خطر الصقيع قد انخفض.
لماذا لا تكفي درجة حرارة الهواء وحدها؟
يمكن أن يحدث الصقيع حتى عندما تكون درجة حرارة الهواء فوق 0 درجة مئوية. لأن: أوراق النبات تبرد بشكل أسرع من الهواء.
درجة حرارة الهواء المقاسة ≠ درجة حرارة سطح النبات
يقيس البيرجيوميتر البيئة الإشعاعية التي يشعر بها النبات. مؤشرات خطر الصقيع العملية (في الميدان)
باستخدام بيانات البيرجيوميتر:
- إذا كان L↓ ينخفض بسرعة ← سماء صافية
- Lnet < −50 واط/م² ← تبريد إشعاعي مرتفع
- Lnet < −100 واط/م² ← خطر صقيع حرج
(تختلف العتبات حسب المنتج والمنطقة)
وهو أقوى بوجود مقياس الإشعاع الصافي
مقياس الإشعاع الصافي =
- موجة قصيرة (نهاراً)
- موجة طويلة (الليل حرج)
بمعنى آخر، بيانات البيرجيوميتر هي الإشعاع الصافي نفسه في الليل.
آلية القرار الزراعي
بفضل البيرجيوميتر:
- يتم إعطاء تحذير قبل حدوث الصقيع
- يتم تشغيل مراوح الرياح، التضبيب، والري في الوقت المناسب
- يتم منع التدخل غير الضروري
لا يقيس البيرجيوميتر الصقيع؛ بل يكشف عن خطر الصقيع قبل ساعات من خلال قياس فقدان الحرارة الإشعاعية الليلية التي تسبب الصقيع.
لا تتوقع الري دون قياس الإشعاع الصافي
ما يحدد كمية المياه التي يحتاجها النبات هو ليس فقط درجة الحرارة أو الرطوبة، بل الطاقة الصافية التي تدخل فعلياً إلى نظام النبات والتربة.
اكتشف حلول Esular الخاصة بنا
