Лекции.Орг


Поиск:




Категории:

Астрономия
Биология
География
Другие языки
Интернет
Информатика
История
Культура
Литература
Логика
Математика
Медицина
Механика
Охрана труда
Педагогика
Политика
Право
Психология
Религия
Риторика
Социология
Спорт
Строительство
Технология
Транспорт
Физика
Философия
Финансы
Химия
Экология
Экономика
Электроника

 

 

 

 


Актинометрические наблюдения и приборы




 

Цель работы: ознакомиться с устройством и принципом действия приборов для измерения солнечной радиации, методикой и порядком наблюдений.

Оборудование и материалы: актинометрАТ-50, пиранометр, балансомер, гелиограф.

Пояснения к работе

Раздел метеорологии, изучающий солнечную радиацию, называется актинометрией.

Солнечная радиация, поступающая непосредственно от солнечного диска в виде пучка параллельных лучей, называется прямой солнечной радиацией S. Обычно она характеризуется интенсивностью.

Интенсивность солнечной радиации S0 –этоколичество тепла, приходящегося на единицу площади в единицу времени измеряется количеством тепла в калориях, поступающего в 1 минуту на 1 см2 поверхности (рис. 2), расположенной перпендикулярно

Рис. 2. Влияние высоты Солнца на прямую солнечную радиацию:

а) интенсивность радиации на горизонтальную поверхность;

б) длина пути солнечного луча при разных высотах солнца

лучам солнца

,

где S 1 – количество тепла в калориях, получаемое в одну минуту на 1 см2 горизонтальной поверхности; S 0- количество тепла, получаемое поверхностью перпендикулярной к солнечному лучу; h Θ – высота солнца, т.е. угол, образованный солнечным лучом с горизонтальной поверхностью.

Рассеянная радиация D, кал/см2 · мин – часть солнечной радиации, которая поступает на земную поверхность после рассеивания части солнечной радиации молекулами атмосферных газов и аэрозолями.

Суммарная радиация Q – это сумма прямой солнечной радиации и рассеянной радиации

.

Отражённая радиация R – часть суммарной радиации, отражённая от земной поверхности.

Альбедо А – отношение отряжённой радиации R ко всей суммарной радиации – называется отражательной способностью данной подстилающей поверхности (измеряется в %).

Основными актинометрическими приборами являются: актинометр, пиранометр (алъбедометр), балансомер. Все эти приборы основаны на общем принципе. Лучистая энергия, поглощённая чувствительным элементом (обычно зачернённая пластинка), преобразуется в тепловую энергию с последующим преобразованием посредством термопары в электрическую энергию (ЭДС), измеряемую гальванометром. В итоге об интенсивности лучистой энергии судят по величине отклонения стрелки гальванометра.

 

Приборы для измерения прямой солнечной радиации

Актинометр термоэлектрический АТ-50. Предназначен для измерения интенсивности прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучам поверхность. На рис. 3 показан общий вид термоэлектрического актинометра. В колпаке трубки находится приёмник радиации, выполненный в виде диска диаметром 11 мм из серебряной фольги, зачернённой со стороны, обращенной к Солнцу. Диск помещён внутри корпуса трубки 7. К диску с обратной стороны приклеены активные спаи термобатареи. Под воздействием поглощённой солнечной радиации температура зачернённого диска и активных спаев термопары повышается по сравнению с температурой пассивных спаев, укреп-

Рис. 3. Акгиномегр термоэлектрический АТ – 50:

1 – крышка; 2, 3 – винты; 4 – ось склонений; 5 – экран; 6 – рукоятка;

7 – трубка; 8 – ось мира: 10 – стойка; 11 – основание

 

лённых на корпусе и, следовательно, имеющих температуру наружного воздуха. Возникающий термоэлектрический ток, пропорциональный разности температур активных и пассивных спаев, измеряется гальванометром.

Перед измерением открытая трубка нацеливается на Солнце на 2 минуты. Затем крышка надевается и через 25 с по гальванометру отсчитывается место нуля N 0. Через 25 с после снятия крышки три раза снимают отсчёты но гальванометру с интервалом 10 – 15 с. В среднее значение трёх отсчётов – вносят поправку из поверочною свидетельства гальванометра – ∆ N, тогда:

.

Величина прямой радиации , где N – вычисленный отсчёт но гальванометру; a - переводный множитель (выбирается по температуре гальванометра).

Для непрерывной записи изменения прямой солнечной радиации служит самописец, состоящий из актинометра на гелиостате и гальванографа или регистрирующего потенциометра, который называется актинографом.

 

Приборы для измерения суммарной, рассеянной

и отражённой солнечной радиации

Пиранометр термоэлектрический М-80М предназначен для измерения интенсивности суммарной, рассеянной и отражённой коротковолновой радиации. Общий вид прибора показан на рис. 4. Основной частью прибора является пиранометрическая

Рис. 4. Пиранометр термоэлектрический универсальный М-80М:

1 – головка; 2 – стопорная пружина; 3 – шарнир затенителя; 4 – установочный винт; 5 – основание; 6 шарнир откидного штатива;

7 – уровень; 8 – винт; 9 – стойка; 10 – стержень затенителя

 

головка, в которой находится приёмник радиации в виде пластинки с чёрными и белыми полями, наподобие шахматной доски. С обратной стороны пластинки к чёрным и белым полям приклеены спаи термобатареи. Чёрные и белые поля по-разному поглощают поступающую лучистую энергию и соответственно этому черные поля приобретают более высокую температуру, чем белые. В результате между черными и белыми спаями термобатареи образуется электродви­жущая сила (ЭДС), пропорциональная интенсивности радиации. Величина тока измеряется гальванометром.

Приёмник 1 (головка) устанавливается горизонтально с помощью уровня 7, который выводится на середину винтами 4. Затенитель крепится к прибору шарниром 3 и представляет собой диск диаметром 85 мм, надетый на стержень 10 длиной 485 мм. Для затенения отпускают винт 8 и стойка поворачивается стержнем к солнцу.

Рассеянную радиацию измеряют при затенённом приёмнике, а без затенения – суммарную. Отражённую радиацию определяют при положении при­ёмника вниз (прибор находится в перевёрнутом состоянии). Для определения места нуля служит специальная крышка, которая надевается на приёмник.

Пиранометр крепится на специальной стойке (рис.5) для измерения суммарной, рассеянной и отражённой радиации.

 
 

 


Рис.5. Стойка актинометрическая для контрольных и срочных измерений:

1 – ящик с гальванометрами; 2 – горизонтальная подвижная трубка;

3 – рычаг продольной нивелировки; 4 – винт поперечной нивелировки;

5 – актинометр; 6 – теневой экран; 7 – дуга; 8 – пиранометр; 9 – защитный

экран; 10 – балансомер; 11 – диск для нацеливания на Солнце; 12 –втул-

ка; 13 – переключатель; 14 – винт фиксирования по азимуту

Высота стойки 1,5 м от поверхности земли (высота установки приборов). Поверхность участка под стойкой должна быть горизонтальной и в радиусе 5м покрыта естественной растительностью. Гальванометры устанавливают в защитном ящике 1 с северной стороны от стойки.

Пиранометром на метеостанции при открытом диске Солнца измеряется только рассеянная и отражённая радиация, прямая часть суммарной радиации измеряется актинометром 5, установленным на этой же стойке (рис. 5).

Измеренияпроводят с трёхкратной повторностью, определяя место нуля до и после измерения. В среднее значение из трёх измерений вводят поправку на шкалу и вычитают место нуля.

При определении рассеянной радиации D (Вт/м2) показании гальвано­метра умножают на переводной множитель .

При определении суммарной радиации учитывают ещё и поправочный коэффициент на высоту Солнца Fh, который выписывается из поверочного свидетельства прибора.

Походный альбедометр (рис.6) предназначен для измерения суммарной и отражённой радиации, а также для определения альбедо поверхности.

Прибор устанавливается на самоуравновешивающемся карданном подвесе. При повороте рукоятки 3 приёмник 1 обращается вниз. При этом положении измеряют отражённую радиацию, при положении приёмника вверху – суммарную радиацию. Альбедо поверхности определяется по формуле: .

Рис. 6. Походный альбедометр:

1–приёмник; 2–самоуравновешиваюшийся карданный подвес; 3 –рукоятка

 

Прибор устанавливается на высоту 1 – 1,5 м, а в полевых условиях – на расстоянии 0,5 м от растительною покрова.

Измерениеначинают с определения места нуля, затем в трёхкратной повторности отсчитывают показания по гальванометру отдельно для суммарной радиации и отражённой. Через 1 минуту снова делают три отсчёта суммарной радиации, и снова определяют место нуля. Обработку полученных измерений производят так же, как было описано ранее.

Балансомер М-10М служит для определения радиационного баланса земной поверхности В. Балансомер (рис. 7) представляет собой круглую плоскую пластину диаметром 100 мм с двумя чёрными приёмниками радиации № 1 и № 2 на противоположных сторонах. При измерении один приёмник обращён к подстилающей поверхности (вниз) и на него поступают коротковолновая отражённая радиация Rк, длинноволновое излучение подстилающей поверхности Е3 вместе с отражённой длинноволновой радиацией RД, излучение окружающих предметов. Другой приёмник, обращённый вверх, получает суммарную коротковолновую солнечную радиацию Q вместе с длинноволновым излучением атмосферы ЕА.

 

Рис. 7. Балансомер термоэлектрический М-10М:

1 – пластина; 2 – приёмник лучистой энергии; 3 – затенитель; 4 – шарнирное крепление затенителя; 5 – шарнирное крепление балансомера; 6 – чехол

 

Термобатареи верхнего и нижнего приёмников соединены таким образом, что создают встречные ЭДС. Ток, возникающий в результате разности ЭДС, измеряется гальванометром. Отклонение стрелки гальванометра пропорционально разности поступления энергии на верхний и нижний приёмники, т.е. радиационному балансу

.

При затенённом балансомере (диск-затенитель) исключается величина S. Эта величина гораздо точнее вычисляется по разности показаний открытого и затенённого пиранометра (альбедометра), а тем более по показаниям актинометра.

На показания балансомера некоторое влияние оказывает ветер, способствующий конвективному теплообмену между приемниками и воздушной средой. Это влияние учитывается коэффициентом Ф.

Перед началом измерений при отключенном балансомере и зашунтированном гальванометре определяют место нуля. Во время измерений обычно делают три отсчёта по шкале гальванометра.

Вычисляют исправленный отсчёт:

,

где N ср – средний отсчёт; Δ N – шкаловая поправка гальванометра (из поверочного свидетельства); N0 – место нуля.

,

где Ф – коэффициент, учитывающий влияние ветра на балансомер

,

где а – переводной множитель (из поверочного свидетельства).

Гелиограф – предназначен для определения продолжительности солнечного сияния (рис. 8а).

Рис. 8. Гелиограф полярный:

а) внешний вид: 1 – основание: 2 – указатель широты; 3 – сектор широт; 4 – винт; 5 – чашка с пазами для лент; 6 – дуга (держатель); 7 – игла фиксирования ленты; 8 – лента; 9 – шар; 10 – ось; 11 – фик-сирующий штифт; 12 – диск установочный; 13 – указатель; 14 – стойка;

б) – лента с прожогами: зимняя, равноденственная, летняя

. Прибор состоит из стеклянного шара диаметром 98 мм закреплённого в дугообразном держателе 6.

Стеклянный шар 9 фокусирует изображение солнечного диска на синей картонной ленте, разграфлённой на часовые и получасовые деления. Гелиограф поворачивается так, чтобы дуга 6 была обращена на север, и в этом положении закрепляется штифтом 11 так, чтобы к штифту была обращена буква Б. В этом случае лента меняется после заходя Солнца.

Бумажные ленты вкладывают в разные пазы в зависимости от сезона: в верхнюю пару пазов – зимой (с 16.10 до конца февраля), в среднюю – весной и осенью (с 1.03 по 15.04 и с 1.09 по 15.10), в нижнюю – летом (с 16.04 по 31.08).

При продолжительности дня 1 - 10 часов ленту меняют один раз в сутки после захода Солнца (шар в положении Б), при t > 10 часов – два раза: первый раз после захода Солнца (шар в положении А), второй – в 12 часов по среднему солнечному времени (шар в положении В). Изображение Солнца прожигает на ленте след, как показано на рис. 8б.

После установки прибора вдвигают в паз сферической чашки 5 бумажную ленту так, чтобы её деление с цифрой XII совпадало с центральной линией в средней части внутренней поверхности чашки. Правильность установки ленты контролируют по проколу. Прокол должен быть на делении, соответствующем 14 часам.

Измерение продолжительности солнечного сияния заключается в определении суммарной длины прожогов в каждом часовом промежутке с точностью до 0,1 часа, учитывая даже слабые следы прожога (рис. 8б).

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-11-05; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 6270 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Большинство людей упускают появившуюся возможность, потому что она бывает одета в комбинезон и с виду напоминает работу © Томас Эдисон
==> читать все изречения...

2486 - | 2161 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.011 с.