Актинометричні спостереження
Міністерство освіти та науки України
ДЕРЖАВНА ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ
український ДЕРЖАВНИЙ ГІДРОМЕТЕОРОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
K.JI. Восканян, А.Г. Саєнко
А К Т І Н О М Е Т Р І Ч І С К І Є
Н А Б Л Ю Д Е Н І Я
Особи для навчальної практики
Восканян К.Л., Саєнко А.Г. Актинометричні спостереження. Посібник для навчальної практики – СПб.: РДДМУ, 2010. – 54 с.
Рецензент: Мельникова І.М. д-р фіз.-мат. наук, проф., зав. лаб.
центру екологічної безпеки СПб РАН
Навчальний посібник підготовлено на кафедрі експериментальної фізики атмосфери та призначено для використання при проведенні навчальної практики з дисциплін: «Загальна метеорологія», «Методи метеорологічних вимірів». Рекомендується для студентів-метеорологів 2 та 3 курсів денного відділення.
Про Восканян К.JI., Саєнко А.Г., 2010
. ______ університет (РДДМУ), 2010
Відомий державний гідрометеорологічний університет?
Б І Б Л І О Т Е К А
18519 $ ст, Мдлевявщоків r m Ш
Актинометрія - наука про сонячне, земне та атмосферне випромінювання в умовах атмосфери. Це один із основних факторів визначальних клімат тієї чи іншої географічної місцевості.
Вимірювання основних актинометричних величин (прямої сонячної радіації, розсіяної радіації піднебіння, сумарної сонячної радіації, відбитої земною поверхнею радіації,
теплового балансу землі) проводяться на всіх метеорологічних станціях, розташованих по всій земній кулі та утворюють мережу гідрометеорологічної служби.
Метеорологічні спостереження ведуться на цих станціях за єдиними методиками, з використанням однотипних приладів тапевні години доби (термінові спостереження).
Виїжджаючи на практику, студенти щодня проводять термінові спостереження, у тому числі вони проводять вимірювання актинометричних величин.
Практика - відмінний спосіб спробувати себе і ближче познайомитися зі своєю майбутньою професією, крім того, у студентів з'являється можливість застосувати під час роботи теоретичні знання, отримані ними.
Найбільш важливо для майбутніх інженерів-метеорологів на практиці освоїти все пов'язане з вимірюванням актинометрических величин, так як це зазвичай виконується на метеорологічних станціях.
У цьому навчальному посібнику містяться докладні відомості про актинометричні величини, дано їх визначення, одиниці виміру та формули для їх обчислення.
У ньому також представлені короткі відомості з теорії актів
нометричних спостережень, наведено метеорологічні параметри та оптичні характеристики атмосфери, що визначаються при виконанні актинометричних спостережень. Крім того,
докладно описано підготовку до виконання та порядок проведення вимірювань при виконанні термінових спостережень при різних станах диска Сонця.
У посібнику дається призначення та опис основних актино-
метричних приладів, що широко використовуються в мережі гід рометеорологічної служби. Наводяться розрахунки характеристик прозорості атмосфери та висоти Сонця.
Також у посібнику показаний порядок проведення актинометричних вимірів, обробки отриманих результатів та ведення стандартної документації відповідно до настанов і інших керівних документів.
Дане видання було написано відповідно до останнього випуску Настанов гідрометеорологічним станціям та по стах випуску 5, частина 1. У ньому також були використаніматеріали наступних видань: Керівництво до навчальної практики з метеорології, Керівництво гідрометеорологічних станцій з актинометричних спостережень, Керівництво до навчальної практики з метеорології.
Особи було спеціально розроблено з урахуванням особливостей проведення практичних занять для студентів-метеорологів РДДМУ та інших середніх та вищих спеціалізованих навчальних закладів.
1 . А к т і н о м е т р і ч е с к і е в е л і ч і н і і х е д і н й ци
Актинометричні спостереження виконуються на мережі для вивчення радіаційного режиму, що визначає значною мірою клімат територій та умови життєдіяльності людини, а також для вирішення практичних завдань у різних галузях господарської діяльності.
Актинометрія - розділ геофізики, в якому вивчається енергія, що випромінюється Сонцем, поверхнею Землі та атмосферою та її перетворення.
Основним джерелом енергії для Землі є Сонце.
Сонячне випромінювання на шляху до земної поверхні частково поглинається атмосферою, частково досягає рівня земної поверхні, а частково йде в простір. Таким чином, сонячне випромінювання, що приходить до земної поверхні, може бути спрямованим (що йде від Сонця), і розсіяним (що йде з усіх точок небесного склепіння).
Досягаючи земної поверхні, сонячне випромінювання частково відбивається, невідбита частина випромінювання поглинається діяль ним шаром і перетворюється на тепло. У свою чергу, земна поверхня є джерелом теплового випромінювання, спрямованого в атмосферу. Атмосфера, поглинаючи теплове та сонячне випромінювання, також є джерелом теплового випромінювання, спрямованого як до земної поверхні, так і у світовий простір.
Шар земної поверхні, в якомувідбувається поглинання радіації, що називається діяльним шаром. Його товщина залежить від властивостей поверхні і може становити від часток сантиметра (для ущільненого ґрунту) до десятків метрів (для прозорої води). У
метеорології, як рівнозначний термін частіше користуються терміном "підстилаюча поверхня".
В актинометрії вивчають енергетичну освітленість, тобто.
щільність потоку випромінювання, що приходить від Сонця, атмосфери та земної поверхні, на перпендикулярну до променя площину. Її прийнято називати радіацією. Залежно від джерела випромінювання і, отже, спектрального складу в актинометрії розрізняють сонячну, земну та атмосферну радіацію.
С л е ч н я я д а ц і я на 98% зосереджена в інтервалі довжин
0,3 - 4,0 мкм, в актинометрії її називають короткохвильовою радіацією. Земна і атмосферна радіація займає спектральну область 4 - 1 0 0 мкм, в актинометрії її називають довгохвильовою радіацією. Випромінювання, що приходить на певній довжині хвилі,
називається спектральним. Радіація, вимірювання в о в е с п о к т р а л ь н о й об ласті від 0,3 до 100 мкм в актинометрії називається інтегральною радіацією.
Радіація з довжинами хвиль від 0,002 до 0,4 мкм називають ульт рафіолетової, вона невидима, тобто не сприймається оком. Радіація від 0,40 до 0,75 мкм - це видиме світло, яке сприймається оком. Світло з довжиною хвилі близько 0,40 мкм - фіолетове, з довжиною хвилі близько 0,75 мкм - червоне. На проміжні довжини хвиль припадає світло всіх кольорів діапазону. Радіація з довжинами хвиль більше 0,75 мкм і до сотень мікрометрів називається червоною інфра, вона також невидима.
Сонячну (короткохвильову) радіацію поділяють на пряму S (від диска Сонця),розсіяну D (від небесної сфери) та
відбиту короткохвильову R k (від підстилаючої поверхні) (рис. 1).
Космічний шлях
Земна п о в е р х н о с т ь
Мал. 1. Схема радіаційних потоків у атмосфері.
S0 - сонячна радіація на верхній межі атмосфери, S' - пряма сонячна радіація, D - розсіяна радіація, Q - сумарна короткохвильова радіація, RK - відбита короткохвильова радіація, ЕА - довгохвильове випромінювання атмосфери, Я д - відбите довгохвильове випромінювання
Е3 - довгохвильове випромінювання землі.
Земна (довгохвильова") радіація Е 3 створюється тепловим випромінюванням підстилаючої поверхні, яке для більшості видів поверхні Землі близьке до випромінювання абсолютно чорного тіла.
Під атмосферною радіацією Ел розуміють енергетичну освітленість, що створюється тепловим випромінюванням атмосфери.
Теплове випромінювання атмосфери, відбите від поверхні, що підстилає, створює відбиту атмосферну радіацію Я д , але її значення малі в порівнянні з земною радіацією Е 3 і при вивченні радіаційного режиму величину Я д зазвичай не враховують.
Мережеві приземні актинометричні спостереження включають визначення комплексу взаємопов'язаних між собою характеристик сонячного випромінювання, що досягає земної поверхні, і теплового випромінювання природних земних об'єктів, у тому числі і атмосфери, а також ряду додаткових параметрів стану атмосфери та земної поверхні. трансформації сонячного випромінювання та характеризуючих умови спостережень. За результатами безпосередніх вимірювань визначають п'ять основних видів радіації (пряму сонячну,
розсіяну, сумарну, відбиту короткохвильову радіацію та радіаційний баланс), за значеннями якихобчислюють ряд додаткових характеристик (короткохвильове альбедо підстилаючої поверхні, баланси короткохвильової та довгохвильової радіацій). Якщо немає додаткових вказівок, то мають на увазі, що отримані дані відносяться до горизонтальної поверхні на висоті 1,5 м від земної поверхні.
У практиці актинометричних спостережень прямою сонячною радіацією S називають енергетичну освітленість, що створюється випромінюванням, що надходить у вигляді практично паралельного пучка променів від диска Сонця і променів від навколосонячної зони радіусом 5 °, на поверхні, перпендикулярній напрямку сонячних променів (рис.1). . За межами земної атмосфери на відстані, що дорівнює середній відстані між Землею і Сонцем,
ця величина прийнята рівною 5о=1,367 кВт/м2 і називається сонячною постійною. На рівні моря при високому становищі Сонця і хорошої прозорості спостерігається £ = 1,05 кВт / м2. Перед заходом Сонця шлях проходом променем в атмосфері звели
чується більш ніж у 30 разів у порівнянні з шляхом при Сонці в зеніті та S
0,14 кВт/м2. Пряму сонячну радіацію на горизонтальній поверхні S' обчислюють за значенням S за формулою