рефераты скачать

МЕНЮ


Актинометрические измерения

Актинометрические измерения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К УЧЕБНОЙ ПРАКТИКЕ

ПО МЕТОДАМ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ

 

ЧАСТЬ 2

 

АКТИНОМЕТРИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОБАЛАНСОВЫЕ

НАБЛЮДЕНИЯ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.................................................................................... 3

1. Производство актинометрических наблюдений........................ 3

1.1.          Организация срочных наблюдений............................. 3

1.2.          Перевод среднего солнечного времени в декретное.. 4

1.3.          Вычисление высот и синусов высот солнца............... 5

1.4.          Установка приборов на площадке............................... 7

1.5.          Производство  основных наблюдений........................ 8

1.6.          Производство вспомогательных наблюдений............ 9

1.7.          Запись наблюдений...................................................... 10

1.8.          Обработка материалов наблюдений............................ 11

1.9.          Контроль материалов наблюдений.............................. 12

Приложения.................................................................................... 14

Список литературы......................................................................... 21

2.     Теплобалансовые (градиентные) наблюдения........................... 22

2.1.          Общие положения........................................................ 22

2.2.          Организация наблюдений............................................ 23

2.3.          Производство наблюдений и их запись...................... 24

2.4.          Обработка материалов наблюдений............................ 25

2.5.          Контроль полученного материала............................... 26

Приложения.................................................................................... 27

Список литературы......................................................................... 30





 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРЕДИСЛОВИЕ

 

Настоящие методические указания являются руководством  к учебной практике по курсам: общая метеорология и методы метеорологических измерений. Поскольку главная цель практики – выработка навыков производства и обработки измерений, перед практикантами ставятся следующие задачи:

–    усвоение правил установки приборов и ухода за ними;

– усвоение методических основ актинометрических измерений, градиентных наблюдений и обработки полученной информации;

–   приобретение навыков расчета и анализа характеристик солнечной радиации, теплового баланса;

–    обобщение материалов измерений и оформление отчетов.


1.     ПРОИЗВОДСТВО АКТИНОМЕТРИЧЕСКИХ

НАБЛЮДЕНИЙ

 

1.1.         Организация срочных наблюдений

 

 Актинометрические наблюдения производятся для определения различных радиационных характеристик. К измеряемым видам радиации относятся:

– прямая солнечная радиация S, поступающая от Солнца и околосолнечной зоны радиусом 5о в виде прямых параллельных лучей;

– рассеянная радиация D, поступающая на земную поверхность со всего небесного свода, исключая Солнце и околосолнечную зону;

– суммарная радиация Q, представляющая собой поток прямой и рассеянной радиаций (Q=S+D);

– коротковолновая радиация, отраженная от деятельной поверхности Rk;

-  радиационный баланс B, определяемый как разность между всей приходящей и уходящей радиацией;

– радиационный баланс длинноволновой радиации BD.

Кроме этого вычисляются: прямая солнечная радиация, поступающая на горизонтальную поверхность (S' = S∙sin h¤); альбедо коротковолновой радиации (Ak = Rk/Qk); различные характеристики прозрачности атмосферы (фактор мутности, коэффициент прозрачности).

Основными измерительными приборами являются термоэлектрические: актинометр, пиранометр, балансомер. Определяемые виды радиации при попадании на приемную поверхность этих приборов преобразуются в электрический ток, который измеряется гальванометром. Поэтому при нахождении радиационных потоков каждого прибора в паре с гальванометром вычисляется переводной множитель:

,

где K – чувствительность приемной поверхности измерительного прибора;

α – цена деления гальванометра в микроамперах, 10-6 А;

Rб и Rr – сопротивление термоэлектрической батареи и рамки гальванометра, Ом.

Перечисленные характеристики указываются в проверочных свидетельствах приборов.


1.2. Перевод среднего солнечного времени в декретное

 

Прежде чем, начинать производство наблюдений, необходимо вычислить  местное время проведения измерений. Для актинометрических наблюдений установлены следующие сроки: 0 ч 30 мин, 6 ч 30 мин, 9 ч 30 мин, 12 ч 30 мин, 15 ч 30 мин и 18 ч 30 мин по среднему солнечному времени. Также во время учебной летней практики наблюдения производятся в промежуточные сроки: 8 ч, 11 ч, 14 ч, 17 ч по среднему солнечному времени.

Для перевода среднего солнечного времени в декретное (местное) необходимо выполнить следующий алгоритм:

1.           Определить в каком часовом поясе (по долготе) находится пункт, для которого нужно определить декретное время.

В мире принята система поясного времени. Продолжительность каждого пояса 1 ч, всего поясов 24. В градусах продолжительность пояса равна 158.


Таблица 1


Часовые пояса


Часовой пояс

0

I

II

III

IV

V

VI

Средний меридиан

15°

30°

45°

60°

75°

90°

Границы часового пояса

172°30' - 7°30'

7°30' -     22°30'

22°30' –37°30'

37°30' – 52°30'

52°30' – 67°30'

67°30' – 82°30'

82°30' – 97°30'

Часовой пояс

VII

VIII

IX

X

XI

XII

 

Средний меридиан

105°

120°

135°

150°

165°

180°

 

 

Границы часового пояса

97°30' – 112°30'

112°30' – 127°30'

127°30' – 142°30'

142°30' – 157°30'

157°30' – 172°30'

172°30' – 7°30'

 

 

 

2.                            Чтобы получить декретное время, нужно к поясному времени добавить 1 ч , если наблюдения производятся летом необходимо прибавить еще 1 ч (поправка на летнее время).

3.                            Определить разность между средним м меридианом данного часового пояса и долготой данного пункта (табл.1).

4.                            Разность выразить в единицах времени:

1° = 4 мин              1' = 4 сек

5.                            Полученную разность прибавить к полученному в пункте 2 времени, если станция расположена к востоку от среднего меридиана, и вычесть если западнее от среднего меридиана.

Пример. Вычислить сроки производства актинометрических измерений летом для станции с долготой 56°.

1.                        Определим, в каком часовом поясе находится станция по таблице 1. Станция находится в IV часовом поясе.

2.                        Дано время 6 ч 30 мин. Прибавляем 1 ч, за счет декретного времени, и 1 ч, за счет летнего времени: x = 6 ч 30 мин + 1 ч + 1 ч = 8 ч 30 мин.

3.                        Разность между долготами:  y = 60° - 56° = 4°

4.                         y = 4° = 16 мин

5.                        Станция расположена восточнее среднего меридиана, значит 16 мин прибавляем.     срок = x + y = 8 ч 30 мин + 16 мин = 8 ч 46 мин

Аналогично для других сроков.



1.3. Вычисление высот и синусов высот солнца

 

Перед началом измерений необходимо рассчитать календарь синусов высот и высот солнца. Для быстрого вычисления высот и синусов высот солнца наиболее удобно рассчитывать заранее календарь величин h и sin h для широты данной станции. Высота солнца h в момент t по истинному времени вычисляется по формуле:

 

sin h = sin φ sin δ + cos φ cos δ cos τ ,

 

где φ – широта данной станции, δ – склонение солнца для данного дня, τ – часовой угол солнца, отсчитываемый от момента истинного полудня. С истинным временем наблюдения t величина τ связана соотношением:

τ = 15° (t – 12 ч).

Наиболее просто вести расчет h и sin h при условии, что уравнение времени равно нулю, т.е. среднее солнечное время совпадает с истинным. Тогда для установленных сроков наблюдения получаются следующие значения τ и cos τ:


       6 ч 30 мин            9 ч 30 мин        12 ч 30 мин          15 ч 30 мин       18 ч 30 мин

τ°                    -82,5                      -37,5                    7,5                        52,5                    97,5

cos τ               0,130                     0,793                  0,991                     0,609                 -0,130


Так как среднее солнечное время наблюдения в большинстве случаев не совпадает с истинным, то в результате вычисления по приведенной формуле необходимо ввести поправку на отклонение момента наблюдения по истинному времени от момента, для которого произведен расчет.

Абсолютная величина этой поправки Δ (sin h) определяется формулой:

Δ (sin h) = cos φ cos δ sin τ Δ (τ),

где Δ(τ) означает отклонение истинного времени от расчетного, выраженное в радианной мере. Одна минута отклонения по времени соответствует величине Δ(τ) = 15' в угловой мере или Δ (τ) = 0,00436 – в радианной. До полудня поправка будет иметь положительный знак, если истинное время наблюдения больше расчетного для данного рока, и отрицательной, если оно меньше расчетного. После полудня в этих случаях знаки меняются на противоположные.

Наиболее удобно произвести вычисление Δ (sin h) для десятиминутного отклонения срока наблюдения от расчетного, т.е. для значения Δ(τ) = 0,0436. В таком случае для расчетных сроков получается:

                     6.30           9.30             12.30         15.30         18.30

τ˚                       -82,5          -37,5              7,5            52,5           97,5

sin τ                  -0,991        -0.609           0,130         0,793         0.991

sin τ Δ(τ)            0.043         0.026            0.006         0.034         0.043


Для произведения sin     τ Δ(τ) здесь указана его абсолютная величина. Если отступление срока наблюдения от расчетного составило n минут, то для получения величины Δ(sin h) в этом случае необходимо полученное выше значение sinτΔ(τ) умножить на 0,1 n.

Высота солнца h получается по исправленному значению синуса: sin h + Δ(sin h). Значения sin h вычисляются с точностью до 0,001.

Ниже приведен пример расчета sin h и h на определенной станции для определенной даты:

Пример. Вычислить величины sin h и h для широты φ = 58°01´ и даты 1/VII (склонение солнца δ = +23,1˚).


Сроки наблюдения по истинному времени

                       6.30       9.30         12.30     15.30     18.30

cosφcosδ       0,487      0,487         0,487      0,487      0,487  

cosτ               0,130      0,793         0,991      0,609      -0,130

cosφcosδcosτ 0,063      0,386         0,483      0,297      -0,063

sinφsinδ          0,333      0,333         0,333      0,333      0,333  

sin h               0,396      0,719         0,816      0,630      0,270

h˚                    23,3        46,0          54,7        39,1        15,7

Для

Δt = 10 мин   60,021    60,013       60,003    60,017    60,021

Δsin h


С учетом поправки Δsin h вычисляются значения sin h и h в случае несовпадения истинного времени наблюдения с расчетным сроком:

1.     Наблюдение произведено в 6 ч 35 мин истинного времени, т.е. на 5 мин позже расчетного срока. В этом случае

sin h = 0,396 + 0,021*0,5 = 0,407 и h = 24˚.

Величина Δsin h взята со знаком (+), так как наблюдение произведено до полудня и истинное время его больше расчетного.

2.     Наблюдение произведено в 9 ч 27 мин истинного времени:

sin h = 0,719 - 0,013*0,3 = 0,715 и h = 45,7˚.

Величина Δsin h взята со знаком (-), так как наблюдение произведено до полудня, но истинное время его меньше расчетного.

3.     Наблюдение произведено в 18 ч 34 мин истинного времени:

sin h = 0,270 - 0,021*0,4 = 0,262 и h = 15,2˚.

В этом случае Δsin h = -0,008, так как наблюдение произведено на 4 мин позже расчетного послеполуденного срока.


1.4. Установка приборов на площадке

 

 Для производства срочных наблюдений все приборы устанавливаются на актинометрической стойке (рис.1), представляющей собой вертикальный столб с горизонтальной рейкой. Гальванометры располагаются в специальном деревянном ящичке с северной стороны от стойки. Северо-восточнее стойки устанавливается ручной анемометр АРИ-49 на высоте 1,5 метра.


 

 

Рис.1. Размещение приборов на неподвижной стойке


Актинометрические приборы размещаются следующим образом: на горизонтальной доске сверху столба укрепляется актинометр. Стрелка на основании актинометра должна быть направлена на север, широта устанавливается с точностью до одного градуса.

Пиранометр или стационарный альбедометр укрепляется на горизонтальной рейке актинометрической стойки на расстоянии 20-25 см от ее южного конца. Горизонтальность головки пиранометра проверяется по уровню, при необходимости положение ее исправляется регулировочными винтами.

Для установки балансомера используется шаровой шарнир, который в свою очередь крепится винтом к концу рейки. Приемная поверхность с цифрой 1 направляется вверх, а ее горизонтальность проверяется накладным уровнем.

Соединительные провода от пиранометра и балансомера пропускаются вдоль западной поверхности рейки и закрепляются металлическими скобками. Провод актинометра пропускается через отверстие в основание прибора. Концы всех проводов подводятся к клеммам гальванометров.

Гальванометры устанавливаются в ящике клеммами на юг. Винты должны быть вывернуты на 1-2 оборота, а стрелки подведены к 5 делению шкалы.

Правый гальванометр соединяется с актинометром, левый с пиранометром и балансомером.


1.5.Производство основных наблюдений


Объем и порядок наблюдений в дневные и ночные сроки различный, поэтому последние принято разделять. Дневные сроки охватывают промежуток времени, начинающийся за 30 мин до восхода солнца и заканчивающийся на 30 мин позднее захода солнца. Ночным в летнее время в наших широтах считается срок 0 ч 30 мин.

Общий порядок наблюдений в дневные сроки следующий. За 10 мин до срока наблюдений производится осмотр всех приборов, проверяется чистота контактных поверхностей, штырьков вилки. Если есть какие-либо неисправности, то они устраняются до срока наблюдений.

За 5 мин до срока наблюдений снимаются футляры и крышки приборов. Затем производится нацеливание на солнце трубки актинометра, проверка горизонтальности головки пиранометра и приемной пластины балансомера, затенение их экранами от солнца.

За 3 мин до срока наблюдений производят отсчеты места нуля актинометра, пиранометра (при закрытых крышках) и балансомера (при отключенном гальванометре).

За 1 мин до срока снимаются крышки с приборов, еще раз проверяется нацеливание трубки актинометра на солнце и положение теневых экранов. Затем откидывается реечный настил и в срок наблюдений после записи состояния диска солнца производится отсчет.

При наблюдениях измеряемые характеристики радиации могут изменяться, поэтому, чтобы такие колебания меньше влияли на точность наблюдений, производятся серии отсчетов. Вместе с определением рассеянной D, отраженной Rк радиации и радиационного баланса (B или B – S') измеряется прямая радиация. Для определения этих характеристик производится 3 отсчета по гальванометрам пиранометра (П) или балансомера (Б) и между ними 2 отсчета по гальванометру актинометра (А): П-А-П-А-П или Б-А-Б-А-Б (всего 5 отсчетов по двум гальванометрам). Кроме того, после каждого отсчета по балансомеру определяется скорость ветра по анемометру (всего 3 отсчета скорости).

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8


Copyright © 2012 г.
При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.