Актинометрические измерения

Объем наблюдений зависит от состояния диска солнца. Схематично порядок наблюдений при состоянии диска ¤2 может быть представлен так:

D1, S; B, S; B – S', S; Q, S; Rk, S; D2, S.

Таким образом, производится шесть серий отсчетов, причем рассеянная радиация определяется дважды: в начале и в конце срока (D1 и D2). При определении радиационного баланса B и суммарной радиации Q экраны у приборов убираются в сторону, а головка пиранометра поворачивается номером в сторону солнца. При определении каждого вида радиации записывается степень покрытия солнечного диска.

После последнего отсчета приборы закрываются крышками, отмечается время окончания наблюдений, определяется температура поверхности почвы и температура воздуха. Затем все приборы закрываются футлярами, экран пиранометра убирается, экран балансомера устанавливается вдоль рейки.

Точность всех отсчетов во время наблюдений за радиацией – 0,1 деления шкалы гальванометра; точность определения скорости ветра – 1 м/с.

Перед наблюдением по пиранометру после его переворачивания выдерживается время инерции (50 сек). Всякая регулировка пиранометра и балансомера, затенение их экранами производится с реечного настила.

Во время наблюдений настил убирается.

В случае, если состояние диска солнца отмечается знаком ¤, определяются следующие характеристики: D1, S; B – S', S; Rk, S; D2, S,то есть все наблюдения ведутся по затененным пиранометру и балансомеру.

Если солнце закрыто облаками (¤о, П), то порядок наблюдений сводится к определению D1, B – S', Rk, D2.

В этом случае измерения по актинометру не производятся, а пиранометр и балансомер не затеняются экранами.

Порядок наблюдений при меняющемся состоянии диска солнца подобен наблюдениям при состоянии ¤о и П; но если в какой-то момент солнце открывается (¤2, ¤), то наблюдения дополняются отсчетами по актинометру. В этом случае пиранометр и балансомер закрываются экранами.

При меняющейся облачности допускается проведение наблюдений с отступлением от срока, но не более чем на полчаса, либо удлинение срока наблюдений.

В случае, если стрелка гальванометра при наблюдениях по балансомеру колеблется в больших пределах из-за порывистого ветра, быстрого движения облаков по диску солнца при состоянии ¤, то записываются лишь пределы колебаний стрелки в течение 1 мин.

Измерения по пиранометру не производятся при сильном дожде, сильной изморози и гололеде. Измерения по балансомеру не производятся: при дожде, сильной мороси, при отложениях гидрометеоров на поверхности пластин балансомера.

1.6. Производство вспомогательных наблюдений

Вспомогательные наблюдения начинают проводить за 5 мин до текущего срока. Они включают:

1.           Определение количества и формы облаков.

2.           Определение цвета неба при общей облачности не более 3 баллов с помощью таких характеристик: небо синее, бледно-голубое, белесоватое.

3.           Определение горизонтальной дальности видимости.

4.           Определение состояния деятельной поверхности.

5.           Наблюдения за атмосферными явлениями

6.           Наблюдения за степенью покрытия солнечного диска.

Запись в книжку производится значками:

¤2 – солнце и околосолнечная зона незакрыты облаками, туманом, дымкой;

¤ – солнце не закрыто облаками или просвечивает сквозь дымку, облако. Актинометр можно навести на солнце.

¤о – солнце слабо просвечивает сквозь облачность. Тень от предметов неразличима и актинометр нельзя навести на солнце;

' – солнце освещает только окрестности площадки, приборы затенены;

П – солнце покрыто облаками и его не видно;

▬ – солнце не видно за каким-либо местным предметом.

7. Определение температуры почвы, которое производятся по срочному термометру на оголенной площадке.

8.     Определение температуры и влажности воздуха.

1.7.Запись наблюдений

Результаты наблюдений заносятся в книжку КМ-12. В верхней части страницы записывается число, количество и форма облаков, наличие облачности в зените, цвет неба и видимость, состояние деятельной поверхности. Атмосферные явления записываются в нижней части страницы условными обозначениями. В верхней части страницы справа записывается место нуля приборов и температура гальванометра. Одиннадцать граф страницы отводится под запись наблюдений радиационных характеристик и их обработку. Время начала и окончания наблюдений записывается в 1-ую графу. Во 2-ой графе записывают вид клеммы только при подключении балансомера (+,-). Состояние диска солнца отмечается соответствующим значком в 3-й графе. 4-ая графа используется для запись скоростей ветра при наблюдениях по балансомеру. Отсчеты по балансомеру и  пиранометру записываются в 5-ую графу, а по актинометру – в 8-ю графу. Остальные графы заполняются при обработке.

Температура воздуха, почвы и влажность воздуха записывается после завершения основных наблюдений в верхней части страницы справа.

В графу «примечания» запись производится в следующих случаях:

1.           При меняющемся состоянии солнечного диска, когда срок наблюдений отодвигается.

2.           При изменении срока наблюдений более чем на 3 мин.

3.           В случае, когда скорости ветра различаются более чем на 2 м/с при одном наблюдении по балансомеру.

4.           При регулировках и исправлениях приборов.

5.           Если актинометрические наблюдения не производились из-за дождя. В этом случае страница книжки не пропускается, а используется для записи следующего срока наблюдений. В примечании предыдущего срока указывается причина несостоявшегося измерения.

1.8. Обработка материалов наблюдений

Обработка результатов наблюдений включает в себя исправление систематических ошибок путем введения поправок, вычисления радиационных характеристик в практических единицах.

Обработка наблюдений начинается с определения истинного солнечного времени t¤. Для этого по времени начала и конца с точностью до одной минуты находится среднее время наблюдений tm , которое записывается в верхней части страницы книжки. С помощью табл.1 приложения 1 вычисляется истинное солнечное время:

τ¤ = τm - Δτ,

На основе полученного времени по календарю высот и синусов высот солнца определяется высота солнца h¤  и sin h¤ (табл.1 приложения 2).

Обработка отсчетов по пиранометру производится в следующем порядке. Определяется среднее из трех отсчетов и записывается в 6-ю графу с точностью до 0,1 деления шкалы. Шкаловая поправка гальванометра DN учитывается только в том случае, если она не менее 0,5 деления; тогда величина ее записывается под средним отсчетом. Определение шкаловой поправки производится линейной интерполяцией по поверочному свидетельству гальванометра. Место нуля пиранометра Nо  переписывается со знаком  «-».

В 7-й графе записывается только одно значение исправленного отсчета Nисп., которое определяется алгебраическим сложением величин Nср., ΔN, Nо.

Обработка результатов наблюдений по балансомеру отличается от предыдущей обработки введением дополнительного множителя Фи, зависящего от скорости ветра.

Графа 6-я заполняется так же, как и в предыдущем случае. В 7-й графе после исправленного отсчета Nисп. Записывается средняя скорость ветра по анемометру с округлением до 1 м/с. ниже вписывается поправочный множитель, взятый  из поверочного свидетельства балансомера с учетом средней скорости ветра. Отсчет, приведенный к штилю Nш, определяется по формуле

Nш= Nисп.· Фи

Обработка наблюдений по актинометру производится следующим образом. В 8-й графе после двух отсчетов по гальванометру записывается шкаловая поправка ΔN, определяемая по среднему значению отсчета, и переписывается место нуля со знаком «-». Далее в 9-й графе первое значение представляет собой алгебраическую сумму средней величины из двух отсчетов, шкаловой поправки и места нуля. Под этим значением записывается температурная поправка, взятая из дополнения к поверочным свидетельствам с актинометра и гальванометра. В 11-й графе записываются значения характеристик радиации в абсолютных единицах с точностью до 0,01 кВт/м2, получаемые умножением исправленной величины отсчета на соответствующий переводной множитель актинометра.

Величины D1, D2, Rk определяются умножением соответствующих исправленных отсчетов на нормальный переводной множитель пиранометра. Эти характеристики рассчитываются при любом состоянии солнечного диска.

Величина B – S' вычисляется только при отметках ¤2, ¤. Для этого значение Nш умножается на переводной множитель балансомера.

Интенсивность прямой солнечной радиации S определяется умножением исправленного отсчета Nисп на переводной множитель актинометра. Для определения величины радиации, приходящей на горизонтальную поверхность S', необходимо поток прямой радиации S умножить на sin h¤. Величины S и S' определяются дважды, при измерении B – S' и при измерении Rk. В том и другом случае они вычисляются только при наблюдении по актинометру

Вычисление В производится при любых состояниях диска солнца. При степени покрытия ¤2, ¤  величина B – S' алгебраически складывается со значением S', записанным в этой же строке. В остальных случаях исправленный отсчет Nш умножается на переводной множитель балансомера. При дожде, когда наблюдения по балансомеру не проводились, определяется баланс коротковолновой радиации Bk = Q – Rk .

Суммарная радиация Q получается сложением D2 с величиной S', определяемой совместно с Rk. Если наблюдения по актинометру не производились (¤о, П), то значение Q принимается равным D2.

 Для получения баланса длинноволновой радиации ВD из суммы В+Rk вычисляется значение Q. В ночное время величина ВD равна В, а при дожде – нулю, и тогда в книжке ставится прочерк.

Альбедо Ак получают делением Rk на Q и записывают с точностью до 0,01. при состоянии диска солнца ¤о и П альбедо получают делением D2 на Rk. Альбедо не вычисляется  в случае, если значение Rk меньше 0,5 деления шкалы гальванометра. Запись об этом делается в примечании.

1.9. Контроль материалов наблюдений

Материалы наблюдений должны подвергаться техническому и критическому контролю с целью обнаружения случайных ошибок, просчетов и для исправления систематических ошибок.

Контроль наблюдений начинается с того, что каждый наблюдатель проверяет все вычисления предыдущей смены. Замеченные ошибки исправляются. Для контроля наблюдений сопоставляют потоки радиации в срок наблюдений, учитывают их изменение в течение суток, а также их зависимость от метеорологических факторов, например, облачности. При обнаружении ошибок делается запись в графе «Примечание».

При контроле величины прямой радиации следует иметь в виду, что эта величина на уровне моря не может превышать значения 1,09 кВт/м2. Наибольшее е значение при безоблачном небе.

Величина B – S' при ¤2, ¤, как правило, отрицательная. Наибольшее абсолютное значение данной величины должно быть при большой высоте солнца.

Величина В должна быть меньше Q и в отдельных случаях может достигать значений 0,84-0,91 кВт/м2. Минимальные значения наблюдаются при верхней и средней облачности. Величина В находится в обратной зависимости от альбедо подстилающей поверхности.

Величина радиационного баланса длинноволновой радиации отрицательна и зависит от ряда метеорологических факторов. Так, при увеличении температуры почвы она возрастает по абсолютной величине.

Значение рассеянной радиации зависит от облачности, прозрачности атмосферы, высоты солнца, альбедо подстилающей поверхности. Рост значений рассеянной радиации наблюдается при увеличении облачности верхнего и среднего яруса для больших высот солнца, при увеличении замутненности атмосферы и при возрастании альбедо деятельной поверхности.

Суммарная радиация определяется высотой солнца, количеством облачности, прозрачностью атмосферы. Наибольшей величины суммарная радиация достигает при больших высотах солнца, состоянии диска ¤2 и значительной облачности кучевых форм.

Альбедо зависит от состояния поверхности и в одни сроки одной и той же поверхности мало меняется. С увеличением влажности альбедо уменьшается.

Приложение 1

Таблица 1

Поправка (Δτ) к среднему солнечному времени

Месяц

Июнь

Июль

Число

 1-7       8-11      12-17     18-21    22-26        27-30

  1-6         7-11     12-31

Δτ, мин

   2           1             0           -1        -2              -3

     -4           -5           -6