3.8. Лабораторна робота № 8. Вивчення методів визначення характеристик сонячної радіації та їх практичне застосування

Обладнання: балансомір метеорологічний, актинометр, геліограф, піранометр.

Завдання 1. Замалювати у зошиті будову та описати основні принципи роботи приладів для визначення параметрів сонячної радіації:

• балансоміра метеорологічного;

• актинометра;

• піранометра;

• геліографа-самописця.

Завдання 2. За даними середньомісячних показників сонячної радіації на одній з метеостанцій України побудувати графіки регресійної залежності між такими складовими радіаційного потоку:

• прямою сонячною радіацією та сумарною сонячною радіацією,

• сумарною сонячною радіацією та радіаційним балансом.

Завдання 3. Визначити вклад потоку розсіяної сонячної радіації у сумарний потік (у відсотках). Дані обрахунків оформити у вигляді таблиці. За розрахованими показниками побудувати графік вкладу розсіяної радіації в сумарну.

Завдання 4 (висновок). Проаналізувати побудовані графіки, описати виявлені закономірності та взаємозв’язки між показниками сонячної радіації.

Теоретичні відомості до роботи.

Метеорологічні спостереження за ходом сонячної радіації називають актинометричними.

Для вимірювання прямої сонячної радіації використовують піргеліометри та актинометри, а для розсіяної – піранометри. Тривалість сонячного сяяння (в год) вимірюють за допомогою геліографа.

Рис. 43. Піргеліометр

Рис. 44. Термоелектричний актинометр

Рис. 45. Піранометр Янішевського

Рис. 46. Геліограф - самописець

Актинометричними називають спостереження за сонячною радіацією. Для вимірювання прямої сонячної радіації використовують піргеліометри і актинометри (рис. 43, 44), а для розсіяної— піранометри (рис. 45). Тривалість сонячного сяяння (в годинах) вимірюють за допомогою геліографа (рис. 46).

Для вимірювання відбитої радіації використовують прилад альбедометр (рис. 47), приймальною частиною якого є голівка піранометра. Всі прилади для вимірювання сонячної радіації термоелектричні.

Рис. 47. Альбедометр польовий

Рис. 48. Термоелектричний балансомір

Вимірювання складових радіаційного балансу включають в себе вимірювання прямої, розсіяної, відбитої короткохвильової радіації (довжина хвилі менше 4000 нм), а також радіаційного балансу підстилаючої поверхні. Як приймачі короткохвильової (інтегральної) сонячної радіації (довжина хвилі менше 4000 нм), використовуються термоелектричні прилади Ю. Д. Янішевського, прийняті на мережі актинометричних станцій України. Пряма радіація, що надходить на перпендикулярну до променя падіння поверхню (S) вимірюється актинометрами М-3, встановленому на підставці, що стежить за Сонцем; розсіяна радіація (D) - піранометром М-80 в тіньовому кільці; відбита радіація (Rк) - альбедометром М-80 . Радіаційний баланс підстилаючої поверхні (В) визначається як сума величини (BS '), отриманої за балансометром M-10M, встановленим в тіньовому кільці і прямої сонячної радіації S', що надходить на горизонтальну поверхню.

Рис. 49. Встановлення актинометричних приладів на метеостанції

Актинометричні прилади, які встановлені на метеостанції (рис. 48, 49), градуюються регулярно протягом місяця за контрольними приладами, які щорічно повіряються за еталонними зразками. Останні, у свою чергу, калібрують за Українським еталоном (зокрема, за піргеліометрами Геофізичної обсерваторії в Криму), регулярно порівнюються з європейським радіаційним еталоном в Давосі.

Для вимірювання УФ радіації в області 300-380 нм і природної освітленості використовуються прилади, розроблені в Росії. Для вимірювання ефективної радіації та визначення УФ індексів використовується прилад UVB-1 фірми «YES», для вимірювання УФ радіації області А - прилад UVA-1 фірми «YES». Вимірювання ФАР до 2002 року проводилися за допомогою кольорових піранометра ГГО (область спектра 380-710 нм), в даний час - квантовим датчиком фірми «LI-COR» (область спектра - 400-700 нм).

Рис. 50. Актиномерт та піранометр еталонні

З 2001 р. проводяться оцінки оптичних і радіаційних характеристик аерозолю за сонячним і небесним фотометром CIMEL, який входить в наземну мережу AERONET.

На підставі даних стандартних вимірів прямої сонячної радіації визначаються характеристики прозорості атмосфери: інтегральний коефіцієнт прозорості P2 і фактор мутності Т2, наведені до маси атмосфери m = 2, а також аерозольна оптична товщина для довжини хвилі 550 нм.

Починаючи з 1994 р., реєстрація всіх видів атмосферної радіації проводиться із хвилинним дозволом на підставі апаратно-програмного комплексу "SUN", спеціально розробленого для цих цілей. Створена і постійно поповнюється електронна база даних всіх радіаційних потоків. Часто на геліометричних (актинометричних) метеостанціях проводяться спостереження за атмосферним озоном.

Рис. 51. Вигляд даху Кримської обсерваторії з приладами актинометричного контролю

В цілому слід відмітити, що актинометричні спостереження проводяться далеко не на усіх метеостанціях України, а лише на тих, що мають спеціальне обладнання та програми. Актинометричні метеостанції спеціалізованого типу є в Криму та Карпатах. Серед 6 метеостанцій Волинської області лише на одній (Ковельській) проводяться актинометричні спостереження за скороченою програмою.