
	Главная \| Карта сайта


	РАЗДЕЛЫ


	ПАРТНЕРЫ


	АЛФАВИТ

... А Б В Г Д Е Ж З И К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я


	ПОИСК

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

III

Средний меридиан

0°

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

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).

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.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7


	НОВОСТИ


	ВХОД


	ТЕГИ

Рефераты бесплатно, реферат бесплатно, рефераты на тему, сочинения, курсовые работы, реферат, доклады, рефераты, рефераты скачать, курсовые, дипломы, научные работы и многое другое.
Copyright © 2012 г. При использовании материалов - ссылка на сайт обязательна.

Логин:
Пароль:

регистрация забыли пароль?