А.П. Волошина, Т.В. Евневич, А.И. Земцова - Руководство к лабораторным занятиям по метеорологии и климатологии (1113007), страница 6
Текст из файла (страница 6)
./ л (2) 6о Прямая солнечная радиация, приходящая на горизонтальную поверхность (5'), вычисляется по формуле В' = 3 з1п ИО, (з) где ЙΠ— высота солнца над горизонтом, Радиация, поступающая на земную поверхность от всех точек небесного свода, называется рассеянной В. Сумма прямой и рассеянной солнечной радиации, приходящей иа горизонтальную земную поверхность, представляет собой с у м м а р н у ю с о л н е ч- нуюрадиацию Я: (4) Суммарная радиация, дошедшая до земной поверхности, частично отражаясь от нее, создает отр а же иную р ади ацию В, направленную от земной поверхности в атмосферу.
Остальная часть суммарной солнечной радиации поглощается земной поверхностью. Отношение отраженной от земной поверхности радиации к поступающей суммарной радиации называется альбедо А. Величина А = — характеризует отражательную способность земной поверху ности. Она выражается в долях единицы или процентах. Разность между суммарной и отраженной радиацией называется поглощенной радиацией, или балансом коротковолновой радиации земной поверхности В„: В = Д вЂ” В, или В„= Я (1 — А). (5) Поверхность земли и земная атмосфера, как и все тела, имеющие температуру выше абсолютного нуля, также излучают радиацию, которую условно называют д л и н н о в о л н о в о й.
Ее длины волн — примерно от 4 до 100 мкм. Собственное излучение земной поверхности по закону Стефана — Больцмана пропорционально четвертой степени ее абсолютной температуры (Т): Еэ = боТ4 (6) где о=0,814 10-м кал/смз мин град4 — постоянная Стефана— Больцмана, 6 — относительная излучательная способность деятельной поверхности. Для большей части естественных поверхностей 6-0,95. Излучение атмосферы направлено как к Земле, так и в мировое пространство. Часть длинноволнового атмосферного излуче- 30 ния, направленная вниз и поступающая к земной поверхности, называется встречным излучением атмосферы и обозначается Е,. Разность между собственным излучением земной поверхности Е, н встречным излучением атмосферы Е, называется э ф ф е ктив ным излучением земной поверхности Е и. Еев — — Е, — Е,.
Величина Ееэ, взятая с обратным знаком, составляет б алане длинноволновой радиации на земной поверхности В,. Разность между всей приходящей и всей уходящей радиацией называется радиационным балансом земной поверхности, т. е. (8) В = 9 — Я вЂ” Е,э, или В = В„+Ви. Прямая солнечная радиация Для измерения прямой солнечной радиации применяются пиргелнометры и актинометры различных конструкций.
Компенсационный пиргелиометр Онгстрема Приемной частью компенсационного пиргелиометра Онгстрема служат две совершенно одинаковые очень тонкие манганиновые пластинки В и С (рис. 9), зачерненные сверху. К нижней части пластинок прикреплены через изолятор два спая термоэлемента, состоящего из медного н С о константанового проводников. В цепь термоэлемента включают Р гальванометр О. При измерениях прямой солнечной радиации одна пластинка С подвергается действию солнечных лучей, а другая В в это время затенена. Нагреванне пластинки С и приклеенного к ней одного из спаев термоэлемепта солнечными лучами компенсируется точно таким же Рис. 9. Схема компеисациоииоискусственным нагреванием пла- го пиргелиометра стинки В посредством пропускаиия через нее электрического тока )' от батареи Е. Для регулирования компенсирующего тока и его точного измерения в нагревательную цепь включают реостат Е и мнллиамперметр А.
Полная компенсация достигается прн равенстве температур обеих 31 пластинок В и С; при этом стрелка гальванометра б должна вернуться в нулевое положение. Приход тепла от солнца на пластинку С за ! мин равен Лаз, где з — площадь пластинки, а — ее коэффициент поглощения. Приход тепла на пластинку В от компенсирующего тока в ! мин можно вычислить по закону Джоуля — Ленца: 0,24 г!' 60, где г — сопротивление пластинки, ! — сила компенсирующего тока в амперах. При полной компенсации эти две величины равны, т.
е. Юаз =0,24г!'60. Отсюда можно найти величину интенсивности радиации 8: 3= ' ' !', или В=Й/', 0,24. 60 г (9) аз где л — постоянный коэффициент прибора. Таким образом, интенсивность радиации 8 пропорциональна квадрату силы компенсирующего тока. Все величины, определяющие постоянную пиргелиометра, могут быть точно определены в лабораторных условиях, в связи с этим пиргелиометр не требует градуировки по другому прибору для перевода его показаний в абсолютные единицы. Поэтому пиргелиометр Онгстрема является абсолютным прибором, позволяющим по силе компенсирующего тока определять прямую солнечную радиацию в кал/смз.мин.
Относительные приборы На метеорологических станциях для регулярных актинометри ческих наблюдений применяются относительные приборы: актино метры, пиранометры, альбедометры и другие, требующие сравнения с абсолютным прибором. ° Определение радиации с помощью относительных приборов основано на наблюдении стационарного состояния приемника при наличии прихода и расхода тепла.
Приемная поверхность прибора, получая тепло от радиации, нагревается до определенной температуры. Приход тепла в единицу времени (минуту) будет равен Лаз, где з — поверхность приемника, а — коэффициент поглощения радиации. 32 Вследствие повышения температуры приемной поверхности происходит потеря тепла путем теплопроводности и обмена с окружающей средой.
Расход тепла по закону Ньютона пропорционален разности температуры нагретого приемника Т и окружающего его пространства Тм Следовательно он будет равен й(Т вЂ” Т ), где Ь вЂ” коэффициент пропорциональности. При стационарном состоянии Лаз =- й(Т вЂ” Т,), откуда З = — «Т — Т,) =й(Т вЂ” Т ), ь (10) где я — постоянная прибора. Большей частью в приборах этого типа определяют не разность температур (Т вЂ” Тр), а величину, пропорциональную ей. Например, в современных актинометрических приборах измеряют силу термоэлектрического тока, которая, в свою очередь, пропорциональна радиации, действующей на прибор, т.
е. 3 = я/. (11) (12) где а — цена деления гальванометра в кал/см'мин или переводный множитель пары приборов: приемник радиации+гальванометр. Переводный множитель можно рассчитать по формуле (~П~Р+ лГ) (13) где а — цена деления гальванометра в микроамперах (10-аА), Р,р, Р, — сопротивление термобатареи приемника радиации и гальванометра, в омах, Й вЂ” чувствительность приемника радиации (мв на кал/ем~ мин). Величины а, я, Р,р и /(„указываются в поверочных свидетельствах приборов.
Поскольку характеристики приборов со временем могут изменяться, то переводный множитель время от времени определяется путем сравнения с показаниями абсолютного прибора — пиргелиометра. 33 В этом случае постоянная прибора й называется чувствительностью приемника радиации и выражается в милливольтах (мв) на кал/см'мин. При измерениях радиации обычно применяются стрелочные гальванометры типа ГСА-1.
Под действием солнечной радиации стрелка гальванометра отклоняется на число делений й/, так что Термоэлектрический актинометр Савинова — Янишевского Приемная часть актинометра состоит из тонкого диска, сделанного из серебряной фольги. В центре диска вырезано круглое отверстие. Одна сторона диска, обращенная к солнцу, зачернена (Рис. 10). К другой стороне приклеены внутренние (активные) спаи термоэлектрической батареи, имеющей вид звездочки. Внешние (пассивные) спаи приклеены к медному кольцу, положенному на термозвездочку и зажатому в корпусе прибора.
При наклейке спаев термозвездочка изолируется папиросной бумагой от диска и корпуса. Диск (приемная часть актинометра) вмонтирован в чашку 1, установленную на трубке актинометра 2 (рис. 11). Внутри трубки имеются пять диафрагм, защищающих приемную часть от влияния ветра и проникновения рассеянной и отраженнон радиации. рке 1о схема арн- При измерениях серебряный диск поглощает емкой части термо- солнечную радиацию.
Вследствие этого темзаекгркчеекого ак. пература диска и внутренних (активных) (термозвездочка) спаев термобатареи повышается. Внешние (пассивные) спаи имеют температуру корпуса прибора, близкую температуре наружного воздуха. Под действием разности температуры внешних и внутренних спаев в цепи термобатареи возникает термоэлектрический ток, измеряемый гальванометром. Между наблюдениями трубка актинометра закрывается крышкой 3, и этим самым диск предохраняется от загрязнения. Термоэлектрический актинометр укрепляется на небольшом штативе 4, позволяющем устанавливать прибор по широте места, высоте и азимуту солнца.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
