Promieniowanie słoneczne

Promieniowaniesłoneczne

Podstawowe pojęcia i jednostki:PROMIENIOWANIE SŁOŃCA jest głównym źródłem energii cieplnej naZiemi. Słońce wysyła promienie o długości fal od milionowych częścimikrometra (np. fale Rentgena) po dziesiątki km (fale radiowe).W meteorologii rozróżnia się promieniowanie krótkofalowe (0,1 do 4,0 μ )i długofalowe ( 4 do 120 μ ). Promieniowanie słoneczne składa się w 99 %z promieniowania krótkofalowego. Promieniowanie Ziemi i atmosferyzaliczane jest do długofalowego gdyż składa się głównie z fal o długości 4do 120 mikrometrów.NATĘŻENIEM NAPROMIENIOWANIA (gęstością strumienia energii) nazywamyilość energii cieplnej (cal), jaką otrzymuje jednostka powierzchni ( cm 2 ) ustawionejprostopadle do biegu promieni, w jednostce czasu (min). Oznaczamy je symbolem I.Natężenie promieniowania słonecznego dochodzącego do górnej granicy atmosferynazwano STAŁĄ SŁONECZNĄ I 0= 1,98 cal/cm 2 * min. (jednostki nie używaneobecnie wg układu SI; przeliczenie na aktualne jednostki – dalej)

Pomiary promieniowania słonecznego- nie wchodzą w zakresstandardowego programu stacji meteorologicznychStanowią one badania specjalneObejmują wszystkie rodzaje promieniowaniaPrzyrządyPromieniowanie bezpośrednie - aktynometr, pyrheliometrPromieniowanie rozproszone - pyranometrPromieniowanie całkowitePromieniowanie odbite-solarymetr- albedometrPromieniowanie ziemskie - pyrgeometrZasada działania;pomiar polega na obserwacji zjawisk zachodzących pod wpływem wzrostutemperatury odbiornika wystawionego na działanie promieniowaniaWzrost temperatury wywołuje tzw. efekt termoelektrycznyPomiarprzyrzad+ galwanometr

Pyranometr termoelektrycznyJaniszewskiegoPrzeznaczenie- pomiar natężenia napromieniowaniacałkowitego (wykonywany na powierzchni poziomej) lubrozproszonego (wykonywany na powierzchni poziomejpo ograniczeniu dopływu promieniowaniabezpośredniego (4) i odbitego (pomiar na powierzchnipoziomej, lecz czujnik skierowany w dół);Budowa i zasada działaniaOdbiornik - szachownica z polami na przemianbiałymi i poczernionymi. Są to termoelementy – płytkimanganinowo - konstantanowe. Wskutek różnicypochłaniania promieniowania przez poczernione iniepoczernione powierzchnie, wytwarza się różnicatemperatur między spoinami termobaterii,proporcjonalna do natężenia promieniowania. Międzykońcami termobaterii wytwarza się siłaelektromotoryczna powodująca wychylanie sięwskazówki galwanometru

Bilansomierz termoelektrycznyJaniszewskiegopomiar bilansu promieniowania (różnicowego strumieniapromieniowania powierzchni czynnej)Budowa i zasada działania:dwie kwadratowe miedziane powierzchnie odbiorcze do którychprzyklejone są spoiny termobaterii, połączonej zgalwanometrem.Górna powierzchnia odbiorcza może pochłaniać krótkofalowepromieniowanie słoneczne oraz długofalowe zwrotne atmosfery ,Dolna płytka otrzymuje długofalowe promieniowanie Ziemi orazpromieniowanie krótkofalowe odbite od powierzchni Ziemi.Pod wpływem wytworzonej różnicy temperatur w obwodziepłynie prąd wskazywany przez galwanometr . Na podstawie tychwskazań oblicza się wielkość bilansu promieniowania

Pyranometr destylacyjny BellaniegoPrzeznaczenie pomiarnatężenia promieniowaniacałkowitegoBudowa:odbiornik promieniowania1.wyczerniona kula zawierającaalkohol1. szklana osłona3. rurka kondensacyjna (cm 3 )

Pomiar usłonecznieniaHeliograf Campbell - StokesaPrzeznaczenie - zapis czasutrwania usłonecznienia.Budowa i zasada działaniazasadniczy element- szklana kulaskupiająca promienie słoneczne nacienkim tekturowym pasku.Paski wsuwane są w rowkimetalowej obudowy - wybórrowków (górne, środkowe, dolne)zależny jest od położenia Słońcaczyli pory roku. Nachylenieobudowy powinno być zgodne zszerokością geograficzną miejscaobserwacji, oś przyrząduzorientowana dokładnie napołudnie, całość spoziomowana.

Pomiar natężenia oświetleniaLuksomierzBudowa:Czujnik- ogniwofotoelektryczne,selenoweamperomierz

Przyrządy aktynometryczne mierzą kilka rodzajówpromieniowania, a to:− promieniowanie bezpośrednie - pomiar aktynometrami,− promieniowanie rozproszone - pomiar pyranometrami,− promieniowanie odbite – pyranometrami,− bilans promieniowania – bilansomierzami,− promieniowanie efektywne – pyrgeometrami,− usłonecznienie – heliografami.Przyrządy aktynometryczne dzielimy na absolutne i względne.Pierwsze pozwalają na uzyskanie wyniku bezpośrednio wjednostkach ciepła, drugie wymagają przelicznikówwynikających z porównania z pierwszymi.Najczęściej stosowane przyrządy należą do grupytermoelektrycznych, przy czym metody pomiaru temperaturyelementów poddanych działaniu promieniowania mogą byćzwiązane z dowolnym sposobem pomiaru temperatury

Metody i przyrządy pomiarowe:Większość metod pomiaru promieniowania wykorzystuje cieplne oddziaływaniepromieniowania na materię.1.Metoda kalorymetryczna wykorzystuje cieplne oddziaływanie promieniowaniazaabsorbowanego przez poczernioną powierzchnię. Wzrost jej temperatury jestproporcjonalny do czasu naświetlania. Prędkość wzrostu jest zależna od natężeniapromieniowania.2 Metoda termometryczna zakłada, że ciało pochłaniające jest pod działaniempromieniowania przez czas potrzebny do ustalenia się temperatury tego ciała. Stratyciepła są proporcjonalne do różnicy temperatury elementu pochłaniającego iotoczenia, Wzrost temperatury jest proporcjonalny do natężenia promieniowania.3.Metoda strumienia wodnego jest podobna z tym, że ciepło od ciałapochłaniającego promieniowanie pobiera strumień wody opływający to ciało. Znającilość wody w układzie oraz zmiany jej temperatury, wyznaczamy natężeniepromieniowania.4.Metoda kompensacyjna wykorzystuje dwa identyczne ciała, z których jednowystawione jest na działanie promieniowania, a drugie podgrzewane jest elektryczniedo temperatury ciała pierwszego. Ilości ciepła uzyskane przez obydwa ciała wjednostce czasu, są sobie równe z tej równowagi obliczamy natężeniepromieniowania.5. Metoda elektrolityczna wykorzystuje zależność masy substancji odkładanych naelektrodach od natężenia prądu wywołanego różnicą temperatur na stykachosłoniętych i wystawionych na działanie promieniowania słonecznego.6.Metoda destylacyjna zakłada, że ilość cieczy wyparowanej pod wpływempromieniowania jest proporcjonalna do dawki promieniowania. Mierzymy tę ilość poskropleniu wyparowanej cieczy.