Keskkonnauuringute meetodid

29.09.2015
Keskkonnauuringute meetodid
Со́ лнечная радиа́ция — электромагнитное и
корпускулярное излучение Солнца. Следует отметить, что
данный термин является калькой с англ. Solar radiation
(«Солнечное излучение»), и в данном случае не означает
радиацию в «бытовом» смысле этого слова
(ионизирующее излучение).
Солнечная радиация измеряется по её тепловому
действию (калории на единицу поверхности за единицу
времени) и интенсивности (ватты на единицу
поверхности). В целом, Земля получает от Солнца менее
0,5×10−9 от его излучения.
1
29.09.2015
2
29.09.2015
Электромагнитная составляющая солнечной радиации
распространяется со скоростью света и проникает в
земную атмосферу. До земной поверхности солнечная
радиация доходит в виде прямых и рассеянных лучей.
Всего Земля получает от Солнца менее одной
двухмиллиардной его излучения. Спектральный диапазон
электромагнитного излучения Солнца очень широк — от
радиоволн до рентгеновских лучей — однако максимум
его интенсивности приходится на видимую (жёлтозелёную) часть спектра.
Существует также корпускулярная часть солнечной
радиации, состоящая преимущественно из протонов,
движущихся от Солнца со скоростями 300—1500 км/с (см.
Солнечный ветер).
Во время солнечных вспышек образуются также частицы
больших энергий (в основном протоны и электроны),
образующие солнечную компоненту космических лучей.
Энергетический вклад корпускулярной составляющей
солнечной радиации в её общую интенсивность невелик
по сравнению с электромагнитной. Поэтому в ряде
приложений термин «солнечная радиация» используют в
узком смысле, имея в виду только её электромагнитную
часть.
3
29.09.2015
Солнечная радиация — главный источник энергии для всех
физико-географических процессов, происходящих на
земной поверхности и в атмосфере (см. Инсоляция).
Количество солнечной радиации зависит от высоты
солнца, времени года, прозрачности атмосферы.
Для измерения солнечной радиации служат пиранометры
и пиргелиометры. Интенсивность солнечной радиации
обычно измеряется по её тепловому действию и
выражается в ваттах на единицу поверхности (см.
Солнечная постоянная).
Solaarkonstandi ajaline käik 1978 - 2003.
4
29.09.2015
5
29.09.2015
Инсоля́ция (от лат. in — «внутрь» + sōl — «солнце») —
облучение поверхностей солнечным светом
(солнечной радиацией), поток солнечной радиации на
поверхность; облучение поверхности или
пространства параллельным пучком лучей,
поступающих с направления, в котором виден в
данный момент центр солнечного диска.
Различают астрономическую, вероятную и
фактическую инсоляцию.
Астрономическая инсоляция определяется
вращениями Земли вокруг Солнца и собственной оси,
наклонённой под углом 23,5° к эклиптике[1]. Земному
наблюдателю она представляется гармоническим
колебанием положения солнечной параллели
относительно небесного экватора с периодом в 365
суток и угловым фазовым смещением (склонением
Солнца).
Вероятная инсоляция зависит от состояния
атмосферы и облачного покрова. Продолжительность
вероятной инсоляции определяется, в основном,
высотой стояния Солнца.
Фактическая инсоляция всегда отличается от
вероятной и может быть определена лишь натурными
наблюдениями. Фактическая инсоляция зависит от
ориентации и конфигурации застройки, оконных
проёмов, положения расчётного помещения, балконов
и лоджий.
Нормирование и расчёт инсоляции являются сейчас
наиболее острой светотехнической проблемой.
6
29.09.2015
Все виды солнечных лучей достигают земной
поверхности тремя путями - в виде прямой,
отраженной и рассеянной солнечной радиации.
Прямая солнечная радиация - это лучи, идущие
непосредственно от солнца. Её интенсивность
(эффективность) зависит от высоты стояния солнца
над горизонтом: максимум наблюдается в полдень, а
минимум - утром и вечером; от времени года:
максимум - летом, минимум - зимой; от высоты
местности над уровнем моря (в горах выше, чем на
равнине); от состояния атмосферы (загрязнённость
воздуха уменьшает её). От высоты стояния солнца над
горизонтом зависит и спектр солнечной радиации (чем
ниже стоит солнце над горизонтом, тем меньше
ультрафиолетовых лучей).
Отраженная солнечная радиация - это лучи солнца,
отраженные земной или водной поверхностью. Она
выражается процентным отношением отраженных
лучей к их суммарному потоку и называется
альбедо.
Величина альбедо зависит от характера
отражающих поверхностей.
Некоторые из них характеризуются избирательной
отражающей способностью.
Снег полностью отражает инфракрасные лучи, а
ультрафиолетовые - в меньшей степени.
7
29.09.2015
Альбедо и поглощательная способность
различных поверхностей
Альбедо, %
Поглощательна
я способность,
в%
Свежий сухой снег
85- 95
15- 5
Загрязнённый снег
40- 50
60- 50
Тёмные почвы
5- 15
95–85
Влажные серые почвы
10–20
90–80
Луга
15–25
85–75
Сухая степь
20–30
80–70
Хвойные леса
10–15
90–85
Лиственные леса
15–20
85–80
Поверхности
Looduslike pindade albeedod
8
29.09.2015
Рассеянная солнечная радиация образуется в
результате рассеивания солнечных лучей в
атмосфере. Молекулы воздуха и взвешенные в нем
частицы (мельчайшие капельки воды, кристаллики
льда и т. п.), называемые аэрозолями, отражают
часть лучей. В результате многократных отражений
часть их все же достигает земной поверхности; это
рассеянные солнечные лучи. Рассеиваются в
основном ультрафиолетовые, фиолетовые и голубые
лучи, что и определяет голубой цвет неба в ясную
погоду. Удельный вес рассеянных лучей велик в
высоких широтах (в северных районах). Там солнце
стоит низко над горизонтом, и потому путь лучей к
земной поверхности длиннее. На длинном пути лучи
встречают больше препятствий и в большей степени
рассеиваются.
Суммарная солнечная радиация - вся прямая и
рассеянная солнечная радиация, поступающая на
земную поверхность.
Суммарная солнечная радиация характеризуется
интенсивностью. При безоблачном небе суммарная
солнечная радиация имеет максимальное значение
около полудня, а в течение года - летом.
9
29.09.2015
Радиационный баланс
Радиационный баланс земной поверхности - разность
между суммарной солнечной радиацией,
поглощенной земной поверхностью, и ее
эффективным излучением. Для земной поверхности
- приходная часть есть поглощенная прямая и
рассеянная солнечная радиация, а также
поглощенное встречное излучение атмосферы;
- расходная часть состоит из потери тепла за счет
собственного излучения земной поверхности.
Радиационный баланс может быть положительным
(днем, летом) и отрицательным (ночью, зимой);
измеряется в кВт/кв.м/мин.
Радиационный баланс земной поверхности важнейший компонент теплового баланса земной
поверхности; один из основных климатообразующих
факторов.
10
29.09.2015
Измерение солнечной радиации.
Для измерения солнечной радиации служат
актинометры и пиргелиометры. Интенсивность
солнечной радиации обычно измеряется по её
тепловому действию и выражается в калориях на
единицу поверхности за единицу времени.
Принцип действия большинства пиранометров,
которые используются для измерения суммарной
радиации, а при затенении от прямых лучей и
диффузной радиации, основан на измерении
разности температур черных (поглощающих
излучение) и белых (отражающих излучение)
поверхностей с помощью термоэлементов.
Последние дают сигнал в милливольтах, который
можно легко контролировать с помощью целого ряда
стандартных самопишущих систем.
Измерение интенсивности солнечной радиации
производится пиранометром Янишевского в
комплекте с гальванометром или потенциометром.
При замерах суммарной солнечной радиации
пиранометр устанавливают без теневого экрана, при
замерах же рассеянной радиации с теневым экраном.
Прямая солнечная радиация вычисляется как
разность между суммарной и рассеянной радиацией.
При определении интенсивности падающей
солнечной радиации на ограждение пиранометр
устанавливают на него так, чтобы воспринимаемая
поверхность прибора была строго параллельна
поверхности ограждения.
11
29.09.2015
Радиация, падающая на поверхность ограждения,
полностью не поглощается. В зависимости от фактуры
и окраски ограждения некоторая часть лучей
отражается. Отношение отраженной радиации к
падающей, выраженное в процентах, называется
альбедо поверхности и измеряется альбедометром
П.К. Калитина в комплекте с гальванометром или
потенциометром.
Для большей точности наблюдения следует проводить
при ясном небе и при интенсивном солнечном
облучении ограждения.
Janiševski-Bõkovi välialbeedomeeter
12
29.09.2015
Ångströmi pürheliomeeteri skeem
13
29.09.2015
Termoelektrilise mõõteseadme skeem
PV-termorakk; Rsh – takisti; M - galvanomeeter
Termoraku väljundpinge sõltuvused kiirguse intensiivsusest
14
29.09.2015
Janiševski püranomeeter
Püranomeeter
15
29.09.2015
Püranomeetrid SMP3-V and SMP11-V (võimalik ka A adapter)
16
29.09.2015
Püranomeeter CMP 6
Product Specification
Spectral range 285 to 2800 nm
Sensitivity 5 to 20 µV/W/m²
Response time 18 s Zero offset A < 12 W/m²
Zero offset B < 4 W/m²
Directional error (up to 80 ° with 1000 W/m² beam) < 20 W/m²
Temperature dependence of sensitivity (-10 ºC to +40 ºC) < 4 %
Operating temperature range -40 °C to +80 °C
Maximum solar irradiance 2000 W/m²
Field of view 180 °
Püranomeetri skeem
17
29.09.2015
Savinov-Janiševski aktinomeetri skeem
18
29.09.2015
Aktinomeeter
Bilansomeeter Peleng SF-08
19
29.09.2015
Bilansomeeter
20
29.09.2015
Bilansomeeter – lühi- ja pikalainelise kiirgusbilanss
CNR1 Specifications
Sensors: Kipp & Zonen’s CM3 ISO-class, thermopile pyranometer, CG3
pyrgeometer, PT100 RTD
Spectral Response
Pyranometer: 305 to 2800 nm
Pyrgeometer: 5000 to 50,000 nm
Response Time: 18 seconds
Sensitivity Range: 7 to 15 μV W-1 m2
Output Range
Pyranometer: 0 to 25 mV
Pyrgeometer: ±5 mV
Expected Accuracy for Daily Totals: ±10%
Directional Error: <25 W m-2 (pyranometer)
Heating Resistor: 24 Ohms, 6 W at 12 Vdc
CE Compliance: CE compliant under the European Union’s EMC directive
21
29.09.2015
Taimkatte kiirgusrežiimi uuringud
22
29.09.2015
Universaalne heliograaf
Heliograaf
23
29.09.2015
Heliograaf
Прямая солнечная радиация / Otsekiirguse (I) keskmised kuusummad
(MJm-2) Tõraveres ja Tiirikojal.
24
29.09.2015
Рассеянная солнечная радиация / Hajusa kiirguse keskmised kuusummad
(MJm-2) Tõraveres ja Tiirikojal.
Суммарная солнечная радиация / Summaarse kiirguse keskmised
kuusummad (MJm-2) Tõraveres ja Tiirikojal.
25
29.09.2015
26