Актинометричні спостереження

3.1 Основні поняття

Актинометричні спостереження - це - спостереження за інтенсивністю потоків променистої енергії, які приходять до підстильної поверхні від Сонця, атмосфери і які відбиваються і випромінюються в атмосферу підстильною поверхнею. Актинометричні спостереження проводяться по спеціальній програмі за допомогою актинометричних приладів на метеорологічних станціях, які залучені для таких спостережень. Актинометричні станцій розташовані таким чином, щоб освітлювати даними своїх спостережень широтні особливості припливу сонячної радіації до земної поверхні.

Актинометрична установка розміщується у південній частині метеорологічного майданчика так, щоб прилади не затінювались на пртязі всього дня. Рослинність навколо установки - трав’яний покрив, який повинен відповідати оточуючій місцевості.

Пряма сонячна радіація на нормальну поверхню S Променистий потік короткохвильової сонячної радіації, який проходить крізь атмосферу, безпосередньо доходить, до земної поверхні і припадає на одиницю нормально орієнтованої до променя поверхні за одиницю часу. Вимірюється актинометром, що встановлюється на вертикальній стійці з підставкою так, щоб його приймальна поверхня знаходилася на висоті 1,5 м над підстильною поверхнею. Інтенсивність потоку S вимірюється за допомогою сполученого з актинометром гальванометра і фіксується при спостереженнях в одиницях поділок гальванометра. За допомогою перевідного коефіцієнта актинометру його показання переводяться в кВт/м²

Пряма сонячна радіація на горизонтальну поверхню S'. При актинометричних спостереженнях не вимірюється, а розраховується. При необхідності може бути визначена по вимірам піранометра альбедометра, як різниця між показаннями незатіненого і затіненого піранометра.

Розсіяна сонячна радіація на горизонтальну поверхню D - променистий короткохвильовий потік, який приходить на земну поверхню від небесного склепіння. Вимірюється затіненим піранометром, який з’днується Із окремим своїм гальванометром

2. Порядок проведення актинометричних спостережень

1. Актинометричні спостереження проводять в такі терміни:

0 г 30 хв,-6 г 30 хв, 9 г 30 хв, 12 г 30 хв, 15 г 30 хв, 18 г 30 хв за середнім сонячним часом.

Примітка. У випадках випадання опадів і різко змінної хмарності в строк спостереження можлива відступи від вказаного часу в межах 30 хв. В примітці слід вказати причину відступу від терміну.

2. Спостереження в денні терміни проводять в наступному порядку.

За 10 хв до терміну спостерігач оглядає актинометричні приладу, при цьому стежить за чистотою скляного ковпака альбедометра і приймальних: поверхонь приладів, контактів штепсельної розетки і вилки, клем приладів, контактів і справністю тіньових екранів і дротів. При виявленні яких- яебудь несправностей їх слід усунути до проведення спостережень.

За 5 хв до терміну спостерігач знімає кришки з приладів і націлює актинометр на Сонце, встановлює тіньові екрани до балансоміра і альбедометра, перевіряє горизонтальність альбедометра по його рівню і горизонтальність балансоміра по невигідному рівню (або візуально по горизонту, якщо немає невигідного рівня), звертає увагу на номер сторони балансоміра, поверненої вгору (номер сторони, обернутої угору, повинен бути постійним: 1 або 2), і закриває актинометр і альбедометр кришками.

Після цього він відзначає хмарність, видимість, стан діяльної поверхні на майданчику, де встановлені актинометричні прилади, і атмосферні явища.

При хмарності 3/3 і меншій відмічається колір неба і наявність хмар в зеніті.

За 3 хв до строку спостерігач проводить відлік місця нуля балансоміра, актинометра, альбедометра. Місце нуля балансоміра визначається при розімкненому ланцюзі, тобто коли балансомір не сполучений з гальванометром. Місце нуля актинометра і альбедометра визначається при закритих кришками приладах і замкнутому ланцюзі (актинометр і альбедометр підключені до гальванометрів).

Не пізніше ніж за 1 хв до терміну спостерігач знімає кришки з альбедометра і актинометр, перевіряє націлювання на сонці трубки актинометра (тобто суміщає «зайчик» променя сонячного світла з центром хрестика, нанесеного на кільце), правильність затінювання альбедометра (тінь від екрана повинна затінювати не тільки батарею, але і діафрагму).

1. Спостереження по приладах спостерігач проводить в такій послідовності:

   1. Рівно в строк відзначає час початку спостережень по місцевому (середньому сонячному) часу І робить три відліки по затіненому альбедометру D₁ (відліки по гальванометру проводяться через 10-15 с). Між першим і другим, а також між другим і третім відліком проводить два відліки по актинометрії. Відзначає ступінь покриття сонячного диска хмарами.

   2. До гальванометра підключає балансомір так, щоб відхилення стрілки було праворуч. Відзначає положення вилки гальванометра, тобто яким знаком вона була обернена угору: "+" або "-" і проводить три відліки по затіненому балансоміру (B-S') і вітроміру і два відліки по актинометру (між першим і другим і між другим і третім відлікам по балансоміру). Відзначає ступінь покриття сонячного диска хмарами. Підключає гальванометр до альбедометра.

Примітка. Якщо при підключенні балансоміра стрілка гальванометра відхилилася ліворуч поділки місця нуля, то потрібно змінити положення вилки на зворотне і відзначити знаком або

При проведенні ВІДЛІКІВ по вітроміру не СЛІД підходити впритул до нього, щоб не спотворювати повітряного потоку, а проводити відліки збоку, знаходячись на такій відстані від вітроміра, з якої видні поділки шкали, Швидкість вітру спостерігач відлічує з точністю до 1 м/с. Відліки швидкості вітру проводяться, по можливості, одночасно з відліками по балансоміру, для чого зразу ж після відліку по балансоміру спостерігач швидко дивиться на покажчик швидкості вітру, відлічує поділку шкали швидкості вітру і записує відліки вітроміра і балансоміра.

3. Для визначення R_k (відбитої короткохвильової радіації) спостерігач повертае альбедометр униз, перевіряє націлювання трубки актинометра на сойці, підходить до гальванометрів і проводить три відліки по альбедометру, обернутому униз після першого і другого відліків

знімає два значення по актинометру, а також відзначає покриття сонячного диска хмарами.

4. Повертає альбедометр приймальною поверхнею угору, затінює його, перевіряє націлювання трубки актинометра на Сонце і проводить ігри відліки по альбедометру D₂ і два відліки по актинометру (після першої-о і після другого відліку по альбедометру). Відзначає при цьому ступінь покриття сонячного диска хмарами і час закінчення спостереження, тобто час третього відліку по альбедометру.

Слід пям'ятати,, що перед першим відліком по альбедометру повинен бути витриманий чаї: його інерції (близько 40 с).

4. Закриває прилади кришками (гальванометри арретирує), відзначає температуру поверхні ґрунтy по строковому термометру на оголеній ділянці метеорологічного майданчика і температуру повітря. На цьому спостереженні! закінчується. Прилади закриваються футлярами.

Якщо під час спостереження хмарність (по кількості або за формою), це вказують в примітці.

Вказані спостереження, враховуючи значну інерцію піранометрів з квадратною батареєю, слід проводити протягом 8 - 10 хв.

3. Якщо під час спостереження різко змінюється стан диска Сонця

.(наприклад O і . П; О і О°; О° і П), спостерігачу дозволяється перечекати, поки пройде хмара. В деяких випадках може бути проведено повторне спостереження якого-небудь потоку радіації, щоб зміряти, по можливості, всі спостережувані потоки: розсіяну, віддзеркаленню радіацію і радіаційний баланс при одній і тій же відмітці сонячного диска. В подібних випадках тривалість спостереження буде більшою (про що повинно бути вказано в примітці).

3. При швидкому просуванні хмар по диску сонця, коли радіація швидко зміняюється, замість повної серії спостережень по балансоміру проводять тільки один відлік меж, в яких рухається стрілка гальванометра при незатіненому балансомірі. Записують тільки межі, коли стрілка сильно коливається при поривчастому вітрі. Останнє відноситься до відліків по затіненому і незатіненому балансоміру.

4. Якщо сонце було закрито хмарами (О°, П), спостереження

проводять в тій 'же послідовності, тільки альбедометр і балансомір не затінюють, а спостереження по актинометру відсутні.

Примітка. Можна брати відліки по актинометру при відмітці диска

Сонця О°, якщо перед цим він був націлений на Сонце (тобто якщо

відмітка диска сонця була О₂ або О ).

3. ГІри вимірюваннях декількох потоків радіації, що проводяться один за одним, важливо, щоб виконувалася умова сталості потоку радіації протягом часу спостереження. Для цієї мети одночасно з вимірюванням кожного вигляду радіації (розсіяної, відбитої і радіаційного бапансу) проводять вимірювання прямої сонячної радіації, крім того, відзначають стан сонячного диска.

Відліки актинометра паралельно з.відліками по кожному приладу, що вимірює який-небудь потік радіації, є контролем, наскільки можна вважати умови спостереження постійними, для приведення вимірюваних потоків до одного моменту часу.

При змінному хмарному покритті сонячного диска спостереження представлятимуть найбільшу складність при обробці і аналізі, тому необхідно ретельно стежити за зміною щільності покриття хмарами сонячного диска при кожному відліку.

3. За відсутності хмар на диску Сонця і в зоні радіусом 5° навкруги нього, тобто 10 видимих діаметрів Сонця (видимий діаметр сонця рівний 32 кутовим хвилинам), спостереження доповнюється відліками по незатіненому балансометру і альбедометру. Порядок спостереження в цьому випадку наступний: після спостережень, висловлених в п. 2.1.1, альбедометр встановлюють так, щоб він був освітлений Сонцем, проводять відлік по незатіненому балансоміру В, а потім - по затіненому балансоміру (згідно п. 2.1.2) після цього проводять спостереження по незатіненому альбедометру (до Сонця повинна бути повернена сторона діафрагми, на якій був поставлений номер приладу). Потім проводять спостереження, викладені в пп. 2.1.3-2.1.5.

Спостереження по незатіненому приладу необхідні для контролю перевідних множників в процесі роботи приладів.

Для південних районів, де такі випадки дуже часті, особливо у весняно-літній період, ці спостереження можна проводити тільки 12 год 30 хв. При поривчастому вітрі, коли неможливо зняти відліки по гальванометру з точністю до 0,1 спостереження з метою. контролю множників не прозодять.

3. Схематичйий порядок спостереження при різному стані сонячного диска наступний:

На сонячному диску і поблизу нього немає хмар (умови для контролю 'перевідних множників):

D₁, В, B-S', Q, R_к,D₂.

На сонячному диску хмари (відмітка О, О⁰, П):

D₁, B-S', R_k, D₂.

9. В нічний термін, коли сонце знаходиться під горизонтом, спостереження проводять тільки по балансоміру, колір неба і видимість не визначають.

10. При виході з робочого стану якого-небудь з двох гальванометрів і відсутності заміни всі прилади (альбедометр, балансомір, актинометр) підключають до одного гальванометра. Спостереження проводять у вказаному порядку з тією лише різницею, що після кожного третього відліку по альбедометру або балансоміру до гальванометра підключають актинометр і проводять два відліки по ньому. Тривалість спостережень в цьому випадку збільшується на 2-3 хв.

11. При виході з робочого стану актинометра і відсутності запасного приладу спостереження проводять в такій послідовності:

• вимірюють розсіяну радіацію по альбедометру Після третьог о відліку стрижень з тіньовим екраном опускають (до Сонця обернена сторона діафрагми з номером);

~ вимірюють радіаційний баланс В по незатіненому балансоміру з одночасним вимірюванням швидкості вітру;

• вимірюють сумарну радіацію Q, після третього відліку альбедометр повертають униз;

• через 1 хв після оберненя альбедометра униз проводять відліки відбитої радіації R_к.

9. Спостереження по альбедометру не проводять:

• при сильному дощі;

• при випаданні мокрого снігу, який затримується на скляному ковпаку альбедометра;

• при відкладенні на альбедометре ожеледі І паморозі, у разі неможливості очищення ковпака альбедометра від гидрометеорів без ушкодження його.

9. Спостереження по балансоміру не проводять:

• при дощі (виключаючи випадки випадання окремих крапель);

• при снігу (у тому випадку, коли сніжинки залишаються на пластинках, балансоміра) із слабким вітром;

-- при відкладенні під час спостереження на приймальній поверхні балансоміра гідрометеорів (роси, інею, паморозі, ожеледі).

Примітка. Якщо відкладення гідрометрії мало місце між термінами, то спостерігач зобов'язаний перш, ніж провести вимірювання по альбедометру або балансоміру, очистити прилади від ги дро метеорів.

Пояснення до проведення допоміжних спостережень

9. Хмарність: визначається кількість та форма хмар Наявність хмар в "зеніті" відмічається в тих випадках, коли хмарність 3 бали і менша. При цьому записується тільки форми хмар в зеніті. Умовно під "зенітом" розуміють зону неба радіусом 30⁰ навколо Сонця.

10. Ступінь покриття сонячного диска хмарами (або стан диска Сонця) відзначають в денні терміни наступними позначками:

О² - на сонячному диску і у зоні 5° навколо нього непомітно слідів

хмар;

О - Сонце просвічує крізь хмари, тіні (у тому числі і від екранів затінювання і кільця актинометра) виразні, якщо на сонці хмари тонкі, або менш виразні, але помітні, якщо на сонці хмари більш щільні;

О° ~ сонце слабо просвічує крізь шар щільних хмар, тіні від предметів невиразні (неможливо націлити трубку актинометра на Сонце);

П сонячного диска не видно крізь щільні хмари.

Примітка. Може бути сильне помутніння атмосфери, коли при хмарності 0/0 доводиться ставити знак О, а іноді у такому разі при сході і

заході Сонця можуть бути відмітки не тільки О але і О°.

9. Колір неба визначається при загальній хмарності 3 бали і меншій словесною оцінкою: небо голубе, блідо-голубе, білясте.

При оцінці кольору неба не береться до увага зона неба, близька до горизонту, яка. як правило, має білястий колір.

9. Видимість визначається в балах згідно правилам.

10. Стан діяльної поверхні на майданчику, де встановлені актинометричні прилади (фактично діяльного шару) відмічається словесною оцінкою. В цю оцінку входить визначення:

1. стану трави щодо свіжості і кодьору (відносно сніжного покриву додатково ще ступінь покриття майданчика снігом);

2. ступеня зволоження трави (те ж відносно сніжного покриву).

Стан трави щодо свіжості і кольору характеризується наступними

оцінками: а) зелена; б) пожовтіла; в) висохла, вигоріла, торішня.

Стан сніжного покриву характеризується: стосовно свіжості і кольору: а) чистий; б) забруднений; в) брудний; відносно покритості актинометричног о майданчика: а) покрито снігом; б) місцями покрито снігом.

Ступінь зволоження трави має таkі оцінки: а) суха (після проведення рукою по траві долоня залишається сухою); б) волога (після проведення рукою по траві долоня стає вологою); в) замерзла (ця оцінка відноситься також і до характеристики поверхні ґрунту під травою).

Примітка. В тих випадках, коли майданчик, де встановлені актинометричні прилади, як і оточуюча його місцевість, не має рослинності (або покрита рідкісною рослинністю), вказані характеристики "суха” і "волога" відносяться до поверхні ґрунту. Стан сніжного покриву відповідно характеризується оцінками: а) сухий; 6) вологий; в) з кіркою сніжною (настом); г) з кіркою крижаною.

Приклади: 1. Зелена суха трава.

2. Сніг чистий, сухий.

3. Сніг з кіркою сніжною, забруднений, вологий.

4. Сніг місцями брудний, сухий.

Примітка. Разом з атмосферними явищами відмічаються випадки, коли під приладами немає снігу, а також коли майданчик під приладами не повністю був покритий травою.

20. Атмосферні явища, що мали місце під час спостереження, відмічаються прийнятими позначеннями.

21. Температуру поверхні ґрунту відлічують по строковому (надгрунтовому) термометру, встановленому на оголеній ділянці в південній частині метеорологічного майданчика.

22. Температуру повітря відзначають по аспираційному психометру (сухому термометру - на висоті 2.0 м - якщо на станції проводять градієнтні спостереження) або по термометру в психрометричній будці.

3.3 Запис спостережень

Результати спостереження записують в книжці для актинометричних спостережень КМ-12.

Якщо актинометричні спостереження проводять за межами метеорологічного майданчика, то в 5 м від актинометричної стійки встановлюють строковий надґрунтовий термометр на оголеній ділянці грушу. Температуру і вологість повітря у такому разі вимірюють по аспираційному психометру. *

Число місяця, хмарність, колір неба, видимість і стан діяльної поверхні записують у лівій частині сторінки у перших чотирьох рядках. Наявність хмар в ''зеніті" (з) записують поряд з хмарністю (після вказівки форм). Справа записують місце нуля приладів.

В гр. 1 заносять середній сонячний час початку і кінця спостережень. Якщо час початку спостереження відрізняється від термінів', вказаних в п. 1 більш ніж на 3 хв, то причину цього указують в примітці.

В гр. 2 під позначенням виду радіації (В, В-S') записують положення вилки гальванометра (знак ’+" або ”-’).

В гр. З проти першого' відліку указують ступінь покриття сонячного диска хмарами.

В гр. 4 і 5 проти відповідних позначень потоків радіації відзначають показання вітроміра в цілих одиницях і показання у гальванометра, сполученого з тим або іншим приладом.

Показання гальванометра записують з точністю до однієї десятої поділки шкали.

Коли відліки швидкості вітру більші за 10 м/с, їх записують цифрою зі знаком " > " / > 10/.

Відліки по затіненому альбедометру відзначають в гр. 5 проти позначення D1,D2 Туди ж записують відліки по незатіненому альбедометру при відмітках О° і П.

Відліки по затіненому балансоміру указують проти позначення В-S' Туди ж записують відліки по незатіненому балансоміру гтри

відмітках O° і П.

Відліки по альбедометру, повернутому униз, записують проти позначення Rk

При спостереженнях по незатіненому балансоміру і альбедометру для контролю перевідних множників або за відсутності в установці актинометра відліки записують проти позначень В і Q.

Відліки по балансоміру у ночі записуються проти позначення В - S'.

Гр. 6 і 7 заповнюють при обробці.

В гр, 8 записують відліки актинометра.

Гр. 9 і 11 заповнюють при обробці.

Справа зверху сторінки в спеціальних графах записують відліки температури поверхні ґрунту на оголеній ділянці, температури повітря, парціального тиску водяної пари і температури гальванометра, сполученого з актинометрією (T_г).

Якщо на станції градієнтні спостереження не проводять, то атмосферний тиск водяної пари виписують з книжки метеорологічних спостережень КМ-1 за строк, найближчий до даного актинометричного терміну.

Унизу сторінки є два рядки, в перший з яких записують атмосферні явища, що відбуваються під час спостережень, а в другий - примітки. В примітках указують випадки, коли відліки швидкості вітру відрізняються , один від одного на 2 м/с і більш (наприклад, швидкість вітру змінюється від 2 до 6 м/с), причину спізнення або не проведення спостереження (чищення скляного ковпака і ін,).

В кінці спостерігач і перевіряючий спостереження розбірливо ставлять підписи.

Спостереження слід записувати негайно на місці їх проведення. Запис спостережень і результатів обробки в КМ-12 роблять чітко, розбірливо, простим олівцем, ніяких стирань не допускається. У разі потреби виправлення первинний запис закреслюють так, щоб можна було прочитати закреслене, а зверху або поряд вписують виправлене значення з відповідним застереженням в примітці.