Контрольні питання

1. Хімічний склад атмосферного повітря та біологічне значення його складових?

2. Що таке атмосферний тиск і в яких одиницях він вимірюється?

3. Що таке баричний ступінь і від чого він залежить?

4. Для чого використовується барометричне нівелювання та які вихідні дані потрібні для його проведення?

5. Наведіть приклади впливу людини на хімічний склад атмосфери і до яких наслідків це призводить?

6. Як змінюється тиск протягом доби і від чого залежать ці коливання?

7. Якими приладами вимірюється атмосферний тиск?

Лабораторна робота №2.

Вимірювання сонячної радіації

Від Сонця до поверхні Землі доходить енергія, яка є джерелом життя і одним з основних кліматоутворюючих факторів. Виражають енергетичну випромінювальну здатність у Вт/м² або в кал/см² ∙ хв; 1 кал/см² ∙ хв = 698 Вт/м². Максимальну інтенсивність сонячної радіації приймають за сонячну сталу (теплота, яка поглинається перпендикулярною до сонячних променів поверхнею) яка дорівнює 1337 Вт/м² або 1,98 кал/см² ∙ хв.

Освітленість вимірюють в люксах (лк) або в СІ канделах (кд).

Завдання 1. Ознайомитись з приладами для вимірювання сонячної радіації.

Для вимірювання потоків сонячної радіації використовують абсолютні та відносні методи і відповідно розроблені абсолютні та відносні актинометричні прилади.

◙ Абсолютні прилади вимірюють радіацію безпосередньо в теплових одиницях. По відносних приладах результати вимірювань отримують у відносних одиницях і для переводу в теплові одиниці використовують переводні коефіцієнти, які встановлюють за допомогою абсолютних приладів Абсолютні прилади зазвичай використовують тільки для тарировки та повірки відносних приладів.

◙ Відносні прилади використовують при регулярних спостереженнях на мережі метеорологічних станцій, а також в експедиціях та польових спостереженнях. З них найчастише використовують термоелектричні прилади. Приймальною частиною цих приладів є термобатереї з спаїв двох металів. Різниця температур виникає внаслідок різної поглинальної здатності спаїв або розташування спаїв в різні радіаційні умови.

В результаті нерівномірного прогрівання спаїв виникає різниця температур і в ланцюгу виникає термострум, який записується гальванометром. Різниця температур обумовлена радіацією, яка поступає на прилад, і енергетична освітленість буде прямо пропорційна силі термоелектричного струму.

У парі з термоелектричними приладами використовують гальванометр типу ГСА-1.

▼ Принцип дії :

термоелектричний – залежно від інтенсивності радіації, між спаями термобатареї створюється різниця температур і виникає електричний струм різної сили який вимірюється гальванометром.

◙ Актинометр термоелектричний (М-3) використовують для вимірювання прямої сонячної радіації. Він має провідник – послідовно спаяні стрічки манганіну і константану, складений у вигляді зірочки. Непарні спаї розміщені навколо центра, парні – на периферії. Непарні спаї підклеєні до нижньої сторони тонкого зачорненого срібного диска. Кінці провідника виведені і підключаються до гальванометра. Спай вставлений у трубку. У широкій частині трубки знаходиться мідне кільце. Коли трубку спрямувати на Сонце, то сріблястий диск освітлюється прямими сонячними променями, а мідне кільце залишається у тіні. Непарні спаї більше нагріваються, ніж парні. Різниця температур буде тим більшою, чим сильніша сонячна радіація. Термострум, що виникає, вимірюють за допомогою гальванометра.

Рис. 4. Актинометр Янишевського: 1 – плато; 2 – два дроти для приєднання до гальванометра; 3 – кожух трубки; 4 – мідна трубка; 5 – пристосування для пересування грубки у горизонтальній площині; 6 – механізм для регулювання трубки у вертикальному напрямі; 7 – кришка трубки.

Встановлюють прилад горизонтально:

• по широті спостережень (за допомогою шкали широт);

• по напрямках світу (стрілка на приладі повинна бути направлена на північ);

• по напрямку сонячної радіації (пучок світла через отвір верхнього кільця повинен попадати на точку нижнього кільця).

◙ Піранометр. У піранометрі термобатарея складена із скріплених смужок манганіну і константану, розміщених у горизонтальній площині. Парні і непарні термоспаї розміщені групами і пофарбовані: одні - білою фарбою, інші – чорною. В результаті утворюється пластинка – приймач з чергуванням білих та чорних квадратів, яка зверху закрита скляним ковпаком. Якщо на таку пластинку падають сонячні промені, то у провіднику виникає термострум, сила якого пропорційна інтенсивності діючої радіації. Таким чином вимірюється сумарна радіація. Якщо приймач затінити від дії прямого сонячного випромінювання, то на нього діятиме тільки розсіяне світло, тобто вимірюється розсіяна радіація.

Рис. 5. Піранометр: І – термоелектрична батарея; 2 – напівсферичний скляний ковпачок; З – клеми; 4 – стояк; 5 – пристрій для установлення екрану; 6 – трегер; 7 – регулювальні (піднімальні) гвинти; 8 – плато.

Встановлюють прилад горизонтально:

• до сонця стороною, відміченою номером на головці;

◙ Альбедометр – це піранометр, конструктивно пристосований для вимірювання падаючої і відбитої радіації. Падаючу (сумарну) радіацію вимірюють при спрямуванні приймача вгору, а відбиту – при спрямуванні вниз. За формулою обчислюють альбедо підстилаючої поверхні.

Встановлюють прилад горизонтально на карданній підвісці

• до сонця стороною, відміченою номером на головці.

◙ Балансомір – призначений для вимірювання радіаційного балансу горизонтальної поверхні. Його приймач складається з двох тонких пластинок – мідної та пофарбованої в чорний колір фольги. Пластинки розміщені паралельно, приклеєні відповідно до парних і непарних спаїв термобатареї і зачорненими поверхнями спрямовані в протилежні сторони. Якщо поверхня однієї пластинки спрямувати до зеніту, то поверхня другої пластинки буде спрямована вниз, до земної поверхні. Різницю між потоками радіації зверху і знизу, тобто радіаційний баланс діяльного шару, покаже балансомір.

Рис. 6. Балансомір: 1 – корпус з приймачем; 2 – ручка; 3 – виводи від термобатарей; 4 – панелька; 5 – кулькові шарніри; 6 – стержень; 7 – екран; 8 – чохол.

◙ Геліограф використовують для визначення тривалості сонячного сяйва. Він складається з масивної скляної кулі, закріпленої на підставці, яка фокусує падаючі на неї сонячні промені. Фокус переміщується за рухом Сонця. На шляху точки фокуса закріплена картонна стрічка з поділками на години, яка встановлюється у пази чашки на підставці. Сонячні промені збираються у фокус і залишають пропалини на стрічці. За пропалинами визначають тривалість сонячного сяйва (в годинах і хвилинах). Паперові стрічки встановлюють відповідно пори року: у верхній паз – зимою (з 16 жовтня до кінця лютого), середній – весною і восени (з 1 березня по 15 квітня і з 1 вересня по 15 жовтня), нижню – літом (з 16 квітня по 31 серпня).

Рис. 7. Геліограф: 1 – картонна стрічка; 2 – суцільна склянка куля; 3 – підставка чашки.

◙ Люксметр – призначений для вимірювання освітленості. У ньому встановлений фотоелемент, змонтований разом з магнітно-електричним вимірювачем. Фотоелемент перетворює сонячну енергію безпосередньо в електричну, і вона по дроті передається на стрілку люксметра, яка рухається по шкалі.

Завдання 2. Розрахувати радіаційний баланс.

Кінцеве значення вираховується за формулою:

В – радіаційний баланс, Вт/м²;

Q – сумарне випромінювання, Вт/м²;

Е_еф – ефективне випромінювання, Вт/м²;

R_k – відбита радіація, Вт/м².

Для розв’язання на початку необхідно визначити складові частини радіаційного балансу:

S^/ – пряме сонячне випромінювання, яке приходить на горизонтальну поверхню або інсоляція , Вт/м²;

S – пряме сонячне випромінювання, яке приходить на поверхню перпендикулярно сонячним променям, Вт/м²;

h₀ – кут висоти Сонця над горизонтом;

А – альбедо підстилаючої поверхні, %.