MERENJE ZRAENJA Merenje zraenja izuzev merenja trajanja Sunevog

  • Slides: 19
Download presentation
MERENJE ZRAČENJA Merenje zračenja, izuzev merenja trajanja Sunčevog sjaja, ne spada u osnovni program

MERENJE ZRAČENJA Merenje zračenja, izuzev merenja trajanja Sunčevog sjaja, ne spada u osnovni program merenja na meteorološkim stanicama, već u specijalna merenja koja se koriste u proučavanju energetskog bilansa, sastava atmosfere (koncentracije aerosola, ozona, vodene pare itd. ), kao i u različitim istraživanjima u biologiji, poljoprivredi, medicini, arhitekturi i energetici. Instrumentima za merenje zračenja meri se kratkotalasno zračenje Sunca i dugotalasno zračenje Zemlje i atmosfere. T ≈ 6000 K λmax ≈ 0. 5μm skalirano sa ≈ 10 -6 T ≈ 255 K = -15 °C λmax ≈ 10μm

Direktno Sunčevo zračenje – dolazi bez gubitaka direktno sa Sunčevog diska. Difuzno Sunčevo zračenje

Direktno Sunčevo zračenje – dolazi bez gubitaka direktno sa Sunčevog diska. Difuzno Sunčevo zračenje – dospeva na površinu Zemlje posle rasipanja i odbijanja u atmosferi. Globalno Sunčevo zračenje – zbir direktnog i difuznog Sunčevog zračenja. Reflektovano Sunčevo zračenje – deo globalnog Sunčevog zračenja koje se odbija od površine Zemlje i vraća u atmosferu. Totalno ili ukupno zračenje – zbir kratkotalasnog i dugotalasnog zračenja RADIOMETRI - zajedničko ime za sve instrumente za merenje zračenja, koji su zasnovani na različitim principima rada i senzorima kojima se mere različiti efekti koje izaziva zračenje: toplotni, hemijski, električni itd.

INSTRUMENT VELIČINA KOJU MERI VIDNO POLJE pirheliometar direktno Sunčevo zračenje 50 spektralni pirheliometar deo

INSTRUMENT VELIČINA KOJU MERI VIDNO POLJE pirheliometar direktno Sunčevo zračenje 50 spektralni pirheliometar deo spektra direktnog Sunčevog zračenja 50 piranometar globalno, difuzno ili reflektovano Sunčevo zračenje 1800 spektralni piranometar deo spektra globalnog, difuznog ili reflektovanog Sunčevog zračenja 1800 net piranometar neto globalno Sunčevo zračenje pirgeometar dugotalasno zračenje (daleko infracrveno zračenje) piradiometar ukupno zračenje (kratkotalasno + dugotalasno zračenje) net piradiometar neto ukupno zračenje 2 x 1800 2 x 1800

INSTRUMENTI ZA MERENJE DIREKTNOG SUNČEVOG ZRAČENJA PIRHELIOMETRI Intenzitet direktnog Sunčevog zračenja predstavlja količinu direktne

INSTRUMENTI ZA MERENJE DIREKTNOG SUNČEVOG ZRAČENJA PIRHELIOMETRI Intenzitet direktnog Sunčevog zračenja predstavlja količinu direktne Sunčeve energije koja u jedinici vremena pada na jediničnu površinu normalnu na pravac prostiranja Sunčevih zraka. Jedinica za intenzitet zračenja je Jm-2 s-1 odnosno Wm-2. Merenja trenutnih vrednosti intenziteta direktnog Sunčevog zračenja za potrebe klimatologije se vrše u pune sate po pravom Sunčevom vremenu. Automatska merenja se vrše najčešće po zvaničnom vremenu. To je prihvatljivo ako je vremenski interval između dva merenja dovoljno mali, pa se svođenje podataka na pravo Sunčevo vreme može izvršiti sa zadovoljavajućom tačnošću. U primenjene svrhe upotrebaljavaju se desetominutne ili satne sume zračenja, a za određivanje zamućenosti atmosfere trenutni intenziteti direktnog zračenja. Časovna suma = Intenzitet (srednji) x 3600 s [Jm-2]

PIRHELIOMETAR SASTOJI SE od metalne cevi na pomičnom postolju. Na prednjoj strani cevi nalaze

PIRHELIOMETAR SASTOJI SE od metalne cevi na pomičnom postolju. Na prednjoj strani cevi nalaze se dva proreza kroz koje prolaze Sunčevi zraci. POSTAVLJA SE na otvorenom, tako da su prorezi na prednjoj strani usmereni direktno ka Suncu. PRIJEMNI DEO: dve manganske pločice crne boje, u unutrašnjosti cevi, koje su povezane u strujno kolo tako da čine termoelement. PRINCIP RADA: meri se jačina struje potrebna da zagreje pločicu koja je zaklonjena od Sunca do iste temperature do koje Sunčevo zračenje zagreje drugu pločicu koja mu je izložena. Izmerena jačina struje je proporcionalna intenzitetu direktnog Sunčevog zračenja: I = k i 2 I – intenzitet zračenja (W/m 2) k – koeficijent (dobija se uz instrument) i – jačina struje (A) A, B – metalne pločice G 1, G 2 – galvanometr. I (mere jačinu struje) E – izvor naizmenične struje R – otpornik promenljivog otpora

INSTRUMENTI ZA MERENJE GLOBALNOG, DIFUZNOG I REFLEKTOVANOG SUNČEVOG ZRAČENJA PIRANOMETRI PRIJEMNI DEO: najčešće pločica

INSTRUMENTI ZA MERENJE GLOBALNOG, DIFUZNOG I REFLEKTOVANOG SUNČEVOG ZRAČENJA PIRANOMETRI PRIJEMNI DEO: najčešće pločica napravljena od materijala velike apsorptivnosti i obojena u crno; kod nekih piranometara prijemni deo se sastoji od bele i crne pločice ili više belih i crnih površina koje mogu biti raspoređene kao koncentrične prstenovi, kružni isečci ili šahovska polja. MERI: globalno Sunčevo zračenje PRINCIP RADA: promene temperature crne površine u odnosu na kućište instrumenta ili u odnosu na belu površinu prevode se u električni ekvivalent korišćenjem termoelementa ili više termoelemenata koje čine termobateriju. Prijemnik je zaštićen od spoljašnjih uticaja (vetra, kiše i sl. ) dvsotrukom staklenom poluloptom, koja ne propušta dugotalasno, već samo kratkotalasno zračenje POSTAVLJA SE na otvorenom, na mestu gde ne postoje prepreke koje zaklanjaju instrument, kao i svetlo obojeni zidovi ili druge površine koje bi mogle da reflektuju Sunčevo zračenje. Instrument ima libelu radi postavljanja prijemnika u horizontalan položaj.

Piranometri - difuziometri mere difuzno Sunčevo zračenje. Na piranometar se montrira prsten ili neki

Piranometri - difuziometri mere difuzno Sunčevo zračenje. Na piranometar se montrira prsten ili neki drugi zaklon, koji baca neprekidno senku na prijemnu površinu piranometra i eliminiše udeo direktnog zračenja u ukupnom zračenju Sunca. Piranometri - reflektometri mere reflektovano Sunčevo zračenje, jer im je prijemna površina instrumenta okrenuta nadole. Postavljaju se na visinu 1 -2 m iznad tla.

Piranometri - albedometri služe za istovremeno merenje globalnog i reflektovanog zračenja od neke površine

Piranometri - albedometri služe za istovremeno merenje globalnog i reflektovanog zračenja od neke površine npr. vegetacije. Sastoje se od dva piranometra, od kojih je jedan okrenut nadole, a drugi nagore. Albedo je odnos reflektovanog i ukupnog zračenja koje padne na neku površinu. Spektralni piranometri mere intenzitet zračenja u izabranoj spektralnoj oblasti (FAR, UV itd. ) korišćenjem odgovarajućih staklenih filtera. FAR (eng. PAR- photosynthesis active radiation) – fotosintetski aktivno radijacija u opsegu talasnih du`ina od 0, 38 do 0, 76 m. UV (engl. ultraviolet) – ultraljubičasto – kratkotalasno zračenje u opsegu talasnih du`ina 0, 2 do 0, 4 m. Aktinometri i aktinografi pripadaju grupi piranometara kojima se meri globalno Sunčevo zračenje, koje u praksi zamenjuju savremeniji piranometri.

AKTINOMETAR ARAGO-DEJVI MERI: intenzitet ukupnog Sunčevog zračenja [W/m 2] Ukupno sunčevo zračenje = direktno

AKTINOMETAR ARAGO-DEJVI MERI: intenzitet ukupnog Sunčevog zračenja [W/m 2] Ukupno sunčevo zračenje = direktno + difuzno + reflktovano SASTOJI SE od dva termometra koji se nalaze u staklenim cevima sa razređenim vazduhom koje ne propuštaju dugotalasno zračenje. PRIJEMNI DEO: rezervoar sa živom, loptastog oblika, kod jednog termometra ofarban u crnu, a kod drugog u srebrnu boju POSTAVLJA SE na otvorenom, u horizontalni položaj, sa živinom rezervoarom okrenutim ka jugu. PRINCIP RADA: Oba termometra se zagrevaju zbog apsorpcije Sunčevog zračenja. Crni termometar apsorbuje više zračenja, više se zagreva i pokazuje višu temperaturu. Razlika temperatura crnog i srebrnog termometra je proporcionalna intenizitetu Sunčevog neto zračenja. I = k ΔT I – intenzitet zračenja (W/m 2) k – koeficijent (dobija se uz instrument) ΔT – razlika u temperaturama na crnom i srebrnom termometru (°C)

AKTINOGRAF PO ROBIČU MERI I ZAPISUJE: intenzitet globalnog Sunčevog zračenja [W/m 2] PRIJEMNI DEO:

AKTINOGRAF PO ROBIČU MERI I ZAPISUJE: intenzitet globalnog Sunčevog zračenja [W/m 2] PRIJEMNI DEO: 3 bimetalne pločice, dve su bele i između njih je crna. Pločice se nalaze pod staklenom kupolom koja ih štiti od dugotalasnog zračenja. POSTAVLJA SE na otvorenom, u horizontalni položaj (postoji libela), tako da su pločice okrenute u pravcu istok-zapad. U udubljenje, koje se nalazi na postolju instrumenta, sipa se kalijum-hlorid koji apsorbuje vlagu i sprečava stvaranje kapljica na staklenoj kupoli. PRINCIP RADA: Globano zračenje pada na metalne pločice koje ga apsorbuju. Crna pločica apsorbuje najveći deo Sunčevog zračenja koje dođe do nje, dok bele najveći deo reflektuju. Crna pločica će se zagrejati više nego bele, zbog zagrevanja se deformiše, tj. izdužuje i savija. Za kraj crne pločice koji može da se savija prikačena je poluga pisača koja prenosi deformaciju bimetala na pero koje zapisuje vrednost zračenja na aktinografskoj traci.

Aktinografske trake mogu biti za 1, 4 ili 7 dana. JEDNODNEVNA TRAKA SEDMODNEVNA TRAKA

Aktinografske trake mogu biti za 1, 4 ili 7 dana. JEDNODNEVNA TRAKA SEDMODNEVNA TRAKA

INSTRUMENTI ZRAČENJA ZA MERENJE DUGOTALASNOG PIRGEOMETRI - slične su konstrukcije i principa rada kao

INSTRUMENTI ZRAČENJA ZA MERENJE DUGOTALASNOG PIRGEOMETRI - slične su konstrukcije i principa rada kao i piranometri; - umesto staklene, pirgeometri obično imaju silikonsku kalotu koja ne propušta kratkotalasno zračenje; - mogu biti sa ili bez zaklona koji štiti instrument od direktnog Sunčevog zračenja koje zagreva kalotu i može doprineti grešci merenja. Net pirgeometri mere efektivno izračivanje – razliku između Zemljinog izračivanja i kontrazračenja atmosfere.

INSTRUMENTI ZA MERENJE UKUPNOG ZRAČENJA PIRADIOMETRI Prijemna površina je nepokrivena, mada postoje i piradiometri

INSTRUMENTI ZA MERENJE UKUPNOG ZRAČENJA PIRADIOMETRI Prijemna površina je nepokrivena, mada postoje i piradiometri kod kojih se postavlja zaštitna polulopta. Eliminacija gubitka toplote usled termičke konvekcije, uticaja vetra, padavina i promena temperature se postiže računski, postavljanjem zaštitnih kalota, ventiliranjem ili kombinacijom ovih mera. Generalno, piradometri su manje precizni od ostalih radiometara. Ukupno dolazeće zračenje ili zračenje “odozgo” - zbir ukupnog Sunčevog zračenja i protivzračenja atmosfere. Ukupno odlazeće zračenje ili zračenjem “odozdo” zbir Zemljinog izračivanja i reflektovanog zračenja od površine tla. Net piradiometrima se meri bilans zračenja – razlika između ukupnog dolazećeg i odlazećeg zračenja.

Ako za to postoje mogućnosti najbolje je meriti sve komponente kratkotalasnog i dugotalasnog zračenja

Ako za to postoje mogućnosti najbolje je meriti sve komponente kratkotalasnog i dugotalasnog zračenja posebno. Four-Component Radiometer MR-60 is an instrument to individually measure the short-wave radiation in the visible to near/mid-infrared area and the longwave radiation in far-infrared area in upwards and downwards direction.

There are three shaded instruments: a ventilated Spectrosun pyranometer, a Yankee UVB-1 Ultraviolet Pyranometer,

There are three shaded instruments: a ventilated Spectrosun pyranometer, a Yankee UVB-1 Ultraviolet Pyranometer, and a ventilated Eppley pyrgeometer. A SCI-TEC quadrant detector and an Eppley normal incidence pyranometer are also mounted on the sides of the tracker.

INSTRUMENTI ZA MERENJE OSVETLJENOSTI LUKSMETRI Svetlost - deo spektra Sunčevog zračenja talasnih dužina između

INSTRUMENTI ZA MERENJE OSVETLJENOSTI LUKSMETRI Svetlost - deo spektra Sunčevog zračenja talasnih dužina između 0, 4 i 0, 7 m, vidljiv za ljudsko oko. Merenje osvetljenosti je od posebnog značaja za poljoprivredu, s obzirom na to da se fotosinteza odvija u opsegu talasnih dužina koji se preklapa sa talasnim dužinama svetlosti. Luksmetri - rade na principu fotoćelije. Jedinica za osvetljenost je luks (lx) i brojno jednak svetlosnom fluksu od 1 lumena (lm) po jediničnoj površini (1 m 2). Lumen je svetlosni fluks koji emituje svetlosni izvor jačine 1 kandele (cd) u jediničnom prostornom uglu (1 steradijan).

INSTRUMENTI ZA MERENJE TRAJANJA SUNČEVOG SJAJA HELIOGRAFI Trajanje Sunčevog sjaja predstavlja ukupnu dužinu vremenskog

INSTRUMENTI ZA MERENJE TRAJANJA SUNČEVOG SJAJA HELIOGRAFI Trajanje Sunčevog sjaja predstavlja ukupnu dužinu vremenskog perioda u toku dana ili nekog drugog vremenskog intervala, kada je direktno Sunčevo zračenje veće od određene vrednosti (po standardima WMO taj prag iznosi 120 W/m 2). Jedinice za trajanje Sunčevog sjaja su vremenske, sekundi ili sati. Uz jedinicu se dodaje i period merenja – dnevno (dekadno, mesečno, godišnje i sl. ) trajanje Sunčevog sjaja. Relativno trajanje Sunčevog sjaja (R) predstavlja količnik stvarnog (S) i potencijalnog trajanja Sunčevog sjaja (S 0) i izra`ava se u procentima: R= S S 0 x 100 Potencijalno trajanje Sunčevog sjaja (S 0) zavisi od geografske širine mesta i datuma, tj. uzajamnog položaja Zemlje i Sunca. Stvarno trajanje Sunčevog sjaja jednako je potencijalnom, samo u slučaju kada je nebo bez oblaka i kada je ekspozicija terena takva da se posmatrano mesto ne nalazi u senci planine, brda ili nekog objekta.

Heliograf Kembel-Stoks MERI I ZAPISUJE: dužinu trajanja Sunčevog sjaja [h] SASTOJI SE od staklene

Heliograf Kembel-Stoks MERI I ZAPISUJE: dužinu trajanja Sunčevog sjaja [h] SASTOJI SE od staklene kugle na gvozdenom držaču oko koje se nalazi luk koji na sebi ima tri para žlebova u koje se postavljaju heliografske trake. PRIJEMNI DEO: staklena kugla koja služi kao sabirno sočivo. PRINCIP RADA: Sunčevi zraci padaju na staklenu kuglu, prelamaju se i sabiraju u jednu tačku (žižu). Žiža se nalazi na luku na koji se postavlja heliografska traka. Zraci progorevaju traku i na osnovu dužine progorelog traga određuje se trajanje Sunčevog sjaja (ukoliko Sunce nije sijalo, heliografska traka neće biti progorena). POSTAVLJA SE na otvorenom, tako da je držač luka okrenut ka severu. Pre nego što se heliograf postavi potrebno ga je podesiti na geografsku širinu stanice pomoću zvartnja na nosaču školjke i skale za geografsku dužinu. Upotreba običnog heliografa je ograničena na geografske širine između 40 i 600.

HELIOGRAFSKA TRAKA se menja svaki dan. Izgraduisana je na pola sata i pun sat.

HELIOGRAFSKA TRAKA se menja svaki dan. Izgraduisana je na pola sata i pun sat. Postoje tri dužine traka za različita godišnja doba koje se postavljaju u odgovarajuće žlebove na luku: zimska traka – najkraća, gornji par žlebova, prolećno/jesenja traka – srednje dužine, srednji par žlebova, letnja traka – najduža, donji par žlebova.