11. Измерение лучистой энергии.

Измерительные приборы

Для измерения прямой солнечной радиации применяются пергелиометры и актинометры.

Для измерения рассеянной солнечной радиации применяются пиранометры.

1. Компенсационный пергелиометр Ангстрема

2. Датчик – 2 тонкие полоски из манганина. С солнечной стороны зачернены сажей. Коэффициент поглощения – 0,985. К каждой полоске присоединён термоэлемент . К клеммам термоэлементов присоединён гальванометр. На одну полоску действуют солнечные лучи, другая затенена. На затенённую полоску подаётся ток от батареи, регулируемый реостатом таким образом, чтобы температура обоих полосок была одинакова (гальванометр показывал 0).

Полоска, на которую воздействует солнечная радиация получает Sblδ кал/мин. тепла, где

S – интенсивность прямой солнечной радиации,

δ – поглощающая способность поверхности полоски,

bl – площадь полоски.

Затенённая вторая полоска получает энергию, пропорциональную силе компенсационного тока.

Тогда S= Кi², где К – переводной коэффициент пергелиометра.

Универсальный термоэлектрический пиранометр Янишевского – предназначен для измерения интенсивности суммарной радиации солнца и неба, рассеянной и отражённой радиации с длиной волны 0,3-2,4 мкм, приходящей на горизонтальную поверхность;

Термоэлектрический актинометр Савинова-Янишевского – в сочетании с гальванометром типа ГСА-1 предназначен для измерения интенсивности прямой солнечной радиации на перпендикулярную к лучу поверхность.

Установка приборов

Измерительные актинометрический приборы компонуются на так называемой актинометрической стойке, изготовленной из металлических труб и имеющей Г-образную форму: горизонтальная рейка и врытый в землю вертикальный столб-подпорка, на котором рейка крепится с помощью кронштейна. Элементы стойки подвижны по отношению друг к другу – это необходимо для коррекции положения приборов по отношению к потоку солнечного излучения. Крепление приборов на стойке стационарно. Стойка размещается на открытой местности, длина горизонтальной рейки составлять 2 м, высота вертикальной подпорки – 1,5 м от подстилающей поверхности. Горизонтальная рейка ориентируется на юг. Подстилающая поверхность под пиранометром должна быть однородной в радиусе не менее 4 м.

Гальванометры устанавливаются к северу от пиранометра, в специальном ящике, на таком расстоянии, чтобы наблюдатель при отсчёте не затенял пиранометр.

12. Обработка данных метеорологических наблюдений.

Первостепенное значение имеет в метеорологии стати­стический анализ большого материала наблюдений, особенно применение осреднения, которое отсеивает случайные детали яв­лений и яснее показывает их существенные особенности.

Результаты метеорологических наблюдений сопоставляются, сравниваются во времени и пространстве.

Атмосферные процессы настолько изменчивы и многообразны, что для изуче­ния современного климата во всех его особенностях необходимо наблюдать их в течение длительного, многолетнего периода.

Климатические характеристики являются статистическими выводами из многолетних рядов наблюдений

С помощью статистического метода корреляции можно также установить наличие большего или меньшего параллелизма или противоположности (или отсутствие их) в изменениях раз­личных метеорологических величин во времени.

Для выражения количественных связей между явлениями в метеорологии употребительны также эмпирические формулы, коэффициенты которых подбираются из опыта, т. е. опять-таки из большого числа сравнительных наблюдений. Поскольку в метеорологии рассматриваются физические явления, их объяснение может быть дано только на основании законов физики. Наиболее совершенный путь для этого — фи­зико-математический анализ. На ос­нове общих законов физики составляются дифференциальные уравнения, описывающие атмосферные процессы. Подставляя в эти уравнения исходные данные, полученные из наблюдений, и решая уравнения, можно находить количественные законо­мерности атмосферных процессов и даже прогнозировать их дальнейшее течение.

Существенное значение в метеорологии и климатологии имеет сопоставление наблюдений на географиче­ских картах. Последующий анализ наблюдений относится уже не к наблюдениям в отдельных пунктах, а к пространственным распределениям имеющихся величин.

На карту наносятся фактические результаты наблю­дений, сделанные в разных местах в один и тот же момент. Та­кая карта называется синоптической; она позволяет видеть, как распределялись условия погоды и, следовательно, каковы были свойства атмосферы и характер атмосферных процессов в этот момент над большой территорией. Составляя синоптические карты для последовательных моментов времени, можно просле­живать развитие атмосферных процессов и делать выводы о бу­дущей погоде.

На карты можно наносить и результаты статистической об­работки многолетних наблюдений; тогда мы получим клима­тологические карты. Можно составить, например, карты много­летнего среднего распределения величин температуры или осад­ков на определенной территории за любой период, снежного покрова, карты повторяемо­сти гроз, карты наибольших или наименьших температур, наблюдавшихся в данной местности

Значение метеорологических наблюдений ( не только метеопрогнозы, но и другие отрасли народного хозяйства: транспорт, строительство, изучение антропогенного воздействия). Научные разделы в рамках метеорологии:

1) аэрология – изучение процессов, происходящих в тропосфере и стратосфере,

2) синоптика – изучение погоды и её предсказание

Метеопункт, как датчик, поставляющий информацию о состоянии переменного поля метеоэлементов.

Атмосфера подразделяется:

1. тропосфера (16-18 км на экваторе, 8-9 км на полюсах)

2. стратосфера (до 50-55 км)

3. мезосфера (до 80км)

4. термосфера (до 800 км)

5. экзосфера (выше 800 км)

От количества датчиков зависит общая картина. В связи с этим дополнительно организуются пункты метеонаблюдений в малонаселённых и труднодоступных местах. Например, полярные и антарктические метеостанции, в советское время метеорологи забрасывались на так называемые зимовки в тайгу, в горную местность.

Метеорологические наблюдения за физическими процессами, происходящими в атмосфере и на поверхности земли, включают измерения значений метеорологических элементов в установленные сроки и определения основных характеристик наиболее существенных атмосферных явлений.

Наблюдения производятся по единым методам и одинаковыми приборами, прошедшими поверку в поверительных органах. Сроки проведения метеорологических наблюдений определяются категорийностью метеорологической станции (поста). На метеорологических постах наблюдения проводятся два раза в сутки, утренний срок – 8 часов, вечерний – 20 часов по зимнему времени, совпадающему с поясным. На метеорологических станциях проводятся более учащённые наблюдения.

Пункты метеорологических наблюдений: 1)метеорологические станции (метеопосты),

2)аэрологичные станции, 3) станции ракетного зондирования атмосферы (в Беларуси отсутсвуют),

4) автоматические радиометрические станции (пока только пытаются приобрести автоматические финские станции, в Витебском Гидрометцентре работают опытные образцы, 2 шт., 1 - в аэропорту Минск – 2. Признаны в мировой метеорологической практике, наконец-то, сертифицированы метрологической службой РБ, поскольку стоимость одной такой станции 25 тыс. дол. и более, и желательно подключить к производству отечественных производителей.)) 5) океанографичекие и специализированные судна, 6) метеорологические спутники практически постоянно на орбите (Россия (2), США (3), Япония (1), Китай (1), Европа (1). (Европа – спутники МЕТЕОСАТ. 1-ый – 1977, всего 7, в 2002 г. – спутник МЕТЕОСАД второго поколения).