Реферат по предмету "Физика"


Актинометрические измерения

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К УЧЕБНОЙ ПРАКТИКЕ
ПО МЕТОДАМ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ
ЧАСТЬ 2
АКТИНОМЕТРИЧЕСКИЕ И ТЕПЛОБАЛАНСОВЫЕ
НАБЛЮДЕНИЯ
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие… 3
1. Производствоактинометрических наблюдений… 3
           Организациясрочных наблюдений… 3
           Перевод среднего солнечного времени в декретное… 4
           Вычисление высот и синусов высот солнца… 5
           Установкаприборов на площадке… 7
           Производство  основных наблюдений… 8
           Производствовспомогательных наблюдений… 9
           Запись наблюдений… 10
           Обработкаматериалов наблюдений… 11
           Контроль материалов наблюдений… 12
Приложения… 14
Список литературы… 21
2.     Теплобалансовые(градиентные) наблюдения… 22
           Общие положения… 22
           Организация наблюдений… 23
           Производство наблюдений и их запись… 24
           Обработка материалов наблюдений… 25
           Контроль полученного материала… 26
Приложения… 27
Список литературы… 30
ПРЕДИСЛОВИЕ
Настоящие методические указания являютсяруководством  к учебной практике покурсам: общая метеорология и методы метеорологических измерений. Посколькуглавная цель практики – выработка навыков производства и обработки измерений,перед практикантами ставятся следующие задачи:
–    усвоениеправил установки приборов и ухода за ними;
– усвоение методических основ актинометрическихизмерений, градиентных наблюдений и обработки полученной информации;
–   приобретениенавыков расчета и анализа характеристик солнечной радиации, теплового баланса;
–    обобщениематериалов измерений и оформление отчетов.
1.    ПРОИЗВОДСТВО АКТИНОМЕТРИЧЕСКИХ
НАБЛЮДЕНИЙ
1.1.        Организациясрочных наблюдений
 Актинометрические наблюдения производятся дляопределения различных радиационных характеристик. К измеряемым видам радиацииотносятся:
– прямая солнечная радиация S, поступающая от Солнца и околосолнечной зоны радиусом5о в виде прямых параллельных лучей;
– рассеянная радиация D, поступающая на земную поверхность со всего небесногосвода, исключая Солнце и околосолнечную зону;
– суммарная радиация Q, представляющая собой поток прямой и рассеянной радиаций (Q=S+D);
– коротковолновая радиация, отраженная от деятельнойповерхности Rk;
-  радиационныйбаланс B, определяемый как разность между всей приходящей иуходящей радиацией;
– радиационный баланс длинноволновой радиации BD.
Кроме этого вычисляются: прямая солнечная радиация,поступающая на горизонтальную поверхность (S' = S∙sinh¤);альбедо коротковолновой радиации (Ak=Rk/Qk); различные характеристики прозрачности атмосферы(фактор мутности, коэффициент прозрачности).
Основными измерительнымиприборами являются термоэлектрические: актинометр, пиранометр, балансомер.Определяемые виды радиации при попадании на приемную поверхность этих приборовпреобразуются в электрический ток, который измеряется гальванометром. Поэтомупри нахождении радиационных потоков каждого прибора в паре с гальванометромвычисляется переводной множитель:

гдеK– чувствительность приемной поверхностиизмерительного прибора;
α–цена деления гальванометра в микроамперах, 10-6 А;
Rби Rr– сопротивление термоэлектрической батареи и рамкигальванометра, Ом.
Перечисленные характеристики указываются в проверочныхсвидетельствах приборов.1.2. Переводсреднего солнечного времени в декретное
Преждечем, начинать производство наблюдений, необходимо вычислить  местное время проведения измерений. Дляактинометрических наблюдений установлены следующие сроки: 0 ч 30 мин, 6 ч 30мин, 9 ч 30 мин, 12 ч 30 мин, 15 ч 30 мин и 18 ч 30 мин посреднему солнечному времени. Также во время учебной летней практики наблюденияпроизводятся в промежуточные сроки: 8 ч, 11 ч, 14 ч, 17 ч по среднемусолнечному времени.
Дляперевода среднего солнечного времени в декретное (местное) необходимо выполнитьследующий алгоритм:
1.          
В мире принята система поясноговремени. Продолжительность каждого пояса 1 ч, всего поясов 24. В градусахпродолжительность пояса равна 158.
Таблица 1
Часовыепояса
Часовой пояс
I
II
III
IV
V
VI
Средний меридиан

15°
30°
45°
60°
75°
90°
Границы часового пояса
172°30' — 7°30'
7°30' -     22°30'
22°30' –37°30'
37°30' – 52°30'
52°30' – 67°30'
67°30' – 82°30'
82°30' – 97°30'
Часовой пояс
VII
VIII
IX
X
XI
XII
Средний меридиан
105°
120°
135°
150°
165°
180°
Границы часового пояса
97°30' – 112°30'
112°30'– 127°30'
127°30'– 142°30'
142°30'– 157°30'
157°30'– 172°30'
172°30'– 7°30'
2.                          
3.                          Определитьразность между средним м меридианом данного часового пояса и долготой данногопункта (табл.1).
4.                          Разность выразитьв единицах времени:
1° = 4 мин             1' = 4 сек
5.                          
Пример. Вычислить сроки производстваактинометрических измерений летом для станции с долготой 56°.
1.                       Определим, в каком часовом поясе находится станция по таблице 1.Станция находится в IVчасовом поясе.
2.                       Дано время 6 ч 30 мин. Прибавляем 1 ч, за счет декретного времени, и 1ч, за счет летнего времени: x= 6 ч 30 мин + 1 ч + 1 ч =8 ч 30 мин.
3.                       Разность между долготами:  y= 60°- 56° = 4°
4.                        y= 4° = 16 мин
5.                       Станция расположена восточнее среднего меридиана, значит 16 минприбавляем.     срок = x+ y= 8 ч30 мин + 16 мин = 8 ч 46 мин
Аналогично для других сроков.
1.3. Вычисление высот исинусов высот солнца
Перед началом измеренийнеобходимо рассчитать календарь синусов высот и высот солнца. Для быстроговычисления высот и синусов высот солнца наиболее удобно рассчитывать заранеекалендарь величин hи sinhдля широты данной станции.Высота солнца hв момент tпо истинному временивычисляется по формуле:
sinh= sinφsinδ+cosφcosδcosτ,
где φ– широта данной станции, δ–склонение солнца для данного дня, τ– часовой угол солнца,отсчитываемый от момента истинного полудня. С истинным временем наблюдения tвеличина τсвязана соотношением:
τ= 15° (t – 12 ч).
Наиболее просто вести расчетhи sinhпри условии, что уравнениевремени равно нулю, т.е. среднее солнечное время совпадает с истинным. Тогдадля установленных сроков наблюдения получаются следующие значения τиcosτ:
       6 ч 30 мин            9ч 30 мин        12 ч 30 мин          15 ч 30 мин       18 ч 30 мин
τ°                    -82,5                      -37,5                    7,5                        52,5                    97,5
cos τ               0,130                     0,793                  0,991                     0,609                  -0,130
Так как среднее солнечноевремя наблюдения в большинстве случаев не совпадает с истинным, то в результатевычисления по приведенной формуле необходимо ввести поправку на отклонениемомента наблюдения по истинному времени от момента, для которого произведенрасчет.
Абсолютная величина этойпоправки Δ (sinh)определяется формулой:
Δ(sinh) = cosφ cosδsinτ Δ (τ),
где Δ(τ) означаетотклонение истинного времени от расчетного, выраженное в радианной мере. Однаминута отклонения по времени соответствует величине Δ(τ) = 15' в угловой мере или Δ(τ) = 0,00436 – в радианной. До полудня поправкабудет иметь положительный знак, если истинное время наблюдения больше расчетногодля данного рока, и отрицательной, если оно меньше расчетного. После полудня вэтих случаях знаки меняются на противоположные.
Наиболее удобнопроизвести вычисление Δ (sinh) для десятиминутногоотклонения срока наблюдения от расчетного, т.е. для значения Δ(τ) = 0,0436. В такомслучае для расчетных сроков получается:
                     6.30           9.30             12.30         15.30         18.30
τ˚                       -82,5          -37,5              7,5            52,5           97,5
sin τ                  -0,991        -0.609           0,130         0,793         0.991
sin τΔ(τ)           0.043         0.026            0.006         0.034         0.043
Дляпроизведения sin    τ Δ(τ) здесь указана егоабсолютная величина. Если отступление срока наблюдения от расчетного составило n минут, то для получениявеличины Δ(sinh) в этом случае необходимо полученное выше значение sinτΔ(τ) умножить на 0,1 n.
Высотасолнца h получается поисправленному значению синуса: sin h + Δ(sinh).Значения sinhвычисляются с точностью до 0,001.
Нижеприведен пример расчета sinh и h на определенной станции дляопределенной даты:
Пример.Вычислить величиныsinh и h для широты φ = 58°01´ и даты 1/VII (склонение солнца δ = +23,1˚).
Сроки наблюдения по истинномувремени
                       6.30       9.30         12.30     15.30     18.30
cosφcosδ        0,487     0,487        0,487     0,487     0,487  
cosτ               0,130     0,793        0,991     0,609     -0,130
cosφcosδcosτ0,063     0,386        0,483     0,297     -0,063
sinφsinδ         0,333     0,333        0,333     0,333     0,333  
sin h              0,396     0,719        0,816     0,630     0,270
h˚                    23,3       46,0          54,7       39,1       15,7
Для
Δt= 10 мин  60,021   60,013      60,003   60,017   60,021
Δsinh
С учетомпоправки Δsinh вычисляются значения sinh и h вслучае несовпадения истинного времени наблюдения с расчетным сроком:
1.    
sinh = 0,396 + 0,021*0,5 = 0,407 и h = 24˚.
ВеличинаΔsinhвзята со знаком (+), так как наблюдение произведено до полудня и истинное времяего больше расчетного.
2.    
sinh = 0,719 — 0,013*0,3 = 0,715 и h = 45,7˚.
ВеличинаΔsinhвзята со знаком (-), так как наблюдение произведено до полудня, но истинноевремя его меньше расчетного.
3.    
sinh = 0,270 — 0,021*0,4 = 0,262 и h = 15,2˚.
В этом случае Δsinh =-0,008, так как наблюдение произведено на 4 мин позже расчетногопослеполуденного срока.
1.4.Установка приборов на площадке
 Дляпроизводства срочных наблюдений все приборы устанавливаются на актинометрическойстойке (рис.1), представляющей собой вертикальный столб с горизонтальнойрейкой. Гальванометры располагаются в специальном деревянном ящичке с севернойстороны от стойки. Северо-восточнее стойки устанавливается ручной анемометрАРИ-49 на высоте 1,5 метра.

Рис.1. Размещение приборов нанеподвижной стойке
Актинометрические приборы размещаются следующимобразом: на горизонтальной доске сверху столба укрепляется актинометр. Стрелкана основании актинометра должна быть направлена на север, широтаустанавливается с точностью до одного градуса.
Пиранометр или стационарный альбедометр укрепляется нагоризонтальной рейке актинометрической стойки на расстоянии 20-25 см от ееюжного конца. Горизонтальность головки пиранометра проверяется по уровню, при необходимостиположение ее исправляется регулировочными винтами.
Для установки балансомера используется шаровой шарнир,который в свою очередь крепится винтом к концу рейки. Приемная поверхность сцифрой 1 направляется вверх, а ее горизонтальность проверяется накладнымуровнем.
Соединительные провода от пиранометра и балансомерапропускаются вдоль западной поверхности рейки и закрепляются металлическимискобками. Провод актинометра пропускается через отверстие в основание прибора.Концы всех проводов подводятся к клеммам гальванометров.
Гальванометры устанавливаются в ящике клеммами на юг.Винты должны быть вывернуты на 1-2 оборота, а стрелки подведены к 5 делениюшкалы.
Правый гальванометр соединяется с актинометром, левыйс пиранометром и балансомером.
1.5.Производствоосновных наблюдений
Объем и порядок наблюдений в дневные и ночные срокиразличный, поэтому последние принято разделять. Дневные сроки охватываютпромежуток времени, начинающийся за 30 мин до восхода солнца и заканчивающийсяна 30 мин позднее захода солнца. Ночным в летнее время в наших широтахсчитается срок 0 ч 30 мин.
Общий порядок наблюдений в дневные сроки следующий. За10 мин до срока наблюдений производится осмотр всех приборов, проверяетсячистота контактных поверхностей, штырьков вилки. Если есть какие-либо неисправности,то они устраняются до срока наблюдений.
За 5 мин до срока наблюдений снимаются футляры икрышки приборов. Затем производится нацеливание на солнце трубки актинометра,проверка горизонтальности головки пиранометра и приемной пластины балансомера,затенение их экранами от солнца.
За 3 мин до срока наблюдений производят отсчеты местануля актинометра, пиранометра (при закрытых крышках) и балансомера (приотключенном гальванометре).
За 1 мин до срока снимаются крышки с приборов, еще разпроверяется нацеливание трубки актинометра на солнце и положение теневыхэкранов. Затем откидывается реечный настил и в срок наблюдений после записисостояния диска солнца производится отсчет.
При наблюдениях измеряемые характеристики радиациимогут изменяться, поэтому, чтобы такие колебания меньше влияли на точностьнаблюдений, производятся серии отсчетов. Вместе с определением рассеянной D, отраженной Rкрадиации и радиационного баланса (Bили B– S') измеряется прямая радиация. Для определения этиххарактеристик производится 3 отсчета по гальванометрам пиранометра (П) илибалансомера (Б) и между ними 2 отсчета по гальванометру актинометра (А):П-А-П-А-П или Б-А-Б-А-Б (всего 5 отсчетов по двум гальванометрам). Кроме того,после каждого отсчета по балансомеру определяется скорость ветра по анемометру(всего 3 отсчета скорости).
Объем наблюдений зависит от состояния диска солнца.Схематично порядок наблюдений при состоянии диска ¤2можетбыть представлен так:
D1, S; B, S; B – S', S; Q, S; Rk, S; D2,S.
Таким образом, производится шесть серий отсчетов,причем рассеянная радиация определяется дважды: в начале и в конце срока (D1и D2). Приопределении радиационного баланса Bисуммарной радиации Qэкраны у приборов убираются всторону, а головка пиранометра поворачивается номером в сторону солнца. Приопределении каждого вида радиации записывается степень покрытия солнечного диска.
После последнего отсчета приборы закрываются крышками,отмечается время окончания наблюдений, определяется температура поверхностипочвы и температура воздуха. Затем все приборы закрываются футлярами, экран пиранометраубирается, экран балансомера устанавливается вдоль рейки.
Точность всех отсчетов во время наблюдений зарадиацией – 0,1 деления шкалы гальванометра; точность определения скоростиветра – 1 м/с.
Перед наблюдением по пиранометру после егопереворачивания выдерживается время инерции (50 сек). Всякая регулировкапиранометра и балансомера, затенение их экранами производится с реечногонастила.
Во время наблюдений настил убирается.
В случае, если состояние диска солнца отмечаетсязнаком ¤, определяются следующие характеристики: D1, S; B– S', S; Rk, S; D2, S, то есть все наблюдения ведутся по затененнымпиранометру и балансомеру.
Если солнце закрыто облаками (¤о, П), топорядок наблюдений сводится к определению D1, B – S', Rk,D2.
В этом случае измерения по актинометру непроизводятся, а пиранометр и балансомер не затеняются экранами.
Порядок наблюдений при меняющемся состоянии диска солнцаподобен наблюдениям при состоянии ¤ои П; но если в какой-томомент солнце открывается (¤2,¤),то наблюдения дополняются отсчетами по актинометру. В этом случае пиранометр ибалансомер закрываются экранами.
При меняющейся облачности допускается проведениенаблюдений с отступлением от срока, но не более чем на полчаса, либо удлинениесрока наблюдений.
В случае, если стрелка гальванометра при наблюденияхпо балансомеру колеблется в больших пределах из-за порывистого ветра, быстрогодвижения облаков по диску солнца при состоянии ¤, то записываются лишь пределы колебаний стрелки втечение 1 мин.
Измерения по пиранометру не производятся при сильномдожде, сильной изморози и гололеде. Измерения по балансомеру не производятся:при дожде, сильной мороси, при отложениях гидрометеоров на поверхности пластинбалансомера.
1.6. Производство вспомогательныхнаблюдений
Вспомогательные наблюдения начинают проводить за 5 миндо текущего срока. Они включают:
1.         Определениеколичества и формы облаков.
2.         Определение цветанеба при общей облачности не более 3 баллов с помощью таких характеристик: небосинее, бледно-голубое, белесоватое.
3.         Определениегоризонтальной дальности видимости.
4.         Определениесостояния деятельной поверхности.
5.         Наблюдения заатмосферными явлениями
6.         Наблюдения застепенью покрытия солнечного диска.
Запись в книжку производится значками:
¤2– солнцеи околосолнечная зона незакрыты облаками, туманом, дымкой;
¤ – солнце не закрыто облакамиили просвечивает сквозь дымку, облако. Актинометр можно навести на солнце.
¤о– солнцеслабо просвечивает сквозь облачность. Тень от предметов неразличима иактинометр нельзя навести на солнце;
'– солнце освещает только окрестности площадки,приборы затенены;
П – солнце покрыто облаками и его не видно;
▬–солнце не видно за каким-либо местным предметом.
7. Определение температуры почвы, которое производятся посрочному термометру на оголенной площадке.
8.     Определение температуры и влажности воздуха.
1.7.Запись наблюдений
Результаты наблюденийзаносятся в книжку КМ-12. В верхней части страницы записывается число,количество и форма облаков, наличие облачности в зените, цвет неба и видимость,состояние деятельной поверхности. Атмосферные явления записываются в нижнейчасти страницы условными обозначениями. В верхней части страницы справа записываетсяместо нуля приборов и температура гальванометра. Одиннадцать граф страницыотводится под запись наблюдений радиационных характеристик и их обработку.Время начала и окончания наблюдений записывается в 1-ую графу. Во 2-ой графезаписывают вид клеммы только при подключении балансомера (+,-). Состояниедиска солнца отмечается соответствующим значком в 3-й графе. 4-ая графа используетсядля запись скоростей ветра при наблюдениях по балансомеру. Отсчеты по балансомеруи  пиранометру записываются в 5-ую графу,а по актинометру – в 8-ю графу. Остальные графы заполняются при обработке.
Температуравоздуха, почвы и влажность воздуха записывается после завершения основныхнаблюдений в верхней части страницы справа.
В графу «примечания»запись производится в следующих случаях:
1.          
2.          При изменениисрока наблюдений более чем на 3 мин.
3.          В случае, когдаскорости ветра различаются более чем на 2 м/с при одном наблюдении побалансомеру.
4.          При регулировкахи исправлениях приборов.
5.          Еслиактинометрические наблюдения не производились из-за дождя. В этом случаестраница книжки не пропускается, а используется для записи следующего срока наблюдений.В примечании предыдущего срока указывается причина несостоявшегося измерения.
1.8. Обработка материаловнаблюдений
Обработкарезультатов наблюдений включает в себя исправление систематических ошибок путемвведения поправок, вычисления радиационных характеристик в практическихединицах.
Обработка наблюдений начинается с определенияистинного солнечного времени t¤. Для этого по времени начала и конца с точностью доодной минуты находится среднее время наблюдений tm, которое записывается в верхней части страницыкнижки. С помощью табл.1 приложения 1 вычисляется истинное солнечное время:
τ¤= τm — Δτ,
На основе полученного времени по календарю высот исинусов высот солнца определяется высота солнца h¤  и sinh¤(табл.1 приложения 2).
Обработка отсчетов по пиранометру производится вследующем порядке. Определяется среднее из трех отсчетов и записывается в 6-юграфу с точностью до 0,1 деления шкалы. Шкаловая поправка гальванометра DNучитывается только в том случае, если она не менее0,5 деления; тогда величина ее записывается под средним отсчетом. Определениешкаловой поправки производится линейной интерполяцией по поверочному свидетельствугальванометра. Место нуля пиранометра Nо  переписываетсясо знаком  «-».
В 7-й графе записывается только одно значениеисправленного отсчета Nисп., которое определяется алгебраическимсложением величин Nср., ΔN, Nо.
Обработкарезультатов наблюдений по балансомеру отличается от предыдущей обработкивведением дополнительного множителя Фи, зависящего от скоростиветра.
Графа6-я заполняется так же, как и в предыдущем случае. В 7-й графе после исправленногоотсчета Nисп. Записывается средняя скоростьветра по анемометру с округлением до 1 м/с. ниже вписывается поправочныймножитель, взятый  из поверочногосвидетельства балансомера с учетом средней скорости ветра. Отсчет, приведенныйк штилю Nш, определяется по формуле
Nш= Nисп.· Фи
Обработка наблюдений по актинометру производится следующимобразом. В 8-й графе после двух отсчетов по гальванометру записывается шкаловаяпоправка ΔN,определяемая по среднему значению отсчета, и переписывается место нуля сознаком «-».Далее в 9-й графе первое значение представляет собой алгебраическую суммусредней величины из двух отсчетов, шкаловой поправки и места нуля. Под этимзначением записывается температурная поправка, взятая из дополнения кповерочным свид


Не сдавайте скачаную работу преподавателю!
Данный реферат Вы можете использовать для подготовки курсовых проектов.

Поделись с друзьями, за репост + 100 мильонов к студенческой карме :

Пишем реферат самостоятельно:
! Как писать рефераты
Практические рекомендации по написанию студенческих рефератов.
! План реферата Краткий список разделов, отражающий структура и порядок работы над будующим рефератом.
! Введение реферата Вводная часть работы, в которой отражается цель и обозначается список задач.
! Заключение реферата В заключении подводятся итоги, описывается была ли достигнута поставленная цель, каковы результаты.
! Оформление рефератов Методические рекомендации по грамотному оформлению работы по ГОСТ.

Читайте также:
Виды рефератов Какими бывают рефераты по своему назначению и структуре.

Сейчас смотрят :

Реферат Mother Hale Essay Research Paper General Topic
Реферат Power Essay Research Paper Does the world
Реферат Поговорим о тайских бобтейлах
Реферат Авторское право в республике Беларусь
Реферат The Pigman Essay Research Paper In the
Реферат Арабо ізраїльська війна 1973 року
Реферат Roger And Me Essay Research Paper
Реферат England under Henry VIII
Реферат Русский флотоводец ФФ Ушаков жизненный путь и деятельность
Реферат Конфликтологические теории социального действия
Реферат Формирование продуктовой политики на примере авиакомпании Народный экспресс
Реферат Организации сельскохозяйственного производства на примере ООО Дуслык
Реферат Полномочия и ответственность, распределение и делегирование полномочий и ответственности в системе менеджмента
Реферат Алкогольный вопрос в Российской империи во второй половине XIX начале ХХ века
Реферат Повреждение сосудов кровотечение и кровопотеря Шок и синдром длительного сдавливания