Тема5-3_Балансомер

5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
Радиационный баланс – это сумма всех радиационных потоков на
данную поверхность. Потоки с верхней полусферы суммируются
со знаком «+», а с нижней – со знаком «-».
Датчик балансомера – две черные пластины, помещенные одна
под другой. Между ними находится термобатарея.
Рис. 5.3.1. Датчик балансомера М-10м.
(Вид сверху)
5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
Теневой экран
Крышка
Датчик
балансомера
Рис. 5.3.2.
Внешний вид балансомера М-10м
5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
Рассмотрим все радиационные
потоки, действующие на
пластины балансомера (рис.
5.3.3).
S
D
EA
aT14
·(T1-)
На верхнюю пластину приходят:
прямая солнечная радиация S;
рассеянная радиация D;
Излучение атмосферы Еа.
С верхней пластины уходят:
Тепловое излучение пластины ;
/z (T1-T2)
S’ D’ E A’+ Eз
конвективный поток тепла;
z
aT24  (T2-)
Рис.5.3.3.
а – коэффициент серости,
σ – коэффициент
Стефана-Больцмана,
θ – температура воздуха,
λ – коэффициент
теплопроводности.
поток тепла к нижней пластине.
На нижнюю пластину приходят:
Отраженная прямая солнечная радиация S;
отраженная рассеянная радиация D;
излучение атмосферы Е’а и земли Ез;
поток тепла к нижней пластине.
С нижней пластины уходят:
Тепловое излучение пластины ;
конвективный поток тепла;
5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
Составим уравнение теплового баланса для верхней и нижней пластины:
(-)
 ( S  D  E A )  a  T   (T1   ) 
4
1
 ( S '  D '  E A'  E з ) 

z

z
(T1  T2 )
(T1  T2 )  a  T24   (T2   )
 (S  D  EA  S  D  E  Eз )  a  (T  T )   (T1  T2 ) 
'
Или, учитывая:
'
'
A
4
2
2 
z
(T1  T2 )
S  D  E A  S '  D '  E A'  E з  B
 B  a  (T  T )   (T1  T2 ) 
4
1
4
1
4
2
2 
z
(T1  T2 )
(5.3.1)
5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
 B  a  (T  T )   (T1  T2 ) 
4
1
4
2
2 
z
Но:
(T1  T2 )
(T14  T24 )  (T12  T22 )(T12  T22 )  (T1  T2 )(T1  T2 )(T12  T22 )
Учитывая, что T1 ≈ T2 , преобразуем:
(T14  T24 )  (T1  T2 )  2T  2T 2  4 3 (T1  T2 )
Тогда:
 B  4a   (T1  T2 )   (T1  T2 ) 
3
Или:
B
( 4a   3   

2
)
z (T  T )
1
2
2 
z
(T1  T2 )
(5.3.2)
5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
Отсюда выразим разность:
t  T1  T2  t1  t 2 

2
4a 3   
z
B
Тогда ток через термобатарею (см. формулу 1.8.2):
ne t1  t 2 
i
nRt  Rg  r

ne
2
(nRt  Rg  r )( 4a    )
z
3
Отсюда найдем чувствительность балансомера:
S
di
ne

2
dB
R (4a 3    )
z
B
5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
S
ne
2
R (4a    )
z
3
(5.3.3)
Для увеличения чувствительности балансомера нужно:
1. Соблюдать рекомендации для увеличения чувствительности
термобатареи.
2. Пластины должны иметь максимальный коэффициент
поглощения.
5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
Погрешности балансомера.
i
ne
R (4a 3   
1. Зависимость показаний балансомера от скорости ветра.
   (V )
Способ уменьшения – принцип «мухи и слона»:
2
 
z

z  min
Толщина балансомера должна быть малой.
2
)
z
B  k  (N  N0 )
5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
Практически радиационный баланс определяют по формуле:
B  k  (N  N0 )
(5.3.4)
Переводной множитель k несколько зависит от скорости ветра:
k  k (V )
Эта зависимость учитывается специальными таблицами.
5.3. Измерение радиационного баланса.
Балансомер.
Теневой экран
Гальванометр
Балансомер
Пиранометр
Актинометр
Переключатель
Актинометрические измерения на метеостанции Санкт-Петербурга.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Актинометрическая
стойка
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Пиранометр и балансомер (закрыт крышкой).
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Актинометрическая
стойка
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Пиранометр и балансомер (закрыт крышкой).
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Наводка актинометра на Солнце.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Метеоплощадка. Камералки для обработки измерений.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Лаборатория электронных измерительных приборов.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Подготовка ежедневного обзора и прогноза погоды.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Один из ежедневных докладов - прогноз погоды.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Наблюдения за основными метеопараметрами.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Наблюдения за температурой почвы.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Подготовка шара-пилота к выпуску.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Выпуск шара-пилота.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Шар-пилот выпущен!
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Наблюдения за шаром-пилотом.
Метеорологические наблюдения
на практике в Даймище
Редкое оптическое явление – иридизация.
Даймище ждет вас!