Правила проведения актинометрических и теплобалансовых наблюдений и работ ахова навакольнага асяроддзя I прыродакарыстанне Гiдраметэаралогiя правiлы правядзення актынаметрычных
жүктеу/скачать 7.75 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 8.6 Составление таблиц теплобалансовых наблюдений (ТМ-16 и ТМ-16а) 8.6.1
- Приложение А
- Рисунок А.1
- Примеры 1 Дано значение Q = 1,12 кал/(см
- Q = 0,56 кВт/м 2 = 0,56/0,698 = 0,80 кал/(см 2 ·мин). 3 Дано: ∑ ч Q = 53 кал/см 2 ;
- ч Q = 1,79 МДж/м 2 ·1,79/0,0419 = 43 кал/см 2 .
- А.2 Краткие сведения об использовании актинометрических данных в различных областях хозяйственной деятельности А.2.1
- Таблица А.1 – Использование актинометрической информации
- Прямая солнечная радиация
- Рассеянная радиация
8.5.3.2 По методу теплового баланса коэффициент турбулентности рассчитывается только в случаях, когда (В – Р) больше или равно 0,14 кВт/м2 , Δt больше или равно 0,3 °C и Δe больше или равно 0,3 мбар, т. е. когда разность между радиационным балансом и потоком тепла в почве положительная и составляет 0,14 кВт/м2 и более, а градиенты температуры и влажности воздуха также положительны и составляют не менее 0,3 °С и 0,3 мбар. 8.5.4 Расчет турбулентного потока тепла и затрат тепла на испарение Основным методом расчета турбулентного потока тепла (L) и затрат тепла на испарение (V) на станциях является метод теплового баланса, позволяющий определить значения L и V из теплобалансового соотношения, т. е. из формулы (8.1). Метод теплового баланса используется в тех случаях, когда (В – Р) больше или равно 0,07 кВт/м2 , Δt больше или равно 0,1 °C и Δe больше или равно 0,1 мбар. Если хотя бы одно из этих условий не выполняется, то для расчетов используется метод турбулентной диффузии.
Таблица ТМ-16 предусмотрена для занесения данных наблюдений по полной программе за сроки 1, 7, 10, 13, 16 и 19 ч, а таблица ТМ-16а – по сокращенной программе за сроки 1 и 13 ч. В графе «Облачность, баллы» записывается количество облаков – общих и нижнего яруса. Количество 10 баллов с просветами записывается как «10*». Если количество облаков не определялось из-за метели, пыльной бури, мглы или по другим причинам, то в таблице проставляются прочерки (–). В графе «Диск солнца» печатается соответствующий знак шифра. Если состояние диска солнца не определено в таблице проставляется знак «X». При наблюдениях в часы до восхода и после захода солнца графа «Диск солнца» не заполняется. 8.6.2 В графе «Радиационный баланс» записываются его значения с точностью до сотых долей в кВт/м2. Значения радиационного баланса выписываются за соответствующие сроки из КМ-12. Знак «*» указывает на то, что наблюдения не производились из-за осадков. В этих случаях за дневные сроки в таблицу помещаются значения баланса коротковолновой радиации, а за ночные – проставляются нули со звездочкой. При расчете средних декадных и месячных значений эти данные включаются в подсчет числа случаев. 8.6.3 В графах «Температура воздуха» и «Упругость водяного пара», а также разностей температуры Δt, и упругости водяного пара Δe заносятся данные с точностью до десятых долей. При атмосферных явлениях, указанных в п.8.3.3.5, когда градиентные наблюдения за температурой и влажностью воздуха заменяются отсчетами показаний сухих и смоченных термометров, расположенных в психрометрической будке, в таблице данные температуры и упругости водяного пара на нижнем уровне отсутствуют. При этом на месте разностей температуры и упругости водяного пара ставятся нули со звездочкой, которые входят в подсчет числа случаев при расчете средних декадных и месячных величин. Средние декадные и месячные значения упругости водяного пара вычисляются только в случае, если эта величина определена более четырех раз за декаду или более 12 раз за месяц.
Графа «Скорость ветра» заполняется данными с точностью до десятых м/с. При осадках, тумане, метелях, пыльной буре, когда скорость ветра измеряется только на уровне 2 м, графа 0,5 остается незаполненной. В этом случае: если u2 меньше или равно 1 м/с, то разность Δu обозначается «0*», который входит в подсчет числа случаев при расчете средних декадных и месячных значений Δu; если u2 больше 1 м/с, то графа «Разность для слоя 150 см» не заполняется. Средние декадные и месячные значения скорости ветра, а также разности скорости ветра (Δu) вычисляются только, если эта величина определена более четырех раз за декаду или более 12 раз за месяц. 8.6.5 В последующие пять граф помещаются результаты наблюдений над температурой поверхности почвы и температурой на глубинах 5, 10, 15, 20 см с точностью до десятых долей. и шифр состояния деятельной поверхности на площадке. При наблюдениях по сокращенной программе, когда наблюдения за температурой почвы не проводятся, эти графы не заполняются. 8.6.6 В последней графе записывается шифр состояния деятельной поверхности на площадке в соответствии с таблицей 5.4. 8.6.7 На предпоследней странице ТМ-16 заполняется табличка «Влажность и объемная теплоемкость почвы». Для этого из КМ-16 выписываются значения влажности и объемной теплоемкости, полученные при наблюдениях, и по ним рассчитываются средние значения за декады и месяц. 8.6.8 В таблице «Выборки разностей температуры воздуха и упругости водяного пара» вместе со значениями разностей, выбранных для условий ясного и пасмурного неба в сроки 1 и 13 ч, фиксируются даты их наблюдений. Градации «ясно» и «пасмурно» в срок 1 ч определяются по количеству облаков. К градации «ясно» относятся случаи с количеством общей облачности менее 3 баллов, к градации «пасмурно» – случаи общей облачности от 8 до 10 баллов. Градации «ясно» и «пасмурно» в срок 13 ч определяются по цифре кода состояния диска солнца. К градации «ясно» относятся случаи с цифрами кода – 4 и 8; к градации «пасмурно» – 0 и 5. Для каждой даты при наличии этих градаций в сроки 1 и 13 ч выписываются значения Δt и Δe. В конце выборки подсчитывается месячная сумма, число случаев и среднее значение. В нижней части таблицы выписываются абсолютные максимальные и минимальные значения Δt и Δe, а также даты и срок их наблюдения. Максимальные и минимальные значения Δt и Δe выбираются из всех сроков наблюдений с учетом знака разности. При этом под максимумом подразумевается наибольший из положительных градиентов, а при отсутствии положительных разностей – наименьшее по абсолютной величине отрицательное значение. За минимум при наличии отрицательных разностей принимается наибольшее по абсолютной величине отрицательное значение, а при отсутствии отрицательных разностей – наименьшая положительная величина. 8.6.9 В таблице «Результатов градиентных наблюдений и расчетов составляющих теплового баланса (приложение Р) содержатся: - средние декадные и месячные значения, рассчитанные за каждый срок наблюдений: а) разности температуры (Δt), упругости водяного пара (Δe) и скорости ветра (Δu) в слое 0,5 – 2 м; б) скорости ветра на высоте 2 м (u2); в) коэффициента турбулентности на высоте 1 м (k1); г) составляющих теплового баланса (В, Р, L и V); - средние за срок, декадные и месячные суммы испарения с подстилающей поверхности (Е); - осредненные по декадам и за месяц средние суточные значения указанных характеристик; - среднесуточные, декадные и месячные суммы составляющих теплового баланса; Таблица «Результаты градиентных наблюдений и расчетов составляющих теплового баланса» составляется с помощью «Памятки» (приложение Р) Приложение А (информационное) Понятия об актинометрических величинах и краткие сведения об использовании актинометрической информации А.1 Актинометрические величины и их единицы А.1.1 Актинометрия – раздел геофизики, в котором изучается энергия, излучаемая Солнцем, поверхностью Земли и атмосферой, и ее преобразования. Терминология, принятая в актинометрии, определена в [1]. А.1.2 Радиационный режим земной поверхности создается лучистой энергией, приходящей к земной поверхности и уходящей от нее. Для земли основным источником лучистой энергии является Солнце. Лучистая энергия Солнца, проходя через атмосферу, рассеивается и поглощается. Вследствие рассеивания лучистая энергия солнца на уровне земной поверхности наблюдается не только в виде параллельного пучка лучей, идущих от Солнца, но также и в виде рассеянной радиации, падающей от всех точек небесного свода. Достигая земной поверхности, солнечная радиация частично отражается, в результате чего возникает отраженная радиация. Неотраженная часть радиации поглощается, превращаясь в тепло. Нагретая поверхность в свою очередь становится источником собственного излучения, направленного в атмосферу. Атмосфера, нагревающаяся за счет теплообмена с земной поверхностью, также является источником излучения. А.1.3 Слой земной поверхности, в котором происходит поглощение радиации, называется деятельным слоем. Его толщина зависит от свойств поверхности и может составлять от долей сантиметра (для уплотненной почвы) до десятков метров (для прозрачной воды). В метеорологии чаще пользуются термином «подстилающая поверхность». А.1.4 В актинометрии изучают энергетическую освещенность, создаваемую излучением, приходящим от Солнца, атмосферы и земной поверхности. В соответствии с [1] ее принято называть радиацией. В зависимости от источника излучения и, следовательно, спектрального состава в актинометрии различают солнечную, земную и атмосферную радиацию. А.1.5 Солнечная радиация, которая сосредоточена в интервале длин волн 0,3 – 4,0 мкм, в актинометрии называется коротковолновой радиацией. Земная и атмосферная радиация, которая занимает спектральную область 4 – 100 мкм, в актинометрии называется длинноволновой радиацией. А.1.6 Солнечную (коротковолновую) радиацию подразделяют на: прямую S (от диска Солнца), рассеянную D (от небесной сферы) и отраженную коротковолновую Rк (от подстилающей поверхности). А.1.7 Земная радиация Ез создается тепловым излучением подстилающей поверхности, которое для большинства видов поверхности Земли близко к излучению черного тела. А.1.8 Под атмосферной радиацией Еа понимают энергетическую освещенность, создаваемую тепловым излучением атмосферы. А.1.9 Тепловое излучение атмосферы, отраженное от подстилающей поверхности, создает отраженную атмосферную радиацию Rд, но ее значения малы по сравнению с земной радиацией Ез и при изучении радиационного режима величину Rд обычно не учитывают. А.1.10 В пунктах актинометрических наблюдений по результатам непосредственных измерений определяют пять основных видов радиации (прямую солнечную, рассеянную, суммарную, отраженную радиацию и радиационный баланс), по значениям которых вычисляют ряд дополнительных характеристик. Если нет дополнительных указаний, то имеется в виду, что полученные данные относятся к горизонтальной поверхности на высоте 1,5 м от земной поверхности. А.1.11 Прямой солнечной радиацией S называют энергетическую освещенность, создаваемую излучением, поступающим в виде практически параллельного пучка лучей от диска Солнца и околосолнечной зоны радиусом 5°. Она измеряется на поверхности, перпендикулярной направлению солнечных лучей. Прямую солнечную радиацию на горизонтальной поверхности S' вычисляют по значению S по формуле S' = S sin h, где h – высота Солнца в момент наблюдения. А.1.12 Рассеянной радиацией D называют энергетическую освещенность, создаваемую рассеянным в атмосфере солнечным излучением, поступающим на горизонтальную поверхность от всего небосвода (из телесного угла 180°), за исключением диска Солнца и околосолнечной зоны радиусом 5°. А.1.13 Суммарная радиация Q включает рассеянную радиацию и прямую солнечную радиацию на горизонтальной поверхности, т. е. Q = D + S'. А.1.14 Отраженная коротковолновая радиация Rк создается коротковолновым излучением, отраженным от подстилающей поверхности. А.1.15 Отношение отраженной коротковолновой радиации к суммарной является характеристикой подстилающей поверхности и называется коротковолновым альбедо Ак, т.е. Ак = Rк / Q. А.1.16 В целом приход радиации к горизонтальной поверхности складывается из прямой солнечной радиации S', рассеянной радиации D и атмосферной радиации Еа. Уходящая от подстилающей поверхности радиация складывается из отраженной коротковолновой радиации Rк и излучения земной поверхности Ез. Разность между энергетическими освещенностями, создаваемыми приходящим и уходящим от подстилающей поверхности излучением, называют радиационным балансом В. В литературе радиационный баланс В иногда называют остаточной радиацией. С другими видами радиации он связан следующим образом: В = D + S' + Еа – Rк – Ез – Rд. Величина В может также рассматриваться как сумма баланса коротковолновой радиации Вк и баланса длинноволновой радиации Вд, т. е. В = Вк + Вд. А.1.17 Баланс коротковолновой радиации, или коротковолновый баланс Вк, представляет собой разность между суммарной и отраженной радиацией, т. е. Вк = Q –Rк = D + S' – Rк = Q·(1 – Aк). Величина Вк характеризует поглощение коротковолнового излучения подстилающей поверхностью. А.1.18 Баланс длинноволновой радиации, или длинноволновый баланс Вд, представляет собой разность между атмосферной радиацией Еа, земной радиацией Ез и отраженной длинноволновой радиацией Rд, т. е. Вд = Еа – Ез – Rд. Величина Вд, взятая с обратным знаком, называется эффективным излучением подстилающей (деятельной) поверхности и обозначается Еэф. Атмосферная Еа, земная Ез и отраженная длинноволновая радиация Rд при выполнении актинометрических наблюдений не определяются. Косвенным путем определяются только коротковолновый Вк и длинноволновый Вд баланс. А.1.19 Величина В определяется в результате непосредственных измерений по незатененному балансомеру или вычисляется по формуле: В = (В – S') + S', где В – S' – радиационный баланс без прямой солнечной радиации, измеренный по затененному балансомеру. А.1.20 Длинноволновый баланс вычисляется по формуле Вд = В – Вк = В – Q + Rк. Ночью значение Вк равно нулю и радиационный баланс В становится равным балансу длинноволновой радиации, т. е. ночью В = Вд. Схематично приход радиации к деятельной поверхности представлен на рисунке А.1. 
Рисунок А.1 – Радиационный баланс B в светлое (а) и темное (б) время суток. А.1.21 Воздействие излучения зависит от энергетической экспозиции (количества облучения), равной произведению энергетической освещенности на время ее действия. В актинометрии как синоним этой характеристики применяется термин «сумма радиации». Энергетическая экспозиция, соответствующая целому часовому интервалу, определяется термином «часовая сумма радиации». В практике актинометрических наблюдений используется также энергетическая экспозиция за сутки (суточная сумма), за декаду (декадная сумма), за месяц (месячная сумма) и за год (годовая сумма). Для обозначения суммы используется символ ∑ с индексом, обозначающим интервал времени, за который оценивается экспозиция, и буква, обозначающая вид радиации. Например, месячная сумма суммарной радиации обозначается ∑мQ. А.1.22 В качестве единицы измерения радиации на государственной сети гидрометеорологических наблюдений используют киловатт на квадратный метр (кВт/м2). Суммы радиации выражают в мегаджоулях на квадратный метр (МДж/м2). А.1.23 В таблицах, справочниках, монографиях значения радиации и ее сумм могут быть представлены в других единицах. Для возможности сравнения значений, выраженных в различных единицах, следует использовать соотношения: 1 Вт = 1 Дж/с; 1 кал/(см2·мин) = 0,698 кВт/м2; 1 кВт/м2 = 1000 Вт/м2; 1 кал/см2 = 0,0419 МДж/м2; 1 кВт/м2 = 0,1 Вт/см2; 1 ккал/см2 = 41,9 МДж/м2; 1 МДж/м2 = 100 Дж/см2; 1 кал/см2 = 4,19 Дж/см2. Примеры 1 Дано значение Q = 1,12 кал/(см2·мин); Q = 1,12 кал/(см2·мин) = 0,698 · 1,12 = 0,78 кВт/м2. 2 Дано: Q = 0,56 кВт/м2; Q = 0,56 кВт/м2 = 0,56/0,698 = 0,80 кал/(см2·мин). 3 Дано: ∑ч Q = 53 кал/см2; ∑ч Q = 53 кал/см2 = 0,0419 · 53 = 2,22 МДж/м2. 4 Дано: ∑ч Q = 1,79 МДж/м2; ∑ч Q = 1,79 МДж/м2 ·1,79/0,0419 = 43 кал/см2. А.1.24 Для перевода суточных и месячных сумм радиации из одной системы единиц измерения в другую используют тот же коэффициент, что и для часовых сумм, т. е. 0,0419. А.1.25 Шкала измерения радиации несколько раз менялась по мере уточнения эталонных приборов. В частности, актинометрические данные бывшего СССР, полученные до 31 декабря 1956 г., представлены в Европейской пиргелиометрической шкале; в период с 1 января 1957 г. по 31 декабря 1980 г. – в Международной пиргелиометрической шкале (МПШ-56), которая выше Европейской на 1,5 %; начиная с 1 июля 1982 г. – в шкале Международного радиометрического эталона (МРЭ), которая выше МПШ-56 на 1,8 % . По этой причине при сопоставлении многолетних рядов наблюдений данные, полученные до 1 июля 1982 г., должны быть приведены к шкале МРЭ путем умножения на следующие коэффициенты: - по 31 декабря 1956 г. коэффициент равен 1,025; - с 1 января 1957 г. по 30 апреля 1966г. коэффициент равен 1,010; - с 1 мая 1966 г. по 30 июня 1982г. коэффициент равен 1,018. Примечание – Для других стран эти коэффициенты имеют иные значения. А.2 Краткие сведения об использовании актинометрических данных в различных областях хозяйственной деятельности А.2.1 При решении многих вопросов в различных областях хозяйственной деятельности требуется актинометрическая информация, не всегда совпадающая с получаемой на сети по составу видов радиации, формам представления и оперативности получения. А.2.2 Результаты актинометрических наблюдений, выполненных на сети Республики Беларусь, заносятся в режимно-справочный банк данных «Актинометрия», который хранится в Республиканском гидрометеоцентре. Результаты измерений обобщены в климатических справочниках, в которых приведены данные режимного характера [7, 8], обобщенные для ряда пунктов наблюдений. А.2.3 По результатам сетевых наблюдений расчетным путем могут быть определены приблизительные значения месячных сумм фотосинтетически активной радиации (далее - ФАР), которая используется растениями, по формуле: ∑м Qф = 0,52 ∑м Q, (А.1) где ∑мQ – месячная сумма суммарной радиации, МДж/м2. Более точные значения можно получить, умножив значения интегральной радиации на коэффициенты, рассчитанные для основных станций. Данные о ФАР требуются в агротехнике, растениеводстве, лесном хозяйстве и других отраслях. А.2.4 Естественная освещенность измеряется при помощи люксметра. Данные о естественной освещенности требуются проектным строительным организациям, в коммунальном хозяйстве (оперативная информация для определения моментов включения и выключения уличного освещения), для планирования работы электростанций, в гигиене труда и др. Иногда люксметры используются также и там, где требуются данные о ФАР. Связь между естественной освещенностью и радиацией неоднозначна и зависит от облачности и высоты Солнца.
Данные об этих характеристиках требуются в гелиотехнике, химической промышленности, строительстве, растениеводстве, для контроля загрязнения воздушного бассейна [9]. А.2.6 Подробнее сведения об использовании актинометрических данных в различных отраслях хозяйственной деятельности приведены в таблице А1. Таблица А.1 – Использование актинометрической информации
жүктеу/скачать 7.75 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||