Організація і проведення актінометричних спостережень під час сонячного затемнення

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

РЕФЕРАТ НА ТЕМУ
ОРГАНІЗАЦІЯ ТА ПРОВЕДЕННЯ Актінометричні спостереження Під час сонячного затемнення
Підготував:
Юрій Москаленко

Завданням актінометричних спостережень, проведених під час сонячного затемнення, є вивчення тих змін радіаційного режиму атмосфери і земної поверхні, які викликаються затемненням. Будучи наслідком зміни притоку сонячної радіації до верхньої межі атмосфери, зміна радіаційних умов саме служить причиною виникнення багатьох явищ і змін фізичного стану атмосфери, також можна побачити під час затемнення. Цим фактом цілком визначається геофізичне значення актінометричних спостережень.
Для того щоб спостереження під час затемнення могли дати найбільш цінні результати, до проведення їх потрібно ретельно і завчасно підготуватися. Перш за все, в залежності від наявних можливостей, повинна бути точно встановлена ​​програма спостережень.
Повна програма актінометричних спостережень під час затемнення включає вимірювання всіх основних елементів радіаційного режиму: прямої сонячної радіації, розсіяної радіації, довгохвильової радіації атмосфери, що йде від земної поверхні радіації та радіаційного балансу. Мінімальна програма складається з вимірів інтенсивності прямої сонячної радіації.
Призначені для спостережень прилади повинні бути приведені в порядок, випробувані і проградуйована. Для забезпечення найбільшої точності спостережень бажано, щоб всі прилади були звірені з контрольними незадовго до часу затемнення і вдруге - після затемнення. У всякому разі, необхідно провести таку перевірку для приладів, градуйованих на місці за методом Сонце - тінь, тобто для піранометра, ефективних піранометра і балансомеров.
Точно так само повинні бути перевірені по радіо годинник, з якими будуть проводитися спостереження. Відліки часу, як і взагалі при геофізичних спостереженнях, повинні мати точність не менше 1 / 2 хв.
Безперервні відліки по актінометричних приладів повинні починатися за 15 хвилин до початку затемнення і закінчуватися через 15 хвилин після його закінчення. Протягом години до початку безперервних відліків і після їх закінчення слід проводити вимірювання з проміжками в 10-15 хвилин з метою одержання кривої ходу радіації, незбуреного затемненням.
Пряма сонячна радіація може вимірюватися новими термоелектричними актинометри системи Янішевського або пластинчастими біметалічними актинометри системи Міхельсона або Міхельсона - Калітіна, що мали широке поширення в СРСР до 1950 р. Ці прилади найбільш зручні у користуванні й дають найбільш надійні і точні результати. Однак через брак таких актинометри не слід нехтувати приладами більш старих конструкцій, якщо з їх допомогою можна зробити хоча б відносні вимірювання інтенсивності радіації. Для аматорських та шкільних спостережень можна використовувати навіть "актинометр" найбільш простої конструкції, що складається з пари однакових термометрів, у одного з яких почорнив резервуар.
Цінність вимірювань прямої сонячної радіації значно зростає, якщо вимірюється не тільки загальна інтенсивність радіації, але і виходять деякі дані про її спектральному складі. Такі дані найбільш просто можуть бути отримані шляхом проведення вимірювань з світлофільтрами, що пропускають радіацію тільки в певному діапазоні довжин хвиль. Застосовувані світлофільтри повинні мати різкий кордон пропускання і їх спектральна характеристика повинна бути відома. Цій умові задовольняють стандартні фільтри Шотта марок OG 1 і RG 2, пропускають промені з довжинами хвиль, великими відповідно 525 і 625 mμ. Такими фільтрами було забезпечено значне число актинометри Михельсона і Михельсона - Калітіна, що випускалися в нас у 1930-1940 роках. Спостереження, зроблені по черзі з цими фільтрами й без фільтрів, дають можливість виміряти інтенсивність радіації в трьох ділянках спектру: від 290 до 525 mμ (різниця інтенсивностей радіації, виміряних без фільтру і з фільтром OG 1), від 525 до 625 mj * (різниця інтенсивностей , виміряних з фільтрами OG 1 і RG 2) і від 625 до 2000 mμ (інтенсивність радіації, що пропускається фільтром RG 2).
При обробці спостережень зі світлофільтрами в виміряну величину радіації, пропущеної фільтром, необхідно ввести поправку на відображення певної частини падаючої радіації скляними поверхнями фільтра, а також на неповне пропускання радіації в області пропускання. Для визначення цієї поправки необхідно знати не лише марку фільтра, але і його товщину з точністю до 0,1 мм. Велика частина актинометри, забезпечених фільтрами, має фільтри OG 1 товщиною 1,6 мм і фільтри RG 2 товщиною 2,1 мм. Для таких фільтрів величину поправочного множника (на який потрібно множити виміряну з фільтром величину інтенсивності) можна прийняти рівною 1,16 для жовтого фільтра OG 1 і 1,19 для червоного фільтру RG 2.
Крім фільтрів Шотта, при вимірах можуть бути застосовані світлофільтри марок ЖБК та КС, що випускалися Ізюмським заводом оптичного скла.
Нарешті, спостереження можна проводити і з звичайними фотографічними світлофільтрами, які також виготовляються з оптичного скла, більшою частиною марок ЖС (жовті) і ОС (помаранчеві). Такі світлофільтри до або після проведення спостереження повинні бути досліджені для встановлення їх спектральних характеристик і визначення поправок на відбиття й неповне пропускання радіації.
Якщо для спостережень використовується біметалічний актинометр, то при безперервних вимірах радіації відліки із закритою і відкритою кришкою чергуються через кожні 30 секунд. При спостереженнях з фільтрами зміна фільтрів повинна проводитися за кожним відліком при відкритій кришці. Якщо спостереження проводяться з двома фільтрами, то за такого порядку відліків значення інтенсивності радіації для кожної вимірюваної області спектру будуть виходити з проміжками в 3 хвилини. Така частота відліків цілком достатня для впевненого побудови безперервної кривої зміни інтенсивності радіації під час затемнення.
На вимірах радіації пластинчастим актинометри під час затемнення буде зайнятий один спостерігач, який буде повністю завантажений цією роботою і вже не зможе взяти участь в інших спостереженнях.
Як приклад форми запису спостережень наводиться така виписка із записної книжки спостерігача (у книжку внесено також результати первинної обробки отриманих даних):
Дата: 9 липня 1945
Місце спостереження: Карадаг, Судакського району, Кримської обл.
Широта: 44 ° 54ґ. Довгота: 35 ° 12 '.
Прилад: Актинометр Міхельсона № 50509.
Ціна поділки шкали актинометри: 0,03 кал / см 2 хв.

Значення радіації обчислені тут з урахуванням поправок на відбиття й неповне пропускання.
При спостереженні із актинометри без фільтрів запис відповідно спрощується.
Спостереження з термоелектричними актинометри можуть проводитися і записуватися абсолютно так само, як було зазначено вище, якщо вимірюється тільки одна пряма радіація. Але в тому випадку, коли одночасно спостерігаються й інші елементи радіаційного режиму, порядок роботи суттєво змінюється. Викликається ця зміна тим, що для всіх термоелектричних приймачів радіації вимірювання сили струму звичайно проводиться одним і тим же гальванометром, до якого по черзі приєднуються приймачі, використовувані для вимірювань. У цьому випадку один зі спостерігачів повинен виробляти й записувати тільки відліки по гальванометра, все ж необхідні маніпуляції з приймачами, перемикання і додаткові спостереження повинні виконуватися іншими спостерігачами. При цьому відліки для одного і того ж вимірюваного елемента бажано розділяти проміжками не більше 3 хвилин, тому що при більш рідкісних отсчетах буде утруднено побудова кривих, виражають хід відповідних елементів радіаційного режиму.
Як приклад спостережень прямої сонячної радіації на ріс.43 представлені графічно результати вимірювань, проведених в Карадазі під час часткового затемнення Сонця 9 липня 1945 Так як спостереження проводилися з фільтрами RG 2 і ОG 1 то відліки без фільтрів відокремлені один від одного проміжками в 3 хвилини. Умови спостереження були не цілком сприятливі, тому що небо в стороні Сонця було покрито тонкими пір'ястими хмарами, які під час затемнення кілька разів знаходили на Сонце і знижували (хоча і не дуже значно) інтенсивність радіації. Поряд з зниженнями на кривій ходу радіації можна бачити і невеликі аномальні підвищення інтенсивності (в проміжку 17 ч.30 м. - 17 ч.40 м), викликані появою в полі зору актинометри яскравих хмар, не закривали сонячного диска, але проходили поблизу від нього .
Окремі точки на графіку відповідають результатам вимірів. Суцільна крива інтерпретована за цими даними і представляє хід інтенсивності радіації, яким він мав би вийти за відсутності хмар. Пунктирна крива представляє стандартний денний хід радіації, котрий спостерігався б без затемнення. Графік наочно показує, що вплив затемнення на інтенсивність радіації може бути встановлено з цілком задовільною точністю, незважаючи на спотворення, внесені впливом хмарності.
Аналогічні графіки можуть бути побудовані для ділянок спектра 290-525 mμ, 525-625 m μ і 625 - 2000 m μ.
При остаточній обробці спостережень величини інтенсивності радіації цікаво зіставити з величиною фази і радіірующей площею сонячного диска. Для такого зіставлення можна використовувати не тільки абсолютні величини радіації, а й відносні. При цьому під відносною величиною в даному випадку розуміється відношення виміряної при даній фазі інтенсивності до тієї інтенсивності, яка спостерігалася б без затемнення при незмінних інших умовах. Інтенсивність при відкритому Сонце в цьому випадку може бути визначена графічної інтерполяцією денного ходу радіації, як це зроблено на рис. 1.

Великий інтерес з геофізичної точки зору являє з'ясування питання про зміну прозорості атмосфери під час затемнення. Причиною зміни прозорості може бути, наприклад, посилення конденсаційних процесів в атмосфері в смузі затемнення, завдяки чому може зрости кількість і розміри помутняющіх атмосферу водяних крапельок і крижаних кристалів. З іншого боку, в умовах ясного літнього дня в смузі затемнення повинні слабшати висхідні конвективні потоки нагрітого повітря і замість підняття може навіть опускання охолодженого повітря. Такі процеси повинні викликати ослаблення конденсації в атмосфері і збільшення її прозорості. Остаточний результат може надаватися різним при різних станах атмосфери, і для повного з'ясування питання необхідне проведення достатньої кількості спостережень.
Звичайне визначення характеристик прозорості атмосфери перед початком затемнення і після його закінчення не дає відповіді на питання, як змінювалася прозорість під час самого затемнення. Але зміни прозорості можна виявити по змінам спектрального складу радіації. Правда, він змінюється протягом дня і при незмінній прозорості в результаті зміни довжини шляху сонячних променів в атмосфері (чим ближче до горизонту Сонце, тим більшою відносною енергією в спектрі мають промені довгих хвиль - червоні та інфрачервоні). Але цей денний хід виходить дуже правильним і плавним, і вплив його легко виключити. Решта незвільнені зміни спектрального складу будуть свідчити про наявність в атмосфері процесів, що змінюють її прозорість. Так, зменшення кількості водяної пари в повітрі зменшує поглинання радіації в довгохвильовій частині спектру і підвищує частку цієї частини спектру в загальному потоці сонячної радіації. Таку ж дію має надавати зменшення розмірів і числа частинок конденсаційної каламутності, сильно розсіюють довгохвильову радіацію. Процеси, що йдуть у протилежному напрямку, повинні призводити до відносного підвищенню енергії короткохвильової радіації.
Конкретний приклад змін спектрального складу сонячної радіації під час затемнення дає рис.2, на якому представлені результати вимірювань в Карадазі під час того ж приватного затемнення 9 липня 1945 р., про яку говорилося раніше. Верхня крива дає зміну довгохвильової частини спектру (625-2000 mμ), нижня - короткохвильової (290-525 mμ). Ординати обох кривих представляють інтенсивності радіації даної ділянки спектру, виражені у відсотках по відношенню до інтенсивності загального потоку радіації. Пунктирні криві представляють нормальний хід зміни спектрального складу залежно від висоти Сонця, встановленої за багаторічними даними. При обчисленнях взяті до уваги всі згадувані раніше поправки.

Як показує графік, наступ затемнення дійсно викликає значні зміни спектрального складу, які не можуть бути пояснені ні зміною висоти Сонця, ні впливом хмарності (це останнє при обробці спостережень виключено шляхом згладжування кривих ходу радіації, подібно до того як це зроблено на рис.1). Особливо звертає на себе увагу відносне збільшення інтенсивності довгохвильової радіації, що спостерігалося весь час, поки Місяцем було закрито більше 35% радіірующей площі сонячного диска і досягла максимуму під час наступу найбільшої фази (яка для Карадагу становила 0,74). Становить інтерес також помітне підвищення інтенсивності короткохвильової радіації в другій половині затемнення. Наскільки загальний характер мають особливості зміни спектрального складу, що виявляються на рис.44, сказати поки важко за відсутністю даних, оброблених подібним чином. Тому ретельно проведені спостереження над спектральним складом прямої сонячної радіації представляють велику цінність.
Розсіяна радіація неба, що падає на горизонтальну поверхню, спостерігається піранометра Янішевського. При цих спостереженнях термобатарея піранометра повинна захищатися екраном від впливу прямої сонячної радіації.
Відліки інтенсивності розсіяної радіації під час затемнення досить виробляти з проміжками в 2-3 хвилини, починаючи і закінчуючи безперервні відліки одночасно з відліками прямої сонячної радіації.
При відсутності актинометри необхідно вимірювати піранометра не тільки розсіяну, але і сумарну радіацію Сонця і неба. У цьому випадку відліки розсіяною і сумарної радіації робляться поперемінно з проміжками в одну хвилину, причому після кожного відліку розсіяної радіації екран забирається, і термобатарея піранометра повністю освітлюється Сонцем. Після кожного відліку сумарної радіації батарея знову затінюється екраном. Різниця величин сумарної і розсіяної радіації дає величину прямої сонячної радіації, що падає на горизонтальну поверхню.
Безперервні виміру одному розсіяної радіації може вести один спостерігач. Якщо ж буде вимірюватися і сумарна радіація, то буде потрібно участь другого спостерігача, в завдання якого входитиме лише установка і прибирання екрану.
Спостереження інших елементів радіаційного режиму - довгохвильової радіації атмосфери, що йде від земної поверхні радіації та радіаційного балансу - представляють особливий інтерес, оскільки до цих пір ці елементи під час затемнень не спостерігалися.
Довгохвильова радіація атмосфери змінюється під час затемнення унаслідок пониження температури нижнього шару атмосфери. На її величину може надавати також вплив ослаблення або посилення конденсаційних процесів, зміна кількості водяної пари в повітрі, зміна запиленості і т.д. Таким чином, атмосферна радіація є чутливим індикатором відбуваються в атмосфері процесів, та її вимірювання можуть дати дуже цікаві результати.
Минає від земної поверхні радіація визначається насамперед температурою випромінюючої поверхні діяльного шару і повинна під час затемнення зменшуватися разом з останньою. Вона залежить також і від властивостей самої поверхні. Тому при вимірах йде радіації прилади слід розташовувати над поверхнею, найбільш характерною для даного типу ландшафту.
Результативними показниками, що узагальнюють змін загального потоку променистої енергії під час затемнення служать величини приходить радіації та радіаційного балансу. Ці величини можуть бути підраховані по їх складових. Величини радіаційного балансу можуть бути отримані і шляхом безпосередніх вимірювань.
Атмосферна радіація, що йде радіація і радіаційний баланс можуть вимірюватися одним і тим же приладом - ефективним піранометра, що представляє собою балансомер, встановлений над чорною поверхнею. Цей прилад вимірює так звану ефективну радіацію, тобто різниця між інтенсивністю радіації, що падає ззовні на термобатареї, і власним випромінюванням приладу. Це останнє обчислюється по температурі корпусу приладу, яка вимірюється при спостереженні. Додаток до виміряної ефективної радіації величини власного випромінювання приладу дає інтенсивність радіації всіх довжин хвиль, що падає на термобатареї. Якщо ефективний піранометр встановлений горизонтально і звернений приймальною поверхнею до небесного склепіння, то на нього будуть діяти спільно сонячна, розсіяна і атмосферна радіації. Вплив першої можна виключити, затінюючи термобатареї екраном. Розсіяна радіація вимірюється звичайним піранометра і виключається із загальної радіації шляхом віднімання.
Таким чином, величина довгохвильового випромінювання атмосфери виходить із спостережень з ефективним піранометра, зверненим вгору.
Якщо повернути ефективний піранометр приймальною поверхнею вниз, то аналогічно можна виміряти інтенсивність радіації, що відображається і випромінюваної тією ділянкою земної поверхні, над яким розташований прилад.
Нарешті, повертаючи ефективний піранометр приймальною поверхнею поперемінно вгору і вниз і взявши різниця виміряних величин, можна визначити радіаційний баланс поверхні, що знаходиться під приладом.
Для безперервних вимірювань всіх трьох перерахованих вище елементів ефективний піранометр повинен бути змонтований над ділянкою однорідної поверхні на поворотному бруску, що дозволяє швидко здійснювати перевертання приладу. Якщо замість ефективного піранометра є тільки балансомер, то більш доцільно перетворити його в ефективний піранометр, вставивши балансомер в оправу, яка без особливих труднощів може бути виготовлена ​​на місці за вказівками, що містяться у згаданому вище "Повчанні з виробництва актінометричних спостережень", стор.123- 125 (див. примітку на стр.182).
У разі неможливості вибрати відкриту ділянку з однорідною поверхнею достатніх розмірів, ефективним піранометра спостерігається тільки атмосферна радіація, і прилад весь час залишається зверненим до небесного склепіння.
При спостереженнях з ефективним піранометра для подальшої обробки спостережень необхідно безперервно відзначати температуру приладу та швидкість вітру на рівні піранометра. Для вимірювання швидкості вітру найкраще використовувати ручний анемометр Фусса, відзначаючи показання лічильника обертів при кожному відліку по гальванометра. Відліки температури можуть робитися з п'ятихвилинними проміжками.
Якщо для спостережень з ефективним піранометра є окремий гальванометр, то відліки по ньому слід робити через кожну хвилину, перевертаючи піранометр після кожного відліку. Тоді окремі вимірювання кожного елемента будуть зроблені з двохвилинним проміжками. Якщо прилад не перевертається, то досить робити відліки через кожні 2 хвилини. При такому порядку вимірювань необхідна участь двох спостерігачів, один з яких виробляє відліки по гальванометра, а інший перебуває у приймача і робить відліки температури приладу і швидкості вітру. Цей же спостерігач перевертає прилад,
Якщо для всіх вимірювань є тільки один гальванометр, то по черзі проводяться відліки: прямий радіації (або, за відсутності актинометри, - сумарної радіації), розсіяної радіації, ефективної радіації "вгору" і ефективної радіації "вниз" - всього чотири відліку. При такому порядку вимірювань від всіх спостерігачів потрібна чітка, злагоджена і швидка робота. Якщо виявиться можливим, бажано підготувати одного-двох запасних спостерігачів і надати основним спостерігачам можливість хоча б короткочасного відпочинку, так як проведення безперервних спостережень під час затемнення вимагає дуже напруженої роботи протягом 2-3 годин.
Радіаційний баланс зверненої до неба поверхні під час затемнення двічі переходить через нуль, стаючи з позитивного негативним в першій половині затемнення і здійснюючи зворотний перехід у другій половині. При обробці спостережень необхідно встановити час цього переходу. Воно має визначатися фазою затемнення і висотою Сонця. З'ясування цієї залежності представляє великий інтерес з геофізичної точки зору.
У програму актінометричних спостережень, крім чисто радіаційних вимірювань, включаються зазвичай і спостереження над освітленістю горизонтальній поверхні прямими променями Сонця і розсіяним світлом атмосфери. Освітленість характеризує інтенсивність видимої частини потоку променистої енергії (400 - 760 mμ), що оцінюється за її впливу на людське око, тобто по світловому відчуттю, і виражається в люксах. Вимірювання освітленості становлять особливий інтерес у смузі повного затемнення, де є можливість дослідити освітленість, створювану сонячної короною і загравою кільцем, і з'ясувати її залежність від умов хмарності, а при безхмарному небі - від стану атмосфери.
Вимірювання освітленості можуть здійснюватися будь-яким перевіреним фотометром або люксметром. Для відносних вимірів можна пристосувати селенові фотоелементи. При цьому елемент, призначений для вимірювання освітленості від прямих сонячних променів, монтується в металевій або навіть картонної трубці, і для зниження його чутливості (яка в цьому випадку виявляється надлишкової) покривається нейтральним світлофільтром або просто матовим або молочним склом, вміщеним на належній відстані від фотоелемента . Фотоелемент, що служить для вимірювання дифузійної освітленості, також покривається матовим або молочним склом і розташовується горизонтально. При цьому необхідно передбачити можливість використання максимальної чутливості фотоелемента під час повної фази.
Спостереження над освітленістю проводяться і обробляються аналогічно спостереженнями сумарною і розсіяної радіації.
Вимірювання розсіяної радіації, випромінювання атмосфери, що минає радіації, радіаційного балансу і освітленості слід проводити і в тому випадку, якщо Сонце під час затемнення залишається повністю покритим хмарами.

Література

1. А. Михайлов. Сонячні затемнення та їх спостереження. М., 1974.
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Астрономія | Реферат
43.4кб. | скачати


Схожі роботи:
Організація спостережень учнів за змінами в природі під час формування природничих знань
Результат спостережень зміни гостроти зору і рефракції під час вагітності
Завдання астрономів під час спостережень сонячних затемнень (від 20-х років ХХ століття до наших днів)
Завдання астрономів під час спостережень сонячних затемнень від 20х років ХХ століття до наших днів
Організація і проведення педагогічних спостережень у наукових дослідженнях
Сонячні затемнення перевірка та уточнення теорії руху місяця Фотометрія сонячного світла при різних
Захист конфіденційної інформації під час проведення нарад та переговорів
Дотримання прав людини під час проведення оперативно-технічних заходів
Дискусія Форми проведення дискусій Культура мовлення під час дискусії
© Усі права захищені
написати до нас