Bài giảng thiết bị đo thời gian nắng

BÀI 8
THIẾT BỊ ĐO THỜI GIAN NẮNG
VÀ BỨC XẠ


I Thiết bị đo thời gian nắng
1 Khái niệm
* Thuật ngữ “nắng” liên quan với năng lượng bức xạ mặt
trời, chủ yếu là:
+ Bức xạ nhìn thấy
+ Ánh sáng khuyếch tán của bầu trời.
+ mây
+ Một số hiện tượng thời tiết khác
* Thời gian nắng được tính đến 0.1 giờ và đường ghi bắt
đầu từ lúc cường độ trực xạ của bức xạ mặt trời >= 0.1
KW/m2


I Thiết bị đo thời gian nắng
2 Nhật quang kí Campbell-Stokes
a. Cấu tạo
+ Bộ phận cảm biến :
Là một quả cầu thủy tinh trong suốt được
có tiêu cự xấp xỉ 75mm.
+ Bộ phận chuyển đổi tín hiệu
- Giá đỡ quả cầu (2)
- Một đế di động (4)
- Một đế cố định (5)


I Thiết bị đo thời gian nắng

2 Nhật quang kí Campbell-Stokes
• Cấu tạo

+ Bộ phận hiển thị

+ Giản đồ dùng trong nhật quang kí: 3 loại (được thay đổi theo mùa)
- Giản đồ mùa hè là loại giản đồ cong và dài;
- Giản đồ mùa đông là loại giản đồ cong và ngắn;
- Giản đồ phân điểm là loại giản đồ thẳng (sử dụng trong mùa thu và mùa
xuân).


I Thiết bị đo thời gian nắng
2 Nhật quang kí Campbell-Stokes
b. Nguyên tắc hoạt động

+ Dùng nhiệt mặt trời để đốt cháy khi có ánh sáng mặt trời chiếu qua quả cầu
thủy tinh hội tụ tạo thành các vệt cháy trên giản đồ lắp trên máng.


I Thiết bị đo thời gian nắng
2 Nhật quang kí Campbell-Stokes
c. Trình tự quan trắc
+ Ta thường thay giản đồ nắng hàng ngày sau khi Mặt trời lặn.
+ Ở vùng vĩ độ cao
- Giản đồ mùa hè được dùng từ ngày 12 tháng 4 tới ngày 2 tháng 9
- Giản đồ mùa đông được dùng từ ngày 15 tháng 10 đến ngày 28 tháng 2
- Giản đồ phân điểm được dùng trong thời gian còn lại trong năm.
+ Quy toán giản đồ

I Thiết bị đo thời gian nắng
2 Nhật quang kí Universal
a. Cấu tạo
+ Gồm một quả cầu thuỷ tinh chất lượng cao trong suốt (7)
+ Hệ thống giá đỡ (1,2,3,…,12)
+ Giản đồ dùng trong nhật quang kí: 2 loại
(được thay đổi theo mùa)
- Giản đồ mùa hè là loại giản đồ cong đặt ở khe dưới của máng
- Giản đồ mùa hè là loại giản đồ cong đặt ở khe trên của máng
- Giản đồ phân điểm là loại giản đồ thẳng (sử dụng trong
mùa thu và mùa xuân).


I Thiết bị đo thời gian nắng
2 Nhật quang kí Universal
b. Nguyên tắc hoạt động
+ Dùng nhiệt Mặt trời đốt cháy một vết trên giản đồ ghi nhờ
quả cầu


I Thiết bị đo thời gian nắng
2 Nhật quang kí Universal
c. Trình tự quan trắc
+ Ta thường thay giản đồ nắng hàng ngày sau khi Mặt trời lặn.

- Từ ngày 16 tháng 10 tới hết tháng 2 dùng giản đồ cong đặt ở khe trên của
máng
- Từ ngày 1 tháng 3 tới ngày 15 tháng 4 và 1 tháng 9 đến ngày 15 tháng 10
dùng giản đồ thẳng đặt ở khe giữa của máng

- Từ 16 tháng 4 đến 31 tháng 8 dùng giản đồ cong đặt ở khe dưới của máng.
+ Quy toán giản đồ


I Thiết bị đo thời gian nắng
Chú ý:
+ Khi nắp nhật quang ký trục của quả cầu luôn theo hướng bắc nam
+ Điều chỉnh vĩ độ của quả cầu theo vĩ độ của trạm. (trả lời góc nghiêng
của quả cầu)


Cơ chế vận chuyển năng lượng
trên trái đất


Các dòng bức xạ trong khí quyển
Phần khá lớn của bức xạ Mặt Trời đến được mặt đất dưới dạng chùm tia song song được
gọi là bức xạ trực tiếp hay trực xạ.
Phần bức xạ bị khí quyển khuếch tán từ mọi điểm của vòm trời đến mặt đất gọi là bức xạ
khuếch tán hay tán xạ.
Tổng của trực xạ và tán xạ gọi là bức xạ tổng cộng hay tổng xạ.
Phần bức xạ Mặt Trời bị mặt đất hay
khí quyển (chủ yếu do mây) phản xạ
trở lại được gọi là bức xạ phản chiếu
hay phản xạ.
Phần bức xạ do mặt đệm hấp thụ thư
ờng gấp ba lần phần bức xạ do khí
quyển hấp thụ.

Các dòng bức xạ trong khí quyển
do bị đốt nóng, mặt đất trở thành nguồn phát xạ nhiệt hướng tới khí quyển. Bức xạ phát
ra từ mặt đất gọi là bức xạ mặt đất.
khí quyển cũng phát xạ về mọi hướng và một phần hướng về mặt đất, phần này gọi là
bức xạ nghịch của khí quyển.


II Thiết bị đo bức xạ
1 Những nguyên lí cơ bản về hoạt động của thiết bị đo bức xạ
- Bức xạ Mặt trời trực tiếp đã đo dưới tác động của tia tới vuông góc;
- Bức xạ Mặt trời tổng cộng đã nhận được trên bề mặt nằm ngang.
- Bức xạ của bầu trời.
- Bức xạ Mặt trời phản xạ;
- Bức xạ Mặt trời đo trong các phần hạn hẹp của quang phổ;
- Bức xạ Mặt trời chiếu xuống bề mặt hình cầu;
- Bức xạ Mặt trời chiếu xuống bề mặt cố định nhưng không nằm ngang.


II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.1. Thiết bị đo bức xạ Mặt trời trực tiếp
2.1.1. Piahêliômét bổ chính kiểu Ángstrom
Cấu tạo:
Ống kim loại hình trụ dài 23 cm
Các băng manganin (hợp kim manggan-niken)
Mặt trước ống lắp nắp sập nhỏ mục đính để che
mặt trời chiếu tới băng

Hình 109 Sgk

II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.1. Thiết bị đo bức xạ Mặt trời trực tiếp
2.1.1. Piahêliômét bổ chính kiểu Ángstrom
Nguyên lý hoạt động:

r.i 2
I=
b.a
I là dòng bức xạ tính bằng W.m-2
b là độ rộng của các bản
a là hệ số hấp thụ của các mặt đen
r là điện trở của các băng
i là cường độ dòng điện được dùng để bổ chính băng có
bức xạ chiếu tới


II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.1. Thiết bị đo bức xạ Mặt trời trực tiếp
2.1.2. Piahêliômét đĩa bạc
Cấu tạo:
Nắp sập (1)
Các màng ngăn (2)
Đĩa bạc (3)

Hình 111 Sgk

II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.1. Thiết bị đo bức xạ Mặt trời trực tiếp
2.1.2. Piahêliômét đĩa bạc
Nguyên tắc hoạt động:

C
I=
(T1 − T0 )
A.T1
C: nhiệt dung của đĩa
A: diện tích đĩa
t1: khoảng thời gian đủ nhỏ
T1: nhiệt độ của đĩa sau khoảng thời gian t1
T0: giá trị ban đầu của nhiệt độ


II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.1. Thiết bị đo bức xạ Mặt trời trực tiếp
2.1.2. Piahêliômét đĩa bạc
Trình tự quan trắc:
+ Đặt máy vào vị trí cần đo, đóng nắp
sập
+ Lấy các số đọc của nhiệt kế sau khi bắt đầu quan trắc 20 và 120 giây
+ Sau khi đọc mở ngay nắp sập, kiểm ta việc điều chỉnh thiết bị và lấy các
số đọc vào thời điểm 3 phút 20 giây và 5phút 40 giây sau khi bắt đầu quan
trắc
+ Lặp lại các thao tác trên, đòng thời tuân theo nghiêm túc các khoảng
thời gian quan trắc.

II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.1. Thiết bị đo bức xạ Mặt trời trực tiếp
2.1.3. Piahêliômét Michelson: đọc sgk 148
2.1.4. Piahêliômét Linke-Fessner: đọc sgk 148
2.1.5. Piahêliômét Yanishevsky: đọc sgk 151
2.1.6. Piahêliômét Gorezynsky: đọc sgk 151
2.1.7. Piahêliômét Eppley: đọc sgk 152


II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.2 Các thiết bị đo bức mặt trời khuếch tán
Cấu tạo:
Tấm chắn (1)
Hộp nối các đầu dây điện (2)
Hốc đựng chất làm khô (3)

Hình 122 (a)


II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.2 Các thiết bị đo bức mặt trời khuếch tán
Cách sử dụng
Cần phơi piranômét ra ngoài trời để đo bức xạ của bầu trời (Không đo
bức xạ trực tiếp từ bầu trời)
+ đặt một đĩa nhỏ ngăn tia trực tiếp nhờ việc dùng kính ổn định hướng

phản xạ của tia mặt trời
+ Ngoài ra người ta còn dùng vòng che (đọc sgk 159)


II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.3 Các thiết bị đo bức mặt trời toàn phần
Thiết bị đo bức xạ mặt trời toàn phần là piranômet
Dụng cụ này thường đặt thường trực ở trạm quan trắc
Có 2 kiểu piranômét Eppley là piranomet 16 mối nối và piranômét 15 mối nối
Ngoài ra còn
+ piranomet Moll- Gorezynsky 14 mối nối,
+ piranomet Yanishevsky là dụng cụ nhiệt điện sử dụng các mối hàn nóng lạnh


II Thiết bị đo bức xạ
2 Thiết bị đo bức xạ
2.3 Các thiết bị đo bức mặt trời toàn phần
Thiết bị đo bức xạ mặt trời toàn phần
Piranômét 15 mối nối
Cấu tạo
+ Bộ phận cảm biến

Hình 116 (sgk 153)

+ Bộ phận hiển thị
Nguyên tắc hoạt động
Dựa vào 2 phần thu trắng và đen có tính chất hấp thụ tương tự đối với sóng
dài, điều này làm giảm tối thiểu hiệu ứng của bức xạ sóng dài
Đối với bức xạ mặt trời sóng ngắn, vòng màu trắng có độ phản xạ cao,

vòng màu đen có độ hấp thu mạnh


III HỆ THỐNG QUAN TRẮC BỨC XẠ TỰ ĐỘNG
Cấu tạo cho một trạm gồm 6 phần:
- Khối các bộ cảm ứng (sensor) 6 đầu đo;
+ Bức xạ tổng quan sóng ngắn ;
+ Bức xạ khuyếch tán sóng ngắn ;
+ Bức xạ mặt trời trực tiếp ;
+ Bức xạ phản chiếu sóng ngắn ;
+ Bức xạ phản chiếu sóng dài ;
+ Bức xạ tổng quan sóng dài ;
- Bộ tự động dò bóng mặt trời, kèm theo tán che;
- Bộ lưu giữ và xử lý số liệu;
- Cáp truyền tín hiệu;
- Máy vi tính, máy in;
- Các phần mềm gồm:
+ Phần mềm xử lý và lưu giữ số liệu trong Datalogger của Hãng sản xuất thiết
bị.
+ Phần mềm thống kê, tính toán lập các báo biểu số liệu bức xạ.