ГОДОВОЙ ХОД СОСТАВЛЯЮЩИХ РАДИАЦИОННОГО БАЛАНСА НА МЕТЕОСТАНЦИИ ТУНКА
|
Реферат
Введение 4
1 Общие сведения о потоках лучистой энергии в атмосфере 7
1.1 Законы излучения 7
1.2 Ослабление солнечной радиации в земной атмосфере 9
1.3 Составляющие радиационного баланса 11
1.3.1 Прямая солнечная радиация 11
1.3.2 Рассеянная солнечная радиация 12
1.3.3 Суммарная солнечная радиация 12
1.3.4 Альбедо подстилающей поверхности 13
1.3.5 Радиационный баланс 14
1.4 Современные исследования коротковолновой радиации 16
2 Физико-географические условия территории 19
2.1 Характеристика территории 19
2.2 Физико-географическое и историческое описание площадки наблюдения 23
3 Материалы и методы исследования 26
3.1 Приборы для наблюдения за коротковолновой радиацией на метеостанции 26 Тунка
3.2 Данные наблюдений, использованные в работе 28
3.3 Методы исследования 28
3.3.1 Методы описательной статистики 28
3.3.2 Месячный ход суточных величин 29
4 Сравнительная характеристика результатов наблюдения по двум приборам, 31 коррекция рядов наблюдения
5 Изменение составляющих радиационного баланса на метеостанции Тунка 34
5.1 Годовой ход солнечной радиации 34
5.2 Месячный ход суточных величин 45
Заключение 50
Список использованной литературы и источников 52
Приложение
Введение 4
1 Общие сведения о потоках лучистой энергии в атмосфере 7
1.1 Законы излучения 7
1.2 Ослабление солнечной радиации в земной атмосфере 9
1.3 Составляющие радиационного баланса 11
1.3.1 Прямая солнечная радиация 11
1.3.2 Рассеянная солнечная радиация 12
1.3.3 Суммарная солнечная радиация 12
1.3.4 Альбедо подстилающей поверхности 13
1.3.5 Радиационный баланс 14
1.4 Современные исследования коротковолновой радиации 16
2 Физико-географические условия территории 19
2.1 Характеристика территории 19
2.2 Физико-географическое и историческое описание площадки наблюдения 23
3 Материалы и методы исследования 26
3.1 Приборы для наблюдения за коротковолновой радиацией на метеостанции 26 Тунка
3.2 Данные наблюдений, использованные в работе 28
3.3 Методы исследования 28
3.3.1 Методы описательной статистики 28
3.3.2 Месячный ход суточных величин 29
4 Сравнительная характеристика результатов наблюдения по двум приборам, 31 коррекция рядов наблюдения
5 Изменение составляющих радиационного баланса на метеостанции Тунка 34
5.1 Годовой ход солнечной радиации 34
5.2 Месячный ход суточных величин 45
Заключение 50
Список использованной литературы и источников 52
Приложение
Солнечная радиация - это совокупность солнечной материи и энергии, поступающей на Землю. Поступающая от Солнца на Землю радиация является единственной формой прихода лучистой энергией, определяющей энергетический баланс и термический режим Земли [1].
Радиационный баланс земной поверхности - важнейший компонент теплового баланса земной поверхности; один из основных климатообразующих факторов. Энергия радиационного баланса земной поверхности расходуется на нагревание атмосферы, испарение, теплообмен с другими слоями гидросферы и литосферы.
Изучение особенностей радиационного баланса в различных частях земного шара является одной из важнейших задач метеорологии. Еще в конце прошлого века (1884) выдающийся географ и климатолог А. И. Воейков писал о необходимости ведения «приходорасходной книги солнечного тепла, получаемого земным шаром с его воздушной и водяной оболочкой. С тех пор изучено многое. Изобретены специальные приборы для измерения радиационного баланса, называемые балансомерами, составлены карты радиационного баланса земной поверхности и др.
В настоящее время не только ученые в области физики Солнца, климатологи и исследователи во многих смежных областях, но и большинство населения нашей планеты осознали влияние солнечной активности на многие процессы, идущие на Земле, непосредственно определяющие условия жизни и здоровье людей. Пример проблемы, выходящей на первый план для всего человечества - потепление климата.
Человек испытывает на себе влияние Солнца в той же мере, что и остальной природный мир. Но кроме изменения климата, урожая растений и популяций животных, связанных с явлениями, происходящими на солнце, от солнечной активности зависит жизнедеятельность всей микрофлоры. Например, в годы максимальной солнечной активности резко усиливаются холерные эпидемии. При низкой же солнечной активности такого явления, как правило, не наблюдается.
От длительного воздействия солнца на организм человека на коже образуются солнечные ожоги. С подъемом на высоту толщина атмосферы, через которую проходят солнечные лучи, уменьшается, причем исключаются наиболее плотные, увлажненные и запыленные нижние ее слои. В связи с увеличением прозрачности атмосферы интенсивность прямой солнечной радиации возрастает.
Задачи удовлетворения существующих потребностей населения и промышленности в тепловой энергии, особенно в районах, удаленных от централизованных электрических сетей, приводят к необходимости развития возобновляемой энергетики, в том числе нетрадиционной и малой. Это также обусловлено необходимостью решения глобальных проблем обеспечения человечества энергией в будущем, связанных с ограниченностью запасов ископаемых видов топлива и требованиями обеспечения экологической безопасности [1].
Однако, несмотря на многолетнюю историю исследований радиационного баланса, изучения его изменений во времени и в пространстве еще не закончилось. С каждым годом активность солнечной радиации изменяется, следовательно меняется и ее влияние на процессы, происходящие на Земле. Кроме того солнечная радиация тесно связана с атмосферой, биосферой, гидросферой и т.д. И эта связь до конца еще не изучена.
Среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространённости является наиболее перспективным энергоресурсом для получения тепла и холода, особенно в области непостоянных высоких температур.
Дипломная работа «Годовой ход составляющих радиационного баланса на метеостанции Тунка» носит вычислительный и описательный характер, предполагает развитие знаний в рамках этой работы.
Цель работы: проанализировать изменение годового хода составляющих
радиационного баланса на метеостанции Тунка.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
• Собрать и изучить литературу о солнечной радиации и радиационном балансе;
• Провести проверку исходных рядов наблюдения, коррекцию данных отраженной радиации;
• Рассчитать с помощью методов описательной статистики основные составляющие радиационного баланса;
• Проанализировать изменение годового хода составляющих радиационного баланса в спектре коротковолнового излучения.
• Найти зависимость между составляющими радиационного баланса и облачностью;
Для реализации целей и задач использовались следующие методы исследования: анализ научно-методической литературы по теме исследования, сбор информации, сравнение, обобщение, систематизация, а также использование методов описательной статистики.
Предмет исследования: Изменение солнечной радиации на метеостанции Тунка.
Объект исследования: Суммарная солнечная радиация и отраженная радиация в спектре коротковолнового излучения.
Радиационный баланс земной поверхности - важнейший компонент теплового баланса земной поверхности; один из основных климатообразующих факторов. Энергия радиационного баланса земной поверхности расходуется на нагревание атмосферы, испарение, теплообмен с другими слоями гидросферы и литосферы.
Изучение особенностей радиационного баланса в различных частях земного шара является одной из важнейших задач метеорологии. Еще в конце прошлого века (1884) выдающийся географ и климатолог А. И. Воейков писал о необходимости ведения «приходорасходной книги солнечного тепла, получаемого земным шаром с его воздушной и водяной оболочкой. С тех пор изучено многое. Изобретены специальные приборы для измерения радиационного баланса, называемые балансомерами, составлены карты радиационного баланса земной поверхности и др.
В настоящее время не только ученые в области физики Солнца, климатологи и исследователи во многих смежных областях, но и большинство населения нашей планеты осознали влияние солнечной активности на многие процессы, идущие на Земле, непосредственно определяющие условия жизни и здоровье людей. Пример проблемы, выходящей на первый план для всего человечества - потепление климата.
Человек испытывает на себе влияние Солнца в той же мере, что и остальной природный мир. Но кроме изменения климата, урожая растений и популяций животных, связанных с явлениями, происходящими на солнце, от солнечной активности зависит жизнедеятельность всей микрофлоры. Например, в годы максимальной солнечной активности резко усиливаются холерные эпидемии. При низкой же солнечной активности такого явления, как правило, не наблюдается.
От длительного воздействия солнца на организм человека на коже образуются солнечные ожоги. С подъемом на высоту толщина атмосферы, через которую проходят солнечные лучи, уменьшается, причем исключаются наиболее плотные, увлажненные и запыленные нижние ее слои. В связи с увеличением прозрачности атмосферы интенсивность прямой солнечной радиации возрастает.
Задачи удовлетворения существующих потребностей населения и промышленности в тепловой энергии, особенно в районах, удаленных от централизованных электрических сетей, приводят к необходимости развития возобновляемой энергетики, в том числе нетрадиционной и малой. Это также обусловлено необходимостью решения глобальных проблем обеспечения человечества энергией в будущем, связанных с ограниченностью запасов ископаемых видов топлива и требованиями обеспечения экологической безопасности [1].
Однако, несмотря на многолетнюю историю исследований радиационного баланса, изучения его изменений во времени и в пространстве еще не закончилось. С каждым годом активность солнечной радиации изменяется, следовательно меняется и ее влияние на процессы, происходящие на Земле. Кроме того солнечная радиация тесно связана с атмосферой, биосферой, гидросферой и т.д. И эта связь до конца еще не изучена.
Среди возобновляемых источников энергии солнечная радиация по масштабам ресурсов, экологической чистоте и повсеместной распространённости является наиболее перспективным энергоресурсом для получения тепла и холода, особенно в области непостоянных высоких температур.
Дипломная работа «Годовой ход составляющих радиационного баланса на метеостанции Тунка» носит вычислительный и описательный характер, предполагает развитие знаний в рамках этой работы.
Цель работы: проанализировать изменение годового хода составляющих
радиационного баланса на метеостанции Тунка.
Для достижения цели поставлены следующие задачи:
• Собрать и изучить литературу о солнечной радиации и радиационном балансе;
• Провести проверку исходных рядов наблюдения, коррекцию данных отраженной радиации;
• Рассчитать с помощью методов описательной статистики основные составляющие радиационного баланса;
• Проанализировать изменение годового хода составляющих радиационного баланса в спектре коротковолнового излучения.
• Найти зависимость между составляющими радиационного баланса и облачностью;
Для реализации целей и задач использовались следующие методы исследования: анализ научно-методической литературы по теме исследования, сбор информации, сравнение, обобщение, систематизация, а также использование методов описательной статистики.
Предмет исследования: Изменение солнечной радиации на метеостанции Тунка.
Объект исследования: Суммарная солнечная радиация и отраженная радиация в спектре коротковолнового излучения.
В ходе эксплуатации экспериментального оборудования были выявлены его недостатки. Основной недостаток у АИПТ-33 - конструкция приемного устройства, а у АИПТ-23 была допущена ошибка при калибровке датчика приходящей радиации в момент установки оборудования. Таким образом, в дальнейшей работе нами были использованы данные о приходящей радиации по результатам измерений АИПТ-33, по отраженной радиации - исправленные значения АИПТ-23. Чтобы откорректировать данные об отраженной радиации были выбраны градации для построения уравнений линейной регрессии за 3 последовательных ясных дня. Получив, таким образом, уравнения регрессии для каждого отрезка (интервала) интенсивности радиации, были восстановлены значения отраженной радиации за год с учетом поправочных коэффициентов.
В результате проведения комплексного исследования изменения составляющих радиационного баланса на метеостанции Тунка за период с 16 июля 2015 г. по 8 сентября 2016 г. можно сделать вывод, что радиационный баланс в области коротковолнового спектра (Вк) принимает наибольшие значения в теплые месяцы (276,15 МДж/м2), когда значение приходящей солнечной радиации намного больше уходящей, а наименьшие значения - в холодные месяцы (-63,31 МДж/м2). При этом за год Вк составил 1526,34 МДж/м2.
Что касается составляющих радиационного баланса, то в течение года суммарная радиация на метеостанции Тунка изменялась от 60,98 МДж/м2 (декабрь) до 477,23 МДж/м2 (май), отраженная радиация - от 64,53 МДж/м2 (декабрь) до 100,54 МДж/м2 (май). Величина альбедо подстилающей поверхности в течение года менялась от 20% (август, 2015) до 98 % (декабрь). Таким образом, суммарная и отраженная радиация принимают максимальные значения в теплые месяцы, в нашем случае в мае, а наименьшие в холодные (декабрь). Альбедо же принимает максимальные значения зимой, а наименьшие значения приходятся на лето, так как снежный покров обладает максимальной отражательной способностью.
С увеличением продолжительности светового дня значения суточных сумм суммарной и отраженной радиации увеличиваются. Так в январе суммарная радиация составляет 3,28 МДж/м2, а отраженная - 2,45 МДж/м2. В июле суммарная радиация составляет 14,44 МДж/м2, а отраженная - 3,11 МДж/м2..
В суточном ходе изменение суммарной радиации почти прямо пропорционально изменению высоты Солнца. С увеличением высоты солнца радиация увеличивается. Максимальные значения она принимает в полуденное время (солнце в зените). Причем в ясные дни ее значения больше, чем в пасмурные. Так зимой в самый пасмурный день значения сумм суммарной солнечной радиации не превышают 1,61 МДж/м2, а в самый ясный день - 4,88 МДж/м2. Летом же в самый пасмурный день значения - не превышают 3,43 МДж/м2, а в самый ясный день - 19,2 МДж/м2.
Полученное в результате измерений значение суммарной солнечной радиации на станции Тунка входит в диапазон спрогнозированных значений на ближайших актинометрических станциях Иркутск и Ильчир. Таким образом использование автоматического оборудования позволяет получать корректную информацию о характеристиках коротковолновой радиации на территории Тункинской котловины.
В результате проведения комплексного исследования изменения составляющих радиационного баланса на метеостанции Тунка за период с 16 июля 2015 г. по 8 сентября 2016 г. можно сделать вывод, что радиационный баланс в области коротковолнового спектра (Вк) принимает наибольшие значения в теплые месяцы (276,15 МДж/м2), когда значение приходящей солнечной радиации намного больше уходящей, а наименьшие значения - в холодные месяцы (-63,31 МДж/м2). При этом за год Вк составил 1526,34 МДж/м2.
Что касается составляющих радиационного баланса, то в течение года суммарная радиация на метеостанции Тунка изменялась от 60,98 МДж/м2 (декабрь) до 477,23 МДж/м2 (май), отраженная радиация - от 64,53 МДж/м2 (декабрь) до 100,54 МДж/м2 (май). Величина альбедо подстилающей поверхности в течение года менялась от 20% (август, 2015) до 98 % (декабрь). Таким образом, суммарная и отраженная радиация принимают максимальные значения в теплые месяцы, в нашем случае в мае, а наименьшие в холодные (декабрь). Альбедо же принимает максимальные значения зимой, а наименьшие значения приходятся на лето, так как снежный покров обладает максимальной отражательной способностью.
С увеличением продолжительности светового дня значения суточных сумм суммарной и отраженной радиации увеличиваются. Так в январе суммарная радиация составляет 3,28 МДж/м2, а отраженная - 2,45 МДж/м2. В июле суммарная радиация составляет 14,44 МДж/м2, а отраженная - 3,11 МДж/м2..
В суточном ходе изменение суммарной радиации почти прямо пропорционально изменению высоты Солнца. С увеличением высоты солнца радиация увеличивается. Максимальные значения она принимает в полуденное время (солнце в зените). Причем в ясные дни ее значения больше, чем в пасмурные. Так зимой в самый пасмурный день значения сумм суммарной солнечной радиации не превышают 1,61 МДж/м2, а в самый ясный день - 4,88 МДж/м2. Летом же в самый пасмурный день значения - не превышают 3,43 МДж/м2, а в самый ясный день - 19,2 МДж/м2.
Полученное в результате измерений значение суммарной солнечной радиации на станции Тунка входит в диапазон спрогнозированных значений на ближайших актинометрических станциях Иркутск и Ильчир. Таким образом использование автоматического оборудования позволяет получать корректную информацию о характеристиках коротковолновой радиации на территории Тункинской котловины.
