Fluxurile radiative

În atmosfera terestră se individualizează numeroase fluxuri de energie a căror sursă este Soarele.Toate acestea pot fi exprimate în unități de măsură energetice sau calorice.Unitățile de măsură calorice sunt caloria și kilocaloria.În practica meteorologică se urmărește detrminarea cantității de enrgie(F)ce cade pe o suprafață oarecare(S),într-o unitate de timp.Aceasta se exprimă în cal/min.Raportând cantitatea de enrgie(F)a unui flux radiativ,la suprafața(S)pe care cade,se obține intensitatea(I)a fluxului respectiv,exprimată în cal/cm² ∙ min:

I=FS (cal/cm²∙min)

Energia radiativă emisă de Soare către suprafața Paământului,suferă la traverasarea atmosferei acestuia o serie de modificări calitative și cantitative,astfel încât apare sub formă unor fluxuri radiative distincte.La rândul ei,suprafața terestră,reflectă o parte din radiațiile solar incidente și absoarbe o alta,emițând în consecință un flux de radiații cu lungimi mari de undă.Aceasta este abostbită în proporții veritabile de atmosferă,care încălzindu-se ,emite la rândul său radiații de undă lungă în toate direcțiile.Există mai multe tipuri de fluxuri radiative care străbat atmosfera:a)Radiația solară directă(I).Reprezintă acea parte a radiațiilor emise de Soare,care ajunge nemodificată la suprafața terestră sub forma unui fascicol de raze paralele.b)Radiația difuză(i).Este partea din radiația solară care după ce a fost difuzată de caătre moleculele gazelor componente ale atomosferei și impuritățile aflate în suspensie,ajunge la suprafața terestră venind din toate direcțiile.c)Radiația globală(Q)Reprezintă suma radiației solare directe și radiației diifuze măasurate pe unitate de suprafață orizontală.d)Radiația reflectată.Este acea parte a radiaței globale ,care căzând pe suprafața terestră,este abătută de la direcția inițială fără a suferi vreo modificare de altă natură.e)Radiația terestră.Reprezintă fluxul radiativ de undă lungă emis fară întrerupere de suprafața Pământului.f)Radiația atmosferei.Este fluxul radiativ de undă lungă emis neîncetat de atmosferă,către suprafața terestră.g)Radiația efectivă.Reprezintă diferența dintre radiația terestră îndreptată de jos în sus și radiația atmosferică îndreptată de sus în jos.h)Bilanț radiativ.Este diferența dintre suma tuturor fluxurilor radiative de undă scurtă primite de o suprafață oarecare și suma fluxurilor de undă scurtă și lungă pierdute de aceasta sub forma radiațiilor reflectate și emise.Toate fluxurile radiative sunt studiate de o ramură a meteorologiei numită actinometrie.Pentru deterrminarea intensității fluxurilor radiative care traversează atmosfera într-un sens sau altul se folosesc instrumente și aparate radiometrice.În meteorologie exista mai multe mijloace și metode de determinare a căldurii care se degajă datorită absorpției diverselor fluxuri radiative și anume:Metoda calorimetrică.Se bazează pe efectul de încălzire a unui corp masiv cu suprafață neagră,supus acțiunii unui flux radiativ oarecare.Metoda termometrică.Se bazează pe faptul că perdderile de căldură suferite de receptorul instrumentului radiometric,sporesc paralel cu creșterea temperaturii lui ,diminuând astfel această creștere.

1

Metoda cu curent de apă.Principiul care stă la baza ei rezidă în măsurarea diferenței de temperatură a receptorului cu regim staționar.În timpul operațiunii respective,caldura ce vine de la receptor este înlăturată printr-un curent de apă care îl udă neîncetat.Metoda compensării.Constă în măsurarea intensității radiației cu ajutorul a două receptoare absolut identice cu suprafața și coeficientul de absorpție.

1.1Determinarea radiației solare directe

Intensitatea radiației solare directe se determină cu ajutorul diverselor tipuri de pirheliometre și rradiometre.Cele dintîi măsoară intensitatea fluxurilor radiativ,direct în cal/cm² sau ly/min și sunt considerate instrumente absolute,iar cele din urmă,în alte unități de măsură și sunt considerate instrumente relative.Printre ele se numără pirheliometrul calorimetric tip Michelson,pirheliometrul cu compensație electrică tip Angström,radiometrul tip metalic Michelson,radiometrul RT-50 etc.

Pirheliometrul calorimetric tip Michelson.A fost imaginat de Michelson în 1910 și reprezintă unul dintre cele mai vechi tipuri de pirheliometre.Acesta este menit să micșoreze suprafața orificiului de pătrundere a radiațiilor,făcându-le să cadă sub forma unui flux radiativ perpendicular pe fundul tubului pirheliometric.Pirheliometrul calorimeric Michelson este un instrument absolut ,prin mijlocirea căruia intensitatea radiației solare directe se determină în cal/cm²∙min.

Pirheliometrul cu compensație electrică tip AngströmPirheliometrul cu compensație electrică tip Angström este format din:-tubul pirheliometric,un tub care prezintă un capac la un capăt,prin care pătrund razele soarelui care ajung la două lamele de manganin;tubul pirheliometric,are dimensiuni variabile.-dispozitivul de fixare este de fapt un suport metalic circular prevăzut cu orificii în care se vor ffixa șuruburile care ajută la instalare.-suportul de susținere are rolul de de a asigura ”punerea în stație”a pirheliometrului prin intermediul unui sistem compus din trei șuruburi de fixare ce permit orientarea în funcție de latitudine,unghiul de înclinare a axei Pământului și poziția aparentă a Soarelui pe bolta cerească în așa fel încât razele solare să cadă perpendicular pe suprafața terestră(pe piesa receptoare).Piesa receptoare este compusă din două lamele extrem de fine și implicit cu o ”sensibilitate”sporită în raport de acțiunea radiațiilor solare.Piesa receptoare este montată la partea inferioară a tubului pirheliometric numită capul pirheliometrului.Pe spatele lamelelor se găsesc punctele ”de sudură”ale unor fire care fac legătura cu bornele galvanometrului la care pirheliometrul va trebui conectat.La partea superioară a tubului se poate monta un capac metalic nichelat prevăzut cu două fante longitudinale.Pe spatele capacului este fixată o plăcuță ce poate fi deplasată astfel încât sa împiedice total sau parțial accesul radiației solare către lamele.Întregul pirheliometru este vopsit în alb la exterior și în negru la interior.

Radiometrul bimetalic tip MichelsonRadiometrul Michelson are drept piesă receptoare o lamă bimetalică ,obținută prin laminarea la cald a unei plăcuțe de fier și a uneia din invar.Pe partea de fier,lama este acoperită cu negru de fum îmbibat în

2

alcool.Piesa receptoarese instalează în interiorul tubului radiometric.Acesta este o carcasă masivă de cupru înegrită pe dinăuntru și având căldura specifică și coeficientul de conductabilitate termică mult mai mari deât lama bimetalică.Corpul în întregime nichelat al radiometrului Michelson este fixat pe un trepied prevăzut cu două șuruburi micrometrice pentru rotirea aparatului în jurul axei veriticale și unul pentru rotirea în jurul axei orizontale.Radiometrul bimetalic Michelson este un instrument relativ, ceea ce înseamă că pentru determinarea intensității radiației solare directe în valori aboslute(cal∙cm²∙min sau ly/min)indicațiile citite pe scara lui micriomerică,trebuie înmulțite cu un factor de transfomare.

Radiometrul RT-50Piesa receptoare a acestuia este dată de un disc de argint acoperit cu un strat de negru de fum.Piesa receptoare are în componență „două raânduri de suduri”,unele interioare supsuse acțiunii radiațiilor solare și altele exterioare „umbrite”.Dacă în cazul pirheliometrului accesul radiațiilor se realizează diferențiat în funcție de deplasarea plăcuței culisante,în acest caz expunerea diferită la radiație este asigurată de configurația tubului radiometric în sensul că acesta se îngustează progresiv pe măsura apropierii de piesa receptoare.Astfel pătrundrerea radiațiilor se face prin „punerea în stație a instrumentului”și detașarea capacului.Măsurarea radiației difuze și globaleIntensitatea radiației globale și difuze se măsoară cu ajutorul diverselor tipuri de piranometre.Ca și radiometrele,,acestea pot fi absolute sau relative.Printre cele mai frecvent utilizate se numără piranometrul absolut Amgström,piranometrul relativ Arago-Davy,piranometrul relativ Janisewski și altele.

Piranometrul absolut tip AngströmPiesa receptoare este „asigurată”de patru lamele de manganin vopsite diferit și protejate de o calotă semisferică de sticlă.Lamelele sunt vopsite două cu negru de fum și două cu alb de magneziu și sunt dispuse alternativ.Calota de sticlă are rolul multiplu:protejează piesa receptoare de acțiunea precipitațiilor,vântului etc. și acționează diferența asupra radiațiilor solare lăsâmd să ajungă către piesa receptoare doar radiația solară difuză,cea directă fiind reflectată.Un element component al piranometrului este ecranul de umbrire.

Piranometrul Arago-DavyAcest piranometru se deosebește fundamental din punc de vedere constructiv de tipurile precedente prin partea receptoare pentru radiații,dată de două termometre aproape identice fixate într-un suport,unul avănd rezervorul vopsit în alb de magneziu,iar celălalt cu negru de fum.Dacă în toate cazurile precedente durata expunerii la radiații este de ordiunul zecilor de secunde,în acest caz timpul necesar pentru crearea unei diferențe de temperatură substanțială este de 20-25 de minute.

Piranometrul termoelectric tip Janisewski

La piranometrul termoelectic de tip Janisevski piesa receptoare este reprezentată de o termobaterie pătrtă cu latura de 3 cm care pe partea anterioară este configurată asemănători unei table de șah.Pe partea posterioară se găsesc sudurile unor termocupluri care prin intermediul unor borne fac legătura cu galvanometrul la care piranometrul este conectat.

Determinarea albedouluiCapacitatea de reflecție a diferitelor tipuri de suprafață se exprimă prin albedou.Acesta este raportul dintre radiația reflectată și radiația globală care cade pe suprafața respectivă,înmulțită cu 100.

3

Albedoul de stațieServește pentru determinarea la stații a intensității radiației globale,difuze și reflectate.El este alcătuit dintr-un cap de piranometru,instalat pe suport special,care îi permite să se întoarcă cu 180˚.Determinarea radiației efectiveRadiația efectivă se determină cu ajutorul diferitelor tipuri de pirgeometre.Dintre acestea,pirgeometrul de tip Savinov are o răspandire mai largă.Acesta are o piesă receptoare formată din partu lamele din manganin,vopsite diferit,dispuse alternativ și protejate de o calotă semisferică de sticlă.O particularitate de construcție este dată de prezența unui termometru.Determinarea bilanțului radiațiilorDiferența dintre suma tuturor fluxurilor radiative de undă scurtă și lungă primite de o suprafață oarecare și suma tuturor fluxurilor radiative de undă scurtă și lungă pierdute de acesta,se determină cu ajutorul unui instrument special numit bilanțometru.BilanțometruFuncționează pe principiul curenților termoelectrici.Această măsurătoare se face recurgând la bilanțometrul și galvanometrul radiometric tip G.S.R-1.Piesa receptoare este compusă din lamele obțiunute prin împletirea unor fire înnegrite care au suprafață exterioră înegrită și care sunt dispuse altfel încăt în timpul determinărilor să fie orientate una către suprafața terestră iar cealaltă către bolta cerească.

4