TGBL1116 Meteorológiai műszerek. Meteorológiai sugárzásmérés. Az elektromágneses sugárzás tulajdonságai: Sugárzásmérések. Sugárzási törvények



Hasonló dokumentumok
A NAPSUGÁRZÁS MÉRÉSE

Sugárzási alapismeretek

TGBL1116 Meteorológiai műszerek. Meteorológiai sugárzásmérés

Szegedi Tudományegyetem Természettudományi Kar Éghajlattani és Tájföldrajzi Tanszék FOGALOMTÁR 2. RÉSZ

Agroökológia és agrometeorológia

Hősugárzás Hővédő fóliák

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK, MŰSZEREK Meteorológia-gyakorlat

Légköri vízzel kapcsolatos mérések TGBL1116 Meteorológiai műszerek

Diagnosztika labor. Előadók: Kocsis Szürke Szabolcs Somogyi Huba Szuromi Csaba

Környezetvédelmi mérések fotoakusztikus FTIR műszerrel

Elektromágneses hullámok, a fény

A fény útjába kerülő akadályok és rések mérete. Sokkal nagyobb. összemérhető. A fény hullámhoszánál. A fény hullámhoszával

Világítástechnikai alapfogalmak

Fizika belépő kérdések /Földtudományi alapszak I. Évfolyam II. félév/

MŰSZAKI ISMERETEK. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Meteorológiai műszerkert. TGBL1116 Meteorológiai műszerek. Meteorológiai műszerkert. Műszerek ellenőrzése. Meteorológiai állomás kitettsége

Éghajlat, klíma az éghajlati rendszer által véges időszak alatt felvett állapotainak statisztikai sokasága légkör besugárzás

Fénysugarak visszaverődésének tanulmányozása demonstrációs optikai készlet segítségével

Sávfelülvilágító termékcsalád BITTERMANN DAYLIGHT

Sugárzások kölcsönhatása az anyaggal. Dr. Vincze Árpád

International Solar Technology, Inc. IST vákumcsöves napkollektor rendszerek

EÖTVÖS LABOR EÖTVÖS JÓZSEF GIMNÁZIUM TATA FELADATLAPOK FIZIKA. 11. évfolyam. Gálik András. A Tatai Eötvös József Gimnázium Öveges Programja

Fizikai kémia és radiokémia labor II, Laboratóriumi gyakorlat: Spektroszkópia mérés

Az infra sugárzás felhasználása G-OLD típusú fűtőelemekkel

KLIMATOLÓGIA GYAKORLAT

Hőmérsékletmérés

MÛSZAKI INFORMÁCIÓK. Érzékelési távolság

Napsugárzás mérések az Országos Meteorológiai Szolgálatnál. Nagy Zoltán osztályvezető Légkörfizikai és Méréstechnikai Osztály

A termográfiás vizsgálatok elméleti alapjai

UV-LÁTHATÓ ABSZORPCIÓS SPEKTROFOTOMETRIA

OPTIKAI LÁNGÉRZÉKELŐK

Anyagszerkezettan és anyagvizsgálat (BMEGEMTAGK1)

A LÉGKÖR VIZSGÁLATA METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK ÉS MEGFIGYELÉSEK. Környezetmérnök BSc

SPEKTROFOTOMETRIAI MÉRÉSEK

τ Γ ħ (ahol ħ=6, evs) 2.3. A vizsgálati módszer: Mössbauer-spektroszkópia (Forrás: Buszlai Péter, szakdolgozat) A Mössbauer-effektus

2. OPTIKA 2.1. Elmélet Geometriai optika

Eötvös József Főiskola Műszaki Fakultás

METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK, MŐSZEREK

A fény. Abszorpciós fotometria Fluoreszcencia spektroszkópia. A fény. A spektrumok megjelenési formái. A fény kettıs természete: Huber Tamás

Fizika 2. Feladatsor

Éghajlat, klíma az éghajlati rendszer által véges id szak alatt felvett állapotainak statisztikai sokasága légkör besugárzás

Fizika 2 (Modern fizika szemlélete) feladatsor

Lumineszcencia Fényforrások

Elektromágneses sugárözönben élünk

Detektorok tulajdonságai

a fizikai (hullám) optika

Készítette: Bujnóczki Tibor Lezárva:

X. Fénypolarizáció. X.1. A polarizáció jelenségének magyarázata

A SZUPRAVEZETÉS. Fizika. A mágneses tér hatása a szupravezető állapotra

4. Gyakorlat, Hőtan. -ra emelkedik, ha a réz lineáris hőtágulási együtthatója 1,67. értékkel nőtt. Határozza meg, milyen anyagból van a rúd.

Akusztika terem. Dr. Reis Frigyes előadásának felhasználásával

EMELT SZINTŰ ÍRÁSBELI VIZSGA

MEGOLDÓKULCS AZ EMELT SZINTŰ FIZIKA HELYSZÍNI PRÓBAÉRETTSÉGI FELADATSORHOZ 11. ÉVFOLYAM

Modern Fizika Labor. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: A Zeeman-effektus. A beadás dátuma: A mérést végezte:

ENERGIAFORRÁSOK, ENERGIATERMELÉS, ÉS KLÍMAVÁLTOZÁS TANÍTÁSA A NEMZETKÖZI ÉRETTSÉGIN ENERGY, POWER AND CLIMATE CHANGE; IB DIPLOMA PROGRAMME

HASZNÁLATI MINTA KÖZLEMÉNYEK

Mit mond ki a Huygens elv, és miben több ehhez képest a Huygens Fresnel-elv?

Integrált áramkörök termikus szimulációja

Különböző fényforrások (UV,VIS, IR) működési alapjai, legújabb fejlesztések

Hidraulika. 5. előadás

Radarmeteorológia. Makra László

A fény keletkezése. Hőmérsékleti sugárzás. Hőmérsékleti sugárzás. Lumineszcencia. Lézer. Tapasztalat: a forró testek Hőmérsékleti sugárzás

Lexan Thermoclear Plus Műszaki segédlet Üregkamrás polikarbonát lemezek

SZÁMÍTÓGÉPES METEOROLÓGIAI MÉRÉSEK összeállította: Gilicze Tamás lektorálta: Dr. Laczkó Gábor

Erőátvitel tervezése. Tengelykapcsoló. Magdics G. (LuK Savaria) Trencséni B. (BME)

Spektrográf elvi felépítése

Környezet. A. Fizikai környezet. A munkakörnyezet ergonómiai értékelése

TERMÉSZETES VILÁGÍTÁS

Az optikai jelátvitel alapjai. A fény két természete, terjedése

17. Kapcsolok. 26. Mit nevezünk crossbar kapcsolónak? Egy olyan kapcsoló, amely több bemenet és több kimenet között kapcsol mátrixos módon.

A poláros fény rejtett dimenziói

Abszorbciós spektroszkópia

VELUX árnyékolók és redőnyök. Érvényes február 1-jétől.

A látható fény további tartományokra osztható: ibolya (legrövidebb), kék, zöld, sárga, narancs, vörös.

A SUGÁRZÁS ÉS MÉRÉSE

RAJZOLATI ÉS MÉLYSÉGI MINTÁZATKIALAKÍTÁS II:

Geometriai alapfogalmak

LÁMPATESTEK TERVEZÉSE ESZTERGOMI FERENC MŰSZAKI IGAZGATÓ

Optoelektronikai Kommunikáció. Az elektromágneses spektrum

6. RADIOAKTIVITÁS ÉS GEOTERMIKA

SE Bővített fokozatú sugárvédelmi tanfolyam, 2005 márc IONIZÁLÓ SUGÁRZÁSOK DOZIMETRIÁJA. (Dr. Kanyár Béla, SE Sugárvédelmi Szolgálat)

Elnyelési tartományok. Ionoszféra, mezoszféra elnyeli

SUN-TEX Living with the sun im Einklang mit der Sonne

Földi lézerszkennelés mérnökgeodéziai célú alkalmazása PhD értekezés

Az elektromágneses spektrum

Kondenzátorok. Fizikai alapok

A poláros fény rejtett dimenziói

Név:...EHA kód: tavasz

Széndioxid, üvegház, éghajlat érvek és ellenérvek

V. A MIKROSZKÓP. FÉNYMIKROSZKÓPOS VIZSGÁLATOK A MIKROSZKÓP FELÉPÍTÉSE ÉS MŐKÖDÉSE

Erőművi kazángépész Erőművi kazángépész

Elektromágneses terek gyakorlat - 6. alkalom

Abszorpciós fotometria

Az elektronikai technológia újdonságai

Kör-Fiz 3 gyak.; Mérések refraktométerekkel; PTE Környezetfizika és Lézersp. Tanszék

HŐÁTVITELI FOLYAMATOK ÉPÍTÉSZ

SPECIÁLIS EXCIMER LÉZEREK

TERMÉSZETTUDOMÁNY JAVÍTÁSI-ÉRTÉKELÉSI ÚTMUTATÓ

MAGYAR KÖZLÖNY. 70. szám. A MAGYAR KÖZTÁRSASÁG HIVATALOS LAPJA május 7., péntek. Tartalomjegyzék. 162/2010. (V. 7.) Korm.

Átírás:

TGBL1116 Meteorológiai műszerek Bíróné Kircsi Andrea Egyetemi tanársegéd DE Meteorológiai Tanszék Meteorológiai sugárzásmérés Debrecen, 2007/2008 II. félév Sugárzásmérések Minden 0 K-nél K magasabb hőmérsékletű test sugárzást bocsát ki magából elektromágneses hullámok formájában, és ezzel energiát ad le. A Napból érkező sugárzás: részecskesugárzás + elektromágneses (EM) sugárzás Jellemezhető: hullámhossz, frekvencia, terjedési sebesség. Az elektromágneses sugárzás tulajdonságai: Minden irányban terjed a forrásából, a légüres térben is, azaz közvetítő közeg nem szükséges. A hőenergiává alakuláshoz anyag szükséges. Anyagi és hullámhossz természete is van. A hullámhossz a két szomszédos hullámcsúcs távolsága. λ [µm] A frekvencia az adott idő alatt elhaladó hullámcsúcsok száma. A kettő között fordított arány jellegű kapcsolat áll fenn. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 3 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 4 Sugárzási törvények Sugárzási törvények Minden sugárzási törvény az úgynevezett abszolút fekete test állapotra készült, ami annyit jelent hogy a testet idealizálva tekintjük, azaz úgy vesszük, hogy a test az összes elnyelt sugárzást maradéktalanul vissza is sugározza. Ilyen test nincs, de ezen állapotot megközelítő test sok van, illetve a számításainkhoz elegendő az ilyen pontosság. Plank törvény: A Plank törvény kimondja, hogy az adott hullámhosszhoz tartozó energia a hullámhossz és a hőmérséklet függvénye. Kirchoff törvény: Kimondja azt hogy ha valamely test T hőmérsékleten és λ hullámhosszon e(λ T)mennyiségű bocsát ki magából és ugyanilyen feltételek mellett a(λ T) mennyiségű energiát nyel el. Stefan-Boltzmann törvény: Stefan-Boltzmann törvény szerint a kisugárzott összes energiamennyiség csak a sugárzó test abszolút hőmérsékletétől függ, annak negyedik hatványával arányos. Wien-féle törvény: Azaz a sugárzás eltolódási törvény szerint a maximális sugárzás hullámhossza a rövidebb vagy hosszabb hullámhossz-tartományokba tolódik el a sugárzó test hőmérsékletének függvényében. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 5 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 6 1

Sugárzásmérések célja 1. A teljes sugárzási egyenleg és komponenseinek meghatározása, időbeli-területi alakulásának vizsgálata. 2. Alapvető fontosságú a a földi élet számára, Az adott hely klímájában objektív adottság, A globális klímaváltozást előrejelző modellek bemenő paraméterei, Alternatív energiaforrás, Műholdas mérések felszíni verifikálásához (ellenőrzéséhez) elengedhetetlenek, A spektrális intenzitás mérések információt adhatnak különböző hullámhossztartományban elnyelő légköri anyagok koncentrációjáról, pl.: légköri összózon, SO 2, aeroszol optikai mélység. 2007/2008 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 7 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 8 röntgen UV-C Az elektromágneses spektrum meteorológiai felosztása 0.2 0.28 0.32 0.38 0.76 4.0 100 UV-B UV-A ULTRAIBOLYA LÁT- HATÓ rövidhullám (szoláris) INFRAVÖRÖS hullámhossz, µm hosszúhullám (terresztriális) 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 9 mikrohullám A felszín sugárzási egyenlege Globálsugárzás (S) összetevői: direkt (közvetlen) + diffúz (szórt) i egyenleg (λ<3.5µm): jól mérhető Érkező sugárzás - visszavert sugárzás E r = S (1 a) Hosszúhullámú sugárzási egyenleg(λ>10 >10µm): problémásabb Empirikus képletek Felszín kisugárzása - légkör kisugárzása Eh = Ef El 4 Ef = ε σ T ε=0.95 az emisszióképesség Teljes sugárzási egyenleg: E = E E 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 10 t r h A sugárzás mérése A sugárzás mérése Spektrum szerint: Irány szerint: haladó haladó Egyenleg Rövidhullám (λ<3.5µm) PIRANOMÉTER 1. Globál sugárzás 2. Diffúz sugárzás 3. Direkt sugárzás PIRHELIOMÉTER, AKTINOMÉTER 4.Visszavert sugárzás 5. Rövidhullámú sugárzási Hosszúhullám (λ>10µm) PIRGEOMÉTER 6. Légköri visszasugárzás 7. Felszíni kisugárzás 8. Hosszúhullámú sug-i Teljes sugárzás PIRRADIOMÉTER 9. Teljes lefelé haladó sug-i áramsűrűség 10. Teljes felfelé haladó sug-i áramsűrűség 11. Teljes sugárzási 2007/2008 egyenleg Meteorológiai műszerek egyenleg gyakorlat egyenleg 11 1. Intenzitás Direkt sugárzás Pirheliométer - direkt (Abbot-féle,Angström-féle) Aktinométer relatív (Michelson-Martin, Linke-Feussner) Piranométer (Kipp&Zonen, Moll-Gorczynski) Hosszúhullámú sugárzás Pirgeométer Teljes sugárzás Pirradiométer Speciális mérések Napfotométer, Dobson spektrofotométer Brewer spektrofotométer 2. Napfénytartam Campbell-Stokes 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 12 intenzitásmérésekből 2

A sugárzás intenzitásának mérése A sugárzás erőssége jellemezhető azzal a hőmennyiséggel, amely akkor keletkezik, ha a sugárzást egy tökéletesen elnyelő testtel elnyeletjük. A sugárzás mértéke az a hőmennyiség, amely a sugárzás irányára merőlegesen állított egységnyi felületen egységnyi idő alatt keletkeznék, ha az a ráeső sugárzást teljesen elnyelné. Mértékegysége: W/m 2 Alkamazott mérési elvek: Hőmérsékletmérésre vezethető vissza a sugárzásmérés egy abszolút fekete test hőmérsékletét mérjük. Feszültség mérésre vezethető vissza a termoelektromosság jelenségét használja ki. Termoelem termo-oszlop 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 13 Direkt sugárzás - pirheliométerek Abbot-féle pirheliométer Felül nyitott fémhenger, belső fala feketére van festve, Ebben diafragmák (1-6) csak a direkt sugárzást engedik be, A henger falán spirál alakban, ismert sebességgel víz áramlik, ez felmelegszik, hőmérsékletét a henger falával való érintkezés előtt (A), majd a falától való távozáskor mérik (A ), A víz mennyisége és fajhője ismert, a felmelegedésből számítható a sugárzás hőegyenértéke, Abszolút fekete test. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 14 Angström-féle pirheliométer A műszer egy teleszkóphoz hasonló és pontosan a Napkorongra kell irányítani. Általában más műszerek hitelesítésére használják másodlagos standard. Direkt sugárzást mérik. Angström-féle kompenzációs pirheliométer, amiben található egy termoelem melyre a fényt ráengedve elektromos áram indukálódik Angström-féle pirheliométer két egymás mellett fekvő fekete fémszalag termoelem aktív és passzív forrasztási pontjai, az egyik ki van téve napsütésnek, a másik nincs, ez utóbbit az előbbi hőmérsékletére melegítjük elektromos árammal, az ehhez szükséges áram mennyisége egyenlő azzal, amit a napsütötte elnyel, ez A-mérővel mérhető (az áram hőegyenértéke adja a sugárzás erősségét, Kevésbé tökéletes sugárzáselnyelő. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 15 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 16 Termoelektromos pirheliométerek Michelson-Martin Martin-féle aktinométer Rövidhullámú direkt sugárzás Nemzetközileg elfogadott alapműszer, Érzékelője: feketére festett bimetall szalag, Ez meggörbülve kvarcszálat mozgat, ezt nagyítón keresztül olvashatjuk le egy skálán, Teljes színkép és egy-egy tartományból érkező sugárzás mérhető. A mérés menete: az érzékelő részt t ideig sugárzásnak tesszük ki, ekkor T hőmérsékletre melegszik. Ezután t ideig árnyékoljuk, ekkor T1 hőmérsékletre hűl. T-T1 arányos a sugárzás erősségével. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 17 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 18 3

Moll-Gorczynski Gorczynski-féle sugárzásmérő direkt, szórt és globálsug. mérésére is alkalmas, Felfogó feje egy több, sorba kapcsolt termoelemből álló termooszlop, A termoelem aktív (sugárzásnak kitett) és inaktív (leárnyékolt) forrasztási helyei között a sugárzás erősségével arányos feszültségkülönbség keletkezik, ezt millivoltmérő, vagy pontíró műszer mutatja. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 19 A piranométerek a globál sugárzás mérésére szolgálnak, azaz a Nap és az égbolt együttes sugárzását mérik. Érzékelőjük vízszintes és az érzékelő felületét a teljes félgömbi tartományból érkező sugárzás szabadon éri. Az érzékel két koncentrikus ezüstgyűrűből áll, a belső feketére, a külső fehérre van festve; a két gyűrű hőmérsékletkülönbségét egy úgynevezett termooszlop méri. Az itt ébredő termofeszültség arányos a beérkező rövidhullámú globálsugárzással. Direkt és szórt thermopile sensor(1), domes (2), glass dome (2, 3), radiaton screen (4), signal cable (5), gland(6), leveling feet (7), printed circuit board(8), desiccant 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 20 (9), level (11). sugárzást mérik. Termoelektromos elven mérnek. Érzékelő üvegburával fedett ez választja szét a rövid és hosszúhullámú sugárzást, Az érzékelő által meghatározott féltérből érkező rövidhullámú sugárzást méri, Alkalmas szórt és globálsugárzás, lefelé fordítva a felszín kisugárzásának rövidhullámú részének mérésére. Kipp&Zonen-féle piranométer 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 21 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 22 A szórt sugárzás mérésére olyan piranométereket alkalmaznak, melyen a megfelelő szögben egy 4 szélességű árnyékoló gyűrűt szerelnek fel, ami kitakarja a napot. Ha még egy ugyanilyen piranométert szerelünk fel az előzőtől elérően úgy hogy érzékelője a felszín felé néz, akkor az azáltal felfogott értékek megegyeznek a felszínről visszavert Napsugárzás értékeivel. A kettő különbsége adja a napsugárzás vagy a rövidhullámú sugárzás egyenlegét. Ezt más néven albedométernek is nevezhetjük. A fent említett két elem hányadosa az albedó, így egyazon műszerekkel már ez is mérhetővé vált. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 23 Hosszúhullámú sugárzás mérése - pirgeométerek Valamely féltérből érkező összes hosszúhullámú sugárzás mérésére szolgálnak. Matt fekete szenzorral rendelkeznek (alsó és felső részükön), a szenzor képes felfogni a 0,3 µm a 100 µm spektrumtartományba eső sugárzást. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 24 4

Sugárzásmérők elhelyezése Teljes sugárzás mérése - pirradiométerek Szerkezetileg hasonlít a piranométerre, azonban lupolen anyagú burája van, amely átengedi a rövid- és hosszúhullámú sugarakat. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 25 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 26 http://www.awi.de/de/infrastruktur/stationen/neumayer_station/observatorien/meteorologisches_observatorium/strahlungsmessungen/ Pirradiométerek elhelyezése 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 27 http://www.imdpune.gov.in/surface_instruments/radiation/instrument/instrument_index.html 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 28 Speciális mérések 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 29 http://arhiv.zevs.si/viewtopic.php?t=33&sid=739bfeb0ecf290a2e496ed3460d54887 Brewer spektrofotométer segítségével vizsgálható: a légköri ózontartalom, UV-B sugárzás, SO 2 -koncentráció, aeroszol optikai mélység. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 30 5

Nap fotométer Speciális mérések aerosol optical, mircrophysical and radiative properties for aerosol research characterization, validation of satellite retrievals, and synergism with other databases. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 31 http://daac.ornl.gov/boreas/bhs/sites/nsa-yjp.html Az Országos Meteorológiai Szolgálat 1969 óta végez összózon (troposzférikus + sztratoszférikus) megfigyeléseket a pestlőrinci obszervatóriumá- ban 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 32 Campbell-Stokes Stokes-féle napfénytartam mérő fémállványra szerelt, 96 mm átmérőjű üveggömb, Ez a direkt sugárzást egy gyújtópontban gyűjti össze, A napsugarak napi irányváltásai miatt egy gyújtófelületet adnak, A gömböt körülfogó gömbhéj-részlet belső oldalán lévő papírszalagot pörkölik meg a direkt sugarak. Napfénytartam mérés heliográf 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 33 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 34 http://arhiv.zevs.si/viewtopic.php?t=33&sid=739bfeb0ecf290a2e496ed3460d54887 Napfénytartam mérés Napfénytartam és földrajzi szélesség 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 35 http://arhiv.zevs.si/viewtopic.php?t=33&sid=739bfeb0ecf290a2e496ed3460d54887 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 36 6

Napi átlagos besugárzás A sugárzásfluxus eloszlása földrajzi szélesség szerint 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 37 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 38 Delelési napmagasság és a nappalok hossza Napfénytartam mérés Intenzitásmérésekből A folyamatos mérésekből a 120 W/m 2 -nél nagyobb értékek előfordulásának időtartamát kell meghatározni. 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 39 2007/2008 Meteorológiai műszerek gyakorlat 40 Köszönöm a figyelmet! Bíróné Kircsi Andrea kircsia@delfin.klte.hu http://meteor.geo.klte.hu 7