Способ определения рассеянной и прямой радиации при кучевой облачности
Владельцы патента RU 2727328:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук (RU)
Изобретение относится к области актинометрии и может быть использовано для определения рассеянной и прямой радиации при кучевой облачности. Сущность: измерения проводят с помощью одного незатененного пиранометра. Значения рассеянной радиации измеряют в те моменты, когда Солнце полностью закрыто плотным кучевым облаком. Значения суммарной радиации измеряют в те моменты, когда Солнце полностью открыто. При этом частота и количество измерений внутри каждого стабильного состояния Солнца зависят от горизонтальных размеров и количества кучевых облаков, а также от скорости их перемещения по небосводу. По результатам измерений рассчитывают значения прямой радиации. Технический результат: определение рассеянной и прямой радиации при кучевой облачности. 1 ил.
Изобретение относится к актинометрии, может быть использовано в метеорологии и позволяет определять рассеянную и прямую радиацию при кучевой облачности с помощью незатененного пиранометра.
Известно, что суммарной солнечной радиацией называется общий приход к горизонтальной поверхности прямой S' и рассеянной D радиации
Известен способ измерения прямой и рассеянной радиации с использованием одного пиранометра [1], заключающийся в том, что затеняющий экран пиранометра нацеливают на Солнце и производят измерение рассеянной радиации
затем затеняющий экран убирают и производят измерение суммарной радиации
а прямую радиацию определяют как
где h - высота Солнца над горизонтом. Недостатком такого способа является необходимость присутствия человека для работы с затеняющим экраном.
Наиболее близким к предлагаемому способу является принятый за прототип способ определения рассеянной и прямой радиации с помощью пиранометра с перфорированной затеняющей лентой, имеющей равномерно распределенные по всей длине прозрачные и непрозрачные для прямой солнечной радиации участки [2]. Сущность способа заключается в том, что за счет естественного движения Солнца пиранометр поочередно, в заранее определенные конструкцией перфорированной затеняющей ленты моменты времени, с интервалом примерно 45 мин., или полностью закрыт от прямой солнечной радиации и тогда измеряют значения рассеянной радиации Q1 или полностью открыт для прямой солнечной радиации и тогда измеряют значения суммарной радиации Q2. Текущее значение прямой радиации S определяют по формуле (4) для чего берут два соседних измерения Q1 и Q2, сделанные, с учетом переходных процессов от одного стабильного состояния к другому, через некоторое время. Для построения суточного хода рассеянной, суммарной и прямой радиации все полученные в светлое время суток соответственно по формулам (2-4) текущие значения радиации интерполируют.
Недостатком такого способа является необходимость периодической (1-2 раза в неделю) коррекции угла возвышения перфорированной затеняющей ленты для учета естественного вертикального смещения траектории движения Солнца по небосводу.
Признаками прототипа, которые совпадают с признаками заявляемого способа, является то, что для определения рассеянной и прямой радиации используют один пиранометр, который за счет естественного движения Солнца по небосводу в некоторые моменты времени становится или полностью закрытым от прямого солнечного излучения и измеряют значения рассеянной радиации Q1 или полностью открытым для прямого солнечного излучения и измеряют значения суммарной радиации Q2, что позволяет получать как текущие значения рассеянной, суммарной и по формуле (4) прямой радиации, так и их интерполированный суточный ход.
Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является исключение затеняющего экрана при измерениях прямой и рассеянной радиации и увеличение количества таких измерений.
Технический результат заключается в автоматизации измерений прямой и рассеянной радиации при кучевой облачности и расширении функциональных возможностей метеорологических наблюдений.
Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе смена состояния пиранометра с полностью закрытого для прямой солнечной радиации на полностью открытое для нее осуществляется за счет естественного перемещения плотных кучевых облаков по небосводу относительно места установки пиранометра.
В отличие от известного, в предлагаемом способе измерения значений радиации Q1 и Q2 проводят при кучевой облачности с помощью незатененного пиранометра в те моменты, когда Солнце полностью закрыто плотным кучевым облаком и тогда измеряют значения рассеянной радиации Q1, или когда Солнце полностью открыто и тогда измеряют значения суммарной радиации Q2, а частота и количество измерений внутри каждого стабильного состояния Солнца зависят от горизонтальных размеров и количества кучевых облаков, а также от скорости их перемещения по небосводу.
Возможность реализации способа и достижения технического результата иллюстрируется следующей Фиг., где: а) - измерение рассеянной радиации по (2), когда Солнце полностью закрыто плотным кучевым облаком, б) - измерение суммарной радиации по (3), когда Солнце полностью открыто. Апробация предлагаемого способа определения рассеянной и прямой радиации при кучевой облачности была проведена на метеообсерватории ИМКЭС СО РАН (Томск) с помощью пиранометра СМ11 (Kipp & Zonen).
Сравнение заявляемого способа с прототипом позволило установить соответствие условию "новизна". При сравнении заявляемого способа с другими известными техническими решениями не выявлены сходные признаки, что позволяет сделать вывод о соответствии условию "изобретательский уровень".
Использованные источники
1. РД 52.04.562-96. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 5. Актинометрические наблюдения. Часть 1. Актинометрические наблюдения на станциях. - ГГО им. А.И. Воейкова. - 1996. - 191 с.
2. M.J. Brooks, S. Braden, and D.R. Myers. Passive separation of global irradiance into direct normal and diffuse components. - Proc. SPIE - 2007. P. 665209.
Способ определения рассеянной D и прямой S радиации при кучевой облачности с использованием одного пиранометра, который за счет естественного движения Солнца по небосводу в некоторые моменты времени становится полностью закрытым от прямого солнечного излучения, и тогда измеряют текущие значения рассеянной радиации Q1=D, или полностью открытым для прямого солнечного излучения, и тогда измеряют текущие значения суммарной радиации Q2=S'+D, текущее значение прямой радиации определяют как 
где h - высота Солнца над горизонтом, Q1 и Q2 являются соседними измерениями радиации, а суточный ход рассеянной, суммарной и прямой радиации получают путем интерполяции полученных текущих значений радиации, отличающийся тем, что измерения проводят при кучевой облачности с помощью незатененного пиранометра, значения рассеянной радиации Q1 измеряют в те моменты, когда Солнце полностью закрыто плотным кучевым облаком, значения суммарной радиации Q2 измеряют в те моменты, когда Солнце полностью открыто, а частота и количество измерений внутри каждого стабильного состояния Солнца зависит от горизонтальных размеров и количества кучевых облаков, а также от скорости их перемещения по небосводу.
