MĚŘENÍ RADIAČNÍ BILANCE Michael Matějka ENERGETICKÁ BILANCE POVRCHU SWin + SWout + LWin + LWout + SHF + LHF + G = 0 SWnet LWnet Rnet denní a roční chod za určitých okolností i další složky (tání sněhu, fotosyntéza) všechny složky mohou být měřeny i modelovány KRÁTKOVLNNÉ ZÁŘEN podle Planckova zákona vyzařuje Slunce převážně na krátkých vlnových délkách - viditelné a blízké IR záření solární konstanta (1 367 W-rrr2) rozptyl a odraz v atmosféře, rozptýlené záření vliv zenitového úhlu Slunce část odražena od povrchu (albedo) SWout = SWin • a Visible light Less than 1 % Cli Í g "O S o to 0.4 0.7 1.0 Wavelength (jam) 0.001 1 Wavelength (m) 10 (C g CT3 100 I Surface Remarks Albedo Emissivity a £ Soils Dark, wet 0-O5- 0-98- Light, dry 040 0-90 Desert 0-20-0-45 0-84-0-91 Grass Long (1*0 m) 0-1Í- 0-90- Short (0-02 mj 0-26 0-95 Agricultural crops, tundra 0-18-0-25 0-90-0-99 Orchards 0*15-0-20 Forests Deciduous Bare 045- 0-97- Leaved 0-20 0-98 Coniferous 0-05-0-15 0-97-0-?? Water Small zenith angle 0-03-0-10 O-92-0-97 Large zenith angle 0-10-1-00 0-92-0-97 Snow Old 0-40- 0 82- Fresh 0*95 0-99 Ice Sea 0-30-0-45 0-92-0-97 Glacier 0-20-0-40 Sources.- Sellers (1965), List (lp66), Paterson (1969) and Monteith (1973). DLOUHOVLNNÉ ZÁŘEN emitované zemským povrchem a atmosférou delší vlnové délkyfnižší teplota) LWout = s-a-T4 (a = 5.67-10"8) LWin - vliv teploty, vlhkosti vzduchu a oblačnosti LWnet - většinou záporné Black Body Emission Curves of the Sun and Earth 0.2 0.3 0.4 OB OÄ 1 2 3 4 5 6 7 B 10 20 30 40 5060 S0100 Wavolrcngth [>.) n um Surface Remarks Albedo Emissivity a Soils Dark, wet 0-05- 0-98- Light, dry 0-40 0-90 Desert 0-20-0-45 0-84-0-91 Grass Long (1*0 m) 0-lť- 0-90- Short (O-02 m) 0-26 0-95 Agricultural crops, tundra 0-1S-0-2J 0-90-0-99 Orchards 0-15-0-20 Forests Deciduous Bare 045- 0-97- Leaved 0'20 0-9S Coniferous 0-05-0-15 0-97-0-W Water Small zenith angle 0-03-0-10 O-92-0'97 Large zenith angle 0-10-1-00 0-92-0-97 Snow Old 0-40- 0-S2- Fresh 0-95 0-99 Ice Sea 0-30-0-45 0-92-0-97 Glader 0-20-0-40 I Sources.- Sellers (1965), List (1966), Paterson (1969) and Monteith (1973). MĚŘENÍ TOKŮ ZÁŘENÍ pyranometr (SW) pyrheliometr (přímé SW) pyrgeometr (LW) net radiometr (kombinace SW a LW) odlišení na základě vlnové délky net radiometr (celkové záření) - NR Lite2 Kipp&Zonen NR Lite2 KIPP & ZONEN CNR 4 měří odděleně všechny radiační toky 2 pyranometry, 2 pyrgeometry termočlánkový princip -> výstupem je napětí nutná kalibrace měření vnitřní teploty (PtlOO, termistor) korekce pyrgeometru na teplotu přístroje provozní teplota -40 °C až 80°C, 0-100% RH Figure 2.1 The dimensions of the CNR 4 with CNF 4 ventilation unit, side view 405 mm / / / / 347 mm / / Figure 2.2 The dimensions of the CNR 4 with CNF 4 ventilation unit, top view TAIL END WIRE 1 JUNCTION END T* T2>Ti wire 2 KIPP & ZONEN CNR 4 - PYRANOMETRY 'S 'C 5 C 5 -'C -'S , - * ---1 e---s 0---3 i---* 2__ 5 d e 3 7 * . - n měření SWin a SWout spektrálni rozsah 300 - 2800 nm měřicí rozsah 0 - 2000 W • rrr2 časová odezva < 18 s (95 %) chyba denní sumy záření < 5 % (95 % pravd.; cosinová chyba "mean cosine error pyranomeler 'max. directional ettor ---min. directional error Figure 2.2 The dimensions of the CNR 4 with CNF 4 ventilation unit, top view Zenith angle [degrees] Figure 2.4 The directional response, or cosine response, of the pyra no meter: On the horizontal axis, the zenith angle is shown {OE zenith angle equals 90E ang le of incidence). The vertical axis shows the deviation from the ideal cosine behaviour expressed in percems. KIPP & ZONEN CNR 4 - PYRGEOMETRY měření LWin a LWout spektrální rozsah 4,5 - 42 |jm (filtr SW) měřicí rozsah -250 až 250 W • nr2 (rozdílová hodnota) časová odezva < 18 s (95 %) chyba denní sumy záření < 10 % (95 % pravd.) Figure 2.1 The dimensions of the CNR 4 with CNF 4 ventilation unit, side view 405 mm / / 347 mm —-\ - —- r"// f n © Figure 2.2 The dimensions of the CNR 4 with CNF 4 ventilation unit, top view KIPP & ZONEN CNF4 - VENTILAČNÍ JEDNOTKA K CNR 4 ANEMOMETR ATMOS 22 Ultrazvukový anemometr Měří rychlost ultrazvukových signálů Rychlost větru (2D/3D) - velmi přesná Virtuální teplota Typ ATMOS 22 Měřicí rozsah 0-30 m/s Rozlišení 0,01 m/s Přesnost 0.3 m/s nebo 3 % Směr větru s presností 5° Pracovní teplota -50°C až 60°C DATALOGGER EMS EDGEBOX V8/V12 multikanálový záznamník napěťové vstupy (8/12 kanálů), napr. termočlánky zdroje proudu pro odporové teplotní snímače čítače pulsů (srážkoměr, anemometr) bateriové nebo externí napájení možnost průměrovánízáznamů paměť 220 000 hodnot DĚKUJI ZA POZORNOST ZDROJE Columbia University in the City of New York (2020): The Black Body Radiation Spectrum., http://xtideJdeo.columbia.edu/mpa/Clim-Wat/Climate/lectures/energy/bb_spectrum.html Environmental Measuring Systems (2011): Datalogger EdgeBox VI2/12c, User's Manual Georgia Institute of Technology (2020): Surface Heat Flux Parameterization and Surface Energy Bala https://deng.eas.gatech.edu/node/26 Kipp & Zonen (2014): CNR4 Net Radiometer Instruction Manual METER Group (2021): ULTRASONIC ANEMOMETER, https://\AAAAA/.metergroup.com/environment/products/atmos-22-sonic-anemometer/ Oke, T. R. (1987): Boundary layer climates, 435 s. University of Cambridge (2009): THERMOELECTRIC MATERIALS FOR THERMOCOUPLES, https://\AAAAA/.msm.cam.ac.uk/utc/thermocouple/pages/ThermocouplesOperating Principles.html University of Washington (2020): Solar radiation spectrum , https://atmos.washington.edu/~hakim/! 01 /radiation/