Пиргеометр

Пиргеометр — это устройство, которое измеряет приповерхностное инфракрасное (ИК) излучение примерно от 4,5 мкм до 100 мкм в электромагнитном спектре (тем самым исключая солнечное излучение ).

Он измеряет изменения сопротивления / напряжения в материале, который чувствителен к чистой передаче энергии излучением , которое происходит между ним и его окружением (которое может быть как внутри, так и снаружи). Измерив также собственную температуру и сделав некоторые предположения о природе окружающей среды, он может определить температуру местной атмосферы , с которой он обменивается излучением.

Поскольку длина свободного пробега ИК-излучения в атмосфере составляет ~25 метров, этот прибор обычно измеряет ИК-поток в ближайшем 25-метровом слое.

Компоненты пиргеометра

Пример пиргеометра, показывающий основные компоненты.

Пиргеометр состоит из следующих основных компонентов:

Датчик на термобатарее , чувствительный к излучению в широком диапазоне от 200 нм до 100 мкм.
Силиконовый купол или окно с солнцезащитным жалюзи-фильтром. Он имеет коэффициент пропускания от 4,5 до 50 мкм, что устраняет солнечное коротковолновое излучение.
Датчик температуры для измерения температуры тела прибора.
Солнцезащитный козырек для минимизации нагрева инструмента из-за солнечного излучения.

Типичный коэффициент пропускания комбинированного оконного и жалюзи-фильтра для пиргеометра модели CGR 4.

Измерение длинноволнового нисходящего излучения

Атмосфера и пиргеометр (фактически его сенсорная поверхность) обмениваются длинноволновым ИК-излучением. В результате получается чистый радиационный баланс согласно:

E_{\mathrm {net} }=E_{\mathrm {in} }-E_{\mathrm {out} }

Где (в единицах СИ ):

$E net$ = чистое излучение на поверхности датчика [Вт/м ²]
$E in$ = длинноволновое излучение, полученное из атмосферы [Вт/м ²]
$E out$ = длинноволновое излучение, испускаемое поверхностью датчика [Вт/м ²]

пиргеометра Термобатарея определяет чистый радиационный баланс между входящим и исходящим потоком длинноволнового излучения и преобразует его в напряжение в соответствии с приведенным ниже уравнением.

E_{\mathrm {net} }={\frac {U_{\mathrm {emf} }}{S}}

Где (в единицах СИ):

$E net$ = чистое излучение на поверхности датчика [Вт/м ²]
$U ЭДС$ = выходное напряжение термобатареи [В]
$S$ = коэффициент чувствительности/калибровки прибора [В/Вт/м ²]

Значение $S$ определяется во время калибровки прибора. Калибровка выполняется на заводе-изготовителе с использованием эталонного прибора, прослеживаемого до регионального калибровочного центра. ^[1]

Для определения абсолютного нисходящего потока длинноволновых волн необходимо учитывать температуру пиргеометра. Она измеряется с помощью датчика температуры внутри прибора, рядом с холодными спаями термобатареи . Считается, что пиргеометр аппроксимирует черное тело . Благодаря этому он излучает длинноволновое излучение согласно:

E_{\mathrm {out} }=\sigma T^{4}

Где (в единицах СИ):

$E out$ = длинноволновое излучение, испускаемое земной поверхностью [Вт/м ²]
$σ$ = постоянная Стефана–Больцмана [Вт/(м ²·К ⁴)]
$T$ = Абсолютная температура детектора пиргеометра [К]

Из приведенных выше расчетов можно определить входящее длинноволновое излучение. Обычно это делается путем перестановки приведенных выше уравнений, чтобы получить так называемое уравнение пиргеометра Альбрехта и Кокса.

E_{\mathrm {in} }={\frac {U_{\mathrm {emf} }}{S}}+\sigma T^{4}

Где все переменные имеют то же значение, что и раньше.

В результате обнаруженное напряжение и температура прибора дают общее глобальное длинноволновое нисходящее излучение.

Использование

Пиргеометры часто используются в метеорологии , климатологических исследованиях. Длинноволновое нисходящее излучение атмосферы представляет интерес для исследования долгосрочных изменений климата.

Сигналы обычно обнаруживаются с помощью системы регистрации данных, способной брать образцы с высоким разрешением в милливольтном диапазоне.

См. также

Ссылки

^ «IRC-Центр калибровки инфракрасного излучения Давос» .

[1] «IRC-Центр калибровки инфракрасного излучения Давос» .

[1]