Пиргеометра представляет собой устройство , которое измеряет приповерхностный инфракрасное излучение , спектр в диапазоне длины волн спектра приблизительно от 4,5 мкм до 100 мкм.
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). Также измеряя собственную температуру и делая некоторые предположения о природе окружающей среды, он может сделать вывод о температуре местной атмосферы, с которой он обменивается излучением.
Эти инструменты обычно не имеют возможности измерения спектров (частота / длина волны) - они используют одно измерение сопротивления / напряжения (без разрешения по частоте). Они сконструированы так, чтобы быть чувствительными к спектру инфракрасного излучения, который простирается примерно от 4,5 мкм до 100 мкм, что исключает основной коротковолновый (солнечный) спектр.
Поскольку длина свободного пробега ИК-излучения в атмосфере составляет ~ 25 метров, это устройство обычно измеряет поток ИК-излучения в ближайшем 25-метровом слое.
Компоненты пиргеометра [ править ]
Пиргеометр состоит из следующих основных компонентов:
- Термобатареи датчик , который чувствителен к излучению в широком диапазоне от 200 нм до 100 мкм
- Силиконовый купол или окно с солнцезащитным фильтрующим покрытием. Он имеет коэффициент пропускания от 4,5 до 50 мкм, что исключает солнечное коротковолновое излучение.
- Датчик температуры для измерения температуры тела прибора.
- Солнцезащитный экран для минимизации нагрева инструмента солнечным излучением.
Измерение длинноволнового нисходящего излучения [ править ]
Атмосфера и пиргеометр (по сути, его сенсорная поверхность) обмениваются длинноволновым ИК-излучением. Это приводит к чистому радиационному балансу согласно:
Где: - чистое излучение на поверхности датчика [Вт / м 2 ] - длинноволновое излучение, полученное из атмосферы [Вт / м 2 ] - длинноволновое излучение, испускаемое поверхностью датчика [Вт / м 2 ]
Пиргеометр в термобатарее обнаруживает чистый радиационный баланс между входящим и исходящим длинной волной потоком излучения и преобразует его в напряжение в соответствии с уравнением ниже.
Где: - чистое излучение на поверхности датчика [Вт / м 2 ] - выходное напряжение термобатареи [В] - чувствительность / калибровочный коэффициент прибора [В / Вт / м 2 ]
Значение определяется во время калибровки прибора. Калибровка выполняется на заводе-изготовителе с помощью эталонного прибора, привязанного к региональному центру калибровки. [1]
Чтобы получить абсолютный нисходящий поток длинных волн, необходимо учитывать температуру пиргеометра. Он измеряется датчиком температуры внутри прибора, около холодных спаев термобатареи . Считается, что пиргеометр аппроксимирует черное тело . Благодаря этому он излучает длинноволновое излучение в соответствии с:
Где: - Длинноволновое излучение, излучаемое земной поверхностью [Вт / м 2 ] - Постоянная Стефана-Больцмана [Вт / (м 2 · K 4 )] - Абсолютная температура детектора пиргеометра [кельвинов]
Из приведенных выше расчетов можно определить приходящее длинноволновое излучение. Обычно это делается путем преобразования приведенных выше уравнений в так называемое уравнение пиргеометра Альбрехта и Кокса.
Где все переменные имеют то же значение, что и раньше.
В результате обнаруженное напряжение и температура прибора дают общее глобальное длинноволновое нисходящее излучение.
Использование [ править ]
Пиргеометры часто используются в метеорологии , климатологии . Длинноволновая нисходящая радиация атмосферы представляет интерес для изучения долгосрочных климатических изменений.
Сигналы обычно обнаруживаются с помощью системы регистрации данных, способной брать пробы с высоким разрешением в диапазоне милливольт.