Способ измерения и регистрации составляющих радиационного баланса поверхности моря в судовых условиях Советский патент 1960 года по МПК G01J5/12 G01W1/12 

Известны способы и приборы, предназначенные для изучения составляющих радиационного баланса новерхности моря в судовых условиях. Однако при использовании известных способов на результаты измерений влияет радиация, излучаемая корпусом судна.

Предлагаемый способ устраняет указанный недостаток.

Способ основан на использовании системы односторонних балансомеров, покрытых полиэтиленовымн фильтрами и расположенных вокруг корпуса судна таким образом, что ни один из них ни при каких обстоятельствах не засвечивается радиацией, исходящей от Корпуса судна. В качестве односторонних балансомеров могут быть использованы, например, балансомеры Янишевского с одной приемной поверхностью (защищенной полиэтиленовым фильтром) и со сплошной нижней металлической рамкой, плотно сонрикасающейся с другой приемной поверхностью.

Новым и полезным в предлагаемом способе является: применение пяти приемников радиации, один из которых установлен в горизонтальной плоскости над судном, а другие установлены вертикально на носу, корме и обоих бортах судна так, что попадание излучения судна на них исключено, а также носледовательное соединение между собой нриемнпков, расположенных в нротивоположиых точках судна, и градуировка их как одного нриемиика. Указанные отличительные особенности предлагаемого способа расширяют возможности производства измерений и уменьшают влняиие излзчения корпуса судна на их результаты.

Схема соединения системы балансомеров, чувствительности которых с помощью добавочных сопротивлений должны быть тщательно выравне)ы, изображена на чертеже.

Л 127056- 2 -

Односторонний балансомер У с приемной поверхностью, удерживаемой с помощью двойного карданового подвеса в горизонтальном положении, располагается на ходовом мостике и принимает суммарную коротковолновую и длинноволновую радиацию, падающую сверху. Эта радиация регистрируется электронным потенциометром, подключаемым в точках 2 и 5 и позволяющим производить одновременную регистрацию не менее трех параметров. Односторонние балансомеры 4 и 5, включенные последовательно и нроградуированные совместно как один балансомер, располагаются на бугшприте и на корме судна так, чтобы их приемные поверхноетн с помощью одинарных кардановых подвесов удерживались в вертикальной плоскости и всегда были направлены один по курсу судна, а второй - в прямо противоположном направлении. Балансомеры 4 и о совместно принимают суммарную коротковолновую и длинноволновую радиацию, надающую на вертикально расноложенную поверхность со всей сферы. Эта радиация регистрируется тем же электронным потенциометром, подключаемым в точках 2 и 6. Односторонние балансомеры 7 и S работают совершенно аналогично с балансомерами н 5, но расположены по бортам судна так, чтобы нх приемные поверхности были направлены в нротивоположные стороны, перпендикулярно курсу судна. Радиация, воспринимаемая этой парой балансомеров, регистрируется также электронным потенциометром, подключаемым в точках 2 и 9.

Обозначим высоту Солнца через h, напряжение солнечной радиации через /. напряжение коротковолновой и длинноволновой радиации неба через Д, напряжение коротковолновой и длинноволновой радиации моря через А. Учитывая, что угол падения прялюй радиации на вертикально ориентированную приемную поверхность балапсомера 4, установленного па бугшприте, выражается формулой;

е (90°-/О cosu,(1)

где ы - угол между азимутом Солнца и азимутом нанравлвния .приемной поверхности баланеомера 4 (курсом судна), напишем три уравнения для трех систем балансомеров {1;4+5 и 7 + 8):

I /sm/z+ Mi

4-ь5 /sin(90°-/г)(2;

7+8 /sin(90°-/г) )

Решение системы уравнений (2) приводит к элементарным формулам;

1,1 ()

,-6(М2-Мз),(3)

Л. ( +с(М2-уМз) где:

1

sin () cos а -sin (90 - /О sin а 1,

Ь riv а sln/г.I

с а sin /I -- sin (90° - /г) cos а)1

Формулы (3) и (4) нозволяют по измеренным величинам MI, Мч и Л1з, по широте и долготе места, времени наблюдений и курсу судна определять как составляющие полного радиационного баланса /, Д, Л, так и сам балане на горизонтальной поверхности;

fi - /sin/H- -.(5)

Вследствие того, что диффузная радиация, состоящая из длинноволновой и коротковолновой радиации неба и длинноволновой и коротковолновой радиации 1моря, поступает на каждую пару балансомеров 4 + 5 и 7 + 8 со всего небосвода и .ео всей поверхности моря, величины для этих пар балансомеров не должны зависеть от распределения яркости по небосводу и по поверхности моря. Это значит, что метод может быть иснользован :при любом состоянии облачности и поверхности моря.

Хотя исходные уравнения (2) и являются не вполне строгими (т. ic. величина Д, входящая в первое уравнение, только при вполне равномерном распределении яркости по сфере равна величине Д, входящей в два последних уравнения системы) это, при неравномерном распределении яркости коротковолновой радиации - приводит к ошибкам только в определении величины А, т. к. точность определения величин / и Д от распределения яркости не зависит. В частности, при крайне неравномерном распределении яркости неба и моря, когда максимумы коротковолиовой

радиации (44%) сосредоточены в двух j частях сферы, примыкающих

к горизонту, а минимумы (6%) в двух, противоположных по отношени.ю к максимумам, частях сферы, примыкающих к зениту и надиру, средня5 ошибка в определении величины А равна 7%, т. е. лежит в пределах инструментальных погрешностей.

Следует отметить, как это легко усмотреть из формулы (4), что при значении а 45 коэффициенты о, 6 и с становятся бесконечными, т. к. система уравнений (2) в этом случае нревращается в систему двух уравнений с тремя неизвестными, то же самое происходит в низких широтах нрп h 90°. Из этого следует, что в течение 40 мин., два раза в суткн, при значениях использование описанного метода из-за больших погрешностей практически певозможно. Однако в большую часть суток применение метода вполне возможно. В частности, в темное время суток при /г(9 и при сплошной облачности формулы (3) принимают особенно простой вид:

л /2()-MI I

Некоторые неизбежные колебанпя плоскостей балансомеров вокруг их положения равновесия во время качки и рыскание судна относительно курса, безусловно, создадут дОПо.лнительные, трудно определимые погрешности, но, учитывая правильность суточного хода полного радиационного баланса, эти погрешпости в большинстве случаев могут быть устранены обычным методом сглаживания кривых.

В спокойную погоду метод вполне может быть использован для оценки погрешности, возникающей при обычном способе измерения полного радиационного баланса (с подвеской балансомера на бугпшрите) за счет влияния корпуса судна.

Предмет изобретения

Способ измерения и регистрации составляющих радиационного баланса поверхности моря в судовых условиях при помощи термоэлектрических приемпиков суммарной радиации, поочередно подключаемых на время замера к прибору индикатору, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности производства измерений и уменьшения влияния излучения корпуса судна на их результаты, о составляющих

- 3 -.Хо 127056

(6)

радиационного баланса судят по показаниям пяти приемников раднации из которых один устанавливают в горизонтальной плоскости над судном а другие устанавщивают вертикально на его носу, корме и обоих бортах так, что попадание излучения судна на них исключено, а приемники каждой пары, расположенные в противоположных точках судна, соединяют между собой последовательно и градуируют как один прибор

- Т Ч