Солнце и ГУ «Омский ЦГМС-Р»

(Актинометрические наблюдения на территории Омской области)

Что такое актинометрия?

Актинометрические наблюдения, выполняемые на государственной наблюдательной сети, предназначены для изучения солнечного, земного и атмосферного излучения (радиации), определяющего в значительной степени климат территорий и условия жизнедеятельности человека, а также для решения практических задач в различных отраслях хозяйственной деятельности. Пункт актинометрических наблюдений должен быть организован только на базе действующей метеорологической станции. Задачи актинометрии заключаются в измерении различных видов излучения (радиации), изучении закономерностей поглощения и рассеяния радиации в атмосфере, радиационного баланса земной поверхности, географического распределения различных видов радиации.

Приземные актинометрические наблюдения включают определение комплекса взаимосвязанных между собой характеристик солнечного излучения, достигающего земной поверхности, и теплового излучения естественных земных объектов, в том числе атмосферы, а также ряда параметров состояния атмосферы и земной поверхности, влияющих на процессы трансформации солнечного излучения.

Комплекс характеристик солнечного излучения (составляющих радиационного баланса) включает прямую солнечную радиацию, рассеянную радиацию, суммарную радиацию, отраженную коротковолновую радиацию, коротковолновое альбедо подстилающей поверхности, радиационный баланс, баланс коротковолновой радиации, баланс длинноволновой радиации.

Комплекс характеристик состояния атмосферы и земной поверхности включает количество и форму облаков, цвет неба, состояние диска Солнца, метеорологическую дальность видимости, состояние подстилающей поверхности, температуру воздуха, парциальное давление водяного пара, температуру поверхности почвы.

Оборудование для актинометрических наблюдений: термоэлектрический актинометр, головка пиранометра, балансомер, гелиостат, анемометр.

Историческая справка

В России измерения прямой солнечной радиации проводились уже в 1870-1890 гг., но приборы были несовершенны, результаты практического значения не имели и наблюдения широкого распространения не получили.

В 1892 г. физик О.Д. Хвольсон разработал теорию абсолютных и относительных измерений солнечной радиации с помощью пиргелиометра и актинометра. Приборы использовались в Павловской обсерватории около 10 лет.

В 1896 г. в Швеции К. Онгстремом создан абсолютный компенсационный пиргелиометр, рекомендованный в 1905 году Международной метеорологической конференцией в качестве эталона.

В 1905 г. В.А. Михельсон разработал первый биметаллический актинометр.

В 1922 г. Н.Н. Калитин построил фотоэлектрический регистратор естественной освещенности, в 1926 г. стрелочный актинометр, вакуумный термоэлектрический пиранометр.

В 1928 г. С.И. Савинов создал теромэлектрический актинометр.

В итоге к 1930 году был создан комплекс приборов для регулярных измерений различных видов радиации. Это позволило начать накопление данных для изучения радиационного климата страны.

В январе 1931 г. комитет Второго международного полярного года обратился в ГГО с просьбой взять на себя разработку единой программы и методики для сети из 10 станций, организацию исследований, руководство сетью и обобщением результатов наблюдений по актинометрии. Со Второго международного полярного года начались регулярные актинометрические наблюдения на полярных станциях в бухте Тихой, на островах Диксон и Уединения. Успешные исследования во время второго МПГ принесли исключительно богатый материал, способствовавший дальнейшему развитию актинометрии.

В 1936-38 гг. Ю.Д. Янишевский усовершенствовал пиранометр Савинова и разработал термоэлектрический балансомер, позволивший регистрацию радиационного баланса.

К началу 1940-х годов актинометрическая сеть страны насчитывала уже 25 постоянно действующих пунктов.

В 1946 году ученые ГГО возглавили работу по восстановлению довоенной сети и созданию новых станций. И в 1953 году из ГГО в Омскгидромет был направлен Ростислав Евгеньевич Боричевский для создания актинометрической сети на территории Омской и Тюменской областей. Первая актинометрическая станция Омск начала действовать с июля 1953 г. и первыми ее наблюдателями стали Р.Е. Боричевский и Е.П. Шихалева. В настоящее время специалисты ГУ «Омский ЦГМС-Р» курируют и контролируют работу 10 станций на территории Омской и Тюменской областей (Омск, Тара, Тобольск, Сытомино, Октябрьское, Тарко-Сале, Салехард, Березово, Леуши, Ханты-Мансийск). Обработанные результаты наблюдений со станций поступают на технических носителях в ГУ «Омский ЦГМС-Р», где проходят технический и критический контроль и далее их отправляют в Главную Геофизическую Обсерваторию им. А.И. Воейкова (г. Санкт-Петербург). Создание сети актинометрических станций позволило определить основные закономерности и особенности распределения солнечной радиации на территории Западной Сибири.

На территории Омской области актинометрические наблюдения осуществляют специалисты ГУ «Омский ЦГМС-Р» на двух станциях: по полной программе в Омске и по сокращенной - в Таре.

Актинометрические наблюдения проводят на ОГМС Омск специалисты Карпова М.А., Пусторнакова И.В. и Чернова Т.В.; на ОГМС Тара - Паршукова О.В. и Бузлукова Г.И. Методическое обучение и повышение квалификации инженеры метеорологи получают в ГГО им. А.И. Воейкова (Санкт-Петербург), техники – в ГУ «Омский ЦГМС-Р» (Омск). Плановые методические инспекции с целью проверки соблюдения единых методик измерения на актинометрической сети Омской и Тюменской области осуществляет ведущий инженер метеоролог отдела климата ГУ «Омский ЦГМС-Р» Буденкова С.Ф.

Для чего нужны актинометрические наблюдения?

Результаты экспериментальных и теоретических работ по актинометрии применяют в климатологии, сельском хозяйстве и промышленности, в медицине, архитектуре, транспорте, в аэрологии и метеорологии.

 Изучение такого климатического ресурса, как солнечная радиация, являющейся экологически чистым потенциальным источником энергии, является очень актуальным. Жизнь требует повсеместной экономии топлива, поэтому необходимо проводить исследования по выделению районов, обладающих достаточными ресурсами энергии солнца. Основные исследования в области оценки солнечного потенциала выполняются в Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова, являющейся мировым и национальным центром радиационных данных. (ГГО им. А.И. Воейкова является НИУ системы Росгидромета).

Атлас солнечного и ветрового климата является первым изданием, основанным на данных инструментальных наблюдений актинометрической сети России, осредненных за период 20-40 лет. Разработана методика районирования по природному гелиопотенциалу, основанная на использовании комплекса климатических показателей. Методика позволяет

выделить на территории России 10 радиационно-однородных районов, которые были ранжированы по потенциалу солнечной энергии.

Третий и четвертый районы расположены вдоль 50-55^о с.ш. (Омская область попадает в четвертый район, прим. автора) и характеризуются высоким приходом солнечной радиации, небольшим количеством облаков нижнего яруса, большим числом солнечных дней.

Как показало выполненное районирование, каждый физико-географический район обладает определенным природным потенциалом солнечной энергии. Удовлетворение потребности в энергии зависит от радиационного климата местности и от типа установки. Правильное решение проблемы возможно только при совместном рассмотрении технических и климатических аспектов.

Оценка потенциальных гелиоресурсов основана на расчете количества суммарной солнечной радиации, поступающей на различно ориентированные наклонные поверхности (приемники гелиоустановок). Далее оценивается выработка тепловой и электрической энергии на базе существующих технических средств преобразования солнечной энергии при соблюдении экологических требований.

Выполнен расчет характеристик для жилого односемейного дома при расходе горячей воды – 50 литров в день на 1 человека и количестве потребителей 4 человека (температура горячей воды 60^оС). Полученные результаты показали, что можно использовать солнечные коллекторы для сезонного горячего водоснабжения в период с апреля по сентябрь, не только в южных районах, но и в умеренных широтах (Охотск). Применение солнечных установок в режиме сезонного горячего водоснабжения целесообразно там, где не отапливаемый период составляет не менее 5 месяцев.

Разработанные методы оценки ресурсов солнечной энергии были использованы для регионального районирования некоторых субъектов Российской Федерации (Краснодарский край, республика Калмыкия, Воронежская область, Хабаровский край) при разработке технико-экономических обоснований проектирования энергетических объектов.

(по материалам отдела ЕГФД и отдела климата, ж. «Метеоспектр» №2, 2008 г.)