MINISTERSTWO EDUKACJI
NARODOWEJ
Jolanta Odzimek
Wykonywanie pomiarów promieniowania słonecznego
oraz usłonecznienia311[23].Z1.01
Poradnik dla ucznia
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy
Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
Recenzenci:
mgr Janina Rudzińska
dr in\
. Magdalena Stawarz
Opracowanie redakcyjne:
mgr in\
. Jolanta Odzimek
Konsultacja:
mgr in\
. Andrzej Kacperczyk
Poradnik stanowi obudowę dydaktyczną programu jednostki modułowej 311[23].Z1.01.
 Wykonywanie pomiarów promieniowania słonecznego oraz usłonecznienia , zawartego
w modułowym programie nauczania dla zawodu technik meteorolog 311[23].
Wydawca
Instytut Technologii Eksploatacji  Państwowy Instytut Badawczy, Radom 2007
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
1
SPIS TREÅšCI
1. Wprowadzenie 3
2. Wymagania wstępne 5
3. Cele kształcenia 6
4. Materiał nauczania 7
4.1. Promieniowanie słoneczne 7
4.1.1. Materiał nauczania 7
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 17
4.1.3. Ćwiczenia 17
4.1.4. Sprawdzian postępów
19
4.2. Metody i przyrządy pomiarowe promieniowania słonecznego 20
4.2.1. Materiał nauczania 20
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 25
4.2.3. Ćwiczenia 25
4.2.4. Sprawdzian postępów 27
4.3. Usłonecznienie i widzialność 28
4.3.1. Materiał nauczania 28
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 31
4.3.3. Ćwiczenia 32
4.3.4. Sprawdzian postępów 33
4.4. Pomiary satelitarne i lotniczo-meteorologiczne 34
4.4.1. Materiał nauczania 34
4.4.2. Pytania sprawdzajÄ…ce 40
4.4.3. Ćwiczenia 41
4.4.4. Sprawdzian postępów 42
5. Sprawdzian osiągnięć 43
6. Literatura 48
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
2
1. WPROWADZENIE
Poradnik ten będzie Ci pomocny w przyswajaniu wiedzy o promieniowaniu słonecznym
i usłonecznieniu.
W poradniku znajdziesz:
- wymagania wstępne  wykaz umiejętności, jakie powinieneś wcześniej opanować, abyś
bez problemów mógł korzystać z poradnika,
- cele kształcenia  wykaz umiejętności, jakie będziesz mógł kształtować podczas pracy
z poradnikiem,
- materiał nauczania  wiadomości teoretyczne niezbędne do osiągnięcia zało\
onych celów
kształcenia i opanowania umiejętności zawartych w jednostce modułowej,
- zestaw pytań, abyś mógł sprawdzić, czy ju\
opanowałeś określone treści,
- ćwiczenia, które pomogą Ci zweryfikować wiadomości teoretyczne oraz kształtować
umiejętności praktyczne,
- sprawdzian postępów,
- sprawdzian osiągnięć, przykładowy zestaw zadań. Zaliczenie testu potwierdzi
opanowanie treści kształcenia z całej jednostki modułowej,
- literaturę uzupełniającą.
Je\
eli masz trudności ze zrozumieniem tematu lub ćwiczenia, to poproś nauczyciela
o wyjaśnienie i ewentualne sprawdzenie, czy dobrze wykonujesz daną czynność.
Po zapoznaniu się z materiałem nauczania spróbuj rozwiązać sprawdzian z zakresu proframu
jednostki modułowej.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
3
311[23].Z1
Obserwacje i pomiary meteorologiczne
311[23].Z1.02 311[23].Z1.03 311[23].Z1.04
311[23].Z1.01
Wykonywanie Wykonywanie Wykonywanie
Wykonywanie
pomiarów pomiarów ruchu mas pomiarów opadów
pomiarów
temperatury, powietrza atmosferycznych
promieniowania
parowania oraz
słonecznego oraz
wilgotności
usłonecznienia
powietrza
Schemat układu jednostek modułowych
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
4
2. WYMAGANIA WST
PNE
Przystępując do realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- charakteryzować budowę atmosfery ziemskiej,
- charakteryzować skład atmosfery ziemskiej,
- rozpoznać zjawiska i procesy zachodzące w atmosferze ziemskiej,
- charakteryzować prawa rządzące procesami zachodzącymi w atmosferze,
- definiować wielkości określające stan fizyczny atmosfery w tym: promieniowanie
słoneczne i usłonecznienie, widzialność,
- wyjaśniać przyczyny i skutki efektu cieplarnianego, kwaśnych deszczów, niszczenia
warstwy ozonowej,
- wskazywać obszary o du\
ym i małym nasłonecznieniu na świecie,
- charakteryzować rodzaje meteorologii,
- rozró\
niać mapy pogody,
- odczytywać mapę pogody,
- wyjaśniać znaczenie prognoz pogody,
- wymienić podstawowe parametry oznaczane na stacjach meteorologicznych,
- wymienić podstawowe przyrządy słu\
Ä…ce do ich pomiaru,
- posługiwać się sprzętem komputerowym,
- korzystać z ró\
nych z
ródeł informacji,
- współpracować w grupie,
- stosować zasady BHP,
- stosować zasady pracy w terenie.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
5
3 CELE KSZTAA
CENIA
W wyniku realizacji programu jednostki modułowej powinieneś umieć:
- scharakteryzować rodzaje promieniowania słonecznego,
- określić skutki działania promieniowania słonecznego,
- określić metody pomiaru promieniowania słonecznego,
- dobrać przyrządy do pomiaru promieniowania słonecznego,
- określić natę\
enie promieniowania,
- obliczyć saldo radiacyjne Ziemi,
- określić wpływ promieniowania słonecznego na temperaturę i wilgotność powietrza,
- scharakteryzować rodzaje usłonecznienia,
- określić metody wykonywania pomiarów usłonecznienia,
- wyjaśnić budowę i zasadę działania heliografów,
- określić miejsca i warunki lokalizacji heliografów,
- określić czas trwania nasłonecznienia,
- posłu\
yć się kodami i kluczami do rejestracji oraz przesyłania informacji
meteorologicznych,
- obsłu\
yć urządzenia łączności meteorologicznej,
- określić wpływ ró\
nych czynników na widzialność w atmosferze,
- scharakteryzować metody pomiaru odległości widzenia,
- scharakteryzować metody teledetekcji naziemnej i satelitarnej w badaniach
meteorologicznych,
- opracować wyniki obserwacji i pomiarów,
- zastosować przepisy bezpieczeństwa i higieny pracy, ochrony przeciwpo\
arowej oraz
ochrony środowiska podczas obsługi przyrządów meteorologicznych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
6
4. MATERIAA
NAUCZANIA
4.1. Promieniowanie słoneczne
4.1.1. Materiał nauczania
Promieniowanie słoneczne jest podstawowym z
ródłem energii praktycznie
we wszystkich procesach energetycznych (fizycznych, chemicznych i biologicznych)
przebiegajÄ…cych na Ziemi i w atmosferze ziemskiej. Tym samym decyduje ono o \
yciu
na Ziemi i stanowi jej główny czynnik klimatotwórczy.
Słońce wysyła promienie o długości fal elektromagnetycznych w zakresie od 0,1 nm
do 100 m (rys. 1). Atmosfera przepuszcza do powierzchni Ziemi promieniowanie słoneczne
w dwóch przedziaÅ‚ach dÅ‚ugoÅ›ci fal: 0,29 24 µm i l cm  20 m. Meteorologia zajmuje siÄ™ tylko
pierwszym z wymienionych przedziałów, wchodzącym w zakres optyczno-cieplny widma
słonecznego. Na przedział ten przypada prawie cała energia słoneczna. Drugi przedział to fale
radiowe, którymi zajmuje się radioastronomia.
Rys. 1. Schemat widma promieniowania Słońca (wg Foitzika i Hinzpetera) [10, s. 59]
Wielkości charakteryzujące energię promieniowania słonecznego  to długość fali (),
wyra\
ana najczęściej w mikrometrach µm, oraz natÄ™\
enie wyra\
ane w watach na metr
kwadratowy W·m-2, choć jeszcze w czÄ™stym u\
yciu funkcjonuje stara jednostka
cal·cm -2·min -1
W zakresie promieniowania słonecznego wyodrębniamy następujące zakresy:
- nadfioletowy (promieniowanie ultrafioletowe)  dÅ‚ugość fal 0,1 0,4 µm,
- widzialny  dÅ‚ugość fal 0,4 0,75 µm
- podczerwony (promieniowanie podczerwone)  dÅ‚ugość fal 0,75 24 µm
Promienie nadfioletowe i podczerwone sÄ… dla oka ludzkiego niewidzialne.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
7
NatÄ™\
enie promieniowania słonecznego
NatÄ™\
enie promieniowania słonecznego (powierzchniową gęstość strumienia
promieniowania) określa się w watach na metr kwadratowy. W aktynometrii często jest u\
ywana
jednostka wiÄ™ksza: 1 mW·cm-2, która równa siÄ™ 10 W·m-2. Powy\
sze pojecie i jednostki
z nim związane są, przyjęte w układzie SI. Zastąpiły one dotychczasowe jednostki, spośród
których jeszcze w częstym u\
yciu jest jednostka natÄ™\
enia promieniowania: 1 cal·cm-2·min-1
równa 697,7 W·m -2= 69,76 mW·m -2, 1 W·m -2= 0,001434 cal·cm-2·min-1
NatÄ™\
enie promieniowania słonecznego dochodzącego do górnej granicy atmosfery
nazwano staÅ‚Ä… sÅ‚oneczna I0 = 1,98 cal·cm-2·min-1 = 1381,6 W·m -2
Promieniowanie podlega określonym prawom fizycznym, do których zaliczamy:
1. Prawo Kirchoffa, które mówi, \
e przy określonej temperaturze i długości fali stosunek
zdolności emisyjnej do zdolności absorpcyjnej jest stały dla wszystkich ciał i równy
zdolności emisyjnej ciała doskonale czarnego. Ciałem doskonale czarnym nazywamy
takie ciało, które pochłania całe promieniowanie padające na nie i maksymalnie
promieniuje przy danej temperaturze. Ciało takie nie występuje w przyrodzie: ciała
rzeczywiste są mniej lub więcej zbli\
one do ciała doskonale czarnego; mo\
na
je z pewnym przybli\
eniem traktować jako czarne.
2. Prawo Stefana  Boltzmana, które mówi, \
e ilość energii wypromieniowanej przez ciało
doskonale czarne jest wprost proporcjonalna do czwartej potęgi temperatury
bezwzględnej tego ciała (podawanej w K).
S = ´ · T4
gdzie:
S  energia wypromieniowana przez ciało doskonale czarne,
´  staÅ‚a Stefana  Boltzmana równa 5,669 · 10-8 W · m-2 · K-4,
T  temperatura, K
3. Prawo Plancka, które mówi, \
e ka\
dej długości fali odpowiada określona energia
promieniowania ciała doskonale czarnego.
4. Prawo Wiena, które wynika z prawa Plancka i mówi, \
e długość fali o maksymalnej
zdolności emisyjnej jest odwrotnie proporcjonalna do temperatury bezwzględnej ciała
emitującego. Inaczej mówiąc, iloczyn długości fali max, dla której przypada maksimum
energii wypromieniowanej przez ciało doskonale czarne i temperatury T tego ciała jest
wielkością stałą: max T = const Oznacza to, \
e przy wzroście temperatury maksimum
promieniowania przesuwa się w kierunku fal krótkich, a przy spadku temperatury
w kierunku odwrotnym (rys. 2).
Przy danej temperaturze ciała promieniującego maksimum energii przypada na ściśle
określoną długość fali. Wraz ze wzrostem temperatury przesuwa się ono w kierunku fal
krótszych i odwrotnie.
Widmo promieniowania dzielimy na dwa du\
e obszary:
- promieniowanie krótkofalowe o dÅ‚ugoÅ›ci fal 0,1 4,0 µm,
- promieniowanie dÅ‚ugofalowe o dÅ‚ugoÅ›ci fal 4,0 100 µm.
Prawo Wiena pozwala na obliczenie długości fali odpowiadającej maksimum
promieniowania ciała doskonale czarnego (max). Przyjmując, \
e powierzchnia Słońca
ma temperaturÄ™ 6000 K to maksimum energii wypromieniowanej przypada
dla max= 0,47 µm, natomiast dla powierzchni Ziemi o temperaturze 290 K, max = 10 µm.
Na tej podstawie promieniowanie słoneczne określamy jako krótkofalowe, zaś
promieniowanie Ziemi jako długofalowe.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
8
Rys. 2. Podział widma promieniowania elektromagnetycznego na główne zakresy długości fal i poło\
enie
maksimum energii w widmie w zale\
ności od temperatury ciała promieniującego [16, s. 43]
Rodzaje promieniowania w atmosferze
W obserwacjach meteorologicznych pomiar natÄ™\
enia promieniowania słonecznego
obejmuje wszystkie rodzaje promieniowania w atmosferze.
Promieniowanie bezpośrednie  jest to promieniowanie, które dociera do powierzchni
Ziemi bezpośrednio od Słońca. Natę\
enie promieniowania bezpośredniego wzrasta wraz ze
wzrostem wysokości Słońca i wyniesieniem danego punktu nad poziom morza. W ciągu dnia,
podczas bezchmurnej pogody średnie natę\
enie promieniowania bezpośredniego zwiększa
się, od chwili wschodu Słońca do południa na początku szybko, a póz
niej wolniej i zmniejsza
się od południa do zachodu Słońca początkowo wolniej, a następnie szybko. W przebiegu
rocznym, w szerokościach umiarkowanych, najmniejsze natę\
enie promieniowania
bezpośredniego występuje na początku zimy lub póz
nÄ… jesieniÄ…, co siÄ™ wiÄ…\
e z najni\
szÄ…
wysokością Słońca. Natomiast największe natę\
enie obserwuje się albo latem, kiedy Słońce
osiąga w południe najwy\
sze poło\
enie, albo te\
na wiosnÄ™. Wzrost zachmurzenia nieba
oraz zmniejszenie przezroczystości atmosfery osłabia natę\
enie promieniowania
bezpośredniego. W przybli\
eniu mo\
na przyjąć, \
e w troposferze na ka\
dy kilometr wzrostu
wysokości natę\
enie promieniowania wzrasta o ok. 10%. NatÄ™\
enie promieniowania
bezpośredniego określa się na jednostkę powierzchni ustawionej prostopadle do kierunku
padania promieni słonecznych.
Na kuli ziemskiej tylko na niektórych obszarach i w ściśle określonych momentach doby
mamy do czynienia z promieniowaniem słonecznym padającym na jej powierzchnię pionowo.
Przy charakterystyce stosunków radiacyjnych w opracowaniach klimatologicznych
zazwyczaj określa się natę\
enie promieniowania na jednostkÄ™ powierzchni poziomej. Jest ono
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
9
mniejsze od natÄ™\
enia promieniowania bezpośredniego padającego na powierzchnie
ustawionÄ… prostopadle do kierunku biegu promieni (rys. 3).
Rys. 3. NatÄ™\
enie bezpośredniego promieniowania słonecznego na powierzchnie pozioma przy ró\
nym kÄ…cie
padania promieni słonecznych (A, B, C) [16, s. 106]
Taka sama wiÄ…zka promieni przy kacie padania 30° obejmuje powierzchniÄ™ dwukrotnie
większą ni\
przy kacie padania 90°, dlatego intensywność napromieniowania jest
w pierwszym przypadku mniejsza ni\
w drugim. NatÄ™\
enie promieniowania bezpośredniego
zmniejsza się proporcjonalnie do sinusa kąta padania promieni słonecznych:
Ih = I · sin h
gdzie:
Ih  natÄ™\
enie promieniowania bezpośredniego na jednostkę powierzchni poziomej,
I  natÄ™\
enie promieniowania bezpośredniego na jednostkę powierzchni prostopadłej,
h  kąt padania promieni słonecznych na powierzchnie poziomą (wysokość Słońca
nad horyzontem).
NatÄ™\
enie bezpośredniego promieniowania Słońca na powierzchnie dowolnie
zorientowaną określa następujące równanie:
Ih* = I · [sin h · cos ² + cos h · sin ² · cos(A - Ä…)]
gdzie:
Ih* natÄ™\
enie promieniowania bezpośredniego na powierzchnie dowolnie
zorientowanÄ…,
²  kÄ…t nachylenia danej powierzchni wzglÄ™dem horyzontu,
ą  azymut powierzchni, na którą pada promieniowanie bezpośrednie Słońca (kąt
miedzy płaszczyzną południka i kola wierzchołkowego zawierającego prostopadłą
do danej powierzchni),
A  azymut Słońca.
Promieniowanie rozproszone  jest to część promieni, która ulega odchyleniu (zmianie
kierunku) w niejednorodnym optycznie środowisku jakim jest atmosfera. W atmosferze
ziemskiej rozproszeniu ulega ok. 25% energii promieniowania słonecznego. Z tego
ok. 2/3 dociera do powierzchni Ziemi, a 1/3 uchodzi w przestrzeń kosmiczną. W dni
bezchmurne promieniowanie rozproszone jest niewielkie. Natomiast przy całkowitym
zachmurzeniu nieba energia słoneczna dociera do powierzchni Ziemi wyłącznie
za pośrednictwem promieniowania rozproszonego. Natę\
enie tego promieniowania rośnie
wraz z wysokością Słońca nad horyzontem, a w południe słoneczne osiąga największe
wartości.
Wraz ze spadkiem przezroczystości powietrza zwiększa się natę\
enie promieniowania
rozproszonego, gdy\
wzrasta liczba cząsteczek rozpraszających. Zachmurzenie zwiększa
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
10
rozproszenie 3 4 razy. Promienie odbite przez chmury są równie\
rozpraszane, w wyniku
czego następuje ogólny wzrost natę\
enia promieniowania rozproszonego. Wzrost oświetlenia
powierzchni Ziemi spowodowany dodatkowym rozproszeniem promieni słonecznych
odbitych przez chmury mo\
e dochodzić nawet do 40% ogólnego oświetlenia Ziemi (rys. 4).
Rys. 4. Wzrost oświetlenia powierzchni Ziemi wskutek dodatkowego rozproszenia promieni słonecznych
przez chmury nie zasłaniające Słońca [10, s. 69]
W przypadku całkowitego zachmurzenia energia słoneczna dociera do Ziemi wyłącznie
w postaci promieniowania rozproszonego. Promienie słoneczne przechodząc przez atmosferę
ulegają rozproszeniu, napotykając na cząsteczki pyłów, gazów i wody. Im krótsza jest fala
świetlna, tym silniejszemu ulega rozpraszaniu. Granatowe i fioletowe promienie światła
sÄ… rozpraszane dwa razy intensywniej ni\
czerwone. Właśnie dlatego patrząc w niebo
widzimy światło rozproszone, w którym dominują promienie o barwie od niebieskiej
do fioletowej. W momencie zachodu Słońca przewa\
ają barwy ciepłe, gdy\
wydłu\
a siÄ™
droga promieni świetlnych w atmosferze, większy jest zatem udział promieni czerwonych
i \
ółtych w świetle docierającym do obserwatora. Gdy wzrasta wilgotność powietrza
i pojawią się kropelki wody, kryształki lodu oraz wzrośnie ilość ró\
nych domieszek
w powietrzu atmosferycznym, wówczas niebo przybiera barwę szarą, bowiem rozproszeniu
ulega równie\
promieniowanie o nieco większych długościach fal.
NatÄ™\
enie promieniowania rozproszonego, docierającego do Ziemi pod ró\
nymi kÄ…tami
i mierzonego na jednostkÄ™ powierzchni poziomej, zale\
y więc od:
- wysokości Słońca,
- przezroczystości atmosfery,
- zachmurzenia,
- wysokości nad poziomem morza.
Promieniowanie całkowite  suma promieniowania słonecznego bezpośredniego
i rozproszonego. Osiąga ono maksimum dzienne około południa a maksimum roczne
występuje w lecie. Jego natę\
enie określa się względem powierzchni poziomej i mo\
na
wyrazić je wzorem:
Ic = I sin h + Id
gdzie:
Ic  promieniowanie całkowite Słońca,
I  promieniowanie bezpośrednie Słońca,
Id  promieniowanie rozproszone Słońca,
h  wysokość Słońca nad horyzontem.
Promieniowanie odbite  jest to część promieniowania całkowitego, która dochodząc
do powierzchni Ziemi jest odbijana ku górze (rys. 5). Część promieniowania całkowitego
padającego na powierzchnię Ziemi (gleby, roślin, wody itp.) i chmur zostaje odbita.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
11
Większość promieniowania odbitego wraca w ten sposób poza granice atmosfery. Stopień
odbijania promieniowania przez określoną powierzchnię zale\
y od
- jej rodzaju,
- barwy i szorstkości optycznej,
- kÄ…ta padania,
- widmowego składu promieniowania itd.
Rys. 5. Zdolność odbijania i pochłaniania promieniowania słonecznego
przez ró\
ne rodzaje podło\
a [15, s. 72]
Wielkość charakteryzująca zdolność odbijania promieniowania przez daną powierzchnię
nazywa siÄ™ albedo. Wyra\
ane jest ono w procentach (najczęściej) lub za pomocą ułamka
dziesiętnego:
A = Ir · Ic-1 · 100%
gdzie:
Ir  promieniowanie odbite,
Ic  promieniowanie padajÄ…ce.
Wartość albeda zmienia się w szerokim zakresie i zale\
y głównie od rodzaju i barwy
powierzchni odbijającej promieniowanie, długości fali i kąta padania promieni słonecznych.
Wartości albeda dla niektórych powierzchni przedstawia tabela 1.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
12
Tabela 1. Wielkości albedo wybranych powierzchni w % [15, s. 71]
Rodzaj powierzchni Albedo Rodzaj powierzchni Albedo
Åšwie\
y śnieg 79  95 Pole uprawne 18  25
Lód morski 36  50 Gleba czarna, sucha 14
Pustynie piaszczysta 25  30 Piasek wydmowy 20  45
A
ąka zielona 10  20 Lita skała 12  15
Las sosnowy 14 Czarna nawierzchnia dróg 5  10
Woda w porównaniu z obszarami lądowymi charakteryzuje się szczególnymi
właściwościami w zakresie odbijania promieniowania słonecznego. Zdolność odbijania
promieniowania słonecznego od lustra wody zmienia się w bardzo szerokim zakresie. Gładka
powierzchnia wody przy niskim poło\
eniu SÅ‚oÅ„ca nad horyzontem (<5°) odbija znaczne iloÅ›ci
energii wtedy albedo sięga kilkadziesiąt procent, natomiast przy du\
ym kÄ…cie padania
promieni sÅ‚onecznych (<45°) odbija zaledwie kilka procent promieniowania padajÄ…cego.
Osłabienie promieniowania słonecznego
Promieniowanie słoneczne przenikając przez atmosferę ziemską ulega osłabieniu
(ekstynkcji). Jest ono spowodowane pochłanianiem i rozpraszaniem części promieniowania
przez cząsteczki gazów oraz ró\
ne domieszki i zanieczyszczenia znajdujÄ…ce siÄ™ w powietrzu
atmosferycznym. Pochłaniają one promieniowanie w ró\
nych zakresach widma i w ró\
nym
stopniu. W wyniku rozpraszania promieniowanie o ściśle określonym kierunku rozchodzenia
się ulega przekształceniu w promieniowanie rozchodzące się we wszystkich kierunkach 
promieniowanie rozproszone. Rozproszonemu promieniowaniu zawdzięczamy światło wtedy,
gdy nie dociera bezpośrednie promieniowanie Słońca, np. w dni o du\
ym zachmurzeniu
ogólnym nieba.
Wielkość osłabienia promieniowania słonecznego rośnie wraz ze wzrostem jego
natÄ™\
enia oraz w miarę zwiększania się liczby cząstek pochłaniających i rozpraszających
promieniowanie w atmosferze. Ogólne osłabienie bezpośredniego promieniowania
słonecznego w atmosferze podlega prawu Bougera-Lamberta:
Im = I0 · pm
gdzie:
Im  natÄ™\
enie promieniowania słonecznego na powierzchnie ustawioną prostopadle
do padających promieni po ich przejściu przez warstwę atmosfery o grubości m,
I0  stała słoneczna,
p  średni współczynnik przezroczystości atmosfery dla warstwy o grubości m,
m  optyczna masa atmosfery.
Wielkość p nosi nazwę współczynnika przezroczystości atmosfery. Określa on, jaka
część wartości I0 dociera do powierzchni Ziemi przez warstwę powietrza równą jednostce
optycznej masy atmosfery( m = 1). Dla idealnej atmosfery (powietrze czyste i suche) wynosi
on ok. 0,90.
Nasłonecznienie
Nasłonecznienie (insolacja)  energia promieniowania bezpośredniego i rozproszonego
docierajÄ…ca do dowolnie zorientowanej powierzchni. Zale\
y od wysokości Słońca,
zachmurzenia, przezroczystości atmosfery oraz ekspozycji powierzchni. Jest główną
przyczyną nagrzewania się powierzchni Ziemi i procesów oraz zjawisk z tego wynikających.
Do pomiaru nasłonecznienia słu\
Ä… aktynometry i pyrheliometry.
Promieniowanie powierzchni Ziemi
Nagrzana powierzchnia Ziemi staje się wtórnym z
ródłem promieniowania.
Promieniowanie to, zwane niekiedy wypromieniowaniem powierzchni Ziemi, polega
na oddawaniu otoczeniu części energii uzyskanej od Słońca. W skutek stosunkowo niskiej
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
13
temperatury powierzchni Ziemi promieniowanie to mieści się w niewidzialnym zakresie
widma (podczerwieni) o dÅ‚ugoÅ›ci fal od 4 µm do ok. 120 µm. Na tej podstawie
promieniowanie powierzchni Ziemi zaliczamy do promieniowania długofalowego.
Promieniowanie jest emitowane przez całą dobę. Jego wielkość rośnie wraz ze wzrostem
temperatury powierzchni Ziemi, szczególnie wyraz
nie zaznacza siÄ™ w nocy (brak
promieniowania słonecznego), przy braku chmur oraz przy małej zawartości pary wodnej
i pyłów w powietrzu.
Promieniowanie atmosfery
Promieniowanie długofalowe powierzchni Ziemi jest pochłaniane przez atmosferę,
głównie przez zawartą w niej parę wodną i dwutlenek węgla. Ogrzana w ten sposób atmosfera
staje siÄ™ z
ródłem promieniowania długofalowego. Promieniowanie to rozchodzi się
we wszystkich kierunkach. Przewa\
ająca część promieniowania atmosfery dociera
do powierzchni Ziemi w postaci tzw. promieniowania zwrotnego atmosfery, a reszta uchodzi
w przestrzeń międzyplanetarną.
Istotny wpływ na wielkość promieniowania zwrotnego atmosfery wywiera, obok
temperatury powietrza, tak\
e wilgotność powietrza atmosferycznego. Ró\
nicę pomiędzy
promieniowaniem powierzchni Ziemi i promieniowaniem zwrotnym atmosfery nazywamy
promieniowaniem efektywnym:
Ee = Ez - Ea
gdzie:
Ee  promieniowanie efektywne,
Ez  promieniowanie powierzchni Ziemi,
Ea  promieniowanie zwrotne atmosfery.
Bilans promieniowania powierzchni Ziemi
Bilans promieniowania informuje o przychodzie lub ubytku energii promienistej
na powierzchni Ziemi. Od jego wartości zale\
Ä… stosunki termiczne panujÄ…ce na powierzchni
Ziemi. W przypadku, gdy bilans jest dodatni, powierzchnia nagrzewa siÄ™, a gdy ujemny,
następuje jej wychłodzenie.
Bilans promieniowania (radiacyjny) powierzchni Ziemi określany jest jako ró\
nica
między promieniowaniem całkowitym pochłoniętym przez powierzchnię Ziemi
a promieniowaniem efektywnym:
Rz = (I · sin h + Id) · (1 - A) - Ee
gdzie:
Rz  bilans promieniowania powierzchni Ziemi
I · sin h  natÄ™\
enie promieniowania bezpośredniego na powierzchnie poziomą,
Id  natÄ™\
enie promieniowania rozproszonego,
A  albedo,
Ee  promieniowanie efektywne.
Od wartości bilansu promieniowania zale\
ą w głównej mierze warunki cieplne
powierzchni gleby i przygruntowych warstw powietrza. W ciÄ…gu dnia bilans promieniowania
jest zazwyczaj dodatni, gdy\
przychód energii promieniowania przewa\
a nad rozchodem
Natomiast w nocy przybiera wartość ujemną, równą promieniowaniu efektywnemu (rys. 6).
Na rys. 6 pokazano równie\
silny wpływ zachmurzenia na dobowy przebieg bilansu
promieniowania i jego składowych . Przy niebie bezchmurnym (rys. 6 a), zwłaszcza w dzień
letni; występuje du\
e promieniowanie całkowite Słońca; obserwuje się te\
silne
wypromieniowanie Ziemi rosnÄ…ce w miarÄ™ nagrzewania siÄ™. jej powierzchni i osiÄ…gajÄ…ce
maksimum w godzinach południowych oraz wysokie i podobnie przebiegające
promieniowanie zwrotne atmosfery w wyniku nagrzewania siÄ™ powietrza. Du\
e straty ciepła
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
14
z powierzchni Ziemi rekompensowane są silnym nasłonecznieniem, a bilans promieniowania
ma w ciągu dnia wysokie wartości dodatnie. W dzień pochmurny (rys. 6 b) promieniowanie
całkowite Słońca jest zdecydowanie mniejsze ni\
w dzień bezchmurny; w związku z tym
promieniowanie Ziemi i promieniowanie zwrotne atmosfery jest równie\
mniejsze.
To ostatnie jest jednak stosunkowo wysokie, przeto promieniowanie efektywne utrzymuje siÄ™
w pobli\
u zera. W takich warunkach dodatnie wartości bilansu promieniowania są znacznie
ni\
sze ni\
w czasie dnia słonecznego. Podczas występowania pokrywy śnie\
nej, wskutek
du\
ego albeda śniegu, bilans promieniowania jest dodatni tylko przy wy\
szych poło\
eniach
Słońca [10].
Rys. 6. Dobowy rozkład bilansu promieniowania i jego składników powierzchni pokrytej trawą:
a  przy niebie bezchmurnym, b  pochmurnym (wg Podegrodzkiego):
Q  bilans promieniowania, T  promieniowanie całkowite, D  promieniowanie rozproszone,
promieniowanie rozproszone, R  promieniowanie odbite, Qs  promieniowanie słoneczne
pochłonięte przez powierzchnię czynną (bilans promieniowania krótkofalowego),
Ql  promieniowanie efektywne (bilans promieniowania długofalowego), Ia  promieniowanie
zwrotne atmosfery, Ig  promieniowanie powierzchni Ziemi. [10, s. 77]
Wpływ promieniowania na rośliny
Promieniowanie słoneczne jest z
ródłem energii niezbędnej do zajścia określonych reakcji
biochemicznych w organizmach roślinnych. Rośliny reagują na natę\
enie, długość i skład
widmowy promieniowania.
Promieniowanie widzialne decyduje o rozmieszczeniu roślin na ró\
nych terenach i jest
czynnikiem, bez którego wzrost i rozwój roślin zielonych jest niemo\
liwy. Rośliny
niedostatecznie oświetlone wyglądają następująco: są  wyciągnięte" i blade, tracą liście, mają
słabiej rozwinięty system korzeniowy, plon ich jest ni\
szy i jakościowo gorszy: pozbawione
dostępu światła stopniowo zamierają.
Promieniowanie ultrafioletowe mo\
e wpływać dodatnio zarówno na kiełkowanie
i na jakość nasion, jednak w wiÄ™kszych iloÅ›ciach, głównie w pasmach krótszych od 0,3 µm,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
15
działa zabójczo na rośliny, niszczy strukturę kwasów nukleinowych, które stanowią podstawę
rozwoju i funkcjonowania ka\
dej komórki.
Promieniowanie podczerwone podnosi temperaturę roślin, nie wywołując w zasadzie
\
adnych reakcji fotochemicznych.
Wa\
nym jest równie\
bakteriobójcze działanie promieni słonecznych. Właściwości
bakteriobójcze posiada głownie promieniowanie ultrafioletowe, ale równie\
część widma
promieniowania widzialnego.
Biorąc pod uwagę reakcję roślin na natę\
enie promieniowania widzialnego mo\
na je
podzielić na:
- światłolubne, które nie znoszą słabego oświetlenia ze względu na zbyt intensywne
oddychanie i szybkie zu\
ywanie produktów asymilacji. W cieniu, wskutek mniejszej
ilości światła, słabiej asymilują, a bilans produktów asymilacji staje się ujemny (rozkład
przewa\
a nad syntezą), przestają wtedy rosnąć i giną. Do roślin światłolubnych nale\
Ä…
te rośliny, których intensywność fotosyntezy osiąga maksimum przy maksymalnym
natÄ™\
eniu napromieniowania w danych warunkach,
- cieniolubne, które cierpią w warunkach intensywnego oświetlenia z powodu silnej
wra\
liwości na niedobory wody. W przypadku cieniolubnych gatunków roślin
intensywna fotosynteza zachodzi do wartości około 0,1 maksymalnego
napromieniowania.
Kąt padania promieni słonecznych
Ruch Ziemi wokół SÅ‚oÅ„ca i nachylenie osi ziemskiej pod katem 23º27 powodujÄ…
znaczne zró\
nicowanie kątów padania promieni słonecznych na Ziemię w ró\
nych
szerokościach geograficznych.
Kąt padania promieni słonecznych zale\
y od dnia w którym chcemy zmierzyć szukany
kąt, oraz od półkuli na której znajdujemy się.
21 marca i 23 września
Tego dnia promienie słoneczne w chwili górowania padają prostopadle na równik, wobec
czego Ziemia jest oświetlona równomiernie. Wtedy kąt padania promieni słonecznych
obliczamy ze wzoru:
h = 90º - Ć
gdzie :
h  kąt padania promieni słonecznych,
Ć  szerokość geograficzna.
22 czerwca
Tego dnia w momencie górowania promienie słoneczne padają prostopadle na Zwrotnik
Raka.
Na półkuli północnej trwa wówczas najdłu\
szy dzień i najkrótsza noc w roku. Dzień ten
jest określany jako dzień przesilenia letniego. Wtedy kąt padania promieni słonecznych
obliczamy ze wzoru:
h = 90º - Ć + 23º27
Natomiast na półkuli południowej trwa wtedy najkrótszy dzień i najdłu\
sza noc w roku,
a kąt padania promieni słonecznych obliczamy ze wzoru:
h = 90º - Ć - 23º27
22 grudnia
Tego dnia w momencie górowania promienie słoneczne padają prostopadle na Zwrotnik
Kozioro\
ca.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
16
Na półkuli północnej trwa wówczas najdłu\
sza noc i najkrótszy dzień w roku, stąd dzień
ten nazywa się dniem przesilenia zimowego. Wtedy kąt padania promieni słonecznych
obliczamy ze wzoru:
h = 90º - Ć - 23º27
Natomiast na półkuli południowej trwa wtedy najdłu\
szy dzień i najkrótsza noc w roku, a
kąt padania promieni słonecznych obliczamy ze wzoru:
h = 90º - Ć + 23º27
Interpretacja wyników:
- jeÅ›li 0°wewnÄ…trz okrÄ™gu, w którym to SÅ‚oÅ„ce jest w zenicie,
- jeÅ›li h>90°  to wynik oznacza, \
e pomiar został przeprowadzony w strefie pomiędzy
równikiem, a zwrotnikiem, nad którym góruje Słońce.
- jeÅ›li h<0°  to wynik oznacza, \
e w miejscu przeprowadzenia badania panuje noc polarna
Bezpieczeństwo i higiena pracy
W czasie pobytu w pracowni i podczas wykonywania pomiarów meteorologicznych
musisz przestrzegać regulaminów, przepisów bezpieczeństwa i higieny pracy oraz instrukcji
przeciwpo\
arowych, wynikających z rodzaju wykonywanych prac. Przepisy te poznałeś ju\

w jednostce 311[23]O1.01 i nale\
y je bezwzględnie stosować.
4.1.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie znasz rodzaje promieniowania słonecznego?
2. Jakie znasz zale\
ności pomiędzy ró\
nymi rodzajami promieniowania?
3. Co to jest albedo?
4. Jak określamy kąt padania promieni słonecznych ?
5. Jaki wpływ ma pora roku na kąt padania promieni słonecznych na Ziemię?
6. Jaki wpływ ma promieniowanie słoneczne na rośliny?
4.1.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Przedstaw na plakacie podział promieniowania słonecznego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić materiały i przybory potrzebne do wykonania ćwiczenia,
2) zaplanować tok postępowania,
3) wypisać rodzaje promieniowania,
4) rozmieścić na plakacie rodzaje promieniowania,
5) zaprezentować pracę na forum grupy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- zeszyt lub arkusz papieru,
- linijka, ołówek, długopis.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
17
Ćwiczenie 2
Przedstaw graficznie odbijanie i pochłanianie promieniowania słonecznego przez:
A) las sosnowy,
B) lód morski.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić materiały i przybory potrzebne do wykonania ćwiczenia,
2) określić wartość albeda dla wymienionych powierzchni,
3) narysować schemat padania promieniowania słonecznego na wymienione powierzchnie,
4) zapisać na schemacie procentową wartość promieniowania padającego, pochłoniętego
i odbitego,
5) zaprezentować pracę na forum grupy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- zeszyt lub arkusz papieru,
- linijka, ołówek, długopis.
Ćwiczenie 3
Uzupełnij poni\
szą tabelę określając kąt padania promieni słonecznych w ró\
nych
szerokościach geograficznych i w ró\
nych porach roku.
32º27 N 58º12 N 47º62 S 65º94 S 23º27 S
21 III i 23 IX
22 VI
22 XII
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić materiały i przybory do wykonania ćwiczenia,
2) wypisać znane wzory do obliczenia kąta padania,
3) zastosować odpowiedni wzór dla ka\
dej daty i szerokości geograficznej,
4) obliczyć kąt padania promieni słonecznych w poszczególnych w poszczególnych
szerokościach geograficznych,
5) wpisać wyniki do tabeli,
6) zweryfikować swoje odpowiedzi z odpowiedziami poprawnymi.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- zeszyt lub arkusz papieru,
- linijka, ołówek, długopis.
Ćwiczenie 4
Oceń wpływ promieniowania słonecznego na rośliny. Pracę zaprezentuj na planszy.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić materiały i przybory do wykonania ćwiczenia,
2) otrzymać od nauczyciela fotografie roślin o ró\
nym stopniu uszkodzenia przez
promieniowanie słoneczne,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
18
3) określić stopień uszkodzenia spowodowanego promieniowaniem słonecznym,
4) ocenić stan roślin,
5) opracować pracę w formie planszy,
6) zaprezentować pracę na forum grupy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- fotografie roślin o ró\
nym stopniu uszkodzenia przez promieniowanie słoneczne ,
- arkusz papieru,
- linijka, ołówek, długopis.
4.1.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wymienić rodzaje promieniowania słonecznego?
1
1

2) opisać zale\
ności pomiędzy ró\
nymi rodzajami promieniowania?
1
1

3) zdefiniować pojęcie albedo?
1
1

4) określić kąt padania promieni słonecznych?
1
1

5) opisać wpływ pory roku na kąt padania promieni słonecznych
na ZiemiÄ™?
1
1

6) opisać wpływ promieniowania słonecznego na rośliny?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
19
4.2. Metody i przyrządy pomiarowe promieniowania słonecznego
4.2.1. Materiał nauczania
Większość metod pomiaru promieniowania wykorzystuje cieplne oddziaływanie
promieniowania na materię. Metody określania promieniowania:
- kalorymetryczna  wykorzystuje się cieplne oddziaływanie promieniowania
zaabsorbowanego przez poczernionÄ… powierzchniÄ™. Wzrost jej temperatury jest
proporcjonalny do czasu naświetlania. Prędkość wzrostu jest zale\
na od natÄ™\
enia
promieniowania.
- termometryczna  zakłada, \
e ciało pochłaniające jest pod działaniem promieniowania
przez czas potrzebny do ustalenia się temperatury tego ciała. Straty ciepła
są proporcjonalne do ró\
nicy temperatury elementu pochłaniającego i otoczenia, Wzrost
temperatury jest proporcjonalny do natÄ™\
enia promieniowania.
- kompensacyjna  wykorzystuje dwa identyczne ciała, z których jedno wystawione jest
na działanie promieniowania, a drugie podgrzewane jest elektrycznie do temperatury
ciała pierwszego. Ilości ciepła uzyskane przez obydwa ciała w jednostce czasu, są sobie
równe z tej równowagi obliczamy natę\
enie promieniowania.
- strumienia wodnego  polega na tym, \
e ciepło od ciała pochłaniającego promieniowanie
pobiera strumień wody opływający to ciało. Znając ilość wody w układzie oraz zmiany
jej temperatury, wyznaczamy natÄ™\
enie promieniowania.
- elektrolityczna  wykorzystuje zale\
ność masy substancji odkładanych na elektrodach
od natÄ™\
enia prądu wywołanego ró\
nicą temperatur na stykach osłoniętych
i wystawionych na działanie promieniowania słonecznego.
- destylacyjna  zakłada, \
e ilość cieczy wyparowanej pod wpływem promieniowania jest
proporcjonalna do dawki promieniowania. Ilość tę mierzymy po skropleniu wyparowanej
cieczy.
Ró\
ne rodzaje promieniowania mierzone sÄ… odpowiednio przystosowanymi do tego celu
przyrzÄ…dami.
- promieniowanie bezpośrednie  aktynometrami, pyrheliometrami,
- promieniowanie rozproszone  pyranometrami,
- promieniowanie odbite  pyranometrami,
- promieniowanie całkowite  pyranometrami (solarymetrami),
- bilans promieniowania  bilansomierzami,
- promieniowanie efektywne  pyrgeometrami.
Stosowane są równie\
odpowiednie przyrzÄ…dy samopiszÄ…ce  aktynografy, pyranografy,
solarygrafy, bilansografy, heliografy ( do pomiaru usłonecznienia).
Przyrządy aktynometryczne dzielimy na absolutne i względne. Pierwsze pozwalają
na uzyskanie wyniku bezpośrednio w jednostkach ciepła, drugie wymagają przeliczników
wynikających z porównania z pierwszymi. Najczęściej stosowane przyrządy do pomiaru
promieniowania słonecznego nale\
Ä… do grupy termoelektrycznych.
Do pomiarów promieniowania stosuje się poczernioną płytkę metalową, której zdolność
absorpcyjna, praktycznie rzecz biorąc, jest taka sama, jak doskonale czarnego ciała, tj. płytka
ta pochłania i przekształca w ciepło całe padające nań promieniowanie. Ponadto w wielu
przypadkach sÄ… u\
ywane płytki o białej lub polerowanej powierzchni, odbijające prawie
całkowicie padające na nie promieniowanie.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
20
Przyrządy do pomiaru promieniowania słonecznego
Pyrheliometry
Za pomocÄ… pyrheliometru mo\
na dokonać pomiaru bezwzględnej wartości natę\
enia
bezpośredniego promieniowania słonecznego. Wyniki pomiarów aktynometrem mają charakter
względny, wymagają sprawdzenia (cechowania) z pyrheliometrem w celu określenia wielkości
przelicznika.
Najbardziej znanym przyrządem słu\
ącym do pomiaru bezwzględnych wartości natę\
enia
promieniowania sÅ‚onecznego bezpoÅ›redniego jest pyrheliometr Ångströma.
Rys. 7. Schemat pyrheliometru kompensacyjnego Ångströma: A  miliamperomierz, R  zmienny opornik,
E  zrödto prÄ…du, G  galwanometr, C  plytka metalowa eksronowana na promienie sioneczne,
B  plytka metalowa zacieniona [16, s. 45]
Zasadniczym elementem tego przyrządu jest układ dwóch płytek wykonanych ze stopu
miedzi, niklu i manganu. Zewnętrzne powierzchnie płytek są zaczernione, a od spodu
są umocowane spojenia ogniwa termoelektrycznego. Do obwodu termoelementów jest
wmontowany galwanometr. W trakcie pomiaru promieniowania bezpośredniego jedna płytka
jest wystawiona na działanie promieni słonecznych, a druga jest osłonięta. Powstała ró\
nica
temperatur między płytkami powoduje przepływ prądu, którego obecność wskazuje
galwanometr. Nagrzanie płytki kompensuje się następnie takim samym co do wielkości
sztucznym nagrzaniem płytki osłoniętej w wyniku podłączenia do niej baterii. Do dokładnego
pomiaru prÄ…du kompensujÄ…cego, natÄ™\
enia prÄ…du zu\
ytego na ogrzanie płytki zasłoniętej,
u\
ywa siÄ™ miliwoltomierza [16].
Aktynometry
Aktynometry ustawia się pod kątem równym szerokości geograficznej miejsca pomiaru,
a następnie skierowuje się go na Słońce tak, aby promień świetlny padał przez otwór
na ekranik na obudowie. Czynny element aktynometrów umieszczony jest wewnątrz rury
przyrządu. Między obserwacjami rura jest zasłonięta.
Termoelektryczny aktynometr Sawinowa-Janiszewskiego (typ AT-50) słu\
y do pomiaru
natÄ™\
enia bezpośredniego promieniowania słonecznego. Odbiornikiem promieniowania
słonecznego jest cienka srebrna tarcza o zaczernionej powierzchni górnej. Tarcza jest
połączona z baterią termoelektryczną, która swym wyglądem przypomina gwiazdkę (rys. 8).
Ró\
nica temperatur pomiędzy zewnętrznymi i wewnętrznymi elementami termostosu
wywołuje przepływ prądu termoelektrycznego, którego wielkość jest proporcjonalna do
natÄ™\
enia promieniowania słonecznego. Prąd ten jest mierzony za pomocą galwanometru
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
21
podłączonego do aktynometru. Wielkość natę\
enia bezpośredniego promieniowania
słonecznego obliczamy ze wzoru:
I = k · n
gdzie:
k  stały współczynnik określony oddzielnie dla ka\
dego zestawu składającego się
z aktynometru i galwanometru, obliczony na podstawie porównania ze wskazaniami
pyrheliometru,
n  liczba działek wskazywanych przez wskazówkę galwanometru.
Rys. 8. Główny element aktynometru Sawinowa-Janiszewskiego
 termostos  gwiazdkowy Sawinowa [16, s.46]
Solarymetry
Jednymi z najbardziej uniwersalnych przyrządów do pomiaru natę\
enia promieniowania
sÄ… solarymetry. Mo\
na nimi mierzyć natę\
enie promieniowania bezpośredniego,
rozproszonego, całkowitego i ewentualnie odbitego (albeda).
Powszechnie stosowanym urządzeniem jest solarymetr Gorczyńskiego (rys. 9). Wyniki
pomiarów tym przyrządem, podobnie jak aktynometrem, mają charakter względny. Natę\
enie
danego rodzaju promieniowania jest proporcjonalne do liczby działek wskazywanych przez
miliwoltomierz i wielkość stałej charakteryzującej dany egzemplarz przyrządu. W praktyce
przeliczenia na cal cm-2 min-1 wykonuje siÄ™ za pomocÄ… krzywej cechowania, charakterystycznej
dla danego przyrzÄ…du lub specjalnej tabeli.
Głównym elementem we wspomnianym solarymetrze jest termostos Molla, który składa
się z kilkudziesięciu termoogniw (80) zestawionych w kilku rzędach na metalowej podstawie
w kształcie koła o średnicy ok. 2 cm. Termoogniwa stanowią cienkie płytki wykonane
z konstantanu i manganinu. Spojenia tych metali są na przemian zabarwione na biało
i na czarno. Pod wpływem działania promieni słonecznych między spojeniami występuje
ró\
nica temperatur i powstaje prąd elektryczny, którego natę\
enie (przy innych czynnikach
stałych) jest proporcjonalne do natę\
enia promieniowania. Napięcie powstałego prądu
wskazuje przyłączony do termostosu miliwoltomierz. Termostos jest osłonięty szklaną kopułką,
która chroni go od wpływów atmosfery.
Przystępując do wykonania pomiaru natę\
enia promieniowania bezpośredniego nale\
y
wykonać następujące czynności:
- nało\
yć na termostos rurę pyrheliometryczną (tubus) w celu wyeliminowania wpływu
na wielkość pomiaru promieniowania rozproszonego;
- ustawić termostos prostopadle do padania promieni słonecznych (rys. 9 a).
Natomiast przy pomiarze promieniowania rozproszonego nale\
y wykonać następujące
czynności:
- ustawić solarymetr poziomo,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
22
- zdjąć rurę pyrheliometryczną,
- zaciemnić termostos ruchomym ekranem dyfuzyjnym zamocowanym na specjalnym
wysięgniku (rys. 9 b).
Pomiar promieniowania całkowitego odbywa się przy termostosie ustawionym poziomo
i całkowicie odsłoniętym dla promieniowania rozproszonego i bezpośredniego (rys. 9 c).
Rys. 9. Solarymetr Gorczyńskiego przygotowany do pomiarów: a  promieniowania bezpośredniego,
b  promieniowania rozproszonego, c  promieniowania całkowitego. Q  statyw obrotowy,
T  tarcza z zestawem filtrów (f]: f2, fp), W  wizjer, R  rura pyrheliometru nało\
ona na termostos,
V  miliwoltomierz, E  ekran [16, s. 47]
Przy pomiarze albeda odsłonięty termostos umieszczony jest na odpowiednim statywie
z wysięgnikiem i połączony z miliwoltomierzem. Dla wykonania pomiaru poziomo ustawioną
powierzchnię termostosu kieruje się na przemian; ku górze (pomiar promieniowania
padającego i ku dołowi (pomiar promieniowania odbitego). Z otrzymanych wartości oblicza
się albedo jako stosunek wielkości promieniowania odbitego i promieniowania całkowitego
padającego. Wyniki pomiarów odczytuje się w miliwoltach i przelicza na cal cm-2 min-1.
Solarymetr musi być wyskalowany wg przyrządu wzorcowego.
Pyranometry
Do pomiarów całkowitego promieniowania słonecznego skonstruowano wiele specjalnych
przyrządów nazywanych pyranometrami. Do tej grupy przyrządów nale\
y m.in. wcześniej
wspomniany solarymetr Gorczyńskiego, termoelektryczny pyranometr Janiszewskiego
oraz pyranograf Robitscha-Feussa. Pyranometr Janiszewskiego podobnie jak solarymetr
Gorczyńskiego jest przyrządem, który stosunkowo często jest wykorzystywany w Polsce
do pomiarów całkowitego promieniowania słonecznego (rys. 10).
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
23
Rys. 10. Pyranometr Janiszewskiego [16, s. 48]
Pyranometr Janiszewskiego, znany jest pod nazwÄ… pyranometr uniwersalny M-80. Zasada
jego działania jest podobna jak zasada działania solarymetru Gorczyńskiego. Głównym
elementem reagujÄ…cym na natÄ™\
enie promieniowania słonecznego jest termostos Molla,
a wielkość tego natę\
enia wskazuje podłączony do niego galwanometr. Procedura pomiaru
promieniowania całkowitego jest taka sama, jak solarymetrem. Pyranometr ten mo\
na
równie\
wykorzystać do pomiarów promieniowania rozproszonego, promieniowania odbitego
oraz do pomiaru wielkości albeda.
Bilansomierze
Chwilowe wartości bilansu promieniowania mierzymy za pomocą przyrządów zwanych
bilansomierzami. Pod pojęciem bilansu promieniowania rozumie się ró\
nicę pomiędzy sumą
natÄ™\
eń wszystkich rodzajów promieniowania docierającego do powierzchni Ziemi a sumą
natÄ™\
eń promieniowania traconego przez tę powierzchnię.
Popularnym w Polsce przyrządem słu\
Ä…cym do tego celu jest bilansomierz
Janiszewskiego. Głównym jego elementem są dwie miedziane płytki równoległe względem
siebie, zamocowane jedna nad drugą. Do wewnętrznych powierzchni płytek
są przymocowane spojenia baterii  termoogniw. Powierzchnia zewnętrzna płytek jest
zaczerniona, a całość zestawu jest połączona z miliwoltomierzem.
W celu pomiaru chwilowych wartości bilansu promieniowania przyrząd ustawia się
w miejscu odkrytym i w pozycji poziomej. Po zasłonięciu termostosu ekranem dyfuzyjnym,
który jest integralną częścią bilansomierza, i upływie 10 s, dokonuje się odczytu wskazania
miliwoltomierza. Odczytów dokonuje się kilkakrotnie i oblicza wartość średnią z pomiaru.
Jednocześnie z pomiarami bilansomierzem wykonuje się pomiar natę\
enia
promieniowania bezpośredniego na powierzchnię prostopadłą i pomiar prędkości wiatru,
poniewa\
powierzchnie reagujące na odpływ promieniowania nie są zabezpieczone szklaną
osłoną, a szybkość ich ochładzania jest ściśle związana z prędkością wiatru.
Chwilową wielkość bilansu promieniowania mo\
na obliczyć następująco:
Br = A · Nv + I · sin h,
gdzie:
Br  bilans promieniowania w cal cm-2 min-1,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
24
A  stały współczynnik (wielkość pozwalająca przeliczyć wskazania miliwoltomierza
na cal cm-2 min-1),
Nv  średnia wartość z odczytów na miliwoltomierzu pomno\
ona przez mno\
nik zale\
ny
od prędkości wiatru,
I  wielkość natę\
enia bezpośredniego promieniowania słonecznego,
h  wysokość Słońca nad horyzontem w momencie dokonywania pomiaru.
Przy pomiarach promieniowania słonecznego istotne znaczenie ma znajomość poło\
enia
Słońca nad horyzontem. Dlatego niezbędna jest tu umiejętność wykonania wielu obliczeń
astronomicznych. Przy tych pomiarach podstawowe obliczenia dotyczą określenia wysokości
Słońca w danym momencie, wyznaczania momentu wschodu i zachodu Słońca, momentu czasu,
gdy Słońce osiąga określoną wysokość nad horyzontem, azymutu Słońca, zamiany czasu
prawdziwego słonecznego na czas średni słoneczny (miejscowy) i odwrotnie.
4.2.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie znasz rodzaje promieniowania słonecznego?
2. Jakie znasz przyrządy do pomiaru ró\
nego rodzaju promieniowania słonecznego?
3. Jakie części wchodzą w skład solarymetru Górczyńskiego?
4. Jakie promieniowanie mo\
emy zmierzyć bilansomierzem?
5. Co oznacza pojęcie bilans promieniowania?
4.2.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Uzupełnij poni\
szą tabelę dobierając odpowiednie przyrządy do pomiaru ró\
nego rodzaju
promieniowania.
Lp. Rodzaj promieniowania słonecznego Przyrząd
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić przybory potrzebne do wykonania ćwiczenia,
2) wpisać znane Ci rodzaje promieniowania słonecznego,
3) wybrać odpowiedni przyrząd do pomiaru ka\
dego rodzaju promieniowania słonecznego,
4) zweryfikować swoje odpowiedzi z odpowiedziami poprawnymi,
5) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- zeszyt lub notatnik,
- długopis, linijka, ołówek,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
25
- plansze ze schematami przyrządów do pomiaru promieniowania słonecznego.
Ćwiczenie 2
Wykonaj pomiar natÄ™\
enia promieniowania bezpośredniego solarymetrem Gorczyńskiego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić przybory potrzebne do wykonania ćwiczenia,
2) określić zasady BHP obowiązujące podczas wykonywania ćwiczenia,
3) zaplanować tok postępowania,
4) udać się na do ogródka meteorologicznego,
5) nało\
yć na termostos rurę pyrheliometryczną (tubus) w celu wyeliminowania wpływu
na wielkość pomiaru promieniowania rozproszonego,
6) ustawić termostos prostopadle do padania promieni słonecznych,
7) odczytać ilość działek wskazywanych przez miliwoltomierz,
8) przeliczyć odczyt na cal cm-2 min-1 za pomocą krzywej cechowania charakterystycznej
dla danego przyrzÄ…du lub specjalnej tabeli,
9) dokonać analizy ćwiczenia,
10) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- solarymetrem Gorczyńskiego w ogródku meteorologicznym,
- instrukcja obsługi solarymetru Górczyńskiego,
- zeszyt lub notatnik,
- długopis, linijka, ołówek.
- krzywa cechowania dla stosowanego solarymetru.
Ćwiczenie 3
Określ bilans promieniowania a za pomocą bilansomierza Janiszewskiego.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić materiały i przybory potrzebne do wykonania ćwiczenia,
2) określić zasady BHP podczas wykonywania ćwiczenia,
3) ustawić przyrząd w miejscu odkrytym i w pozycji poziomej,
4) zasłonić termostos ekranem dyfuzyjnym,
5) po upływie 10 sekund odczytać wskazanie miliwoltomierza,
6) powtórzyć kilkakrotnie odczyt z miliwoltomierza,
7) obliczyć średnią wartość z odczytów,
8) uzyskać od nauczyciela dane dotyczące natę\
enia promieniowania bezpośredniego
na powierzchnię prostopadłą i prędkości wiatru,
9) obliczyć korzystając ze wzoru chwilową wielkość bilansu promieniowania,
10) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- bilansomierz,
- instrukcja obsługi bilansomierza,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
26
- zeszyt lub notatnik,
- linijka, ołówek, długopis.
4.2.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
2) określić rodzaje promieniowania słonecznego?
1
1

3) wymienić przyrządy do pomiaru ró\
nego rodzaju promieniowania
1
1

słonecznego?
4) nazwać części solarymetru Górczyńskiego?
1
1

5) określić zastosowanie bilansomierza?
1
1

6) zdefiniować pojęcie bilans promieniowania?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
27
4.3. Usłonecznienie i widzialność
4.3.1. Materiał nauczania
Usłonecznienie
Usłonecznienie to czas dopływu bezpośredniego promieniowania słonecznego
do powierzchni Ziemi
s
Rozró\
niamy 3 rodzaje usłonecznienia: mo\
liwe (s0) rzeczywiste (s) i względne ( ).
so
- usłonecznienie mo\
liwe (s0)  mo\
liwy czas bezpośredniej operacji Słońca, zale\
y
od długości dnia liczonej od wschodu do zachodu Słońca i zmieniającej się wraz
z szerokością geograficzną i porą roku,
- usłonecznienie rzeczywiste (s)  rzeczywista suma godzin słonecznych w ciągu doby
zale\
na od długości dnia wielkości zachmurzenia i stopnia zakrycia horyzontu.
Zachmurzenie i przeszkody terenowe zmniejszają usłonecznienie,
s
- usłonecznienie względne ( )  stosunek usłonecznienia rzeczywistego do mo\
liwego,
so
eliminujący wpływ na wielkość usłonecznienia ró\
nej długości dnia w ciągu roku
i w ró\
nych szerokościach geograficznych.
Czas trwania usłonecznienia rzeczywistego w wyniku oddziaływania zachmurzenia jest
krótszy, obejmuje mniejszą liczbę godzin od czasu usłonecznienia mo\
liwego. Usłonecznienie
mo\
liwe określa się w godzinach, a usłonecznienie rzeczywiste w godzinach oraz procentach
usłonecznienia mo\
liwego.
Usłonecznienie w znacznej mierze wpływa na dobowy przebieg temperatury powietrza.
Pomiar usłonecznienia
Heliograf
Pomiar usłonecznienia wykonujemy za pomocą heliografu, który dokonuje zapisu czasu
trwania usłonecznienia na specjalnych paskach. Powszechnie stosowanym do tego celu
przyrzÄ…dem jest heliograf Campbella-Stokesa.
Rys. 11. Heliograf Campbella-Stokesa i trzy rodzaje pasków do rejestracji usłonecznienia
1  szklana kula, 2  metalowy kołnierz, 3  pasek papierowy [16, s. 52]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
28
Podstawową częścią tego przyrządu jest szklana kula o średnicy ok. 10 cm, spełniająca
rolę soczewki skupiającej promienie słoneczne. Na metalowym półpierścieniu umieszczonym
w odległości ogniskowej znajduje się tekturowy pasek z podziałką czasową, na którym
w miarę przemieszczania się Słońca jest wypalany przez promienie słoneczne ślad (rys. 11).
Nachylenie obudowy powinno być zgodne z szerokością geograficzną miejsca
obserwacji, oś przyrządu zorientowana dokładnie na południe, całość spoziomowana.
Przyrząd ten umieszcza się tak, by nic nie zasłaniało horyzontu. Wypalony ślad na pasku
dostarcza informacji o liczbie godzin w ciągu doby, kiedy promieniowanie bezpośrednio
docierało do powierzchni Ziemi. W przypadku zasłonięcia tarczy słonecznej przez chmury,
ślad na heliogramie jest przerwany (rys. 12) Suma długości śladów wypalonych na pasku
informuje nas o łącznej długości czasu, kiedy promienie słoneczne bezpośrednio docierały
do powierzchni Ziemi, a więc o liczbie godzin usłonecznienia rzeczywistego.
Rys. 12. Przykłady zapisu wielkości usłonecznienia w ciągu doby  heliografy [16, s. 53]
Paski wsuwane są w rowki metalowej obudowy  wybór rowków (górne, środkowe,
dolne) zale\
ny jest od poło\
enia Słońca czyli pory roku:
- paski letnie, najdłu\
sze, zakłada się na dolną parę rowków heliografu u\
ywa siÄ™
od 16 kwietnia do 31 sierpnia,
- paski średniej długości, proste, zakłada się w rowki środkowe u\
ywa się od l września
do 15 paz
dziernika i od l marca do 15 kwietnia,
- paski zimowe, najkrótsze, zakłada się na górną parę rowków u\
ywa siÄ™
od 16 paz
dziernika do końca lutego.
Pasek na przyrządzie zmienia się raz na dobę, wcześnie rano lub póz
no wieczorem
(po zachodzie lub przed wschodem Słońca).
Widzialność
Odległość, w jakiej mo\
na zobaczyć punkty znajdujące się za zasłoną powietrza nazywa
się widzialnością. Widzialność jest wskaz
nikiem przezroczystości atmosfery. Na stacjach
meteorologicznych określa się widzialność w kierunku poziomym, podając największą
odległość z jakiej, przy danym typie pogody, obserwowany obiekt jest jeszcze widoczny,
zakładając \
e obserwator ma przeciętnie dobry wzrok.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
29
Widzialność wyznacza się wizualnie na podstawie oceny widoczności reperów
(uprzednio wybranych obiektów takich jak góry, wzniesienia terenu, budowle, wie\
e itp.)
rozmieszczonych w ustalonych odległościach. Wyniki obserwacji notuje się według ustaleń
przyjętych w międzynarodowej skali widzialności (tab. 2).
Tabela 2. Międzynarodowa skala widzialności [16, s. 77]
Mo\
na rozpoznać reper Nie mo\
na ju\
rozpoznać reperu
Notuje siÄ™
w odległości w odległości
0 - 50 m
1 50 m 200 m
2 200 m 500 m
3 500 m 1 km
4 1 km 2 km
5 2 km 4 km
6 4 km 10 km
7 10 km 20 km
8 20 km 50 km
9 50 km -
Widzialność pozioma uzale\
niona jest od następujących czynników:
- geograficznego zasięgu widoczności  stanowi go rozmiar pionowy obserwowanego
obiektu, wysokości oka obserwatora nad powierzchnią i rzez
ba terenu. Im wy\
ej ponad
poziom morza znajduje się oko obserwatora, tym większy będzie geograficzny zasięg
widoczności. Im wy\
szy, lub wy\
ej poło\
ony będzie obserwowany obiekt, tym
z większej odległość będzie go mo\
na dostrzec.
- zespołu czynników fizycznych określających przezroczystość powietrza. Im atmosfera
silniej pochłania i rozprasza światło, tym jej przezroczystość jest mniejsza a tym samym
i zasięg widzialności staje się mniejszy. Im więcej w powietrzu znajduje się pyłów
i aerozoli, kropel wody tym przezroczystość atmosfery jak i zasięg widzialności
zmniejsza siÄ™.
- zespołu czynników psychofizycznych, związanych z ostrością wzroku obserwatora,
adaptacjÄ… jego oka do obserwacji w danych warunkach, jego stopnia koncentracji
i zmęczenia.
Pomiar widzialności
Widzialność określa się równie\
za pomocą przyrządów fotometrycznych takich jak np.
widzialnościomierz.
Widzialnościomierz
Widzialnościomierz z detektorem zjawisk atmosferycznych (rys. 13) jest
to wielofunkcyjny czujnik przeznaczony dla automatycznych stacji meteorologicznych
[Automatic Weather Station]. Pełni on funkcje widzialnościomierza korzystającego
z pomiarów rozproszenia światła i detektora zjawisk atmosferycznych. Oprócz tego mierzy
on intensywność i ilość opadów w ró\
nych stanach skupienia. Pomiar widzialności poziomej
jest realizowany w zakresie od 10 m do 50 km.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
30
Rys. 13. Widzialnościomierz [http://www.imgw.pl]
Przyrząd mierzy równie\
ilość wody opadowej za pomocą urządzenia pojemnościowego
oraz Å‚Ä…czy tÄ™ informacjÄ™ z pomiarami rozproszenia promieniowania optycznego i temperatury.
Te trzy niezale\
ne pomiary dają wystarczającą ilość danych dla określenia rodzaju opadu
atmosferycznego
Urządzenie składa się z:
- nadajnika, który emituje impulsy promieniowania podczerwonego,
- odbiornika, który mierzy rozproszoną część promieniowania wysyłanego przez nadajnik.
Pomiar rozproszenia jest przeliczany na widzialność po dokładnej analizie właściwości
sygnału. W przypadku występowania opadów stosowane jest specjalne przetwarzanie danych.
Opad jest wykrywany na podstawie nagłych zmian w mierzonym sygnale rozproszenia.
4.3.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Co to jest usłonecznienie?
2. Jakim przyrządem mierzymy usłonecznienie?
3. Jakie rodzaje pasków stosujemy w heliografie?
4. Co to jest widzialność?
5. Jakie znasz sposoby pomiaru widzialności?
6. Co to jest reper?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
31
4.3.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Wykonaj pomiar usłonecznienia za pomocą heliografu Campbella-Stokesa.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić materiały i przybory potrzebne do wykonania ćwiczenia,
2) określić zasady BHP podczas wykonywania ćwiczenia,
3) wybrać odpowiedni pasek do heliografu,
4) zało\
yć wybrany pasek w odpowiednia parę rowków w heliografie (czynność tę wykonać
rankiem dzień przed planowanym zdjęciem paska),
5) zdjąć pasek z heliografu,
6) dokładnie zsumować długość śladu wypalonego na pasku,
7) dokonać analizy ćwiczenia,
8) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- heliograf Campbella-Stokesa w ogródku meteorologicznym,
- instrukcja obsługi heliografu Campbella-Stokesa,
- paski do heliografu,
- zeszyt lub notatnik,
- linijka, ołówek, długopis.
Ćwiczenie 2
Określ widzialność kierunku poziomym metodą wizualną.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) określić wcześniej odległość wybranych obiektów (reperów) od miejsca obserwacji,
2) ocenić największą odległość z jakiej, przy danym typie pogody, obserwowany obiekt jest
jeszcze widoczny,
3) zanotować wynik obserwacji według ustaleń przyjętych w międzynarodowej skali
widzialności,
4) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- zeszyt lub notatnik,
- długopis, linijka, ołówek.
Ćwiczenie 3
Określ widzialność kierunku poziomym za pomocą widzialnościomierza.
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) określić zasady BHP podczas wykonywania ćwiczenia,
2) zgromadzić materiały i przybory potrzebne do wykonania ćwiczenia,
3) zapoznać się z instrukcją obsługi widzialnościomierza,
4) dokonać pomiaru widzialności w kierunku poziomym,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
32
5) zanotować wynik obserwacji,
6) zapisać wnioski.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- widzialnościomierz,
- instrukcja obsługi widzialnościomierza,
- zeszyt lub notatnik,
- długopis, linijka, ołówek.
4.3.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) zdefiniować usłonecznienie?
1
1

2) określić przyrząd do pomiaru usłonecznienia?
1
1

3) wymienić rodzaje pasków stosowanych w heliografie?
1
1

4) zdefiniować pojęcie widzialność?
1
1

5) wymienić sposoby pomiaru widzialności?
1
1

6) zdefiniować pojęcie reper?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
33
4.4. Pomiary satelitarne i lotniczo-meteorologiczne
4.4.1. Materiał nauczania
Charakterystyczną cechą pogody jest jej nieustanna zmienność. Słu\
ba pogody dysponuje
wynikami pomiarów i obserwacji meteorologicznych, dostarczanych przez sieć stacji
meteorologicznych (synoptycznych), które po zaszyfrowaniu za pomocą międzynarodowego
klucza (kodu) są natychmiast przesyłane za pomocą najnowszych urządzeń łączności
meteorologicznej do biur pogody w danym kraju, a stamtąd do biur pogody innych krajów
oraz regionalnych i światowych centrów meteorologicznych.
Klucze do szyfrowania depesz poznałeś ju\
w jednostce 311[23].O1.04.
Po dokonaniu rozkodowania i analizy takich depesz, formułowane są prognozy pogody.
Zmienność stanu atmosfery i procesów w niej zachodzących powoduje, \
e opracowywane
prognozy pogody stosunkowo często są w mniejszym lub większym stopniu niedoskonałe,
a niekiedy błędne. Dlatego te\
metody prognozy stale sÄ… rozwijane i ulepszane.
Uzupełnieniem wyników obserwacji i pomiarów wykonywanych na stacjach
meteorologicznych sÄ… pomiary wykonywane przez nowoczesne urzÄ…dzenia meteorologiczne.
Metody teledetekcyjne
Metody teledetekcyjne są metodami zdalnymi w przeciwieństwie do pomiarów typu
In Situ (na miejscu), wykonywanych lokalnie. Metody te wymagajÄ… u\
ycia teorii transferu
promieniowania elektromagnetycznego w atmosferze. Wyró\
niamy:
- teledetekcjÄ™ naziemnÄ…,
- teledetekcjÄ™ satelitarnÄ….
Metody teledetekcji naziemnej i satelitarnej w badaniach meteorologicznych
są stosowane od ponad trzydziestu lat. Dzięki nim mo\
na uzyskać informacje o zjawiskach
i procesach atmosferycznych zachodzÄ…cych na du\
ym obszarze i stosunkowo szybko.
W meteorologii teledetekcjÄ™ stosuje siÄ™ do:
- obserwacji groz
nych zjawisk pogody i wczesnego ostrzegania przed nimi,
- wykorzystania meteorologicznej informacji satelitarnej w przygotowywaniu prognoz
meteorologicznych,
- stałego monitoringu dolnych warstw atmosfery,
- badania klimatu Ziemi.
Do najbardziej rozpowszechnionych technik teledetekcyjnych w badaniach
meteorologicznych nale\
Ä…:
- radary (rys. 14)  urządzenia, które pozwalają na teledetekcyjną, zdalną diagnozę stanu
atmosfery. Umo\
liwiają określenie wyglądu i rozmiarów chmur, ich poło\
enia w jego
zasięgu i natę\
enia zjawisk, które wraz z nimi występują (opady, burze itp.). Ponadto
za ich pomocą bada się prędkość i kierunek przemieszczania się układów chmur
na podstawie następujących po sobie pomiarów. Radary rejestrują zmiany w odbiciu
wysyłanych promieni na granicy chmur. W ten sposób mo\
na określić równie\
rozwój
chmur kłębiastych i burzowych. Badania takie są mo\
liwe w skali du\
ego obszaru
o promieniu 150 200 km od miejsca lokalizacji radaru. W promieniu stu kilkudziesięciu
kilometrów od radaru istnieje mo\
liwość ilościowego szacowania opadów
(intensywności, sum godzinnych i dobowych oraz średniej sumy opadów w określonej
zlewni). Ma to du\
e znaczenie dla nowoczesnych hydrodynamicznych modeli
hydrologicznych i meteorologicznych,
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
34
Rys. 14. Radar meteorologiczny koło Legionowa [http://www.imgw.pl/]
Rys. 15. Mapa radarowa Polski [http://www.imgw.pl/]
- sodary  radary akustyczne (rys. 16), instrumenty teledetekcyjne badajÄ…ce atmosferÄ™
za pomocÄ… rozpraszania fal dz
więkowych na fluktuacjach powietrza (turbulencja
atmosferyczna). SÅ‚u\
ą do badania prędkości wiatru na ró\
nych poziomach,
Rys. 16. Sodar [http://pl.wikipedia.org/wiki/Sodar]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
35
- lidary  urządzenia działające na podobnej zasadzie jak radary, słu\
Ä… do wyznaczania
przejrzystości powietrza, badania koncentracji zanieczyszczeń w atmosferze i detekcji ich
składu, wykrywania obszarów o odmiennej temperaturze, pomiaru ruchów powietrza na
du\
ych odległościach itp.,
Rys. 17. Lidar [http://pl.wikipedia.org/wiki/Lidar]
- radiometry  urządzenia teledetekcyjne słu\
Ä…ce do pomiaru energii promieniowania
świetlnego w oparciu o pomiar energii cieplnej dostarczonej przez to światło. Znajdują
siÄ™ w wyposa\
eniu satelitów.
Do pomiarów meteorologicznych stosowane są równie\
balony meteorologiczne
zaopatrzone w niezbędne przyrządy meteorologiczne wypuszczane po to, aby zbadać warunki
atmosferyczne jakie panujÄ… w wy\
szych warstwach atmosfery. Wyniki pomiarów
(temperatura, wilgotność, ciśnienie atmosferyczne) wysyłane są do stacji meteorologicznej
drogą radiową, gdzie następuje dalsze ich przetwarzanie.
Umieszczenie w przestrzeni kosmicznej satelitów meteorologicznych pozwoliło objąć
obserwacjami całą kulę ziemską. Satelity meteorologiczne wyposa\
one sÄ… w:
- kamery telewizyjne i radiometry podczerwieni, za pośrednictwem których uzyskuje się 
zarówno w dzień, jak i w nocy  obrazy powłoki chmur, pokrywy śnie\
nej
i zlodowacenia,
- spektrometry do wyznaczania pionowego rozkładu temperatur;
- urządzenia do śledzenia ruchów mas powietrza itd.
Pierwszymi satelitami wyposa\
onymi w aparaturę meteorologiczną były satelity typu
Yanguard i Explorer, wprowadzone na orbitę okołoziemską w 1959 r. Natomiast pierwszy
typowo meteorologiczny satelita  TIROS, został wystrzelony przez USA l kwietnia 1960 r.
Ten dzień to początek ery satelitów meteorologicznych mających na celu prowadzenie stałych
obserwacji i pomiarów parametrów fizycznych atmosfery ziemskiej.
Satelity meteorologiczne sÄ… umieszczane na orbitach (rys. 18):
- biegunowych, znajdujących się na wysokości 500 1500 km i nachylonych pod du\
ym
kątem do płaszczyzny równika,
- geostacjonarnych. które przebiegają na wysokości powy\
ej 35000 km w płaszczyz
nie
równika.
Takie usytuowanie satelitów w przestrzeni umo\
liwia zbieranie danych z obszaru całej
kuli ziemskiej, tak\
e z okolic okołobiegunowych.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
36
Rys. 18. Orbity satelitów meteorologicznych biegunowych i geostacjonarnych [16, s. 36]
W ramach Światowego Programu Badań Atmosfery (GARP) umieszczono pięć satelitów
geostacjonarnych:
- GOES - W, GOES - E umieszczone na orbicie przez Stany Zjednoczone,
- METEOSAT  umieszczony na orbicie przez EuropejskÄ… AgencjÄ™ KosmicznÄ… (ESA),
- INSAT  umieszczony na orbicie przez Indie,
- GMS  umieszczony na orbicie przez JaponiÄ™.
Zasięgi obserwacji satelitów geostacjonarnych są przedstawione na rys. 19.
Rys. 19. Zasięgi obserwacji satelitów meteorologicznych umieszczonych na orbicie geostacjonarnej [16, s. 37]
W ramach światowego systemu słu\
by pogody meteorologiczne systemy satelitarne
wykorzystywane sÄ… przy sporzÄ…dzaniu prognoz pogody. Satelity meteorologiczne
umo\
liwiają śledzenie w sposób ciągły aktualnej sytuacji atmosferycznej w skali globalnej,
przesyłają dane do stacji naziemnych za pomocą obrazów satelitarnych.
Obrazy satelitarne sporządzane w ró\
nych zakresach widma promieniowania
elektromagnetycznego, umo\
liwiają badanie głównych cech cyrkulacji atmosfery i ich
związku z procesami radiacji, w których wielkość zachmurzenia nieba jest wiodącym
czynnikiem wpływającym na bilans energetyczny systemu Ziemia-atmosfera.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
37
Rys. 20. Obraz satelitarny z satelity METEOSAT w świetle widzialnym
[http://www.metoffice.gov.uk/satpics/latest_VIS.html]
Rys. 21. Obraz satelitarny z satelity METEOSAT w podczerwieni
[http://www.metoffice.gov.uk/satpics/latest_IR.html]
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
38
Rys. 22. Obraz satelitarny z satelity METEOSAT w podczerwieni  grafika barwna
[http://en.allmetsat.com/images/meteosat_ir_mf12.php]
Satelita METEOSAT
W listopadzie 1977r. Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) umieściła na orbicie
geostacjonarnej satelitę METEOSAT. Satelita ten znajduje się nad równikiem, na wysokości
36000 km i 0° dÅ‚ugoÅ›ci geograficznej i dostarcza informacji o pogodzie z obszaru Europy
i Afryki. Wyposa\
ony jest w radiometr wykonujący zdjęcia Ziemi w świetle widzialnym
(rys. 20) i w podczerwieni (rys. 21) i (rys. 22), w zakresach widma:
- 0,4 1,1 µm  promieniowanie widzialne. Obrazy w te cechuje du\
a zdolność rozdzielcza,
co umo\
liwia otrzymanie bardziej dokładnych danych o strukturze zachmurzenia,
- 5,7 7,1 µm  promieniowanie podczerwone odpowiadajÄ…ce zakresowi absorpcji pary
wodnej. Obrazy otrzymywane w tym paśmie dostarczają informacji o rozmieszczeniu
pary wodnej oraz o prądach powietrznych w górnych warstwach troposfery,
- 10,5 12,5 µm  promieniowanie podczerwone odpowiadajÄ…ce zakresowi radiacji.
Serie zdjęć podczerwonych uszeregowanych w kolejności czasowej tworzą animowany
zapis wędrówki układów chmur nad powierzchnia Ziemi. Obrazy powierzchni Ziemi
uzyskane w podczerwieni, transmitowane w odstępach 3-godzinnych uznawane są za
najbardziej u\
yteczne do analizy aktualnego stanu pogody i opracowania jej prognozy.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
39
Rys. 23. Satelita METEOSAT [http://www.alipso.com/monografias/2569_satelites/]
Dane z satelity sÄ… przekazywane do stacji kontroli w Darmstadt (Niemcy), gdzie
są wstępnie przetworzone, a następnie przesyłane za pośrednictwem satelity, jako
przekaz
nika, do stacji naziemnych.
Satelita METEOSAT retransmituje równie\
mapy pogody na potrzeby lotnictwa i \
eglugi
oraz dane hydrometeorologiczne z automatycznych stacji pływających na powierzchni
oceanów.
Zastosowanie w meteorologii satelitarnej metodyki badawczej sprawiło, \
e uzyskano
wiele nowych i wa\
nych danych o zjawiskach zachodzÄ…cych w atmosferze kuli ziemskiej.
Dzięki tej metodzie:
- zaobserwowano nowe szlaki przemieszczania się cyklonów tropikalnych oraz obszary ich
tworzenia siÄ™ i zaniku,
- wykryto podzwrotnikowe i okołobiegunowe prądy strumieniowe występujące
na znacznych wysokościach,
- w szerokościach podbiegunowych wyznaczono szlaki wędrownych ni\
ów
pozazwrotnikowych i powiÄ…zano ich z sezonowymi zmianami cyrkulacji atmosferycznej.
4.4.2. Pytania sprawdzajÄ…ce
Odpowiadając na pytania, sprawdzisz, czy jesteś przygotowany do wykonania ćwiczeń.
1. Jakie znasz urządzenia łączności meteorologicznej?
2. Jakie znasz urzÄ…dzenia meteorologiczne wykorzystujÄ…ce techniki teledetekcyjne?
3. Co to jest orbita geostacjonarna?
4. Co to jest orbita biegunowa?
5. Jakie satelity znajdujÄ… siÄ™ na orbicie geostacjonarnej?
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
40
4.4.3. Ćwiczenia
Ćwiczenie 1
Opracuj wyniki pomiarów i obserwacji meteorologicznych w formie depeszy
meteorologicznej i prześlij ją do prowadzącego za pomocą modemu.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zebrać wyniki pomiarów i obserwacji meteorologicznych z określonego przez
nauczyciela miejsca,
2) opracować wyniki pomiarów i obserwacji w formie depeszy meteorologicznej,
3) przeczytać instrukcję obsługi modemu,
4) przesłać depeszę do prowadzącego zajęcia.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- komputer z dostępem do Internetu
- instrukcja obsługi modemu,
- zeszyt lub notatnik,
- długopis, linijka, ołówek.
Ćwiczenie 2
Rozpoznaj urzÄ…dzenia meteorologiczne wykorzystujÄ…ce techniki teledetekcyjne.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić materiały i przybory do wykonania ćwiczenia,
2) pobrać od nauczyciela fotografie urządzeń meteorologicznych wykorzystujących techniki
teledetekcyjne,
3) przygotować tabelę według wzoru:
4) wypełnić tabelę,
5) zweryfikować swoje odpowiedzi z odpowiedziami poprawnymi.
Nr
Nazwa urzÄ…dzenia Przeznaczenie urzÄ…dzenia
rysunku
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- fotografie lub rysunki urządzeń meteorologicznych wykorzystujących techniki
teledetekcyjne,
- zeszyt lub arkusz papieru,
- linijka, ołówek, długopis.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
41
Ćwiczenie 3
Przedstaw na plakacie schemat rozmieszczenia satelitów na orbitach.
Sposób wykonania ćwiczenia
Aby wykonać ćwiczenie, powinieneś:
1) zgromadzić materiały i przybory potrzebne do wykonania ćwiczenia,
2) zaplanować tok postępowania,
3) narysować orbity wokół Ziemi,
4) rozmieścić na orbitach satelity,
5) zaprezentować pracę na forum grupy.
Wyposa\
enie stanowiska pracy:
- zeszyt lub notatnik,
- długopis, linijka, ołówek.
4.4.4. Sprawdzian postępów
Czy potrafisz:
Tak Nie
1) wymienić urządzenia łączności meteorologicznej?
1
1

2) wymienić urządzenia meteorologiczne wykorzystujące techniki
1
1

teledetekcyjne?
3) zdefiniować pojęcie orbita geostacjonarna?
1
1

4) zdefiniować pojęcie orbita biegunowa?
1
1

5) wymienić satelity znajdują się na orbicie geostacjonarnej?
1
1

 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
42
5. SPRAWDZIAN OSI
GNI
Ć
INSTRUKCJA DLA UCZNIA
1. Przeczytaj uwa\
nie instrukcjÄ™.
2. Podpisz imieniem i nazwiskiem kartÄ™ odpowiedzi.
3. Zapoznaj się z zestawem zadań testowych.
4. Test zawiera 20 zadań. Do ka\
dego zadania dołączone są 4 mo\
liwości odpowiedzi.
Tylko jedna jest prawidłowa.
5. Udzielaj odpowiedzi na załączonej karcie odpowiedzi, stawiając w odpowiedniej rubryce
znak X. W przypadku pomyłki nale\
y błędną odpowiedz
zaznaczyć kółkiem, a następnie
ponownie zakreślić odpowiedz
prawidłową.
6. Pracuj samodzielnie, bo tylko wtedy będziesz miał satysfakcję z wykonanego zadania.
7. Jeśli udzielenie odpowiedzi będzie Ci sprawiało trudność, wtedy odłó\
jego rozwiÄ…zanie
na póz
niej i wróć do niego, gdy zostanie Ci wolny czas.
8. Na rozwiÄ…zanie testu masz 35 min.
Powodzenia!
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
43
ZESTAW ZADAC
TESTOWYCH
1. Promieniowanie widzialne znajduje się w zakresie fal o długości
a) 0,1 0,4 µm.
b) 0,4 0,75 µm.
c) 0,75 24 µm.
d) powy\
ej 24 µm.
2. Prawo, które mówi, \
e ka\
dej długości fali odpowiada określona energia promieniowania
ciała doskonale czarnego to
a) Prawo Kirchoffa.
b) Prawo Stefana-Boltzmana.
c) Prawo Plancka.
d) Prawo Wiena.
3. Promieniowanie bezpośrednie to
a) część promieni, która ulega odchyleniu (zmianie kierunku) w niejednorodnym
optycznie środowisku jakim jest atmosfera.
b) promieniowanie otrzymane przez powierzchnię Ziemi bezpośrednio od tarczy
słonecznej.
c) promieniownie, które dochodząc do powierzchni Ziemi jest odbijane ku górze.
d) promieniowanie całkowite.
4. Zdolność odbijania i pochłaniania promieniowania słonecznego przez daną powierzchnię
nazywa siÄ™
a) natÄ™\
eniem promieniowania słonecznego.
b) azymutem Słońca.
c) przezroczystością atmosfery.
d) albedo.
5. Rysunek przedstawia albedo:
a) piasku.
b) wody.
c) śniegu.
d) zielonej Å‚Ä…ki.
6. Albedo czarnej nawierzchni dróg wynosi
a) 5 10%.
b) 20 45%.
c) 36 50%.
d) 79 95%.
7. Na rysunku obok znajduje siÄ™ fragment:
a) solarymetru Górczyńskiego.
b) bilansomierza Janiszewskiego.
c) piranometru Janiszewskiego.
d) aktynometru Sawinowa-Janiszewskiego.
8. Aktynometrem mierzymy
a) promieniowanie rozproszone.
b) promieniowanie odbite.
c) promieniowanie bezpośrednie.
d) promieniowanie całkowite.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
44
9. Bilans promieniowania mo\
emy zmierzyć
a) pyranometrem.
b) aktynometrem.
c) bilansomierzem.
d) heliografem.
10. Rzeczywista suma godzin słonecznych w ciągu doby to
a) nasłonecznienie.
b) usłonecznienie względne.
c) usłonecznienie mo\
liwe.
d) usłonecznienie rzeczywiste.
11. Szklana kula o średnicy ok. 10 cm, spełniająca rolę soczewki skupiającej promienie
słoneczne jest podstawową częścią
a) heliografu.
b) solarymetru.
c) pyrheliometru.
d) widzialnościomierza.
12. W dolne rowki heliografu zakładamy paski, które u\
ywane sÄ… w okresie
a) od l marca do 15 kwietnia.
b) od 16 kwietnia do 31 sierpnia.
c) od l września do 15 paz
dziernika.
d) od 16 paz
dziernika do końca lutego.
13. Je\
eli obserwator nie mo\
e ju\
rozpoznać reperu w odległości 50 m
to wg międzynarodowej skali widzialności wynik obserwacji notuje jako
a) 0.
b) 1.
c) 8.
d) 9.
14. Japonia umieściła na orbicie geostacjonarnej satelitę
a) GOES - E.
b) METEOSAT.
c) INSAT.
d) GMS.
15. Satelita GOES-W umieszczony jest na orbicie
a) biegunowej, znajdującej się na wysokości 500 1500 km i nachylonej pod du\
ym
kątem do płaszczyzny równika.
b) biegunowej, znajdującej się na wysokości powy\
ej 35000 km i nachylonej pod
du\
ym kątem do płaszczyzny równika.
c) geostacjonarnej, przebiegającej na wysokości 500 1500 km w płaszczyz
nie równika.
d) geostacjonarnej, przebiegającej na wysokości powy\
ej 35000 km w płaszczyz
nie
równika.
16. Satelita METEOSAT dostarcza informacji o pogodzie z obszaru
a) Australii i płd-wsch. Azji.
b) Europy i Afryki.
c) Ameryki Południowej.
d) Ameryki Północnej.
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
45
17. Je\
eli współczynnik przezroczystości atmosfery wynosi 0,85, a masa optyczna atmosfery
jest równa 2 to wartość osłabienia bezpośredniego promieniowania słonecznego
w atmosferze będzie wynosiła
a) 16,8 W·m -2.
b) 998,2 W·m -2.
c) 1852,4 W·m -2.
d) 2501,6 W·m -2.
18. W przypadku gdy na powierzchniÄ™ pada promieniowanie o wartoÅ›ci 1000 W·m -2,
a od powierzchni odbija siÄ™ promieniowanie o wielkoÅ›ci 350 W·m -2albedo wynosi
a) 15 %.
b) 25 %.
c) 35 %.
d) 45 %
19. W miejscowości poło\
onej na szerokoÅ›ci geograficznej 55º42 S kÄ…t padania promieni
słonecznych w dniu 21 marca wynosi
a) 34º18 .
b) 34º58 .
c) 35º18 .
d) 35º58 .
20. W miejscowości poło\
onej na szerokoÅ›ci geograficznej 63º27 N kÄ…t padania promieni
słonecznych w dniu 22 czerwca wynosi
a) 3º06 .
b) 13º00 .
c) 42º06 .
d) 50º00 .
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
46
KARTA ODPOWIEDZI
ImiÄ™ i nazwisko ...............................................................................
Wykonywanie pomiarów promieniowania słonecznego oraz usłonecznienia
Zakreśl poprawną odpowiedz
.
Nr
Odpowiedz
Punkty
zadania
1. a b c d
2. a b c d
3. a b c d
4. a b c d
5. a b c d
6. a b c d
7. a b c d
8. a b c d
9. a b c d
10. a b c d
11. a b c d
12. a b c d
13. a b c d
14. a b c d
15. a b c d
16. a b c d
17. a b c d
18. a b c d
19. a b c d
20. a b c d
Razem:
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
47
6. LITERATURA
1. Bac S., Rojek M.: Meteorologia i klimatologia. PWN, Warszawa 1979
2. Chromow S.P.: Meteorologia i klimatologia. PWN, Warszawa 1977
3. Flis J.: Szkolny słownik geograficzny. WSiP. Warszawa 1986
4. Il ko J.: Mini leksykon. Meteorologia. WNT, Warszawa1992
5. Kaczorowska Z.: Pogoda i klimat. WSiP. Warszawa 1977
6. Kopacz-Lembowicz M.: Meteorologia i klimatologia. PWN, Warszawa 2000
7. Ko\
uchowski K.: Atmosfera, klimat, ekoklimat. PWN, Warszawa 1998
8. Ko\
uchowski K.: Meteorologia i klimatologia. PWN, Warszawa 2005
9. Petterssen S. Zarys meteorologii. PWN, Warszawa 1964
10. Radomski Cz.: Agrometeorologia. PWN, Warszawa 1980
11. Roth G.D.: Pogoda i klimat.Wyd. Bertelsmann Media, Warszawa2000
12. Sorbjan Z.: Meteorologia dla ka\
dego. Prószyński i Spółka, Warszawa 2001
13. Szczeciński Cz.: Meteorologia dla wszystkich. Wydawnictwa Komunikacji i A
ączności,
Warszawa 1962
14. Åšnie\
ek T.R.: PrzyrzÄ…dy i metody pomiarowe w meteorologii i hydrologii. PWN,
Warszawa 1978
15. Woś A.: ABC meteorologii. Wydawnictwo Naukowe UAM, Poznań 2003
16. Woś A.: Meteorologia dla geografów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1996
17. Woś A.: Wszystko o pogodzie. Krajowa Agencja Wydawnicza, Poznań 1985
Internet
18. www.imgw.pl
19. www.vikipedia.pl
 Projekt współfinansowany ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego
48