ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ ΚΟΡΜΟΥ Ι ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ

Transcript

1 ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑ ΚΟΡΜΟΥ Ι ΦΥΣΙΚΗ ΤΗΣ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑΣ ΑΣΚΗΣΗ 1. ΜΙΚΡΟΥ ΚΑΙ ΜΕΓΑΛΟΥ ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΑΣΚΗΣΗ 2. ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ ΥΓΡΑΣΙΑ ΣΤΗΝ ΑΤΜΟΣΦΑΙΡΑ ΑΣΚΗΣΗ 3. ΕΠΙΦΑΝΕΙΑΚΟΣ ΑΝΕΜΟΣ ΑΣΚΗΣΗ 4. ΚΑΤΑΚΟΡΥΦΗ ΘΕΡΜΟΫΓΡΟΜΕΤΡΙΚΗ ΟΜΗ ΚΑΙ ΣΤΑΤΙΚΗ ΤΗΣ ΤΡΟΠΟΣΦΑΙΡΑΣ ΘΕΡΜΟΥΝΑΜΙΚΑ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ Υπεύθυνος Εργαστηρίου: Νίκος Καλτσουνίδης Για το φυλλάδιο αυτό εργάσθηκαν πολλά από τα.έλη του το.έα Φυσικής Περιβάλλοντος και στηρίχθηκε σε προηγού.ενα φυλλάδια για τα οποία έχουν συνεισφέρει όλα τα.έλη του το.έα.ας.

2 1 1. ΑΣΚΗΣΗ 1. ΜΙΚΡΟΥ ΚΑΙ ΜΕΓΑΛΟΥ ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ 1.1. ΣΚΟΠΟΣ ΑΣΚΗΣΗΣ Σκοπός της άσκησης είναι η κατανόηση των βασικών παραμέτρων της ηλιακής και γήινης ακτινοβολίας και των μηχανισμών αλληλεπίδρασή τους με την ατμόσφαιρα. Ειδικότερα, οι φοιτητές εξοικειώνονται με μεθόδους απευθείας μέτρησης των παραμέτρων αυτών ή υπολογισμού τους από απλές μετεωρολογικές μετρήσεις ΠΡΟΑΠΑΙΤΟΥΜΕΝΕΣ ΘΕΡΗΤΙΚΕΣ ΓΝΣΕΙΣ Μεγέθη ακτινοβολίας (ειδική ένταση ακτινοβολίας, πυκνότητα ροής ακτινοβολίας). Νόοι ακτινοβολίας (Planck, Wien, Stefan+Boltzmann). Αλληλεπίδραση ακτινοβολίας και ύλης (Ικανότητα εκποπής, ικανότητα απορρόφησης, ανακλαστική ικανότητα και διαφάνεια σώατος). Ηλιακή ακτινοβολία (ηλιακή σταθερά, πυκνότητα ροής της ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντια επιφάνεια στα όρια της ατόσφαιρας, ζενιθιακή απόσταση, απόκλιση και ωριαία γωνία του ήλιου. Επίδραση της ατόσφαιρας στην ηλιακή ακτινοβολία (απορρόφηση, σκέδαση Mie και Rayleigh). Άεση, διάχυτη και ολική ηλιακή ακτινοβολία. Γήινη ακτινοβολία και ατόσφαιρα (απορρόφηση της εγάλου ήκους κύατος ακτινοβολίας από την ατόσφαιρα, φαινόενο θεροκηπίου) 1.3. ΜΕΤΡΗΣΗ ΗΛΙΑΚΗΣ ΚΑΙ ΓΗΙΝΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Για τη έτρηση της ηλιακής ακτινοβολίας υπάρχουν όργανα που είναι σε θέση να ετρήσουν όλες τις συνιστώσες της σε όλο το εύρος του φάσατος. Τα συνηθέστερα χρησιοποιούενα όργανα είναι, για την ολική, την διάχυτη ή την ολική εταξύ συγκεκριένων ηκών κύατος τα πυρανόετρα, (για την υπεριώδη τα ραδιόετρα UV) και για την άεση τα πυρηλιόετρα. Εντούτοις η αρχή λειτουργίας όλων των οργάνων είναι σχετικά κοινή. Οι πλέον κλασσικοί αισθητήρες βασίζονται στο θεροηλεκτρικό φαινόενο και χρησιοποιούν θεροζεύγη, ενώ οι νεώτεροι εκεταλλεύονται το φωτοηλεκτρικό φαινόενο και χρησιοποιούν φωτοδιόδους (φωτοβολταϊκά). Το θεροζεύγος είναι ένα σύστηα δύο αγωγών διαφορετικού υλικού, συνήθως κραάτων ετάλλων, τα οποία κλείνουν ένα κύκλωα ε επαφή στα δύο άκρα τους. Το σύστηα αυτό έχει την ιδιότητα να εφανίζει ία τάση, άρα να προκύπτει ένα ασθενές ηλεκτρικό ρεύα, αν οι δύο επαφές βρεθούν σε διαφορετικές θεροκρασίες. Η τάση, άρα και το ρεύα, είναι ανάλογη της διαφοράς θεροκρασίας εταξύ των επαφών. Θεωρούε λοιπόν δύο διαφορετικά έταλλα που βρίσκονται σε επαφή, όπως φαίνεται στο Σχήα 1. Σε ία τέτοια περίπτωση στα άκρα του κυκλώατος εφανίζεται

3 2 ια διαφορά δυναµικού. Προφανώς πριν να χρησιοποιηθεί το θεροζεύγος πρέπει να βαθονοηθεί, δηλαδή να προσδιορισθεί η καπύλη που συνδέει την αναπτυσσόενη διαφορά δυναικού ε την διαφορά θεροκρασίας των επαφών. Η διαδικασία αυτή ονοάζεται βαθονόηση και είναι πολύ απλή. Συνήθως γίνεται διατηρώντας την θεροκρασία της ιας επαφής σταθερή και εκθέτοντας την άλλη επαφή σε θεροκρασίες που είναι γνωστές ε ακρίβεια, π.χ. υλικών σε πήξη ή τήξη (λουτρό πάγου, κασσίτερο που τήκεται κλπ) ή χρησιοποιώντας "φούρνους βαθονόησης" που ρυθίζουν την θεροκρασία ε ακρίβεια σηαντική (π.χ C) όπως αναφέρθηκε νωρίτερα, πορεί να γίνει ο υπολογισός της ζητούενης θεροκρασίας. Σχήα 1. Η βασική ιδέα ενός θεροζεύγους: δύο ανόοια έταλλα συνεδεένα στα άκρα τους. Αν το ένα άκρο του θεροζεύγους τοποθετηθεί πάνω σε κάτι ζεστό ( η θερή επαφή) και το άλλο άκρο τοποθετηθεί πάνω σε κάτι κρύο (η ψυχρή επαφή), αναπτύσσεται ια διαφορά δυναικού. Αυτή η τάση πορεί να ετρηθεί αν στα άκρα των επαφών τοποθετηθεί ένα βολτόετρο. Αυτό το ζεύγος ετάλλων (αγωγών από διαφορετικά έταλλα ή κράατα ετάλλων) που συνδέονται για να γίνει ο προσδιορισός της θεροκρασίας, ονοάζεται θεροζεύγος. Τα έταλλα ή κράατα που χρησιοποιούνται για την κατασκευή ενός θεροζεύγους πρέπει να είναι χηικά αδρανή, να έχουν σχετικά εγάλο θερικό συντελεστή αντίστασης, καλή ηχανική αντοχή και εγάλη ειδική αντίσταση. Στον επόενο πίνακα φαίνονται κάποια συνήθη θεροζεύγη του επορίου ε τον αντίστοιχο συντελεστή θεροηλεκτρικής τάσης (συντελεστής Seebeck), o oποίος καθορίζεται από τη φύση των ετάλλων και τη θεροκρασία. Τυποποιηένα θεροζεύγη που υπάρχουν στο επόριο (αλφαβητική σειρά) Τύπος Αποτελείται από Θεροκρασία λειτουργίας Συντελεστής Seebeck / θεροκρασία B (94%Pt / 6%Rh)(+) / (70%Pt / 30%Rh)(+) C 6.0 V/ C / 600 C C D (95%W / 5%Re)(+) / (74%W / 26%Re)(+ ) (97%W / 3%Re)(+) / (75%W / 25%Re)(+ ) C 19.5 V/ C / 600 C C 19.5 V/ C / 600 C E Chromel(+) / Constantan(+) C 58.5 V/ C / 0 C G W(+) / (74%W / 26%Re)(+) C 19.5 V/ C / 600 C J Fe(+) / Consrantan(+) C 50.2 V/ C / 0 C K Chromel(+) / Alumel(+) C 39.4 V/ C / 0 C

4 3 R (87%Pt / 13%Rh)(+) / Pt(+) C 11.5 V/ C / 600 C S (90%Pt / 10%Rh)(+) / Pt(+) C 10.3 V/ C / 600 C T Cu(+) / Constantan(+) C 38.0 V/ C / 0 C Αν συνδέσουε κατά σειρά ένα εγάλο αριθό θερµοστοιχείων δηιουργούε ια διάταξη που ονοάζεται θερµοστήλη (thermopile). Συνήθως οι θερµοστήλες δεν λειτουργούν αποκλειστικά σαν µια σειρά θερµοστοιχείων στο χώρο αλλά σε συνδυασµό µε άλλα οπτικά στοιχεία σε κυκλική διάταξη. Το πάνω µέρος, το οποίο πρόκειται να δεχθεί τη ροή της ακτινοβολίας (θερές επαφές), επικαλύπτεται από ένα λεπτό στρώα αύρου υλικού ικρής φασατικής επιλεκτικότητας που προστατεύεται από ένα γυάλινο κάλυα εγάλης φασατικής διαπερατότητας έσα από το οποίο θα πορούν να περάσουν οι συνιστώσες της προς έτρηση ακτινοβολίας, όπως έχει ήδη αναφερθεί. Ο χώρος εταξύ των επαφών είναι αποονωένος έτσι ώστε οι κάτω επαφές (ψυχρές επαφές) να διατηρούνται σε µια σχετικά σταθερή θεροκρασία η οποία δεν επηρεάζεται από τις εταβολές που προκαλεί η προσπίπτουσα ακτινοβολία στο πάνω έρος της θεροστήλης. Το όλο σύστηα προστατεύεται από ειδικό αδιαφανές περίβληα. Σχήα 2. Η σχηατική αναπαράσταση ενός αισθητήρα θεροστήλης που προορίζεται για τη έτρηση της ηλιακής ακτινοβολίας. Όταν προσπίπτει στον αισθητήρα η ηλιακή ακτινοβολία, ο αισθητήρας της θεροστήλης ανταποκρίνεται δίνοντας σήα σε πολύ ικρό χρόνο, της τάξης του δευτερολέπτου. Όσο περισσότερη είναι η ηλιακή ακτινοβολία, τόσο περισσότερο θεραίνεται ο αισθητήρας και τόσο εγαλύτερη είναι η τιή του ηλεκτρικού σήατος που προκύπτει. Η θεροστήλη είναι σχεδιασένη ώστε να λειτουργεί ε τρόπο γραικό, δηλαδή, ο διπλασιασός της ροής της ηλιακής ακτινοβολίας συνεπάγεται και τον διπλασιασό του ηλεκτρικού ρεύατος. Η ποσότητα της ακτινοβολίας που προσπίπτει στον αισθητήρα, άρα και η απόκρισή του, είναι άεσα συνδεδεένη ε τη διεύθυνση των ηλιακών ακτίνων, δηλαδή έγιστες τιές όταν ο Ήλιος βρίσκεται σε θέση κατακόρυφη (το εσηέρι) και ελάχιστες όταν ο Ήλιος βρίσκεται κοντά στον ορίζοντα (το χάραα και τη δύση). Αυτό ονοάζεται απόκριση συνηιτόνου, γιατί το ηλεκτρικό σήα που προκύπτει από τον αισθητήρα εταβάλλεται ανάλογα ε το συνηίτονο της γωνίας που σχηατίζουν οι ακτίνες του Ήλιου ε την κατακόρυφο. Οι φωτοδίοδοι είναι ηιαγωγοί όπως και οι κοινές δίοδοι ε την διαφορά ότι έχουν το χαρακτηριστικό να είναι φωτοευαίσθητες, όταν δηλαδή προσπέσει επ' αυτών ακτινοβολία τότε απελευθερώνεται ένα ηλεκτρόνιο το οποίο καθίσταται ελεύθερο ηλεκτρόνιο, ενώ παράλληλα δηιουργείται και ια θετικά φορτισένη "ηλεκτρονιακή οπή". Για να επιτευχθεί αυτό απαιτείται ενέργεια Σχήα 3. Σχηατική παράσταση ιας φωτοδιόδου. Με πράσινο οι δηιουργούενες οπές και ε κόκκινο χρώα τα ελεύθερα ηλεκτρόνια.

5 4 εγαλύτερη ενός κατωφλίου που εξαρτάται από το υλικό της φωτοδιόδου. Είναι αισθητήρες γρήγορης απόκρισης. Το βασικό τους ειονέκτηα είναι ότι δεν ανταποκρίνονται ε τρόπο γραικό σε ένα ευρύ φάσα της ηλιακής ακτινοβολίας, αλλά όνο σε ένα περιορισένο εύρος ηκών κύατος. Στον επόενο πίνακα φαίνονται διάφορα υλικά φωτοδιόδων και οι αντίστοιχες περιοχές του φάσατος στις οποίες αποκρίνονται. Υλικό Περιοχή φάσατος (nm) Πυρίτιο Γεράνιο Ίνδιο + Γάλλιο + Αρσενικό Θειούχος Μόλυβδος < Πυρανόετρο (Πυρανόετρο του Eppley) To πυρανόετρο, χρησιοποιείται για τη έτρηση της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο, καθώς και για την έτρηση της διάχυτης ακτινοβολίας ε κατάλληλη σκίαση. Ο αισθητήρας του πυρανοέτρου είναι ουσιαστικά είτε θεροστήλης, δηλαδή ένα σύνολο από θεροζεύγη (περίπου 50 ε 100 στα καλύτερα όργανα), είτε φωτοδιόδου (φωτοβολταϊκών κυττάρων). Τα πυρανόετρα διαθέτουν ένα κάλυα, ε τη ορφή θόλου, συχνά διπλού για καλύτερη θερική όνωση της θεροστήλης, κατασκευασένου συνήθως από οπτικό γυαλί, ώστε να προστατεύεται η θεροστήλη από τον αέρα, τη βροχή και τη σκόνη, που θα πορούσαν να επηρεάσουν τις ετρήσεις. Σχήα 4. Η Σχήα ενός πυρανοέτρου. Είναι εφανής ο διπλός θόλος από γυαλί που προστατεύει τους αισθητήρες, καθώς και το αδιάβροχο καλώδιο από την πλευρά που εταφέρονται τα ηλεκτρικά σήατα που αντιστοιχούν στην προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία. ( Steve Wilcox courtesy of US Department of Energy/National Renewable Energy Laboratory (US DOE/NREL). Ένα ικρό ανταλλακτικό τσιπάκι σιλικόνης έσα στο θόλο απορροφά την όποια υγρασία. Από τη στιγή που το όργανο βρίσκεται διαρκώς εκτεθειένο σε εξωτερικό χώρο, η θήκη του θα πρέπει να είναι κατασκευασένη από κάποιο ανθεκτικό και αδιάβροχο υλικό, όπως είναι το αλουίνιο.

6 5 Σχήα 5. Σύστηα πυρηλιοέτρου ε πυρανόετρο προστατευένο από την άεση ακτινοβολία ώστε να ετρά όνο τη διάχυτη. Με κατάλληλο προστατευτικό δίσκο ή στεφάνη ετατρέπεται σε όργανο έτρησης της διάχυτης ακτινοβολία και συνοδεύει πολύ συχνά συστήατα πυρηλιοέτρων όπως φαίνεται στο Σχήα 5. Το πυρανόετρο του Eppley συγκεκριένα χρησιοποιεί θεροστήλη του Moll κατασκευασένη από χαλκό+ κονσταντάνη ως φωτοευαίσθητο στοιχείο και είναι από τα πλέον παραδοσιακά και αξιόπιστα όργανα. Τέλος επιλέγοντας αισθητήρες που ετρούν σε συγκεκριένες περιοχές του φάσατος, πορούε να κατασκευάσουε ακτινόετρα UV ε τα οποία ετρούε την υπεριώδη ακτινοβολία (έχρι τα 300nm) ή ακτινόετρα (πυρανόετρα) που ετρούν στο φάσα της φωτοσυνθετικής ακτινοβολίας (400nm+700nm) Πυρηλιόετρο Τα πυρηλιόετρα είναι ακτινόετρα ε τα οποία ετράε την άεση ηλιακή ακτινοβολία. Επειδή η άεση ηλιακή ακτινοβολία ετριέται επί επιπέδου κάθετα εκτεθειένου στις ηλιακές ακτίνες, συνήθως περιοριζόεθα σε ορισένες ετρήσεις σε τακτά διαστήατα έσα στην ηέρα. Τα όργανα αυτά για να γίνουν αυτογραφικά, πρέπει να είναι προσαροσένα πάνω σε αστροστάτη δηλαδή σύστηα το οποίο τους δίνει την δυνατότητα να παρακολουθούν την κίνηση του ήλιου καθ ύψος και αζιούθιο. Σε αυτά ο αισθητήρας βρίσκεται στο βάθος ενός κυλινδρικού σωλήνα, τοποθετηένος κάθετα στον κύριο άξονά του. Για τη έτρηση της άεσης ηλιακής ακτινοβολίας προσανατολίζουε το όργανο καθ ύψος και αζιούθιο (ε τη βοήθεια στόχαστρου που υπάρχει πάνω σε αυτό), ώστε οι ηλιακές ακτίνες να παίνουν παράλληλα προς τον διαήκη άξονα του οργάνου και να πέφτουν κάθετα πάνω στον αισθητήρα. Σχήα 6. Τυπικό σύγχρονο πυρηλιόετρο. Φασατόετρο (Σπεκτρόετρο) Το φασατόετρο ή φασατοσκόπιο ή σπεκτρόετρο είναι ένα όργανο που χρησιοποιείται για τη έτρηση ιδιοτήτων του φωτός σε συγκεκριένες περιοχές του ηλεκτροαγνητικού φάσατος. Η εταβλητή που ετράται είναι η ένταση της ακτινοβολίας σε συνάρτηση ε το ήκος κύατος του φωτός και ε διάφορες διακριτικές ικανότητες ως προς την ανάλυση κατά ήκος κύατος. Τα όργανα αυτού του τύπου λειτουργούν σε ένα εγάλο εύρος ηκών κύατος, από τις ακτίνες γάα και τις ακτίνες χ, έχρι το υπέρυθρο. Χρησιοποιούν διάφραγα ε λεπτές σχισές ή πρίσα για την

7 6 ανάλυση του φωτός και αποτελούν ακριβά και εξειδικευένα όργανα που χρησιοποιούντα σε ειδικές περιπτώσεις. Σχήα 7. Σχηατική παρουσίαση της λειτουργίας ενός φασατοέτρου. Τα σπεκτρόετρα που χρησιοποιούνται πλέον είναι ηλεκτρονικά. Για την περίπτωση του ορατού φωτός συνήθως χρησιοποιείται ένα κύτταρο CdS (ιας φωτοαντίστασης εκ θειούχου καδίου), που είναι ένας τύπος ηιαγωγού ο οποίος έχει την ιδιότητα να εταβάλλει την αντίστασή του ανάλογα ε την ακτινοβολία που δέχεται, και ο οποίος χρησιοποιείται ευρέως στα φωτόετρα των φωτογραφικών ηχανών. Έτσι όταν προσπίπτει στην φωτοαντίσταση ακτινοβολία ειώνεται η αντίστασή της και η διέλευση ρεύατος διευκολύνεται. Ένας ικρός υπολογιστής ετράει την ελάττωση της αντίστασης και χρησιοποιεί αυτή την πληροφορία για τον υπολογισό της έντασης της ακτινοβολίας που προσπίπτει στον αισθητήρα. Ηλιογράφος Cambell$Stokes Για την καταγραφή των πραγατικών ωρών ηλιοφάνειας χρησιοποιείται ένα απλούστατο όργανο, ο ηλιογράφος των Cambell+Stokes, ο οποίος κυκλοφορεί σε παραλλαγές ανάλογα ε το γεωγραφικό πλάτος για το οποίο προορίζεται. Αποτελείται από ια γυάλινη σφαίρα, η οποία στερεώνεται σε ένα ηικυκλικό περιστρεφόενο τόξο σχήατος (Σχήα 8). Πάνω σε αυτό το εταλλικό τόξο είναι στερεωένη ια εταλλική θήκη, σχήατος ηιδακτυλίου οόκεντρου ε την σφαίρα σε τέτοια απόσταση, ώστε η κύρια εστία της γυάλινης σφαίρας να βρίσκεται στην εσωτερική επιφάνεια της θήκης για οποιοδήποτε κύριο άξονα της σφαίρας. Σχήα 8. Ηλιογράφος CampellSStokes. ιακρίνεται η καένη ταινία. Στην εσωτερική όψη της θήκης υπάρχουν υποδοχές για την στερέωση χάρτινων ταινιών. Η σφαίρα πρέπει να είναι κατασκευασένη από οοιόορφο σκληρό γυαλί, χωρίς επιφανειακές ραβδώσεις και να είναι άχρωη ή υποκίτρινη. Σκοπός της σφαίρας είναι η χρησιοποίησή της ως σφαιρικού φακού, ο οποίος εστιάζει την ηλιακή ακτινοβολία πάνω στην ταινία που βρίσκεται έσα στη θήκη. Όταν ο ήλιος δεν καλύπτεται από σύννεφα, η θερική ακτινοβολία του η οποία συγκεντρώνεται από τη σφαίρα πάνω στην ταινία την καίει, σχηατίζοντας ένα ίχνος το οποίο και αντιστοιχεί στις ώρες της ηλιοφάνειας. Ο ηλιογράφος Cambell+Stokes πρέπει να τοποθετείται έτσι ώστε: ο ήλιος να πέφτει πάνω στο όργανο από την ανατολή έχρι τη δύση του όλο το χρόνο, η βάση στερέωσης του οργάνου να είναι οριζόντια, η θήκη να βρίσκεται προς βορρά της σφαίρας στο βόρειο ηισφαίριο, η σφαίρα και η θήκη

8 7 να είναι οόκεντρες, η γωνία κλίσης της σφαίρας να είναι κατάλληλη ώστε η εστίαση να γίνεται επί της ταινίας και τέλος το επίπεδο που ορίζεται από το κέντρο της σφαίρας και την κεντρική κατακόρυφη γραή πάνω στη θήκη που αντιστοιχεί στην αληθή εσηβρία να συπίπτει ε το εσηβρινό επίπεδο του τόπου. Ολοκληρώνοντας σηειώνουε ότι για τις διάφορες εποχές, ανάλογα ε τη διάρκεια της ηέρας, υπάρχουν και οι αντίστοιχες ταινίες που τοποθετούνται στις κατάλληλες υποδοχές της θήκης κατά τρόπο ώστε η ένδειξη της 12:00 να συπίπτει ε τη γραή του εσηβρινού της θήκης ΜΕΤΡΗΣΗ ΤΗΣ ΜΕΓΑΛΟΥ ΜΗΚΟΥΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ Άεση έτρηση $ Πυργεόετρο Σχήα 9. Αριστερά Πυργεόετρο Eppley, δεξιά πυργεόετρο Kipp & Zonen Για την άεση έτρηση της εγάλου ήκους κύατος ακτινοβολίας κοντά στην επιφάνεια της γης χρησιοποιείται το πυργεόετρο. Όπως και στο πυρανόετρο, το πυργεόετρο έχει σαν ευαίσθητο έρος θεροηλεκτρικές στήλες. Η ια οάδα επαφών των θεροηλεκτρικών στοιχείων εφάπτεται σε ια επιφάνεια που καλύπτεται ε αύρο επίχρισα ε συντελεστή απορρόφησης 1.0. Για την προστασία του οργάνου από τον άνεο, τη σκόνη, και τη βροχή χρησιοποιούνται θόλος, ο οποίος είναι συνήθως από πολυαιθυλένιο που είναι διαφανές στη εγάλου ήκους κύατος ακτινοβολία και αδιαφανές στην ηλιακή ακτινοβολία. Μέτρηση ε συνδυασό οργάνων Η εγάλου ήκους κύατος ακτινοβολία είναι δυνατόν να ετρηθεί ε συνδυασό ενός πυρανόετρου (που, όπως αναφέρθηκε, ετρά τη ικρού ήκους κύατος ηλιακή ακτινοβολία, στα Σχήμα 10. Σχηατική παράσταση 0.285m+4m) και ενός πυρραδιόετρου (που ετρά πυργεοέτρου όλο το φάσα των ακτινοβολιών, στα 0.285m+ 100m). Η τιή της εγάλου ήκους κύατος ακτινοβολίας υπολογίζεται από τη διαφορά των ενδείξεων των δύο οργάνων. Σηειώνεται ότι τα δύο όργανα πρέπει να καταγράφουν τις τιές των ακτινοβολιών ταυτόχρονα και ότι ο θόλος στα πυρραδιόετρα είναι από πλαστικό, το οποίο είναι διαφανές τόσο στη ικρού ήκους κύατος ηλιακή ακτινοβολία όσο και στη εγάλου ήκους κύατος ακτινοβολία. /ορυφορική έτρηση

9 8 Για τη έτρηση της γήινης ακτινοβολίας σε παγκόσια κλίακα χρησιοποιούνται δορυφορικές παρατηρήσεις. Στο Σχήα 11 δίνεται ένα παράδειγα για ια καλοκαιρινή α) ηέρα και β) νύχτα (12 Ιουνίου 2011) από το όργανο Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR). Παρατηρούνται οι έντονες διακυάνσεις της γήινης ακτινοβολίας σε διαφορετικές περιοχές του πλανήτη έσα στο 24ωρο. α) β) Σχήμα 11. Γήινη ακτινοβολία για ία καλοκαιρινή α) ηέρα και β) νύχτα από όπως ετρήθηκε από το όργανο Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) (

10 ΕΚΤΙΜΗΣΗ ΤΗΣ ΟΛΙΚΗΣ ΗΛΙΑΚΗΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑΣ ΑΠΟ ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΤΝ ΡΝ ΗΛΙΟΦΑΝΕΙΑΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΘΕΡΙΑΣ Ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας (R a ) Η πυκνότητα ροής της ηλιακής ακτινοβολίας που προσπίπτει στην κορυφή της ατόσφαιρας της γης σε επιφάνεια κάθετη στις ακτίνες του ήλιου όταν η γη βρίσκεται στη έση απόσταση της από τον ήλιο, καλείται ηλιακή σταθερά και είναι ίση περίπου ε MJwm +2 wmin +1 (1367Wwm +2 ). Κατ ακρίβεια κυαίνεται στη διάρκεια του έτους εταξύ ιας ελαχίστης τιής 1321Wwm +2 κατά τις αρχές Ιουλίου και ιας εγίστης τιής 1471Wwm +2 κατά τις αρχές Ιανουαρίου. Σε κάθε τόπο όως, σε οριζόντιο επίπεδο η προσπίπτουσα ακτινοβολία εξαρτάται από την γωνία που σχηατίζεται εταξύ της διεύθυνσης των ακτινών του ήλιου και της καθέτου στο οριζόντιο επίπεδο της ατόσφαιρας. Αυτή η γωνία αλλάζει κατά την διάρκεια της ηέρας και είναι διαφορετική στα διάφορα γεωγραφικά πλάτη και στις διάφορες εποχές. Η ηλιακή ακτινοβολία που προσπίπτει στην κορυφή της ατόσφαιρας της γης σε οριζόντια επιφάνεια καλείται ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας (R a ). Σχήμα 12. Ετήσια πορεία της ηλιακής ακτινοβολίας στο όριο της ατόσφαιρας(r a), σε οριζόντιο επίπεδο, στον ισηερινό και σε διάφορα γεωγραφικά πλάτη.

11 10 Εάν ο ήλιος ευρίσκεται ακριβώς από πάνω η γωνία πρόσπτωσης είναι ηδέν και η ακτινοβολία στο όριο της ατ όσφαιρας είναι ίση ε την ηλιακή σταθερά, MJwm +2 wmin +1. Με την αλλαγή των εποχών η θέση του ήλιου, η διάρκεια της ηέρας και ως εκ τούτου και η R a αλλάζουν επίσης. Η ακτινοβολία στο όριο της ατ όσφαιρας κατά συνέπεια είναι συνάρτηση του γεωγραφικού πλάτους, της ηέρας του έτους και της ώρας της ηέρας. Ηερήσιες τιές της R a κατά την διάρκεια του έτους για διάφορα γεωγραφικά πλάτη αποτυπώνονται στο Σχήα 12. Ολική ηλιακή ακτινοβολία (R s ) Κατά την διάδοση της ηλιακής ακτινοβολίας στην ατόσφαιρα τήατά της σκεδάζονται, ανακλώνται ή απορροφούνται από τα ατοσφαιρικά αέρια, τα νέφη και τα αερολύατα. Η πυκνότητα ροής της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει σε οριζόντιο επίπεδο είναι γνωστή σαν ολική ηλιακή ακτινοβολία (R s ). Αποτελεί το άθροισα της προβολής της άεσης (R b ) ηλιακής ακτινοβολίας στο οριζόντιο επίπεδο και της διάχυτης (R d ) ηλιακής ακτινοβολίας. Εξ.(1) (R s )= (R b )συν(θ z )+(R d ) όπου θ z η ζενιθιακή γωνία του Ήλιου. Σχήα 13. Ετήσια πορεία της ηερήσιας ακτινοβολίας στο όριο της ατόσφαιρας και της ετρηθείσας ολικής ηλιακής ακτινοβολίας στην περιοχή του Bedfordshire το Ηερήσιες τιές της R s κατά την διάρκεια του έτους για την περιοχή του Bedfordshire αποτυπώνονται στο Σχήα 13. Ταυτόχρονα αποτυπώνονται και οι ηερήσιες τιές της αντίστοιχης R a.

12 11 Ο λόγος R s /R a ορίζεται ως δείκτης καθαρότητας (k t ). Σε ία ανέφελη ηέρα, η R s είναι περίπου ίση ε το 75% της ακτινοβολίας στο όριο της ατ όσφαιρας. Σε ία νεφοσκεπή ηέρα, ακόη και όταν υπάρχει πολύ πυκνή νεφοκάλυψη, περίπου το 25% της ακτινοβολίας στο όριο της ατ όσφαιρας δύναται να φθάσει στην επιφάνεια της γης κυρίως ως διάχυτη ακτινοβολία. Σχετική διάρκεια ηλιοφάνειας (n/n) Η σχετική διάρκεια ηλιοφάνειας είναι ο λόγος της πραγ ατικής διάρκειας ηλιοφάνειας (n), προς την έγιστη δυνατή διάρκεια ηλιοφάνειας (N) και αποτελεί ένα λόγο που πορεί να εκφράσει την νεφοκάλυψη της ατόσφαιρας. Όταν δεν υπάρχουν νέφη η πραγατική διάρκεια ηλιοφάνειας είναι ίση ε την έγιστη δυνατή διάρκεια ηλιοφάνειας (n=n) και ο λόγος ισούται ε 1, ενώ στις νεφοσκεπείς ηέρες το n και συνεπώς και ο λόγος είναι 0. Όταν απουσιάζουν απ ευθείας ετρήσεις της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας, η σχετική διάρκεια ηλιοφάνειας n/n συχνά χρησιοποιείται για την εκτίηση της R s από την ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας (R a ). Όπως η ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας έτσι και η έγιστη δυνατή διάρκεια ηλιοφάνειας N εξαρτάται από την θέση του ήλιου και κατά συνέπεια είναι συνάρτηση του γεωγραφικού πλάτους και της ηέρας. Ηερήσιες τιές του N κατά την διάρκεια του έτους για διάφορα γεωγραφικά πλάτη αποτυπώνονται στην Σχήα 14. Σχήα 14. Ετήσια πορεία της έγιστης δυνατής διάρκειας ηλιοφάνειας (N) στον ισηερινό και σε διάφορα γεωγραφικά πλάτη.

13 ΜΕΘΟBΟΛΟΓΙΕΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ Ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας (R a ) για περίοδο 1 ηέρας Η ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας, R a, για κάθε ηέρα του έτους και για διάφορα γεωγραφικά πλάτη πορεί να εκτιηθεί από την ηλιακή σταθερά, την απόκλιση του ήλιου και τον χρόνο του έτους από την σχέση: Εξ.(2) R = G d [ ω sin( ϕ) sin( δ) + cos( ϕ) cos( δ) sin( ω )] όπου: a π sc r s R a η ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας σε (MJwm +2 wmin +1 ) G sc η ηλιακή σταθερά, ίση ε MJwm +2 wmin +1 d r η αντίστροφη σχετική απόσταση Γης+Ήλιου (Εξ.(4)) ω s η ωριαία γωνία δύσης του ήλιου σε ακτίνια (rad) (Εξίσωση 5 ή 6) φ το γεωγραφικό πλάτος σε ακτίνια (rad) (Εξ.(3)) δ η απόκλιση του ήλιου σε ακτίνια (rad) (Εξ.(5)) Το γεωγραφικό πλάτος φ, εκφρασένο σε radians, είναι θετικό για το βόρειο ηισφαίριο και αρνητικό για το νότιο ηισφαίριο. Η ετατροπή από δεκαδικούς βαθούς (decimal degrees) σε radians δίνεται από: s Εξ.(3) ϕ = ( rad ) π ϕ 180 ( decimal deg) Η αντίστροφη σχετική απόσταση Γης+Ήλιου d r, και η απόκλιση του ήλιου δ, δίνονται από: Εξ.(4) Εξ.(5) 2π d r = cos J 365 2π δ = sin J όπου J είναι ο αριθός της ηέρας του έτους (Julian day) εταξύ του 1 (1 Ιανουαρίου) και του 365 ή 366 (31 εκεβρίου). Η ωριαία γωνία ύσης του ήλιου ω s, δίνεται από: Εξ.(6) ω = arccos[ tan( ϕ) tan( δ) ] s Αντί της συνάρτησης arccos πορεί να χρησιοποιηθεί η συνάρτηση arctan: Εξ.(7) ω π tan arctan 2 X ( ϕ) tan( δ) s = 0. 5

14 13 όπου: Εξ.(8) X = [ tan( ϕ) ] 2 [ tan( δ) ] 2 και X= εάν X 0 Παράδειγα 1: Υπολογισός ηλιακής ακτινοβολίας στο όριο της ατόσφαιρας Υπολογίστε την ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας (R a ) στις 3 Σεπτεβρίου στο γεωγραφικό πλάτος των 20 S. Εξ.(3): 20 S ή ϕ=(π/180) (+20)= +0.35rad (η τιή είναι αρνητική για το νότιο ηισφαίριο) Ο αριθός της ηέρας στο έτος J=246days Εξ.(4): d r = cos(2π (246/365))=0.985rad Εξ.(5): δ=0.409 sin(2π (246/365)+1.39)=0.120rad Εξ.(6) ή (Εξ.(7): ω s =arccos[+tan(+0.35)tan(0.120)]=1.527rad Τότε: και: sin(ϕ)sin(δ)= cos(ϕ)cos(δ)=0.933 οπότε Εξ.(2): R a =(24 60/π) (0.0820) (0.985) [1.527 (+0.041) sin(1.527)]= 32.2MJ m +2 d +1 άρα Η εκτιούενη ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας είναι 32.2MJ m +2 d +1 Μέγιστη δυνατή διάρκεια ηλιοφάνειας (N) Η έγιστη δυνατή διάρκεια ηλιοφάνειας N, δίνεται από την: Εξ.(9) 24 N = ωs π όπου Ν σε ώρες και ω s είναι η ωριαία γωνία δύσης του ήλιου σε radians όπως δίνεται από την Εξ.(6) ή Εξ.(7). Παράδειγα 2: Υπολογισός της έγιστης δυνατής διάρκειας ηλιοφάνειας Υπολογίστε την έγιστη δυνατή διάρκεια ηλιοφάνειας (N) στις 3 Σεπτεβρίου στο γεωγραφικό πλάτος των 20 S.

15 14 ως Παράδειγα 1: ω s =arccos[+tan(+0.35)tan(0.120)]=1.527rad Εξ.(9): N=(24/π) 1.527=11.7hours Η έγιστη δυνατή διάρκεια ηλιοφάνειας είναι 11.7 ώρες. Ολική ηλιακή ακτινοβολία (R s ) Εάν η ολική ηλιακή ακτινοβολία R s δεν ετριέται σε κάποια περιοχή, πορεί να υπολογισθεί ε τον τύπο του Angstrom που συνδέει την ολική ηλιακή ακτινοβολία ε την ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας και τη σχετική διάρκεια ηλιοφάνειας: Εξ.(10) R s = as+ bs n N R a όπου: R s η ολική ηλιακή ακτινοβολία (MJ m +2 d +1 ) n η πραγατική διάρκεια ηλιοφάνειας (hour) N η έγιστη δυνατή διάρκεια ηλιοφάνειας (hour) n/n η σχετική διάρκεια ηλιοφάνειας R a η ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας (MJ m +2 d +1 ) a s σταθερά συσχέτισης που εκφράζει το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας στο όριο της ατόσφαιρας που φθάνει στην επιφάνεια της γης τις νεφοσκεπείς ηέρες (n=0) a s +b s το ποσοστό της ηλιακής ακτινοβολίας στο όριο της ατόσφαιρας που φθάνει στην επιφάνεια της γης τις αίθριες ηέρες (n=n). Ανάλογα ε τις ατοσφαιρικές συνθήκες (π.χ την υγρασία, την σκόνη στην ατόσφαιρα) και την απόκλιση του ήλιου (δηλαδή ανάλογα ε το γεωγραφικό πλάτος, τον ήνα του έτους) οι τιές των a s και b s στον τύπο του Angstrom θα εταβάλλονται. Εάν δεν υπάρχουν πραγατικά δεδοένα της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας και δεν έχει υπάρξει βαθονόηση για βελτιωένες τιές των παραέτρων a s και b s, οι τιές a s =0.25 και b s =0.50 συνίσταται να χρησιοποιούνται. Η ηλιακή ακτινοβολία στο όριο της ατόσφαιρας, R a, και η έγιστη δυνατή διάρκεια ηλιοφάνειας N, δίνονται από τις εξισώσεις Εξ.(2) και Εξ.(9). Η πραγατική διάρκεια ηλιοφάνειας n, καταγράφεται συνήθως ε ένα ηλιογράφο Campbell Stokes. Παράδειγα 3: Υπολογισός ολικής ηλιακής ακτινοβολίας από ετρήσεις πραγατικής διάρκειας ηλιοφάνειας

16 15 Στο Rio de Janeiro (Brazil) στο γεωγραφικό πλάτος των 22 54'S, τον ήνα Μάϊο καταγράφηκαν 220 ώρες ηλιοφάνειας. Υπολογίστε την ολική ηλιακή ακτινοβολία. Εξ.(3): Γεωγραφικό πλάτος φ =22 54'S=22.90 S=(π/180) (+22.90)rad=+0.40rad Για τις 15 Μαίου, η ηέρα στο έτος J=135 Εξ.(2): R a =25.1MJ m +2 day +1 Εξ.(9): N=10.9hours day +1 n=220hours/31days=7.1hours day +1 Εξ.(10): R s =[ (7.1/10.9)] R a =0.58 R a =0.58 (25.1)=14.5 MJ m +2 day +1 Άρα Η εκτιούενη ολική ηλιακή ακτινοβολία είναι 14.5 MJ m +2 day +1 Ολική ηλιακή ακτινοβολία αίθριου ουρανού (R so ) Ο υπολογισός της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας αίθριου ουρανού R so (n=n), είναι χρήσιος σε διάφορες εφαρογές όπως π.χ. στον υπολογισό του ισοζυγίου ακτινοβολιών εγάλων ηκών κύατος. Στο επίπεδο της θάλασσας ή όταν υπάρχουν βαθονοηένες τιές για τα a s και b s : Εξ.(11) R so =(a s +b s )R a όπου R so η ολική ηλιακή ακτινοβολία αίθριου ουρανού (MJ m +2 day +1 ), a s +b s το ποσοστό της ακτινοβολίας στο όριο της ατόσφαιρας που φθάνει στην επιφάνεια της γης τις αίθριες ηέρες (n=n). Όταν δεν υπάρχουν βαθονοηένες τιές για τα a s και b s : Εξ.(12) R so =( l0 +5 z)r a όπου z το υψόετρο του σταθού πάνω από το επίπεδο της θάλασσας σε m. Υπάρχουν και άλλες πιο πολύπλοκες εκτιήσεις του R so, οι οποίες περιλαβάνουν τις επιδράσεις της θολερότητας και των υδρατών.

17 ΕΚΤΕΛΕΣΗ ΑΣΚΗΣΗΣ ΜΙΚΡΟΥ ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ A. BΕBΟΜΕΝΑ ΝΕΟΥ ΣΤΑΘΜΟΥ 1. Στις οδηγίες εκτέλεσης σας δίνονται οι ηεροηνίες τεσσάρων ηερών (αιθρίων κατά το δυνατόν), εκάστη αντιπροσωπευτική ιας εποχής. Σας παρέχονται ετρήσεις δεκαλέπτου και ωριαίες της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο και σε κεκλιένο επίπεδο υπό συγκεκριένη γωνία. a. Σχεδιάστε από τις τιές δεκαλέπτου την ηερήσια πορεία της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο και σε κεκλιένο επίπεδο για κάθε ία ηέρα. Σχολιάστε και αιτιολογείστε τις παρατηρούενες διαφορές. b. Υπολογίστε από τις τιές δεκαλέπτου και τις ωριαίες τιές την ηερήσια ολική ηλιακή ακτινοβολία (Rs) για κάθε ία ηέρα. Συγκρίνατε και σχολιάστε τις ευρεθείσες τιές. c. Υπολογίστε (από τους θεωρητικούς τύπους) τις αντίστοιχες τιές της ηερήσιας ολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο στο όριο της ατόσφαιρας (Ra), για τα γεωγραφικά πλάτη του σταθού, των 45 0 και των 60 0 για κάθε ηέρα. Συγκρίνατε και σχολιάστε τις ευρεθείσες τιές. 2. Στις οδηγίες εκτέλεσης ορίζεται συγκεκριένη χρονική περίοδος 365 (η 366) ηερών και σας παρέχονται για κάθε ηέρα της, ωριαίες ετρήσεις της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας. a. Υπολογίστε τις ηερήσιες τιές της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας Rs για κάθε ηέρα. b. Υπολογίστε (από τους θεωρητικούς τύπους) τις αντίστοιχες τιές της ηερήσιας ολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο στο όριο της ατόσφαιρας (Ra) για κάθε ηέρα. c. Υπολογίστε τον δείκτη καθαρότητας (clearness index) k t = Rs/ Ra για κάθε ηέρα. d. Απεικονίστε γραφικά την πορεία των Rs, Ra και k t για την δοθείσα χρονική περίοδο. Συγκρίνατε και σχολιάστε τις οοιότητες η διαφορές της διαχρονικής πορείας τους. B. BΕBΟΜΕΝΑ ΕΘΝΙΚΟΥ ΑΣΤΕΡΟΣΚΟΠΕΙΟΥ ΑΘΗΝΝ (ΕΑΑ) 1. Στις οδηγίες εκτέλεσης ορίζεται συγκεκριένη χρονική περίοδος 3 ετών και σας παρέχονται για κάθε ηέρα της, ηερήσιες ετρήσεις της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας (Rs), των ωρών ηλιοφάνειας (n) και της νεφοκάλυψης (cl). a. Υπολογίστε (από τους θεωρητικούς τύπους) τις ηερήσιες τιές των θεωρητικά αναενοένων ωρών ηλιοφάνειας (N) που αντιστοιχούν για κάθε ηέρα ενός έτους στο ΕΑΑ. b. Υπολογίστε (από τους θεωρητικούς τύπους) τις αντίστοιχες τιές της ηερήσιας ολικής ηλιακής ακτινοβολίας σε οριζόντιο επίπεδο στο όριο της ατόσφαιρας Ra για κάθε ηέρα ενός έτους στο ΕΑΑ. c. Υπολογίστε από τις ετρούενες τιές του n, το λόγο n/n για κάθε ηέρα της χρονικής περιόδου. d. ιαχωρίστε τις ηέρες της χρονικής περιόδου σε αίθριες και πολύ νεφοσκεπείς ε κριτήριο τα όρια για το cl που αναφέρονται στις οδηγίες εκτέλεσης. Βάσει της εθοδολογίας που

18 17 αναγράφεται στη θεωρία, προσδιορίστε τους συντελεστές α S και b S της σχέσης: n Rs= α S + bs Ra N ηλαδή, αποτυπώστε την γραική συσχέτιση των Rs ε τα Ra πρώτα στις πολύ νεφοσκεπείς και στη συνέχεια στις αίθριες ηέρες και προσδιορίστε τα α S και b S από τις κλήσεις των γραών αντίστοιχα. Χρησιοποιείστε ως Rs τις ηερήσιες τιές ολικής ηλιακής ακτινοβολίας στο οριζόντιο επίπεδο (που αντιστοιχούν στις νεφοσκεπείς για την πρώτη καπύλη και στις αίθριες για την δεύτερη καπύλη ηέρες) και τις αντίστοιχες υπολογιζόενες ηερήσιες τιές ολικής ηλιακής ακτινοβολίας στο όριο της ατόσφαιρα (Ra). e. Χρησιοποιείστε στον επειρικό τύπο Rso = ( z)ra το υψόετρο του ΕΑΑ και υπολογίστε για τις αίθριες όνον ηέρες τις έσες ηερήσιες τιές ολικής ηλιακής ακτινοβολίας. Συγκρίνετε τις εκτιούενες ε τις ετρηθείσες τιές. Σχολιάστε τα αποτελέσατα. 2. Στις οδηγίες εκτέλεσης ορίζεται συγκεκριένη πρόσφατη χρονική περίοδος 1 έτους και σας παρέχονται για κάθε ηέρα της, ηερήσιες ετρήσεις της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας (Rs), της διαχύτου ηλιακής ακτινοβολίας (R d ), των ωρών ηλιοφάνειας (n) και της νεφοκάλυψης (cl). a. Χρησιοποιώντας τις τιές των α S και b S και των Ra που ευρέθησαν προηγουένως (στα d και b του Β1, αντίστοιχα) υπολογίστε τις ηερήσιες τιές της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας και συγκρίνετέ τις ε τις ετρηθείσες την ίδια περίοδο απεικονίζοντας τη γραική συσχέτισή τους. b. Υπολογίστε την προβολή της άεσης ηλιακής ακτινοβολίας στο οριζόντιο επίπεδο (R bhor ) για κάθε ηέρα. c. Αποτυπώστε σε ένα διάγραα την διαχρονική πορεία των Rs, R d και R bhor. Συγκρίνατε και σχολιάστε τις οοιότητες η διαφορές της διαχρονικής πορείας τους. d. Θεωρείστε τις τέσσερεις ηέρες που αναφέρονται στο Α1 ( νέος σταθός ). Χρησιοποιώντας δεδοένα ωρών ηλιοφάνειας από το ΕΑΑ (ως γειτονικό σταθό), τις τιές των α S και b S που ευρέθησαν για το ΕΑΑ προηγουένως (στo d του Β1) καθώς και τις τιές της Ra που ευρέθησαν προηγουένως για τον νέο σταθό (στο c του Α1), υπολογίστε την έση ηερήσια ολική ηλιακή ακτινοβολία σε οριζόντιο επίπεδο για τις τέσσερεις ηέρες και συγκρίνετε ε τις αντίστοιχες τιές που δίνονται από τις ετρήσεις. Σχολιάστε τα αίτια των διαφορών. 3. Στις οδηγίες εκτέλεσης σας δίνονται οι ηεροηνίες τεσσάρων ηερών (αιθρίων και η) για τις οποίες σας παρέχονται ωριαίες ετρήσεις της ολικής ηλιακής ακτινοβολίας (Rs) και της διαχύτου ηλιακής ακτινοβολίας (R d ). a. Σχεδιάστε την ηερήσια πορεία της Rs, της R d και της άεσης ηλιακής ακτινοβολίας στο οριζόντιο επίπεδο (R bhor ) για κάθε ία ηέρα. Σχολιάστε και αιτιολογείστε τις παρατηρούενες διαφορές. ΜΕΓΑΛΟΥ ΜΗΚΟΥΣ ΚΥΜΑΤΟΣ ΑΚΤΙΝΟΒΟΛΙΑ ΚΑΙ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ ΠΟΙΟΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΦΑΙΝΟΜΕΝΟΥ ΤΟΥ ΘΕΡΜΟΚΗΠΙΟΥ

19 18 1. Στις οδηγίες εκτέλεσης σας παρέχεται πειραατική διάταξη, ε την οποία επιτυγχάνεται ποιοτική ελέτη του φαινοένου του θεροκηπίου. Για την πραγατοποίηση του πειράατος, χρησιοποιούνται δύο γυάλινα δοχεία, στις βάσεις των οποίων έχει τοποθετηθεί χώα. Το περιβάλλον στα δύο δοχεία προσοοιώνει τη γη και την ατόσφαιρα. Σε κάθε δοχείο έχει τοποθετηθεί ως πηγή ακτινοβολίας ία λάπα 100 W, η οποία, όταν είναι σε λειτουργία, προσοοιώνει την ηλιακή ακτινοβολία. Στο ένα δοχείο όνο, υπάρχει η δυνατότητα να εκλυθεί CO 2. Με ψηφιακά θερόετρα ετράται η θεροκρασία του αέρα σε κάθε δοχείο πριν και ετά τη διοχέτευση του CO 2, ε ταυτόχρονη θέρανση από τις λάπες. 2. Να πραγατοποιηθούν τα εξής βήατα: a. Καταγραφή της θεροκρασίας και στα δύο δοχεία πριν τη διοχέτευση του CO 2. Τι παρατηρείτε; b. ιοχέτευση CO 2 στο ένα δοχείο για 30 sec. c. Ενεργοποίηση της λάπας και στα δύο δοχεία. d. Καταγραφή της θεροκρασίας ετά τη διοχέτευση του CO 2 και στα δύο δοχεία για 5 min (ανά 30 sec). Τι παρατηρείτε; ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1) Βαρώτσος Κ., Καρράς Γ.. Σηειώσεις εισαγωγής στη Φυσική της Ατόσφαιρας, ) Βαρώτσος Κ., Kondratyev K.. Φυσικοχηεία Περιβάλλοντος Τόος Ι: Ακτινοβολία+Θεροκήπιο+ Κλιατική αλλαγή, Εκδόσεις Τραυλός, ) Duffie J. and Beckman, Solar engineering of thermal processes. Wiley+Interscience publication, ISBN ) Iqbal M., An introduction to solar radiation. Academic Press. ISBN ) ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 1. Θεωρία για την ικρού ήκους κύατος ακτινοβολία ( CF%89%CF%81%CE%BF%CE%BB%CE%BF%CE%B3%CE%AF%CE%B1/SolRadParartima1.pd f) 6) ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ 2. Θεωρία για την εγάλου ήκους κύατος ακτινοβολία και το φαινόενο θεροκηπίου ( CF%89%CF%81%CE%BF%CE%BB%CE%BF%CE%B3%CE%AF%CE%B1/SolRadParartima2.pd f)

20 ΗΗΝ2 ΘΝ- Γ ΗΝΦ 1. ΘΝΝΦΝ 1έ1ΝΓΓΗ ΝΝΝεα ΝαΝΝαΝπΝααΝαπΝΝΝΝΝαΝπΝαΝαΝαΝαΝΝ αναανναανννπννανααπντννναένθεοαα αννννν πνπαννονααονναν,νανανανννπνανννν ΝαΝΝαΝΝα,ΝΝπΝαΝααΝπΝΝΝπΝΝαΝαέΝ ΝαΝΝΝαΝΝαααΝακΝα)ΝΝΝααΝΥαΝαΝπΝ ΝΝπαΝΝΝαΝΝααΝαΝαΝαΝΝα),Ν)ΝΝΝαΝΥαΝπααΝ αανναα,νααναναπναναν, ανααναναα,ναανανν αανααννααα)ναν)ννναανυννααναπννανααναννααν απννναα)έν πναν,νναανναανααννν Ν αν Ν πααέν Ν αν αν αν απν Ν ααναανν σή1ίίmέννπαανανν 0.6 σή1ίίmένννναανννννπαα,νν ααν πέν Ν Ν παααν Ν αν Ν ανναανννένναααννααν αανυαν1έ1)ένναναναπααννν ααν,ν Ν αν κν 1)Ν Ν Ν παν Ν,Νβ)ΝΝαΝΝαΝΝααα,Νγ)ΝΝπαΝΝ ΝαΝΝαΝΝαΝδ)ΝΝΝΥΝ,Νπα,Να)Ν αννανέ αν1έ1κναοννοααν α οναννοπαα 1έβΝΦΝΘ ΝααΝΝααΝαπΝΝαΝαΝΝαΝΝαΝπαΝΤΝΝΝαΝ ααέν Ν Ν Ν ααν Ν ααν α αν αν α,ν Ν πν αααν απν αν αέννααννααντνανπναπανννπαανπαακ. Απο (T max ) αναπο ε (T min ) εοαα ΝααΝπΝαΝΝπΝΝαΝα ΝπΝΥβδ,Να,Ν)έ έ Μ εα εοαα πναναπννκ 24 1 T T hi,νπνt 24 hi ννααννυiννν1,νβ,έέέ,νβδ)έννννυ1έ1) i1 πααπνπνααν,νανν αννναανααανναννν ααννααέννππνπνανννννπαανπνπααπαννίθκίί,ν1δκί0 αν βίκίίν Ν Ν α,ν Ν Ν πν Ν Ν αν ααν αν Ν Ν Ν απν Ν πααν πνπκ

21 T T T 1 2 T max min (1.2) 1 3 T (1.3) 1 4 T (1.4) O αν πν ααν απν Ν Ν Ν παν Υέέέ)Ν αν Ν πν Ν Ν αν ααντννννννανέν Γ. Μ αα εοαα ( T mo 1 v mo T (i) i1 ) πνπαναπννκ T (1.5), πν ννπνννναέ. Μ εα εοαα ( T E 1 12 E T mo( i ) i1 ), πνπαναπννκ T (1.6), πν ννπν. ΝαΝπαΝΝααΝΝααΝΤΝαΝπΝαΝαπΝΝπΝΥ1έε) - Υ1έζ)ΝαΝαΝ ανννανννυt max, T min )ΝΝαα,ΝαΝΝΝΝααΝ,ΝΝΝααΝ,Ν έπέ 1έγΝΝΝΗΝΘΝΝΝ ανα ΝαΝαΝΝαΝα ανυανα),νναανναανπα,ναναα,ναπν αννανανανπανναανννπνπααανανπνννααννναν ΝπΝαΝ1-βΝΝΝΝΝΝΝΥαΝ1έ2)έΝΝαΝπαΝΝααΝΝαα,ΝΝ ΝΝΝαΝπαΝΝΝαΝααΝαΝΝΝΝααΝπααΝΝ αν1έ3ένανναννα,ννπααννανααναναναναπνα πν απανυνναναα)νναπανναανανααέννα,ναανννναν ααννπαανπναπαναννννααέννναννναανν ΝπΝαΝπαααΝΝΝΝααέΝΝΝαΝΝΝΝΝααΝΝ ΝΝΝΝΝαΝααΝαΝΝΝΝΝΝααΝααΝπΝαπΝΝπαΝΝ,Ν αννννααναναπνανπναναπννανααένννα απαν ΝΝΝΝΝΝπΝΝπαΝΝΝπΝαΝΝαααΝΥπέέΝΝαα)ΝΝαΝΝ Ν ΝπΝΝαααΝΝαΝΝααΝπΝΝαέΝΝππΝπΝΝαΝΝαΝα,Ν αν Ν Ν αν Ν Ν Ν ααν αν Ν αν απν Ν Ν πν αααν πααπ,ν ααννναννπνπανυαν1έ2). ΝαΝααΝΝΝαΝΝΝΝααΝΝβδΝαΝΝΗεο Θεοε Εο (Η.Θ.Ε.): Η.Θ.Ε.= T max - T min

22 ΝΗέΘέΕέ ανανπνανανπαναναα,ν,ναπκ 1. Ν αν πν αν Ν πέν Ν ΗέΘέΕέ Ν αν Ν αν Ν Ν αα,ν αν αν Ν ανπένννννανν,να ΝαΝ ΝΝΝΝαΝ Ν αν αν αν Ν Ν Ν αν αν ααν αν πέ Ν πν π Ν ΗέΘέΕέ απαέναναναναανανπννανπ,ννηέθέεέ ανανναν ΝΝπΝαΝΝαΝΝΝπέ αν 1έ2κΝ ΗΝ αν ποαν Ν οααν ον ααν Ν αν αν αον αν αν αναννανυαοφέ αν1έ3κνηανποαννοαανον αα,ν Ν Ν Ν Ν α ποαν Ν Ν αν αοοαν αν Ν ΝΝαοοαέΝΝ 2. πνναναννπνανανπννπέννηέθέεέ αννπναπννανναν απτν,νπναπννπνπέν,νπναπνναανννννπαννβ-γν σ,ννπν απν ΝπαΝαΝΝβίΝ σέ 3. ΝέΝΝΗέΘέΕέ ανννανανπνα,ννννανανναναέ 4. ΝΝαΝΝΝΝέΝΝΗέΘέΕέ αννπναπνπνναν,ννντν ΝπΝαπΝΝπ ανναναννννννπνππνανναπ Ν ΝΝέΝπ,ΝαΝαΝπΝαπΝΝπαΝπΝαπΝΝέ 5. Ν έν πν Ν ααν ααν αν α,ν,ν απν Ν παν Ν,Ν Ν Ν Ν ΗέΘέΕέ ααννναννέ ΝΝαΝαΝαΝΝαΝΝααΝΝαέ 6. Ν αέ πν Ν ααν πααν πν α αν αν ααν Ν, ααν αν αν πναννανανννννηέθέεέ αναναναναα απ ΝΝπαέ 7. ΝαααέΝΝππΝαΝΝαα,ΝΝΗέΘέΕέ ανανπαννανππννν αααένν ανπα Ν α παν Ν Ν Ν Ν Ν ααν Ν ααν ΥαΝ 1έ4)Ν πα,ν,ν απν αν Ν Ν ΥΝ α)ν πν αν Ν ήν ΥπΝ απν Ν πήα)ν αν Ν Ν Ν αήφν ΥπΝ απν Ν πήα)έν Ν ή Ν αν 1-βΝ Ν Ν απν αν ααν. α,νζε, Fairbanks, USA. α,ννεβ, UK

23 ανανανανανπνα,ναν παν παν Ν αν αν Ν αν αν Ν ααν Ν Ν α,ν Ν αν Ν α,ν αν παν Ν αννανναέ ΝΝΝΝαΝ πν Ν αα Ν Ν ααν αν Ν αν ααν Ν ααν Ν αν Ν Ν Ν αν ααν πν αν Ν παν πν αν Ν ααννπναέ. α,νγ,νεanaus,ναα. α,νβί, Zimbabwe αν1.4κννανοανανααναονν αναοοαννονπο (πνphysical Geography.net) Ν αν Ν Ν ααν Ν ααν Ν Ν αν απν Ν Ν ααν Ν Ν αν πν αναννναννεο Θεοε Εο (ΕέΘέΕ.): Ε.Θ.Ε.= T mo(εο) T mo(ο) αν 1έ5κΝ ων ααον Ν αον Ν Ν οααν ον ααν ον ον αν απν Ν Ν οαανονονα Ν ΕέΘέΕέ αν αν πν Ν αν πα,νανναννννααναπτν Ν Ν Ν παν πν απν Ν αανααννπένανναν ΝΝΝααΝΝααΝΝΝπΝ παναναννπανααναπναν πννανανπανπαννανν παν Ν Ν Ν Ν αν ααέν Ν Ν Ν ΕέΘέΕέ αν Ν Ν αν Ν αν πνυαν1έ5)νννννηέθέεέ ααένν ππν Ν παν Ν Ν Ν ΕέΘέΕέ παανννννπννννν ΗέΘέΕέ ανναα. 1έ4ΝΌΓΝΗΗΝΗΝΘΝ Ν ανανπανανννα ΥΝ αν1έ6) αννν1έε-βνmναπνν ανπνναννανπανανπναπννα,ννανναανατνννανπνέ ΝΝαΝαΝαΝΝΝαΝπαΝαπΝΝΝαΝπΝαπΝΝΝΝ,ΝΝ,ΝΝπ,ΝΝέΝΝπαΝαπΝΝΝαΝαα. αννααννν ππν Ν Ν α, Ν Ν Ν αν Ν Ν ππν Ν απν Ν πν αν αα. αναναννπνννααέννν αναν,νπ αννν Ν Ν αν Ν ααν παν αν παν αν Ν,Ν π παν Ν α, ααν:. ΘαΝ ΝαπαΝαπΝΝΝαΝπΝααΝΝαΝΝπΝπΝέΝΝΝΝΝΝ ΝαΝΝΝΝΝαΝαΝπΝΝαΝΝαΝαΝΝΝΝΝΝΝαΝ

24 ΝπΝπαΝαΝέΝΝαΝΝΝΝΝΝΝΝΝαΝαΝαΝαπΝΝαΝΝ ΝΝΝΝΝΝέΝΝΝπΝπαΝααΝαπΝΝ ανπνπαναν έν ΓΝ Ν Ν παν αν αν πν απν Ν -γθέθν C Ν αν αν αν παναναννανανένανµµαννπαναννννµ,νν µ ΥαΝα) ανννυαανα)νµααένγαννµννµναν ΝµΝµααΝµπαΝΝαΝµµα (αν1.7)ένανµµαναναν παν Ν αν Ν µν αµν µαν αν αν Ν Ν µαα (αν 1έ8). Ν πν ΝΝπΝΝΝΝααΝαΝαΝΝΝΝΝΝπα,ΝαΝΝ πν πν αν Ν έν αν Ν Ν Ν Ν αν αν Ν Ν Ν παν Ν αένόανναανπννπανανανννπαααναπταναννναναν ανααννπνανννναέννναανααννπανααναννν πααναέννννπνανααναπννννναναανπνναπ ΝπΝΝαΝαΝΝπΝέΝΝΝπΝαΝπαΝΝαΝΝααΝαΝΝαΝ ΝΝΝΝαΝαΝΝΝΝΝΝπα.. ανν ΝαΝΝΝαπαΝαπΝπΝαα,ΝΝπΝαΝαααΝαπΝΝαΝ αννανέν ΝαΝΝαέΝΌαΝΝααΝΝαΝα,Ν αννααναανναννανπ,νναπανναπαννανανπνυαν 1.9)έΝΝαΝΝΝαΝαΝαΝΝΝΝΝαΝΝαΝΝαΝπαπαα ΝαΝΝ,ΝΝπΝαΝπΝαπΝΝΝπΝΝΝΝααέΝΌαΝΝααΝ α,νννναανανννααναανν αα,νναννααναανν ΝαΝαΝΝαΝαέΝ ΝαΝαΝαααΝ πνααννπααπνα ΥαΝ1.10). Γ. Θ αναννναννανseebeckένναννναναανυ,ν,ν αν1.11)νανανννανανανναένννανν(1) ανααν απ Ν Υβ),Ν ανααναπνα,νααπανανανναένννναν ανπννναναανανννένέναναννααννανανααν ΝααΝααΝαΝΝΝΝππΝ ΝΝααΝΝαΝπΝαΝαΝ,ΝΝΝ ανπνααπανναννανννανααναννναννννανν ΝααΝπΝαΝέΝπΝ ανννπνπνανπνανν αννέννπννανααναπνναανναα,νναανανν αανπναπαα.. Να αα ανανανανναννανναανννννααένπ, αν ΝΝαΝΝπΝΝπα αναανανανπναέννν αναπννναπανναννναανναννανανναν Ν Ν Ν Ν αν Ν ααέν Ν αν πν Ν παν αν, Ν π αν ααν Ν ααν αα,ν Ν Ν Ν αα,ν απν αα,ν αν,ν Ν αναννναπένάαναανπνπανανν αν αένέαννπν ΝααΝαΝΝεοέΝαΝΝΝααΝΝαΝαΝπααΝαΝαΝαπΝαµΝ ΝΝπΝαΝπΝπΝαΝΝΝµαΝµααΝαπΝαΝΝααέΝαΝΝαΝαΝ πνααναν απνναναααννααέ

25 . ααννναα ΝαΝµΝπΝαΝααΝΝπΝαΝΝΝααΝΝπα πνανέννααν Ναα ΝαΝπΝαααα,ΝπΝπαΝπαΝααέΝΝΝααΝαΝααΝαΝΝαΝ πν Ν Ν πν ααν,ν Ν Ν Ν αν Ν έν Ν αµν Ν ααν Ν αα ανναπννναν,ννπαναππνναµνπνπναπααννν ανµαανανµαννµµνναννµα ΝπΝαΝΝαα,ΝαΝ Ν1ήe,ΝέΝΝγηέΝΝπααΝ1έ1ΝπααΝΝΝαΝαΝα α µανν ΝαµέΝΌα Ν µπαναννµνπ,νανα αα µνν ανππνγίνπένννππ,ννανανννµαννµαανανππναν πα ανµνπνµνναέν ααν1έ1κνηνοναναναοονα Αα Θµα Χο α (s) ΘµµΝπµα ΘµµΝ εανµµ Θµ αν1έ6: ωοονωνπον ΝΝΝωοοΝαα αν1.7: ΘοΝαο αν1.8κναοον ο αν1έ9κνηναονν οαανποαναον αονανονααναναον ΝαπαΝοΝαο αν1.10κνθοο αν1.11κνθοο 2. ΓΝΝΦΝ 2.1 ΓΓΗ ΝαααΝπΝαΝαΝπαΝΝπΝπααΝΝααΝααΝΥα),ΝΝΝααΝ Υ,Ν,ΝαΝαπΝααΝπέ)ΝαΝαΝΝΝααΝΥ,Να,ΝαΝαπΝπαΝπέ)έΝ ΝιίΝαΝπΝΝπαΝΝΝαΝΝΝθ-10 km απννπανννυαανβέ1)ναναπν Νί.3 0.δΝΝαΝΝαΝαΝΝαααέΝΝπαΝΝαααΝΝαΝαΝ ααννννααννννααναννπαννναανναανααν αναναέννα,ναναναπνννν ααανυί-δνα Ν),ΝαααΝ ανναναναα,νναννανανναπανγν ααένπννν

26 παννπνπννπαννα,νννίέίί1νανναααναναππνπαννν 1.γ 1ί 13 ένπννπανα,ννιενανννανανννεναννναναν πα. ΌΝ Ν παν Ν αν Ν αν Ν αααν Ν Ν Ν αν Ν ααπένγανπναπ,νννπνανααναναπανναααν ανναννννέ ααναανπναναννπαναννναα. ΝΝπ,Ν πννππναέννππνπνναανπνανανανπανα,ναααν Ν οοέν Ν ππν πν Ν ααν αν Ν Ν Ν Ν Υevaporation) αν Ν πν (condensation) αννπανυανβέ1έ)έννανππ,ναααννανυανβέ1έ)έν ααν2.1 ααονανα Νο Υψο Πα (km) αο (%) (α) () () αν βέ1ν Ν ΥαΦΝ Ν αα,ν αν Ν ποαν αον ον ον ααν πων απν Ν Ν ππν παν ο, ΥΦΝ Ν οον αα, ΥΦΝοοΝααέ βέβνφνγ ΝπαΝΝαΝπΝπΝΝααΝααΝαΝααέΝΝΝΝααΝΝαα,Ν ανναναπννπααννπαακν ένννανυvapor pressure - e) Ν αν πν αν αν Ν Ν Ν,Ν ααν Ν παν ααν ααν αν ααντνα,νανννννπ,νπναπνννναανπένννανπν ΝαΝαΝΝαΝΥe)έΝΝΝΝΝαΝπαΝαΝαΝα,ΝαπΝΝαααΝ ΝΝ e R T (2.1) v v * πκνr v,ννναννα ( R 1000R / M = JK -1 kg -1 ), v,ννπαν, Τ, ΝααΝΝααΝΝ,Ν R*= JK -1 mol -1,ΝΝπααΝαΝΝα, α M w = 1θέί1ζΝg,ΝΝαΝΝΝ. v w Νππ,ΝπΝΝααΝαΝΝΝα,ΝΝΝΝαΝαΝγ (saturation vapor pressure)ναναννe s ένννννανυe s )ΝπΝαΝπΝαπΝΝΝΝσlausius-Clapeyron. ΓΝΝΝσlausius-σlapeyronΝπΝπΝΝe s πναπναννααννννααντ,νπν αν αννννννανννπένναννααανννσlausius-clapeyron αναπν: des L (2.2) dt T( a a ) sv w

27 πκνl = ΝααΝαΝΝΝνΝβέείίx 10 6 J kg -1,ΝΝα a αν ΝΝΝΝΝΝΝαΝΝααΝΝααέ sv w Ν,ΝΝΝΝΝαΝαΝπΝαΝαπΝαΝπΝαααΝΝπΝααΝΥ sv >> w ) ΝΝΥβέβ)ΝαΝπ: des L (2.3) dt Ta sv πννααανναννανυ a R T / e )ΝΝαΝΝΝΥβέβ)ΝαΝαααΝΝR v πα, 1 e s de s dt Le LM w (2.4) * 2 R T 1000R T s 2 v sv v s ΓαΝΝΝΝαΝΝααΝΝααα,ΝπΝαΝΝα,ΝπΝΝΝΥβέ4) α: 1 e s e s T LM w * 1000R T 2 Υβέδα) ΝΝαΝΝΝΝΝΝαΝΝe s ΝΝαΝΝααΝΝααΝαα,ΝπΝΝ ανυβέβ)ναννανανναανυβέβ)έν ανναναπ Τ o =βηγννντ αναανπννe so =6.11 hpa αντ o νβηγννυαανβέβ),ν e s (hpa) ΝααΝΤ Υ),ΝαΝαπΝΝ, es LvM w ln (2.5) * R 273 T 273 T π, Ν ααν αν πν Ν αν Ν πν Ν Ν Ν Ν α,ν πν αν Ν Magnus-Tetens: e s e so 10 T T πκ α = 7.εΝαΝ = C ΥπΝαπΝΝ) α = 9.ηΝαΝΝνΝβζε.5 C ΥπΝαπΝΝπ) Τ νναανναανν C. έναανανυmixing ratio - r) ΝαααΝαΝr αννννανm v ΝαΝπΝΝαΝm d ΝΝααΝπΝπαΝΝ ΝV α ΝααΝΥm a = m v + m d )ένννα πααπνα: r = m v m d ανανναανν r s = m sv m d (βέζνα,) Νr α,ν,νναανανανανναανυg/kg). : ΝΝΝαΝΝr ππν αναννααναέ Γ. αα (specific humidity - q) EΝααΝΥq)ΝΝαΝΝαα,ΝαΝΝΝΝαΝm v ΝαΝΝπΝΝαΝΝαΝm a (m a = m v + m d )ΝαΝαΝΝααΝαΝαΝαΝΝααέΝΝ q = m v m d + m v (2.7) αναπανννναανανννααανανννκ

28 r q 1 r r ΥβέθΝα,) s qs 1 r s Ν q r ΝΝr<<1 (2.9) ανπννανννααννανααανανί.01 g/kg. αανβέβ ανβέβνννωναναννοαανοναοαοναα. αα (relative humidity - RH) ΝααΝΝααΝααΝαΝΝΝΝαΝm v ΝαΝπΝπαΝΝαΝΝΝ αα,νπνναννανm sv πνανπνννα,νανανννα,νπννννπν ανααντ, m v RH (2.10) m sv ΝΝααΝΝΝΝΝαΝπΝΝαααΝαπΝαπΝΝααΝέΝΝΝΝααΝ απναναννπ,νανννανπαναπννναανανναπνναπν ααέννrh πναννανννννννανe πννννανe s ΥΝαΝΝααΝ Ν α),ν αν αν Ν Ν Ν Ν αααν αν πν Ν αααν αν Ν ααν ααν πν ανννναανανπ,νανκ r e RH (2.11) r s e s ΌπΝααΝαπΝΝΝΥβέ11),ΝΝΝΝRH αννναναντναννανναααν Υ)ΝέΝΝααΝ,ΝΝΝααΝαΝΝΝ1ίίέΝΝΝΝαααΝαΝπΝΝαΝ

29 ανννrh ξν1ίίέννανανπααννναααν,νννννααναννν ανναναναναέννναανανανανανπα,ν ανπαναπννανννααννανναανπέν ΝΝΝΝΝαΝΝαΝΝΝααΝπαΝΝαααΝ,ΝαΝαπα,ΝΝ ααναννr, e αννπν ΝΝ: e r (2.12) P e ανααναννααν r e s s (2.13) P es π: ε=μ w /MB d =18/29=0.622 πννννανe Νe s ανπννννπν (P>>e, P>> e s ),ΝΝΝΥβ.12)ΝαΝΥβ.13) ανανπκ e r 0.622, P (2.14 αν- ) e r s s P έ πναανυabsolute humidity - ) ΝαπΝααΝαΝΝΝΝΝαΝΝαΝm v πνννv ΝααΝΝπΝπαέΝΝ αανανναπναανα: m v (2.15) V αν Ν Υβέ1ε)Ν Ν Ν αααν Υβέ1),Ν Ν ααν Ν Ν πν Ν Ν απν ααν Ν Ν ανννανυe), e e (2.16) R T (T ) v π: e ΝkPa α T Ν C. ΌαΝΝΝe πννmmώgναννααν Νgήm 3 ανπαννν,ννν (2.16)Νακ Ν e (2.17) α,νανπανα,νναπνααναννννανανννναέννννα αν ΝαααΝαΝΝΝαΝΥe e s ). ένέανννπανυsaturation deficit - SD) ΈαΝΝΝπαΝαΝΝαΝααΝΝΝΝαΝΝααΝααΝΥe)ΝαΝΝ ΝΝΝαΝΥe s )ΝΝαΝαα: SD = e s e (2.18) ένθααννννυdew-point temperature - T d ) ΘααΝΝΝΝΝαπΝααΝΝαΝΝααΝΝπαΝππΝαΝΝαΝ αανα,νπνανπναννπνναανα,νναννυrh νν1ίί)έννππνα,νν Νe ΝαΝπΝπ,ΝαΝΝΝΝΝΝe s ΝΝαΝΝααΝΝΝΝΥT d ),

30 e(τ) = e s (T d ) (2.19) πναννt d,ννναανπνανπναπν: T d T es RH 100 (2.20) e s ανανναννααννααναννααννππ,ννννααναν1ίίέν αννναανανπναναπννναα,νναανυν)ν,νανν,ν ανανναανπαννα,ναναναννναννααννααέ ΘέΝΘααΝΝΝΝΥWet-bulb temperature - Τ w ) ΘααΝ Ν Ν ΥΤ w )Ν α Ν ααν πν απν Ν ααν ααν πν αν πν Υα),Ν αν αν ΤΝ αν αν Ν Ν Ν Ν αν Ν,Ν Ν αααν αν Ν Ν πνυααα)ένθναναανανm ΝπΝαΝαπΝ ανααντ ΝααΝΤ w,νν ΝαΝΝm v. ΝΝπΝΝπήαααΝα,ΝΝααΝαΝπΝαπααΝαΝΝ ΝαΝαπΝΝ: Lm v m C v p mcp(t Tw ) Ν (T Tw ) (2.21) m L π: C p, ΝΝαΝΝααΝνΝ1004 J kg -1 K -1 ΝΝΝΝαΝm πααναναννααα,ννννm v /m ΝΝαΝΝΝααΝ ΝααΝαΝααΝαπΝΝαΝαα q(t) Ν q s (T w ), m v m q (T ) q(t ) (2.22) s w πννανννυ2.21) αν(2.22) ππ, q(t ) C p qs(tw ) (T Tw ) (2.23) L ααν Ν Ν q, ααν πν Ν Ν (2.11), (2.12) αν (2.14), Ν Ν Ν αν Υe)Ν παναπν Ν: Cpa e es ( Tw ) ( T Tw ) P (2.24) 0.622L u πνννναανννννππνκ αέναννανααναανκντ ρ Τ w ρ Τ d ένανννααναανκντ Τ w = Τ d Ν ααν Ν Ν παν αν Ν πν Ν ααν Ν Ν αν Ν Ν ΥπΝ παα)έ 2.3 ΗΗΝΝΗΝΝΗΝΓ Ν ααν Ν αα παν αν Ν αν Ν βδν Ν αν Ν έν Ν αααν Ν ανπανννααννπανανανανααπαννανπανναα,ννν πννανναννααναννπννανννναανυανβέγ)ένναν ΝΝΝααΝΝααΝΝααΝααΝπΝΝΝΝαπ ΝΝΝΝΝα,ΝαΝαΝ πανανννννααέννννννααναανπναπνννν Ν ααν Ν αα,ν Ν αν Ν πν απν Ν πν απν Ν πν απν Ν αέν Ν πν Ν ααναα,ννανπαννναα ανπέ ΝαΝπα ΝΝααΝΝααΝπαΝαπΝαΝΥαΝ2.4),ΝαΝΝαΝπαΝΝ αανναα,ννναννανυα)ναννανναανυ,ν)έν

31 Ν Ν αν απ αα () αν ααν Ν Ν Ν αν Ν Ν ααννααέννανπαννναα (q) παναννννααννέν,ν α,ν αν Ν αν Ν α,ν α πν Ν αν αν α Ν Ν π,ν παν πν αν ααναναπνναααέννναανν,νννααναννανπνανπν Νααα. ΝπαααΝαΝΝαπαΝΝαΝΝαΝΝααΝΝΝα, α ΝΝΝααΝΝααΝπαα ΝΝαπα,ΝΝαααΝΝΝαΝα. αν2.3 ΗαΝποαΝΝRώΝαΝΝ. αν2.4 ανποαννrh ανt. 2.4 ΗΗΝΗΝΓΝΝ ΝααΝ ααανανννααννανπναναέ πνν πν,νπνν,νννα,ννπν,ννν Ν ΝέΝ Ν ανανννακ 1έΝΝΝαΝΥ) βέννααννναννναπνναανυνα) γέννπννπνπναννυπν) δέννααννννννναπ ΝπΝαΝΥ Ν ) 5. ΝααΝαπΝα... ΝΝαπΝααΝΝαΝΝΝααΝαΝΝΝέΝ απαναπ ΝαΝα ΥΝΝΝαΝα),ΝπαΝπααΝΝααΝΝΝαΝπαΝΝ ένναννναανναανανννανααν (T)έΝΝΝΝΝ ΝαπαΝΝααΝπΝααΝ ΝαπoαΝΝαΝ,ΝΝΝαΝΝΝαΝ αανν (Τ w ). ΌαΝΝΝααΝα,ΝαΝαΝΝαπΝΝπαΝΝΝ ΝαΝΝααΝΝπέΝΌαΝπΝπα,ΝΝΤ w απαένναπναα (),ΝπΝαΝ αννννπνναν(e),νπαναπννν (2.24). ΝΝπαΝΝΝ ΝαΝπΝαΝΝΝΝΥπέέΝΝπΝ August,ΝαΝβέεα ) ΝΝΝ ανυπ Assmann, ανβέ5)έννανννρssmannνππνανανγ-ενπννναννέν ένν. Να ΝαΝΝαΝΝΝαπΝΝΝΝααΝ ΝΝπαΝαΝΝαααέΝΌα ΝΝααΝαΝαπΝίΝΝ1ίί, ΝαπΝαΝπαΝΝ αν Ν Ν Ν α 2.0-βέεέΝ Ν αν Ν α,ν Ν αν παν αν αν Ν ππν πν α αααννααένννννναπν, ΝαΝ ΝΝΝ πνααννανννααν παννπννανανν αα αννααναπνίνν1ίί ΥαΝ2.6)έΝαΝααΝαΝΝαΝαΝΝαΝααΝ ΝΝααΝΝΝΝ,ΝΝΝΝαΝΝΝΝαΝΝαπΝΝααΝ Νααέ

32 Ν ππν Ν αν αααν παν αν πν αν αν αν Ν Ν Ν αέ ΓέΝ πν α. αν αν αν Ν Ν αν Ν πν αν πν αέν Ν ααν αν αν αν αν Ν αν πα Ν απ αν Ν ααν Ν παν αν πν αν πν Ν πν παέν αν ααν ααν αν παν αν Ν αν Ν έ. Ν Ν Ν αέν αν ααν αν Ν,Ν Ν αν αν Ν πααν ΥΝ ααν Ν α)ν πν αν Ν αν Ν Ν ααέν Ν αν Ν Ν πν αν αν αν ααναπνννπνννανπννπνένανανανανααν ΝΝαΝαΝαααΝΝαα απααναννννπναανανανν ανυ)έ ανααναανανναπναπα,νπέένα. έννααναπνααναπνα. ΝαΝαπΝΝαΝπαΝΝαΝΝΝ πν αν ααν αν πν ααν πν αν πν αν Ν Ν παν Ν ααν Ν αέννανανναννννναπνπνααναπνναναν αννννανπναπνυανννππ)ένανααναανπν αανανπνανανπνανανααναπ. Υα) ανβέηκννοναφaugust,νφνππνassman () ανβέθκνοο 3. ΦΓΝΓΦ ΘΝΝΓ Ν αναναννναννανναννννπνν απνανπνναννννανανααένανααναναναπνπν παν Ν πν αν Ν αα,ν Ν αα, Ν αν αν Ν έν α,ν αααν Ν Ν ανναννπνπανέν. ΝααΝΝΝ ΝαΝΝααΝαΝΝΝααΝΝαΝπΝααΝΝΝαΝΝπα,ΝΝπαΝ αναναανανανν o CέΝΝααΝΝαΝΝαΝααΝ(Tε) α:

33 Τε = Τ 0.4(Τ - 10)(1-0.01RH) (3.1) πντ αννααννννν o C ανrh αννναανυ)ένγανπαα,ναανγί o σναν ΝααΝείΝΝαΝΝαΝααΝβζ o σένννανααναν1θνανββ o σναναναν Ν Ν Ν Ν αν αν Ν παν Ν Ν αν αν Ν απέν αν Ν αν αανπννββ o σ,νναπναναανανν,ννανανανναπνν1θ o C ΝαΝααΝαΝΝέΝ. ΝαΝΥeatΝndex) ΝΝαΝαπΝαΝΝΝαΝπΝ ΝααΝΝααΝΝαΝΝαΝπΝΝ αανπνναννναννπ,ναναννπνπνπνανπνναπν αένναανανννπαπννπ,νναπνανανναανννν Ν Ν Ν αααν Ν έν Ν α, πν αν Ν Ν απαν απν,ν ααν απααναναπννανναπανανανναέν,ναννναανναανααν ΝΝππα,ΝΝΝπααπΝαααΝαα, ΝαπαΝΝπΝΝέΝΈ,ΝΝαΝααΝαΝ απν Ν πααν αν ααν πν Ν ααν απν Ν πααέν ΌΝ ααν α,ννπανναανναναανππνααναέν απνπανανν,νν ππννανανανα ΥααΝ3.1)έΝΝππΝαΝαπΝΝΝΝΝΝΝ π,νννπαααννναναπννπαανπέένα,ν,ν,ννααναν αέ αανγέ1νναναννν ααννναννοαανοναανν o C. αανγέβέναννοννοανdi. DI ( o C) αονοα <21 ΝπΝα 21 < DI 24 Νπ μνείνννπ 24 < DI 27 Νπ ξνείνννπ 27 < DI 29 ΝΝαΝΝΝΝ π 29 < DI 32 ΌΝΝπΝααΝαΝ DI > 32 αανανα,νν αννναανπνν Γ. ΝΝα (Discomfort Index - DI) Ν Ν αν DI (Discomfort IndexΝ Ν Temperature ώumidityν index)ν Ν Thom αν αν Ν αανναανανννααναπν κ DI( o C)=T a -0.55(1-0.01RH) (T a -14.5) (3.2) πντ α ανναανναανναννανrh αννναανυ)έ Νhom ΝαΝααΝαΝ ΝΝ,ΝΝπαΝαππΝαΝππαΝαΝΥααΝ3.2). έέναννννναπνβ1 o C, ΝπΝααΝαΝΝπ,ΝΝαΝΝDI αναπνβδ o C, πναπννείννπνααν ΝαέΝαΝΝΝDI αα,ννααναναέννααναναναν αννdi πνπννγβ o C.

34 4. ΦΓΝ Ν Ν ΓΝ ΓΝ - ΓΝ Η Γ 1 ανν,ννααντ ανβί o C, ΝααΝΝΝΝΤ w αν15 o C αννπν1ί1γνhpa. ΝαΝ ΝΝΝΝΝαΝΝβί,Ν1εΝαΝ11έζΝ o C ανβγέγ,ν1ηέίναν1γέηνhpa, πνανπ αναν ΝΝααέΝαΝΝL=2.500x 10 6 J kg -1 αννc p = 1004 J kg -1 K -1. πν Ν (2.23): q(20) = q s (15) - [1004/2.500x 10 6 ] (20-15) (α) ΘαΝΝΝ q r ΥΝβέι)ΝαΝΝαΝΝΝ Ν(2.14) ΝΝααΝq s (15) πα: s s q s (15) = e s (15)/P = x (17.0/1013) = πναπνννυα) ππ, q(20) = = ΆαΝΝΝααΝΝααΝα 8.4 g kg -1. πανννν ΥβέιΝαΝβέ1δα) πα ΝαΝΝΝα: e = qp/0.622 = x (1013/0.622) = 13.7 hpa. ΝΝπΝ13.7 hpa αννννανναανν11.6 o C,ΝαΝΝααΝαΝΝααΝ ΝT d. ΓαΝΝT d, ΝΝααΝπΝαΝπΝαπΝ Ν(2.20): RH = 100 x 13.7/ %. ΆαΝ q=8.4 g kg -1, T d = 11.6 o C ανrh 59%. αα Ν Τ w αννννανντ α T d. Γ 2 πννααννt d απννναα RH ανναανναα T. Να ανν ααν ααν Ν Ν 1εέζ σν αν Ν ααν Ν Ν δη, αν αν αν πν Ν ααν,ν παννανκ,νπαννννανe s απνννυβέε) ΝΝΝMagnus-Tetens. πνν(2.5) ππ: es ln νν1έίηγέννννννννάανe s mb. Έπα,Ναπ ΝΝΝαΝe s αννναανrh παννννανe Ναα ΝΝ ΝΝ(2.11): e = RH e s /100 = 8.39 mb.,ναννααννt d α ΝΝΝΝ(2.19),ΝαΝΝΝΝe ΝαΝπΝπΝαΝ ΝΝΝΝΝe s ΝΝαΝΝααΝΝΝΝT d, e(τ) = e s (T d ) α αανανν Ν(2.5) ΝπΝΝαΝe,ΝπαΝ T d : ln Td Td Έ,ΝΝααΝ T d ανννδέ4 C.

35 5. ΓΗ Η ωκννοανπονανπονανωννπααω ποωνααναω ΗΗ 1 αν1ίπνννααννααναννναανανανπναναναπννααν ΝαΝΝαπΝέΝ ) αννανπαννααναννναανναανανέ )ΝπαΝΝΝαΝΝΝαΝαΝαΝ α πναέν Γ)ΝπΝαΝ ΝπαΝ ΝαΝΝαΝπΝ απ απνν1ίπν. ανπνν ανπανναανανννααννααέννπααλ )ΝπΝΝαΝΝπΝΝπΝΝπΝα,Ν ΝαπΝΝαΝ απνννν ααννααναννα πααέννα, πννέθέέν )ΝΝαπΝΝΝΝα,ΝΝΝέΘέέΝπΝπαΝΝΝπΝππΝαπΝαΝΝ πνναααν Να Ν... Να ΝαΝΝαΝΝαπΝΝ(αΝαα,Ν π α). ΗΗ 2 ανναννυαπν)ννγ-νυ..., αναπννα)νννααν ΝααΝαΝαΝ ααένπ: )ΝΝΝααΝ ) ΝΝαΝΝΝααΝΝααΝαΝααΝαΝαα. Γ)ΝΝαΝαπαΝαΝΝΝαΝ (αν5.1, 5.2, 5.3) ΗΗ 3 αν1ίπννναανανναανναανανννυανπνααναναναν αα). )ΝπΝ ΝαΝΝαΝπΝαπ ΝααΝαΝΝΝααΝΝααΝαΝΝΝ. ) ΝΝαΝΝαα 3.1, π ΝαΝΝΝΝαΝΥHeat Index)ΝαΝΝΝΝαΝαΝΝ ανπαναένέ Γ)ΝπΝΝαΝΝΝΝαΝDI ανννναναννανπαναένέ ΗΗ 4 αν1ίπνννααννααναννναανανννυανπνααναναν πν)έν )ΝπΝΝΝαΝΝαΝπΝαπΝΝααΝαΝΝΝααΝΝααΝαΝΝΝ. )Ν πν αν ααν απαν α,ν π Ν αν Ν Ν αα έν αν Ν Ν ααν Ν ανπαννννυt,νt d, RH)..

36 αανηέ1κνανοαναπνονα ονονοοπον ΥέπέΝ37 ο 58,ΝέέΝ23 ο 43,ΝοΝαοΝ1ί7 m) ( ) ΘΊΝ( o C) RH (%) Ν Ν αοο Φοο ο πο ο οο οο οο πο ο οο ο αα 5.2κΝαΝοαΝαπΝοΝα ΝέέέΝΗ ΥέπέΝγι ο η4,νέένβγ ο 4η,ΝοΝαοΝ1ίΝm) ( ) ΘΊΝ( o C) RH (%) Ν Ν αοο Φοο ο πο ο οο οο οο πο ο οο ο