Пирометрия облачности

Полезные ссылки:
Метеоцентр.Азия - наш сайт с высокодетализированными прогнозами погоды по пунктам России и мира
Облегчённая версия Метеоклуба (для смартфонов)

Пирометрия облачности

Сейчас в Метеоклубе:
Участников - 5 [ CorvusCorax, whirlwind, kostian, Alexandross, SKROL ]
Максимальное одновременное количество посетителей: 6 [10 Апр 2020 12:14]
Гостей - 0 / Участников - 6

 - Начало - Ответить - Статистика - Регистрация - Поиск -
МЕТЕОКЛУБ : независимое сообщество любителей метеорологии (Европа и Азия) : ФОРУМ О ПОГОДЕ И ПРИРОДЕ / Метеорология: наука и практика / Пирометрия облачности
. 1 . 2 . 3 . 4 . >>
Автор Сообщение
Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 15 Июн 2013 18:33


Давно хотел попробовать измерять инфракрасную температуру (ИКТ) облачности с помощью пирометра
(бесконтактного инфракрасного термометра).
При удачных результатах такие измерения, будучи сопоставлены с модельным вертикальным профилем Т,
позволят определять ВНГО облаков в широком диапазоне (до высоты в несколько км) с точностью (зависящей
от точности модельного прогноза Т, которая составляет примерно 1-1.5 градуса) порядка 100-200 м (исходя из среднего
вертикального градиента Т 0.6 С/100 м). И лишь в случае сильных приземных инверсий (которые неточно прогнозируются моделями)
при низкой осенне-зимней слоистой облачности ошибка будет намного выше.

Конечно, точность 100-200 м невелика и для авиации не очень подходит (там нужна погрешность
не более 30%, то есть при низкой облачности порядка 100 м ошибка должна быть не более 30 м),
но для синоптического анализа вполне сгодится.
В странах хСССР очень мало метеостанций с приборными измерениями ВНГО (процентов 5, от силы 10, наверное), в основном это АМСГ
в аэропортах. Приборы для измерения ВНГО дорогие - отечественный ДВО-2 (диапазон измерения до 2000 м) стоит 600 тыс. р.,
финский CL31 (диапазон измерения до 7500 м) стоит около 2 млн. рублей. Ну а немецкие и американские датчики ещё дороже.

Пирометр стоит всего несколько тысяч рублей и очень соблазнительно было бы оценивать ВНГО с его помощью.

Итак, я приобрёл пирометр TemPro300 за 2000 рублей, угол зрения 12:1, диапазон -50...+380 С, погрешность 1.5 С (это максимальная,
а реальная, думаю, в пределах 1 С, судя по фактическим измерениям).

Сразу скажу первый вывод: наиболее достоверные измерения ИКТ облачности получаются в околозенитном секторе, с зенитными углами
до примерно 30 градусов. При больших углах, особенно при 45 и более, быстро растёт паразитная засветка от земли (возможно, её можно
ослабить, сделав раструб из фольги). Например, вчера вечером при ясном небе ИКТ в зените была -13, а при 45 градусах около -5,
дальше ближе к горизонту она быстро растёт до +5...+10.

Сегодня измерения в околозенитном секторе были такие:
ясное небо -14...-15, один раз даже -19 выскочило
ВК облачность -5
высокая СК облачность в среднем ярусе +6
КД облачность +10...+12, полосы падения до +15...+16

С учётом профиля Т по ГФС получаем ВНГО:
ВК 4300 м
СК 2800 м
КД 2300 м, полосы падения 1700 м

Интересно, что ВНГО КД по ИКТ получается ниже, чем по профилю Т и Тд (3200 м)
и по приземному сочетанию Т и Тд 33/05 (3400 м).

ИКТ в зените близка к температуре на АТ-500 (высота 5-6 км). Получается, это как бы средняя Т всей тропосферы.

Ещё замечу, что ИКТ стволов деревьев, столбов, лавок, заборчиков в тени близка
к официальной Т на метеостанции (ошибка в пределах 1 градуса). Утром на оконном термометре
было +30, но при наведении на предметы на улице у подъезда (в тени) получилась Т +25,
столько же было и на метеостанции.

В траве Т на несколько градусов ниже, чем официальная Т, и днём и ночью. Градуса на 3. То же самое и в кронах
деревьев, среди листвы: днём при официальной Т +30 (и такой же Т ствола) в кроне было около +27.

В траве над политой (влажной) землёй, особенно вблизи арыков, ещё прохладнее. При Т воздуха +30
там +21...+23 градуса. Т воды в арыке была +20 (близка к Т смоченного термометра при фактической схеме 30/05).

alexmet
Участник
Письмо
Мурманск
# Дата: 15 Июн 2013 21:16


Corvus
Хорошая идея. Я уже больше года собираюсь приобрести девайс для аналогичных целей.
Тем более работая на аэрологической станции можно в оперативном режиме сравнивать данные Т полученные пирометром и радиозондом, а затем уже выводить графики корреляции:)
Кроме того ВНГО можно определить по затуманиванию шара-пилота (оболочки радиозонда).
Но пока не позволили финансовые средства.

угол зрения 12:1
правильней наверно оптическое увеличение оптики.

При больших углах, особенно при 45 и более, быстро растёт паразитная засветка от земли (возможно, её можно
ослабить, сделав раструб из фольги). Например, вчера вечером при ясном небе ИКТ в зените была -13, а при 45 градусах около -5,
дальше ближе к горизонту она быстро растёт до +5...+10.


Необходимо учитывать что чем дальше объект, Т которого необходимо измерить, тем больше будет диаметр измеряемого пятна. В вашем случае к примеру при ВНГО облака 1000м диаметр пятна около 80м (12:1).

огрешность 1.5 С (это максимальная,
а реальная, думаю, в пределах 1 С, судя по фактическим измерениям).

На погрешность влияет и коэффициент излучения (степень черноты), у разных материалов и поверхностей он различный:
http://temperatures.ru/pages/koefficient_izlucheni ya

Подробно о радиационных термометрах (пирометрах):
http://temperatures.ru/pages/radiacionnye_termomet ry

Поправки на коэффициент излучения (при постоянном предустановленном значении 0.95):
Если в пирометре установлен постоянный коэффициент теплового излучения Εconst (например, 0.95), при измерении температуры объекта с коэффициентом теплового излучения (ET) необходимо учитывать поправку (ΔT) при данной температуре объекта вычисляя её по формуле:



ΔТ= Δ × (Есonst - ET)



Поправка (ΔT) вычитается из измеренного значения температуры.



Температура объекта, С Ошибка (Δ), С

-50 1,3

-40 1

-30 0,8

-20 0,6

-10 0,4

0 0,3

10 0,2

20 0

30 0

40 0,1

50 0,2

60 0,3

70 0,4

80 0,5

90 0,5

100 0,6

120 0,7

140 0,9

160 1

180 1,1

200 1,2

220 1,4

240 1,5

260 1,6

280 1,8

300 1,9

320 2

340 2,2

360 2,3

380 2,4

400 2,6

420 2,7

440 2,9

460 3

480 3,2

500 3,3

550 3,7

600 4,1

650 4,5

700 4,9

750 5,3

800 5,7

850 6,1

900 6,5

950 6,9

1000 7,4

1100 8,2

1200 9,1

1300 10

1400 10,9

1500 11,9

1600 12,7

1700 13,7

1800 14,6

1900 15,5

2000 16,5

2100 17,4

2200 18,3

2300 19,3

2400 20,3

2500 21,2

2600 22,2

2700 23,1

2800 24,1

2900 25,1

3000 26



Возможные источники ошибок и неполадок

1. Влияние внешних факторов (помех) на результат измерения. При бесконтактном измерении температуры, в добавление к влиянию типа материала и состояния его поверхности, путь передачи ИК сигнала между прибором и объектом измерения также может повлиять на результат измерения. Помехи включают в себя, например: частицы пыли и грязи, влажность (дождь), пар, газы

Неправильно установленный коэффициент излучения может привести к значительным ошибкам измерения.
После измерения температуры измерительный прибор оказывается ненастроенным на новую температуру (точка сравнения). Данный фактор может привести к значительным ошибкам измерения, возникают такие же проблемы, какие и при использовании устройств с термоэлементом.
Рекомендуется хранить прибор в том месте, где будет производиться измерение температуры! Это позволит избежать проблемы с временем настройки прибора.
ИК измерение является оптическим измерением: для получения точных данных измерений регулярно производите чистку линзы. Не проводите измерения через затуманенные линзы, например из-за пара.
ИК измерение является поверхностным измерением: если на поверхности объекта измерения имеется грязь, пыль, иней и т.п., то будет измеряться температура только верхнего слоя поверхности, например температура грязи. Поэтому перед измерениями убедитесь, что поверхность объекта чистая.
Не проводите измерения при возникновении помех сигналу.
Расстояние между пирометром и объектом измерения слишком высока, т.е. точка замера больше, чем сам объект измерения.



Я себе присмотрел такую модель:
http://www.zameritel.ru/pirometry/dt-8861-pirometr .htm
там как раз регулируемый КИ, и оптика приличная 12:1

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 15 Июн 2013 21:33


alexmet
угол зрения 12:1
правильней наверно оптическое увеличение оптики.


Нет там никакой оптики. Это именно угол расширения диаграммы направленности. На самом приборе даже схема нарисована, и в инструкции. То есть на удалении 12 м получается отсчёт средней Т пятна диаметром 1 м, и так далее.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 16 Июн 2013 07:30 - Поправил: Corvus


Это именно угол расширения диаграммы направленности.

Официально эта характеристика называется Оптическое разрешение, (D:S).

Оптика (линзы) - смертельный враг ИК излучения, т.к. стекло его не пропускает (парниковый эффект). Попробуйте померить ИКТ улицы пирометром из квартиры через оконное стекло: ничего не получится, прибор покажет Т стекла.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 16 Июн 2013 11:15


Сегодняшняя пирометрия (метеоусловия: ясно, свежая чистая ЮУВМ, ветер В 9 м/с, Т/Тд +23/+00).

Небо в зените -41...-44
Асфальт на солнце +34
Тротуарная плитка на солнце +30
Сухая почва на солнце +25
Влажная почва на солнце +21
Трава на солнце +18...+24
Асфальт в тени +18
Тротуарная плитка в тени +16
Трава в тени +10...+15
Влажная почва в тени +8

Много интересных результатов, особенно касаемо объектов в тени (эффект Саммера в более широком смысле, т.к. он касается даже сухих поверхностей). Т влажной почвы в тени близка к Тсм и составляет аж +8! Кто бы мог подумать, что такое возможно при Твозд +23.

Ещё поразила меня ИКТ неба. Видимо, чем чище и прозрачней атмосфера, тем с большего уровня приходит ИКТ. Вчера это было 5.5 км, а сегодня в более прозрачной ВМ 9500 м (высота сегодняшней тропопаузы, там как раз сейчас -44).

alexmet
Участник
Письмо
Мурманск
# Дата: 16 Июн 2013 11:37


Corvus
Ещё поразила меня ИКТ неба. Видимо, чем чище и прозрачней атмосфера, тем с большего уровня приходит ИКТ. Вчера это было 5.5 км, а сегодня в более прозрачной ВМ 9500 м (высота сегодняшней тропопаузы, там как раз сейчас -44).

Все правильно: различные примеси в атмосфере искажают результаты измерений, об этом в моих ссылках выше написано.

XOR
Участник
Письмо
Ростов-на-Дону
# Дата: 16 Июн 2013 13:31


у меня пирометр направленный в небо зимой по ночам показывал необяснимые всплески, скорее всего это был дым от тэц

Summer
Участник
Письмо
Фрязино 25 км. к СВ от Москвы
# Дата: 16 Июн 2013 15:39


Corvus

Нет сомнения, что излучение (и совершенно ясно, что именно ИК-излучение) влияет на снег/лёд. Причём в обе стороны, в смысле его излучения снегом/льдом.

Ещё поразила меня ИКТ неба. Видимо, чем чище и прозрачней атмосфера, тем с большего уровня приходит ИКТ. Вчера это было 5.5 км, а сегодня в более прозрачной ВМ 9500 м (высота сегодняшней тропопаузы, там как раз сейчас -44).

Не понял, как можно понять, откуда приходит излучение, с какой высоты?

Влажная почва в тени +8

Но ведь схема Т/Тд +23/+00, температура смоченного термометра, как вы писали, лишь примерно равна средней между температурой воздуха и точкой росы. Тут это +11.5, но небо ярко-синее "холодное" (ещё один термин не просто так был придуман), так что +8 - очень даже ожидаемое значение.

Правда, это с одной стороны.
А с другой - ведь точка росы - это теоретическая температура.
Только теппература воздуха +23 - реальная.
Ведь устройство это имзеряет реальную ИК температуру.
Вот интересно, я это просо не изучал, она может быть настолько ниже T окружающей среды в данном случае? Ясно, что нужен охлаждающий фактор, и он есть - испарение воды. Но тем не менее.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 16 Июн 2013 17:00


Summer
Не понял, как можно понять, откуда приходит излучение, с какой высоты?


Смотрите вверху, в начале темы. Все эти эксперименты затеяны для определения нижней границы облаков по измеренной ИКТ и определению высоты с такой Т по модельному (прогностическому) профилю температуры. В удобном визуальном виде (с возможностью быстрого изменения времени ползунком) это можно сделать тут, например:

Байконур
http://meteo.paraplan.net/forecast/aerological_dia gram.html?place=100119

Москва
http://meteo.paraplan.net/forecast/aerological_dia gram.html?place=3013

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 16 Июн 2013 17:06


Summer

Вот интересно, я это просто не изучал, она может быть настолько ниже T окружающей среды в данном случае? Ясно, что нужен охлаждающий фактор, и он есть - испарение воды. Но тем не менее.

Но ведь схема Т/Тд +23/+00, температура смоченного термометра, как вы писали, лишь примерно равна средней между температурой воздуха и точкой росы. Тут это +11.5, но небо ярко-синее "холодное" (ещё один термин не просто так был придуман), так что +8 - очень даже ожидаемое значение.

Я посмотрел по таблицам, при схеме 23/00 Тсм составляет +11, а тут +8, на целых три градуса ниже. Очевидно, играет роль не только охлаждение почвы за счёт испарения, но и ИК-излучение почвы в тени - оно довольно большое при чистом прозрачном воздухе и "загарном" небе (как Вы говорите).

Сегодня сухой асфальт в тени показывал ИКТ +18, то есть тоже гораздо ниже Т воздуха - на целых 5 градусов. Я раньше не предполагал, что днём (к тому же без испарения) такое возможно.

Summer
Участник
Письмо
Фрязино 25 км. к СВ от Москвы
# Дата: 16 Июн 2013 18:38


Corvus

Но я ведь вашей формулой в точности не думал пользоваться :)
В смысле, только в качестве ориентира, как хорошее приближение.
Потому как был уверен вот именно в таких отклонениях.

Как раз очень показательный пример - отклонение 20-30 процентов +/- от разницы между T воздуха и T росы.

Ясно, что в ясную сухую погоду, при "холодном" небе, формула Tр + (T-Tр)/2 даёт лучшее приближение.

А вот во влажную погоду, особенно при туманах, тут проявляются "квантовые эффекты", или, по другому, "эффект приближения к скорости света".

Ведь при T=Tр формула вырождается, а вот эта самая ИК температура, которая, к слову, вполне может быть та самая "эффективная температура таяния", она может оказаться ниже T ("выше скорости света").

whirlwind
Участник
Письмо
Uzbekistan-Tashkent
# Дата: 22 Июн 2013 14:41


Сегодня провел измерения различных поверхностей в околоземном пространстве:

Т2м +39 солнечно

Асфальт на солнце - до +71
Асфальт на проезжей части +65+68
Асфальт в тени +37.7
Трава на солнце +45+50
Трава в тени +35
Стена дома в тени +34
Ствол дерева в тени +38,5
Небо в зените -36,1

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 22 Июн 2013 15:54


whirlwind

Видите, и у Вас тоже получилось, что в тени Т предметов градуса на 4 ниже, чем Т воздуха на высоте 2 м. За счёт ИК излучения в космос.

Я пока приостановил пирометрию, т.к. облаков практически нет. Возобновлю с 25 июня, когда у нас ожидается увеличение облачности (не исключены и КД).

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 24 Июн 2013 19:01 - Поправил: Corvus


Сегодняшняя пирометрия за 12 ч СГВ (метеоусловия: ветер ЗСЗ 5 м/с, обл. 3 балла КЧ, схема на высоте 2 м на метеостанции 34/02).

Ясное небо в зените -21 (соответствует высоте 7200 м)
ВНГО КЧ +13 (высота 2000 м)
Кроны деревьев на солнце +28
Сухая почва в тени +29
Асфальт в тени и стены домов в тени +32
Почва на солнце +39
Асфальт на солнце +45

Опять Т почвы в тени ощутимо (на 5 градусов) ниже, чем Т воздуха на высоте 2 м.

Второй раз замечаю, что пирометрическая ВНГО (около 2000 м) гораздо ниже, чем получается при схеме 34/02 по адиабатическому процессу (3500 м). Надо дальше исследовать этот вопрос.

misha
Участник
Письмо
Украина, восточный Донбасс
# Дата: 24 Июн 2013 20:40 - Поправил: misha


Я интересовался пирометрией многоэтажки зимой в солнечную погоду. Теория подтвердилась практическим примером, сохранил себе визуализацию измерения с реперными точками.

По существу П.облачности сказать нечего.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 26 Июн 2013 06:02


Ещё я заметил, что некрашенный металл (такие стальные блестящие листы) сильно отражают энергию и потому занижают ИКТ. Так, некрашенная стальная детская горка на солнце показывала сомнительные +30, тогда как рядом окрашенная в голубой цвет сталь (корпус горки) показывала реалистичные +50.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 26 Июн 2013 06:04 - Поправил: Corvus


Второй раз замечаю, что пирометрическая ВНГО (около 2000 м) гораздо ниже, чем получается при схеме 34/02 по адиабатическому процессу (3500 м). Надо дальше исследовать этот вопрос.


Возможно, это эффект связан с нагреванием нижней поверхности облака путём поглощения ИК-излучения от сильно нагретой земли. Но по идее это должно приводить к резкому усилению конвекции (и усилению ЛИ), но была лишь плоская кучевая. Надо дальше думать.

Shadow
Участник
Письмо
Санкт-Петербург
# Дата: 26 Июн 2013 14:12


Corvus

А если пирометр навести на летящий самолет? он покажет его температуру?

slava31
Участник
Письмо
Монино
# Дата: 26 Июн 2013 14:31


Так, некрашенная стальная детская горка на солнце показывала сомнительные +30
Corvus
а может быть всё правильно, лист железа блестящий, он и не должен нагреваться выше Твоздуха даже на солнце

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 26 Июн 2013 14:57 - Поправил: Corvus


Shadow
slava31
а может быть всё правильно, лист железа блестящий, он и не должен нагреваться выше Твоздуха даже на солнце

Нет, лист был раскалённый, руку обожжёшь. Градусов 70. Просто поверхность специфическая. Есть в литературе коэффициенты для некоторых материалов. Например, расплавленный металл, фольга и т.п. будут давать большую погрешность.

Shadow
А если пирометр навести на летящий самолет? он покажет его температуру?

Теоретически да, а практически нет. Оптическое отношение прибора (дальность : диаметр пятна) 12:1. То есть при высоте объекта 6000 м получится средняя Т пятна неба с диаметром 500 м.

surok
Участник
Письмо
Санкт-Петербург (север)
# Дата: 26 Июн 2013 15:01


Вот есть пирометр, разрешения которого наверное бы хватило. Но ведь попасть в самолёт - это же нереально!

whirlwind
Участник
Письмо
Uzbekistan-Tashkent
# Дата: 27 Июн 2013 14:12


Сегодня в первой половине дня была облачная погода, местами прошел слабый дождь. Провел измерение основания СК и СД облачности, получилось +11,3 градуса. Тд на метеостанции в 11ч. была +12.0

Получается Т основания самых низких облаков примерно равна Тд на высоте 2м?

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 27 Июн 2013 16:13 - Поправил: Corvus


whirlwind
Получается Т основания самых низких облаков примерно равна Тд на высоте 2 м?

В идеале так и должно быть. А у меня уже несколько раз получалась ИКТ облаков на добрый десяток градусов выше, чем приземная Тд.

ded
Участник
Письмо
наро-фоМИНСК
# Дата: 28 Июн 2013 06:23 - Поправил: ded


Corvus А если измерить пирометром температуру поверхности тела голого человека (мужчины и женщины): в тени и на солнце, сухого и мокрого (после купания)? Тоже большая будет разница?

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 28 Июн 2013 10:07 - Поправил: Corvus


ded

Я измерял Т поверхности тела дома, показывает около +33 (если вспотеть, наверное ниже будет; думаю, Т мокрого человека будет близка к Т смоченного термометру).

Причём +33 и на теле, и на лице, и даже подмышкой. +36 подмышкой получаются, видимо, только когда она длительное время закрыта (в случае нахождения в ней термометра).

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 29 Июн 2013 14:32


Сегодняшняя пирометрия за 09 ч СГВ (метеоусловия: ветер неустойчивый 3 м/с, обл. 4 балла МК, схема на высоте 2 м на метеостанции 32/04).

Ясное небо в зените -15 (соответствует высоте 6000 м)
ВНГО МК +12 (соответствует высоте 2100 м)
Влажная трава в тени +18...+21
Сухая почва в тени +27
Кроны деревьев в тени +27
Кроны деревьев на солнце +30
Асфальт в тени и стены домов в тени +31
Почва на солнце +55


З.ы. ВНГО МК по прогностическому зонду ГФС 3000 м.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 1 Июл 2013 05:09


Вчерашняя пирометрия за 15 ч СГВ (метеоусловия: ветер неустойчивый 3 м/с, обл. 8 баллов ВК, 4 балла СК МК, схема на высоте 2 м на метеостанции 34/04). Вечер, солнце клонилось к закату и спряталось за облаками.

ВНГО ВК -1 (соответствует высоте 3500 м)
ВНГО МК +12 (соответствует высоте 2000 м)
Трава +27
Кроны деревьев +30
Почва +32
Асфальт +39

З.ы. ВНГО МК по прогностическому зонду ГФС 3000 м.

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 1 Июл 2013 05:10


Пока впечатление такое, что ИКТ ВНГО зависит не только от реальной Т ВНГО, но и от Т почвы. То есть нижняя кромка облаков поглощает какую-то часть теплового потока от горячей почвы и оттого даёт ИКТ на добрый десяток градусов больше, чем должна быть по стратификации атмосферы.

LESS
Участник
Письмо
Приокский лесс на юге МО
# Дата: 1 Июл 2013 13:14


Corvus

Я тут как-то говорил на форуме про встречное излучение атмосферы. Это не его проделки, случаем?~

Corvus
Автор сайта
Письмо
###Corvus###
# Дата: 1 Июл 2013 14:05 - Поправил: Corvus


LESS

Нет :) Тут, наоборот, встречное излучение Земли.

Зимой, при сильной инверсии, когда у земли, к примеру, -20, и натекают облака на высоте 1500 м, где Т -10, у земли в течение ночи Т вырастает с -20 если и не до -10, то до -14 точно. Облака излучают тепло к Земле как гигантский обогреватель. Вот это как раз встречное излучение облачной атмосферы.

Почему бы не быть обратной ситуации: при Т ВНГО +2 и Тпочвы +40 облака поглощают часть излучаемого Землей тепла и нагреваются (самая нижняя тонкая кромка) до ИКТ +12. Пока только так могу объяснить результаты своих измерений.

. 1 . 2 . 3 . 4 . >>
Ваш ответ

          Отменить *Что это?

 » Логин  » Пароль