Practica masurarii duratei de stralucire a Soarelui

1 Instrumente pentru masurarea duratei de stralucire a Soarelui

Durata efectiva de stralucire a Soarelui se masoara la statiile meteorologice cu heliograful Champbel-Stockes, al carui principiu de functionare se bazeaza pe proprietatea unei sfere de sticla (cristal) de a concentra intr-un focar razele solare directe care cad pe suprafata sa. Focarul produce arderea unei benzi de carton, care are rol de diagrama.

Deplasarea aparenta a Soarelui de la est la vest face ca punctul in care se concentreaza razele solare sa se deplaseze in sens invers si sa lase pe heliograma o dara de arsura, a carei lungime corespunde timpului in care a stralucit Soarele.

Pentru stabilirea duratei de stralucire in ore si zecimi, pe heliograme, intervalele orare sunt marcate cu linii mai lungi, iar intervalele de o jumatate de ora cu linii mai scurte, toate perpendiculare pe linia mediana a diagramei.

In reteaua meteorologica din tara noastra se folosesc heliografe de fabricatie R. D. G. (Fuess)

1.a. Descrierea heliogramelor

Heliograful Fuess are ca piesa receptoare o sfera de sticla masiva 1 cu diametrul de 10 cm, sprijinita pe un suport metalic 2 care este sudat de o placa de baza 8. Sfera de sticla este asezata concentric pe o montura 3, care reprezinta o parte dintr-o sfera metalica. Aceasta montura este prevazuta cu trei jgheaburi (superior, mijloc si inferior), in care se introduc heliograme, in functie de inaltimea Soarelui deasupra orizontului in timpul amiezei.

In montura se practica trei orificii (cate unul pentru fiecare jgheab), prin care se introduce acul pentru fixarea helogramelor.

Pe placa de baza 8 se gaseste un suport 5 cu scala gradata in grade de latitudine de latitudine 4. Aceasta scala serveste pentru a fixa indicele gravat pe montura purtatoare de diagrame in dreptul gradatiei corespunzatoare latitudinii la care este instalat aparatul. Bratul curbat 6 serveste la orientarea heliografului. La capatul bratului se gaseste un surub 7 pentru fixarea sferei pe suport.

fig. 1

Heliograful Fuess

fig. 2

Heliograful universal

Heliogamele sunt confectionate din carton special (care arde si dupa ce a fost udat de ploaie), vopsite in culoare neagra. Pe heliograme orare sunt scrise cu cifre romane, din 3 in 3, in intervalul cuprins intre orele 6 si 18.

In functie de perioada din an in care sunt folosite, se intalnesc trei forme de heliograme :

-diagrame curbe, scurte, care se folosesc in anotimpul de iarna (20.X. -10.III) si se instaleaza in jgheabul superior

-diagrame drepte, care se folosesc primavara si toamna (11.I- 20.IV. si 11.IX - 20.X) si se instaleaza in jgheabul mijlociu, avand grija ca cifrele care corespund orelor de dimineata sa fie asezate spre vest

-diagrame curbe, folosite in anotimpul de vara (21.IV - 10.IX), instalate in jgeabul inferior.

Heliograful universal. Acest aparat poarta denumirea de heliograf universal, deoarece (spre deosebire de heliograful Fuess, care poate fi folosit numai la latitudini medii). La latitudini medii, partea superioara a heliografului se roteste de doua ori pe zi cu cate 180 ⁰ (o data seara, cand se roteste spre set, si a doua oara la ora 12, cand se roteste spre vest). La fiecare rotire se schimba diagrama, avandu-se grija ca, la inlocuirea celei de la ora 12, aparatul sa fie umbrit pentru a nu se produce arsuri suplimentare pe heliograma. Aparatul se instaleaza in mod asemanator ca si la helogramul Fuess.

1.b. Conditii de instalare a heliogramelor.

Pentru ca datele cu privire la durata de stralucire a Soarelui indicate de heliograf sa fie de buna calitate se impune ca la instalarea aparatului sa se respecte o serie de conditii si reguli, din care cele mai importante sunt :

- aparatul sa fie instalat intr-un loc deschis, astfel incat razele solare directe sa poata ajunge la el in orice anotimp si pe tot parcursul zilei (de la rasaritul si pana la apusul Soarelui). Atunci cand in jurul platformei se gasesc obstacole care ar impiedica razele unui unghi mic de incidenta sa ajunga la sfera heliografului, acesta se poate monta pe un stalp mai inalt sau chiar pe cladirea statiei, pe o suprafata special amenajata ;

- aparatul sa fie instalat in pozitie perfect orizontala, pe un stalp cu placa de sustinere si orientat pe directia nord-sud asa incat partea libera a sferei sa fie orientata spre sud. Orientarea se face cu ajutorul busolei sau fata de directia materializata a meridianului locului. Se considera ca orientarea este corecta, daca intr-o zi senina, la ora 12 (timp solar adevarat), pata focala coincide cu linia care marcheaza ora XII pe heliograma. In cazul in care aceasta coincidenta nu se realizeaza, se roteste usor placa de baza la stanga sau la dreapta, pentru a aduce pata focala la ora X Apoi se verifica orizontalitatea aparatului. Timpul solar adevarat se obtine prin adaugarea la timpul solar mediu local a unei corectii care se extrage din tabela ecuatiei timpului, existent in instructiunile pentru efectuarea observatiilor. Corectia se extrage pentru luna si ziua in care se efectueaza verificarea si se aplica semnul ei.

Exemplu. Daca trebuie verificata orientarea heliografului la statia meteorologica Tg. Jiu in ziua de 22.IX, se procedeaza astfel:

a) se calculeaza mai intai timpul solar mediu (stiind ca statia are longitudinea 23 ⁰ 17'. Diferenta intre timpul oficial si cel mijlociu este:29 ⁰ 60' -23 ⁰ 17' =6 ⁰ 43'. Transformandu-se in minute si secunde timp, se obtine:

6 ⁰ (long) x 4 min + 43' long x 4 s =24 min +172 s = 26 min 52 s;

b) se extrage din tabela ecuatiei timpului, pentru ziua de 22 septembrie, corectia de timp, care este de 7min 00 s ;

c) se calculeaza timpul adevarat prin aplicarea la timpul mediu local a corectiei cu semnul ei si se obtine :

(12 h 00 min 00 s +26 min 52 s -7 min 00 s =12 h 19 min 52 s.

Heliograful se orienteaza astfel incat la ora amintita (12 h 19 min 52 s), pata focala sa coincida cu ora XII pe heliograma.

Dupa montare se verifica si daca heliograful a fost instalat pentru latitudinea locului. In cazul in care heliograful nu a fost instalat corect, se constata ca extremitatile arsurii, pentru perioada de dimineata si seara, se indeparteaza de axul median al heliogramei ;

-sfera heliografului trebuie sa fie concentrica cu montura metalica, in caz contrar arsura de pe diagrama prezinta neuniformitate, avand anumite portiuni mai late si altele mai inguste ;

- se verifica ca diagramele sa fie asezate exact la distanta focala (si nu in spatele sau in fata punctului de concentrare a fascicolului de raze), deoarece instalarea necorespunzatoare diminueaza puterea de ardere a fascicolului si face ca dara de arsura sa apara numai atunci cand razele Soarelui au capacitate calorica mare. Se scurteaza astfel, in mod artificial, durata de stralucire inregistrata, prin faptul ca arsura incepe la un anumit timp dupa rasaritul Soarelui si se incheie inainte de apusul lui. Dealtfel, pragul de sensibilitate al aparatului, 0,25-0,40 cal/cm² min, mai depinde si de culoare si de puritatea sticlei, de materialul din care este confectionata diagrama si de umezeala aerului.

Schimbarea zilnica a heliogramelor. Diagramele heliografului tip Metra se schimba in fiecare zi dupa apusul Soarelui, iar cele ale heliografului universal, de 2 ori pe zi :la ora 12 si dupa apusul Soarelui.

Pentru schimbarea heliogramei de la ora 12, se roteste discul mobil pana acesta ajunge cu litera B in dreptul semnului alb de pe discul fix, dupa care, discurile se fixeaza in aceasta pozitie cu ajutorul stiftului respectiv, ce patrunde prin ambele orificii ale discurilor(care coincid). Cand se schimba diagramele la heliograful universal, acesta trebuie umbrit pentru a nu se produce arsuri suplimentare.

Pe heliograma, in dreptul liniilor verticale mari, incepand de la capatul penultimei linii, se vor nota orele in asa fel ca ora 12, timp local sa se inscrie pe penultima linie verticala de la capatul heliogramei.

Cea de a doua heliograma se schimba dupa apusul Soarelui, intorcandu-se discul mobil (si deci si montura metalica impreuna cu sfera de sticla), in sensul miscarii acelor de ceas, pana cand litera A de pe discul mobil ajunge in dreptul semnului de pe discul fix. Se fixeaza apoi in aceasta pozitie cu stiftul respectiv.

Schimbarea heliogramei trebuie sa se faca cu multa atentie. Pe dosul fiecarei heliograme se noteaza, in mod obligatoriu : denumirea statiei precum si ziua, ora si minutul in care a fost pusa si scoasa heliograma. La heliograful universal trebuie sa se indice si numarul de ordine al heliogramelor din cursul lunii respective (incepand cu 1). De asemenea, pe fiecare din heliograme vor fi orele in dreptul diviziunilor verticale mari.

Cand se introduce heliograma la heliografele Metra, semnul orei XII trebuie sa coincida cu linia amiezei de pe montura metalica.

Deoarece miscarea focarului sferei heliografului se face in sens invers fata de cea a Soarelui, heliogramele vor fi introduse in asa fel, incat partea cu cifre care corespund orelor de dimineata sa fie spre apus, iar cea cu orele de dupa amiaza -spre rasarit (aceasta in ceea ce priveste diagramele drepte, cele curbe neputand fi asezate in acest fel).

Daca heliograma nu poate fi scoasa din jgheaburile monturii metalice din cauza depunerilor de polei sau a inghetului, se toarna pe jgheaburi putin alcool care, topind gheata, permite scoaterea diagramei.

1.c. Intretinerea heliogrfelor si efectuarea inregistrarilor.

O buna functionare a aparatului se asigura, prin intretinere curenta astfel :

-se are grija ca pe timpul transportului sfera de sticla sa nu se zgarie sau sa nu se sparga (daca totusi pe sfera apar zgarieturi, se instaleaza sfera in asa fel incat acestea sa fie asezate in partea de jos) ;

- mentinerea in stare de curatenie perfecta a sferei, prin stergerea de praf cu o carpa moale sau cu o bucata de piele de caprioara ;

- in perioada rece a anului, sfera heliografului trebuie curatata de zapada, de chiciura, de bruma sau de polei cu ajutorul unei carpe inmuiate in alcool, dupa care se sterge cu o carpa moale uscata ;

- partile metalice se protejeaza de ruginire prin vopsire sau prin stergere cu o carpa inmuiata in ulei mineral, bine stoarsa ;

- periodic se verifica orientarea si orizontalitatea.

Efectuarea inregistrarilor necesita respectarea catorva conditii :

- schimbarea diagramelor, zilnic, dupa apusul Soarelui;

- schimbarea diagramelor chiar si in zilele in care Soarele nu a stralucit;

- introducerea heliogramei in jgheabul corespunzator si prinderea ei cu acul de fixare (atat pentru a nu fi luata de vant, cat si pentru a da posibilitatea sa se controleze instalarea si a-i aplica eventual corectii la controlul tehnic);

- in perioada de iarna, cand se constata ca apa ingheata pe aparat si impiedica scoaterea diagramelor, se recomanda ca pe jgheabul de fixare, sa se toarne cateva picaturi de alcool, iar gheata sa fie curatata cu un bat de lemn bine ascutit ;

- pe spatele diagramei trebuie sa fie inscrise date cu privire la denumirea statiei, anul, luna, ziua, ora instalari si scoaterea ei.

Ca neajunsuri in functionarea heliogramelor se mentioneaza :

-arsurile instantanee, de durata foarte scurta, au totusi un diametru mare, motiv pentru care la descifrare se exagereaza durata efectiva ;

- datorita pragului de sensibilitate, durata de stralucire efectiva reala nu este egala cu durata efectiva inregistrata, aceasta din urma fiind intotdeauna mai scurta.

Determinarea orei reale pentru rasaritul si apusul Soarelui.

De cateva ori pe luna, in zilele cand Soarele rasare pe timp senin, se va nota in registrul RM-1 ora solara locala in momentul cand primele raze ale Soarelui lumineaza heliograful. La fel se va nota si momentul cand inceteaza luminarea heliografului, la apusul Soarelui.

Aceste observatii trebuie facute direct din locul de instalare a heliografului. Ele vor fi inscrise in rubrica , ,Observatii '', in tabela TM-6. Pentru inscrierea lor prescurtata se vor folosi conventional cuvintele ,,rasaritul'' si ,,apusul ''. Aceste date se trec de asemenea pe dosul heliogramei dupa schimbarea acesteia.

In acele zile in care, in cursul primei ore dupa aparitia Soarelui de sub orizontul vizibil sau in cursul ultimei ore inainte de apusul Soarelui, globul sau nu a fost masat de nori, ceata, aer cetos sau pacla, in registrul RM-1 se va nota ,,rasaritul clar'' sau ,,apusul clar''.

Aceste notari vor fi folosite ulterior la prelucrare, deoarece ele realizeaza gradul de acoperire a heliografului si servesc in parte pentru controlul orientarii sale corecte fata de meridianul locului respectiv.

2. Descifrarea heliogramelor

Heliogramele se schimba zilnic, dupa apusul Soarelui, indiferent daca heliograma prezinta sau nu inregistrari. Pentru heliograful universal, diagrama se poate schimba si la ora 12.

Pe partea posterioara a heliogramei se noteaza obligatoriu denumirea statiei, ziua, luna, anul, ora si minutele schimbarii ei.

Notarea orelor pe heliograma este efectuata in asa fel, incat marcajul orelor de dimineata sa fie spre apus, iar al orelor de dupa amiaza sa fie spre rasarit.

Cu ajutorul heliogramei se calculeaza durata de stralucire a Soarelui, atat orara cat si zilnica, exprimata in ore si zecimi.

Pentru ca inregistrarea pe heliograma sa fie corecta, trebuie indeplinite urmatoarele conditii :

- sa se utilizeze tipul de heliograme adegvat sezonului ;

heliograma sa se instaleze pe jgeabul corespunzator tipului respectiv de heliograma ;

heliograma sa se fixeze pe marcajul vertical al suportului, in dreptul orei 12 ;

sa verifice lunar orientarea heliogramului fata de meridiana, pozitia in raport cu latitudinea locului si orizontalitatea bazei ;

sfera heliografului sa fie mentinuta in perfecta curatenie, avandu-se in vedere inlaturarea peliculei de gheata la o eventuala depunere.

Pentru ca descifrarea sa se efectueze mai bine si pentru o mai mare precizie, heliograma este divizata in intervale orare. Orele intregi sunt inregistrate de liniile lungi transversale, iar jumatatile de ora sunt reprezentate prin liniile scurte. Pentru fiecare interval de ora se apreciaza lungimea arsurii(in zecimi de ora), avandu-se in vedere intervalul intre doua linii scurte consecutive care reprezinta o ora.

Lungimile arsurii, apreciate in zecimi de ora, se noteaza in partea inferioara a diagramei, in dreptul orelor respective.

Daca intregul interval de ora prezinta o arsura continua, atunci se noteaza 1,0. Daca arsura a strapuns numai o parte din intervalul orar, se noteaza valoarea respectiva in zecimi de ora (0,5 0,3 0,1)

In situatia in care arsura este formata din cateva urme izolate unele de altele, se determina durata pentru fiecare in parte, iar pe diagrama, in intervalul orar respectiv, se scrie suma duratelor. Se iau in considerare chiar si cele mai slabe urme de arsura.

Urmele rotunde in forma de punct se apreciaza la durata unei zecimi de ora. Urmele foarte slabe care au o lungime mai mica decat o jumatate dintr-o zecime de ora (0,05 h), se iau in considerare notandu-se o zecime (0,1) numai in cazul cand o asemenea arsura reprezinta singura arsura de stralucire a Soarelui din tot cursul zilei.

O mare importanta pentru descifrarea corecta a heliogramei o are modul in care aceasta este asezata in aparat. Daca perforatia acului de fixare se afla exact pe linia orei 14, in descifrare se tine seama de valoarea deplasarii, la stanga sau la dreapta fata de pozitia normala.

Dupa verificare modului in care heliograma a fost fixata si dupa descifrarea ei, valorile orare notate in partea inferioara, se transcriu in tabela TM-6.

3. Inscrierea datelor in registre si tabele meteo

3.a. Inscrierea datelor in registrul RM-1M si in tabela TM-1

Durata de stralucire a Soarelui. In rubrica Durata de stralucire a Soarelui (ore si zecimi) se noteaza valoarea zilnica a duratei de stralucire a Soarelui, din tabela TM-6. Daca intr-una din zile Soarele nu a stralucit deloc, nemarcandu-se deci nimic pe diagrama, in rubrica se noteaza 0,0.

Tabela lunara cuprinde datele rezultate din observatiile si masuratorile

meteorologice de la orele 1, 7, 13, 19 (tab.4.8) si care initial au fost scrise in registru RM-1M. Datele cuprinse in rubricile acestei tabele se pot grupa in patru categorii :

- date zilnice, care cuprind valorile elementelor meteorologice la orele de observatie, sumele, mediile acestor sume, maxima si minima produsa, durata anumitelor fenomene, intensitatea si evolutia producerii lor ;

- sume medii decadice sau lunare ale elementelor meteorologice, de la fiecare observatie in parte cat si la totalul celor patru termene de observatie ;

- extreme lunare, care provin fie din valorile zilnice de la orele de observatie, fie din valorile medii zilnice sau din extremele zilnice ;

- frecvente decadale sau lunare ale elementelor, rezultate din observatiile efectuate intr-o decada sau intr-o luna si exprimate in numar de zile sau in procente .

Datele zilnice pentru stralucirea Soarelui nu se utilizeaza, mediile lunare si extremele se noteaza in subsolul paginii 1.

fig. 3

3.b. Codificarea datelor despre durata de stralucire a Soarelui

In codul FM-12X Synop datele despre durata de stralucire a Soarelui se codifica in sectiunea a 5-a unde se includ date destinate schimburilor nationale. Aceasta sectiune in romana contine:

mesaje speciale (avertizare - ameliorale)

durata de stralucire a Soarelui in mesajul de la ora 07UTC

cantitatea de precipitatii in clar pe ultimele 24 de ore 06UTC

densitatea si echivalentul in apa a stratului de zapada (pentadic la ora 06UTC, cand ZZ 5cm)

Se aplica in grupa 55SSS se transmit datele despre durata zilnica de stralucire a Soarelui inclusa in mesajul de la ora 07UTC in care 55- este indicator al grupei si SSS- durata zilnica de stralucire a Soarelui in ore si zecimi de ore.