Что такое нетто-радиометр? Основы энергетического баланса и решений для орошения в сельском хозяйстве
Нетто-радиометр — это измерительный датчик, который дает прямой ответ на вопрос: «Какая часть энергии солнца на самом деле нагревает растение и почву и испаряет влагу?» Измеряя общую радиационную энергию, которую поверхность (почва, растительность, водная поверхность и т. д.) получает и теряет, он выявляет энергетический баланс поверхности.
Что измеряет нетto-радиометр?
Нетто-радиометр оценивает четыре основных радиационных компонента вместе:
- Приходящая коротковолновая радиация (солнечное излучение)
- Отраженная коротковолновая радиация (эффект альбедо)
- Длинноволновая радиация из атмосферы
- Длинноволновая радиация, излучаемая поверхностью
Разница между этими компонентами выражается следующим образом:
Чистая радиация = Приходящая − Уходящая (коротковолновая + длинноволновая)
По этой причине нетто-радиометр измеряет энергию, которую поверхность на самом деле приобретает или теряет.
Для чего нужен нетто-радиометр?
Нетто-радиометр имеет критическое значение в следующих областях:
Планирование сельскохозяйственного орошения
- Является основным входным параметром для расчетов эвапотранспирации (ET) растений
- Используется для определения времени и объема полива
Микроклиматический и климатический анализ
- Объясняет энергетический обмен между почвой и атмосферой
- Играет критическую роль в анализе риска заморозков, температурного стресса и эффекта теплового острова
Водный и энергетический баланс
- Напрямую влияет на прогрев почвы, испарение и транспирацию растений
Анализ стресса растений
- Rn: Чистая радиация (МДж м⁻² день⁻¹)
- G: Тепловой поток в почву
- Δ: Градиент давления насыщенного пара
В дневное время 60–80% ET₀ напрямую связано с чистой радиацией. Другими словами, чистая энергия, поступающая в систему растение-почва, определяет потребление воды.
Чистая радиация:
- Нагревает почву и растения
- Обеспечивает энергию, необходимую для испарения воды
Поведение чистой радиации
- Rn = 0 → Даже при наличии ветра и разницы влажности, ET значительно снижается
- При увеличении Rn → Водопотребление растения увеличивается
Ясные и солнечные летние дни:
→ Rn высокая → ET₀ высокая → потребность в орошении возрастает
В облачные / короткие дни:
→ Rn падает → ET₀ уменьшается
Ночь:
→ Rn обычно отрицательна (поверхность теряет энергию)
Как рассчитывается Rn? (согласно FAO-56)
FAO-56 разделяет чистую радиацию на две части:
- Коротковолновая (солнечная) чистая радиация
- α (альбедо) ≈ 0.23 (эталонный газон)
- Rₛ → Приходящая солнечная радиация
2. Длинноволновая чистая радиация
Rnl
- Разница тепла, поступающего из атмосферы и излучаемого поверхностью
- Связана с температурой, влажностью и облачностью
3. Общая чистая радиация
Rn = Rns – Rnl
Что такое пиранометр?
Пиранометр измеряет коротковолновую солнечную радиацию, поступающую на поверхность.
Излучение, которое он измеряет:
- Коротковолновая солнечная энергия
- Диапазон длин волн: ≈ 0,3 – 3 µm (300–3000 нм)
Что измеряет?
- Суммарная солнечная радиация
- Прямое солнечное излучение + рассеянное излучение в атмосфере
Что такое пиргеометр?
Пиргеометр измеряет длинноволновую (тепловую) радиацию, излучаемую поверхностью и атмосферой.
Излучение, которое он измеряет:
- Тепловое инфракрасное излучение (длинноволновое)
- Диапазон длин волн: ≈ 4,5 – 50 µm
Что измеряет?
- Длинноволновая радиация, поступающая из атмосферы на землю
- Длинноволновая радиация, излучаемая поверхностью в космос
Как пиргеометр дает информацию о риске заморозков?
Почему возникают заморозки?
В сельском хозяйстве радиационные заморозки чаще всего возникают при следующих условиях:
- Ясная и безоблачная ночь
- Слабый ветер
- Поверхность (почва/растение) теряет чистое тепло в атмосферу
Основной путь этой потери тепла:
излучение энергии в космос посредством длинноволновой радиации (теплового ИК).
Что измеряет пиргеометр?
Пиргеометр измеряет длинноволновую радиацию:
- L↓ (длинноволновая радиация из атмосферы)
- L↑ (длинноволновая радиация, излучаемая поверхностью)
Критическая разница для ночного времени:
Lnet = L↓ – L↑
- Отрицательное значение → Поверхность теряет тепло в атмосферу
- Растущее отрицательное значение → Ускоренное охлаждение → риск заморозков увеличивается
Разница между ясной и облачной ночью (критически важно)
Ясное небо (высокий риск заморозков)
- L↓ из атмосферы низкая
- L↑, излучаемая поверхностью, высокая
- Чистая длинноволновая потеря велика
- Температура растения быстро падает
Пиргеометр измеряет это напрямую
Облачная ночь (низкий риск заморозков)
- Облака переизлучают ИК-излучение обратно
- L↓ увеличивается
- Чистая потеря энергии уменьшается
Пиргеометр показывает, что риск заморозков снизился.
Механизм принятия сельскохозяйственных решений
Благодаря пиргеометру:
- Предупреждение выдается до наступления заморозков
- Ветровые машины, туманообразование и полив запускаются вовремя
- Предотвращается ненужное вмешательство
Пиргеометр измеряет не сам мороз, а ночную радиационную потерю тепла, вызывающую его, выявляя риск заморозков за несколько часов до их начала.
Не планируйте полив без измерения чистой радиации
Количество воды, необходимое растению, определяется не только температурой или влажностью, но и чистой энергией, которая фактически поступает в систему растение-почва.
Узнайте больше о решениях Esular
