コンピュータさんとの共同生活

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全天日射量

「地表面に近い大気の科学」を読んでいます(^^)v
また、少し進みました。

どうやら、太陽や雲などから得られるエネルギー量から、どの程度地表面を
温める熱になるのかを計算できるらしいのです。
で、早速試して見ました♪

結果。
まだ、数値ばかりで図にしていないのですが。。。どうやら、比較的良く合う
ときと、合わないときがあるようです。なぜでしょう?(^^;
で、今 一番アヤシイと考えているのが、「全天日射量」。
気象庁さんのところで検索してみたら、

      全天日射量:全天電気式日射計による一日の合計値

となっていました。
つまり、1時間間隔なら1時間の合計ってことかな?
今までは、この値を単純に1秒あたりの熱量にしていたので。。。
。。。やっぱりコレかな?

詳しく調べたい場合には、自分で計測ですよね?(^^;
測定器、高いんだろーなぁ。
(多少、誤差はあったとしても)簡単な方法で測定できたらいいんですけど。

ちょっと調べて見ます(^^;
[ 2007/12/07 06:30 ] 気象予報士 | TB(0) | CM(5)
計算できます
全天日射量は「直達日射量」と「それ以外の散乱日射量」の合計ですね。

「直達日射量」は簡単な計算で求まりますが、散乱日射量は困難です。しかし散乱日射量は「直達日射量」に比べてネグジリブルスモールですから無視して計算しても実用上は使えます。

たとえば、昨日(12/7)の山形地方気象台の12時までの1時間の全天日射量と日照時間はそれぞれ「1.68MJ」「0.8時間」でしたから、

これを計算してみます。まず太陽定数は1370[W/平方メートル]ですから、大気圏を通過する間に20%弱くなると見積もります。これは気象学書の太陽放射の曲線で大気中の分子などによる吸収の曲線からみて、だいたい地上に達するのは大気圏外の8割ぐらいですね。

そして、現在は当時に近いですから、山形の緯度は38゜として、太陽高度角は、

90-38-2.34=29゜

と見積もります。

それでは地上に達する直達日射量は、

「太陽定数」×「通過率」×「太陽高度の正弦」×「1時間(3600秒)」×「日照時間」

ですから、数値を代入すると、

1370×0.8×sin29゜×3600×0.8/1000000=1.53MJ

となります。通過率を適当に見積もりましたが、計算値が観測値より若干小さいのは、散乱日射量が含まれていないためです。

どうでしょう。この程度の差で理論計算と観測値は一致するものです。

観測値の1.68MJは、昨日の山形のこの時間帯では日照時間が0.8時間でしたから、瞬間値に換算すれば、だいたい600ワットぐらいになります。

つまり1平方メートルの太陽電池パネルで光-電気の変換効率が100%の素子が実現できたとしても、600ワットを超えることはありません。現在ならせいぜい200ワットぐらいでしょう。このようにして太陽光発電設備の計算もできます。

気象と電気がよく関連している実例です。v-521
[ 2007/12/07 13:35 ] [ 編集 ]
訂正
---------------------------------------------
そして、現在は当時に近いですから、山形の緯度は38゜として、太陽高度角は、

90-38-2.34=29゜
--------------------------------------------

以下のように訂正します。
--------------------------------------------
そして、現在は冬至に近いですから、山形の緯度は38゜として、太陽高度角は、

90-38-23.4=29゜
--------------------------------------------
[ 2007/12/07 13:40 ] [ 編集 ]
計算はできるのですね(^^)
ひよこぴよさん、ありがとうございます(^^)
なるほど、直達日射量は計算できるのですね。

ちょっと調べてみたら、日射計は高いんですネ。手がでません。でも、ちょっと面白い記事をみつけました。
windom.phys.hirosaki-u.ac.jp/gaiken/abst2003/gaikenB09.pdf
これを見て思ったのが、照度計で強さを細かくCheckして、その分布の面積が日射量になるように計算すれば、近似的にその瞬間の日射量を算出できるのでは?というものです。

照度計なら、買えそうな金額ですよね(^^)
[ 2007/12/07 17:33 ] [ 編集 ]
原理はとても原始的
日射計も照度計も原理は簡単な物なんですが、それを計測機器として使用するとなれば標準器との校正が必要でして高価になります。

どちらも原理や定義ははっきりしていますから、何かと比較して「係数」をかければ実用上は問題なく使えます。

現在はどうかわかりませんが、10年以上前の日射計には出力電圧と日射量の換算係数が本体に刻印されていました。同じように生産しても1個 1個 全て係数が違ってしまうんですよ。それでその係数を求めるための校正の手間が大変で高価だったようです。

実は・・・電子レンジのようなマイクロ波の電波の電力の測定原理も日射計と同じです。

大電力の電波では、水に電波を照射して水温が上昇しますが、その温度差と時間からカロリー計算をして電力(ワット)に変換しているのです。非常に原始的ですが、どちらもこれが基本になっています。

ですから工夫すれば自作できます。

照度はちょっと難しいです。1平方メートルに1ルーメンの光束が垂直に照射している状態を1ルクスと定義していますが、1ルーメンという光束を作るのには標準電球が必要で、これはなかなかイメージもつかないです。私も学生時代にはそのような実験がありましたけれど、暗黒の部屋の中でするわけではなく、実験器具だけ みかん箱 ぐらいの暗箱に入れて校正するのですからその中を覗くことはできず、照度の校正はなかなか困難なものでした。

定義や原理は理解していても、それを容易に作ることができればおもしろい実験になります。このようなことから気象を始めれば、もっと面白くなります。多くのかたはどうしても テキストを読んで覚える という勉強法になり勝ちですから、本来はおもしろいことでも挫折してしまうわけです。v-521
[ 2007/12/07 19:13 ] [ 編集 ]
原理 と 実験
そうですね(^^)
今の理工系の大学の体質も関係しているのでしょうね。どうしても、研究者としての学生を生産しているように思えます。そのため、原理の話はするのでしょうが、実験・実習の時間が減少しているのかもしれませんね。

係数を見つけるのが大変ということですが、高価な機材は購入できないので、その方向で少し進めてみたいと思います。
[ 2007/12/11 14:49 ] [ 編集 ]
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プロフィール

貴樹

Author:貴樹

最近、SolidWorksという便利なCAEツールが広がっています。 天気予報も数値予報が重要ですよね(^^)ok
コンピュータを利用したシミュレーション技術が重要になってきているのですが、理解するためのキホンを知るために、この場をお借りしたいと思ってます。
久しぶりに、CAEのキホンである有限要素法でプログラム作成してみようかなぁ(・・)


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