Aktuality SHMU
Medzinárodná pyrheliometrická kampaň IPC XIII
Priame, rozptýlené (žiarenie z oblohy) a globálne slnečné žiarenie spolu so slnečným žiarením odrazeným od povrchu predstavujú krátkovlnné radiačné toky v atmosfére. Ich meranie je dôležité nielen pre monitoring miestnej radiačnej klímy, modelovanie procesov pri zemskom povrchu, ale aj pre numerické modely pre predpoveď počasia, či modely klímy. Tieto merania sú stále viac potrebné pre projektovanie a prevádzku systémov pre využitie slnečnej energie. Okrem pozemných meraní je dôležité aj sledovanie radiačných tokov nad atmosférou Zeme zo satelitov.
Vzhľadom na to, že citlivosť snímačov uvedených radiačných tokov sa v operačnej prevádzke postupne znižuje, je dôležitý ich pravidelný kalibračný monitoring. Siete na kontinuálne meranie tokov slnečného žiarenia prevádzkujú zvyčajne národné meteorologické služby a v rámci nich národné radiačné centrá. Na Slovensku je takéto pracovisko v Aerologickom a radiačnom centre SHMÚ v Gánovciach pri Poprade. Tu sa nachádza aj referenčný absolútny dutinový pyrheliometer, ktorý slúži pre zabezpečenie správneho kalibračného nastavenia všetkých snímačov na meranie spomenutých charakteristík slnečného žiarenia. Prívlastok absolútny znamená, že prístroj dokáže merať výkon priameho slnečného žiarenia iba na základe známych vlastností elektrického obvodu zabezpečujúceho vyhrievanie dutiny (simulujúcu absolútne čierne teleso) na rovnakú teplotu, akú má druhá dutina, ktorá sa ohrieva účinkom slnečných lúčov. Tento prístroj sa pravidelne v päťročných intervaloch kalibruje vo svetovom radiačnom centre Svetovej meteorologickej organizácie v PMOD. Medzinárodná, v poradí trinásta, kalibrácia IPC XIII sa s ročným oneskorením uskutočnila v Davose tento rok. Keďže kalibračný proces snímačov priameho slnečného žiarenia nie je doposiaľ naviazaný na sústavu základných jednotiek SI, svetovou referenciou pre meranie tokov slnečného žiarenia WRR je skupina šiestich absolútnych pyrheliometrov (World Standard Group - WSG), ktorú spravuje PMOD a ktorých stabilita sa pravidelne kontroluje. Paralelne s meraniami WSG prebiehajú merania Kryogénneho absolútneho pyrheliometra, CSAR (Cryogenic Solar Absolute Radiometer) spolu s jednotkou na kontrolu priepustnosti vstupnej optickej sústavy prístroja CSAR MITRA (Monitor to measure the Integral TRAnsmittance). CSAR by mal v budúcnosti nahradiť WSG a zabezpečiť nadväznosť meraní tokov slnečného žiarenia na sústavu SI.
Pyrheliometer CSAR (na dolnej časti solárneho trackera s vonkajším tieniacim zariadením v tvare čierneho kruhového terča), kontrolná jednotka MITRA (dve apertúry sú v bielej obdĺžnikovej konštrukcii) a 6 absolútnych pyrheliometrov WSG napravo od jednotky MITRA v otvorenom kryte pred začiatkom kalibračných meraní priameho slnečného žiarenia v PMOD.
Pyrheliometrická kampaň sa môže uskutočniť vtedy, ak správne pracujú aspoň 4 zo šestice prístrojov WSG. Pre kalibráciu sa môžu použiť iba také merania, kedy v oblasti 8° okolo slnka nie sú oblaky a optická hrúbka aerosólu vo vizuálnej oblasti spektra je menšia ako 0,12 (teda pri podmienkach s bezoblačnou oblohou a čistou atmosférou). Väčšina absolútnych pyrheliometrov používa otvorenú apertúru bez vstupných optických prvkov. Teplotu dutiny vyhrievanej slnečným žiarením môže ovplyvniť vietor. Pri kalibráciách jeho rýchlosť nesmie presiahnuť 2,5 m s-1.
Kalibrácie sa zúčastnilo 113 pyrheliometrov z 32 inštitúcií z 23 krajín. Kalibračné merania boli vykonávané každý deň, pokiaľ to umožňovali meteorologické podmienky.
Nádvorie PMOD WRC s kalibrovanými pyrheliometrami na automatických a poloautomatických solárnych trackeroch. Vpravo pred budovou je kryt s vysunutým solárnym trackerom s referenčnými prístrojmi WSG. Na streche sú kalibrované a referenčné pyrgeometre.
Počas dní, keď nebolo možné vykonávať merania priameho slnečného žiarenia, prebiehalo v PMOD Medzinárodné sympózium zamerané na tieto tematické oblasti: Meranie radiačných tokov a kalibračné metódy, Využitie solárnej energie, Prístroje a prístrojové inovácie, Radiačné siete, Vzťahy Slnko - Zem.
Viaceré prezentácie boli zamerané na problematiku prísnych kritérií pre referenčný pyrheliometer triedy AA podľa normy ISO 9060:2018, ktoré zatiaľ nespĺňa žiadny bežne dostupný prístroj. Zástupcovia kalibračných laboratórií ako PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstaldt) a SRML (Solar Radiation Monitoring Lab., USA) sa zaoberali problematikou prepojenia kalibračných metód a metrologického systému odporúčaného WMO a normami ISO, ale aj možnosťami zabezpečenia nadväznosti meraní radiačných tokov na sústavu SI .
Ďalšia skupina prezentácií bola zameraná na regionálne, či národné radiačné centrá a organizáciu sietí na meranie charakteristík slnečného žiarenia napr. v Nemecku, Mexiku, Egypte, Alžírsku, Čile, Rusku či v Japonsku. Prezentované boli aj metódy spracovania dlhodobých meraní charakteristík slnečného žiarenia napr. vo Švédsku, alebo kalibračných modelov pre pyranometre, ktorých snímacou jednotkou je fotodióda, používaných v Lýbii. Zaujímavá bola informácia o aerologickom meraní vertikálnych profilov zložiek radiačnej bilancie na Observatóriu DWD R. Assmanna v Lindenbergu, kde sa na budúci rok uskutoční medzinárodné porovnanie aerologických systémov.
Pre radiačné modely, ale aj pre posúdenie vplyvu zmien slnečnej aktivity na podnebie na Zemi, je potrebné poznanie premenlivosti slnečného žiarenia nad atmosférou Zeme (Total Solar Irradiance TSI). Účastníci prezentovali výsledky meraní extraterestriálneho slnečného žiarenia zo satelitov rôznymi prístrojmi ako napr. CLARA (PMOD), ASTERIX:aCubeSat (RMI Belgicko) či radiačnej bilancie SIMBA (RMI Belgicko). Prezentované boli aj konštrukcie nových prístrojov vhodných pre umiestnenie na satelitoch (DARA), alebo vhodných aj pre pozemské merania (PMO8).
Porovnanie rekonštruovanej marcovej teploty vzduchu na pláži Edo v Japonsku (podľa dátumov rozkvitnutia prvých kvetov čerešní) a rekonštrukcie TSI asi od r. 1600 ukázali, že premenlivosť slnečnej aktivity síce vplýva na klímu na Zemi, avšak súčasné globálne stúpajúce trendy teploty vzduchu s ňou nesúvisia.
IPC XIII sa zúčastnili aj organizácie zaoberajúce sa využitím slnečnej energie. Príspevky z tejto oblasti sa zaoberali napr. harmonizáciou výsledkov referenčných fotovoltaických jednotiek (PV cells).
Paralelne s IPC XIII prebiehala kalibračné kampaň pre pyrgeometre (snímače dlhovlnných radiačných tokov v atmosfére: tepelného vyžarovania zemského povrchu a spätného žiarenia atmosféry) IPgC III. Pyrgeometre boli taktiež kalibrované na svetovú referenčnú skupinu týchto prístrojov. Na rozdiel od pyrheliometrov, kalibračné merania prebiehali v noci. V rámci tejto kampane bol kalibrovaný aj referenčný pyrgeometer SHMÚ. Niekoľko prezentácií zo sympózia sa venovalo problematike dlhovlnného žiarenia: napr. výsledkom meraní prototypu aktívneho absolútneho pyrgeometra v porovnaní s referenčnou skupinou prístrojov, novými kalibračným rovniciam pre tento prístroj, či modelovaniu dlhovlnného žiarenia na základe známych meteorologicých parametrov. Medzi kalibrovanými pyrgeometrami bol aj prototyp s ochrannou kupolkou z uhlíkového materiálu, ktorý so žiarením v infračervenej oblasti vôbec neinteraguje.
Dôležitým sledovaným parametrom pri kalibračných meraniach je optická hrúbka aerosólu. Aerosóly sú tiež dôležitým klimatickým faktorom. V PMOD sa zaoberajú homogenizáciou údajov o optickej hrúbke aerosólu z rôznych zdrojov. Problematike určovania optickej hrúbky aerosólu v nočných hodinách zo slnečného žiarenia odrazeného od Mesiaca, alebo pomocou stelárnej fotometrie boli venované ďalšie prednášky na sympóziu. Počas IPC XIII prebiehala aj kalibrácia filtrových rádiometrov FRC V.
Plány v oblasti metrológie a kategorizácie kvality meraní radiačných tokov v atmosfére v rámci reštrukturalizácie WMO prezentoval na konci podujatia zástupca tejto organizácie.
Výsledky IPC XIII budú publikované až v budúcom roku. Pre nižšiu účasť záujemcov o kalibrácie podujatie prebiehalo v komornom duchu. Vďaka slnečnému počasiu sa pre vyhodnotenie kalibrácie získalo dostatok meraní. Dobrá organizácia spolu so snahou účastníkov aktívne prispieť k programu a hladkému priebehu akcie viedli k tomu, že celé podujatie bolo bezproblémové a úspešné.