علوم الأرض والجيولوجيا

الأجهزة المستخدمة في قياس كمية إشعاع الشمس

2012 الأحوال الجوية في دولة الكويت

صالح العجيري و محمد أحمد عيسوي

مؤسسة الكويت للتقدم العلمي

إشعاع الشمس أجهزة قياس كمية إشعاع الشمس علوم الأرض والجيولوجيا

إن الإشعاع الشمسي هو مصدر كافة أشكال الطاقة الرئيسية في كوكبنا الأرضي، فهو مسؤول عن إتمام كافة عمليات التحول الحيوي والطبيعي. 

وليس هذا فحسب بل إن التباين في كمية الطاقة الشمسية التي يتلقاها سطح الأرض من جزء إلى آخر منه أدت إلى تباين في درجة حرارته وضغطه وإلى حركات هوائية مختلفة وأشكال متباينة من الطقس والمناخ.

وكما نعلم فإن كمية الأشعة الصادرة عن الشمس والواصلة إلى سقف الغلاف الجوي تكاد تكون ثابتة تقريبا.

 

وهي بحدود 1ر94 حريرة/سم2/ دقيقة، وتعرف هذه القيمة بالثابت الشمسي – واختلافاتها المحدودة مردها إلى التفاعلات التي تجري على سطح الشمس والتي تسبب اختلافا بسيطا في كمية الطاقة المنبعثة من الشمس

ويصنف الإشعاع تبعا لطول موجاته ، وتردد تلك الموجات ، إلى أشعة قصيرة الموجه وأخرى طويلة الموجه.

وقد جرت العادة على اعتبار أن الأشعة ذات الطول الموجي أكبر من 0ر75 ميكرون والتردد أقل من 4×10^14 هيرتز أشعة طويلة  الموجه والتي طولها الموجي دون 0ر75 ميكرون وترددها اكبر من 4×10^14 هيرتز أشعة قصيرة الموجه

 

وكلما ازدادت درجة حرارة الجسم ازدادت إشعاعاته وقصر طول موجاتها وازداد ترددها والعكس – ويتلقى سطح الأرض جزء من الإشعاع الشمسي الواصل إلى سقف الغلاف الجوي بشكل مباشر. 

وجزء آخر من الإشعاع الشمسي الواصل إلى سقف الغلاف الجوي بشكل مباشر، وجزء آخر من الإشعاع الشمسي يتلقاه بصورة غير مباشرة على شكل أشعة متناثرة ومبعثرة، وأشعة جوية مصدرها مركبات الجو المختلفة.

 

كما أن سطح الأرض لا يمتص كامل الأشعة الواصلة إليه بشكل مباشر لأن جزءا منها يرتد منعكساً إلى الجو ، وكل جسم ماص للأشعة هو بنفس الوقت باعث لها، وتتناسب قدرته الانبعاثية طرديا مع قدرته الامتصاصية .

ويقوم سطح الأرض الذي امتص جزءا من الأشعة الشمسية الواصلة إلى سقف الغلاف الجوي على إعادة بثها مرة أخرى بطول موجي معين.

 

ولما كانت كمية الأشعة الشمسية التي يتلقاها سطح الأرض ترتبط بزاوية ورود تلك الأشعة إلى السطح وبطول فترة سطوع الشمس – بجانب ارتباطها أيضا بما تتعرض إليه من عمليات انتشار وامتصاص وانعكاس في الجو – لذا كان من الضروري معرفة طول فترة سطوع الشمس الفعلية.

وفي الكويت تسطع الشمس خلال فصل الصيف بشكل مباشر ولعدد كبير من الساعات مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة إلى قيم مرتفعة جدا وخاصة خلال يونيو ويوليو وأغسطس ، ومن جهة أخرى فإن الشمس تسقط مائلة خلال فصل الشتاء ولعدد قليل من الساعات الأمر الذي ينتج عنه انخفاض كبير في درجات الحرارة.

 

وفيما يلي عرض لأجهزة قياس سطوع الشمس

أولا : قياس كمية الإشعاع: تعبر كمية الطاقة الإشعاعية الساقطة على وحدة المساحة في وحدة الزمن عن شدة الإشعاع.

ووحدة قياس تدفق الاشعاع بالنسبة لوحدة المساحة هي الميلي واط/ سم2 (1 حريرة/ دقيقة= 69 ر7 ميلي واط) .

وبالنسبة لكمية الأشعة في وحدة المساحة فتقاس إما بالجول/سم2 أو بالميلي واط / ساعة/ سم2  وفي بعض الدول فإن الحريرة/ سم2 تستخدم للإشارة إلى "اللانجلي" ووحدة القياس الموافقة للتدفق الإشعاعي هي اللانجلي/ دقيقة.

 

ومن الممكن أن نصنف أجهزة قياس الإشعاع بالآتي :

أ – أجهزة قياس الإشعاع الشمسي المباشر الوارد عموديا:  وهي إما أجهزة قياس معيارية رئيسية ، أو أجهزة ثانوية تتم معايرتها اعتمادا على الأجهزة المعيارية وتعرف مثل هذه الأجهزة بالبيرهيليومتر pyrheliometer مثل:

1- جهاز انجستروم (Angstrom pyrheliometer)

 

2 – جهاز ابوت (Abbot) ذو القرص الفضي  Silverpyrholiometer

 

 

3 – جهاز ميكلسون المعدني Michelson Bimetallic Pyrheliometer

  

 

ب -أجهزة قياس الإشعاع الشمسي الكلي والسماوي: 

وهي أجهزة تستخدم لقياس كامل الأشعة الواردة من كل نصف الكرة الأرضية بما في ذلك كمية الإشعاع الشمسي غير المباشر الواصل من سطح الارض بعد انتشاره وتبعثره في الجو بواسطة الجزيئات العالقة والمكونة للجو (الشمس والسماء) وتعرف مثل هذه الأجهزة بالبيرانومتر pyranometer

1- جهاز إيبلي Eppely Pyranometer  

       

 

2 – جهاز بيللاني Bellani Pyranometer

3 – جهاز فولوخين Volochine Pyranometer

4 – جهاز دير مهيرن–ساوبرر ( البيرانومتر النجمي ) Dirmhin-Suabrer.

 

5- جهاز دير مهيرن – ساوبرر (البيرانوومتر النجمي) Dirmhin-Saubrer.

6 – جهاز يانشفسكي الحراري – الكهربائي.

 

7 – مسجل شدة الإشعاع الشمسي ( الاكيتنوغراف) (Actinograph).

جـ – أجهزة قياس الإشعاع الجوي الصافي: 

على سطح أفقي أسود موجه نحو الأعلى ، عند درجة حرارة الجو المحيط.وتعرف مثل هذه الأجهزة بالبيرجيومتر Pyrgeometer

 

د – أجهزة قياس كل من الإشعاع الأرضي والإشعاع الشمسي:  

(الإشعاع الكلي) ، وتعرف مثل هذه الأجهزة بالبيرراديومتر pyrradiometer.

 

هـ – أجهزة قياس التدفق للإشعاع الإجمالي نحو الأعلى ونحو الأسفل: 

(الإشعاع الشمسي ، الأرضي والجوي) عبر سطح أفقي ، وتعرف هذه الأجهزة بأجهزة قياس الإشعاع الصافي Net pyrradiometer.

وتقوم هذه الأجهزة بقياس كافة الأشعة الواردة والممتصة بمختلف طول الموجات المتجهة منها مباشرة نحو سطح الأرض والمتجهة منه نحو الأعلى بعيدة عنه .

مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪هل أنت سجين "غرف الصّدى"؟
. عمّار العاني باحث في المعلوماتية وتأثير وسائل التواصل الاجتماعي، سورية
في الوقت الذي تظهر فيه معظم الأبحاث العلمية أن ظاهرة الاحترار العالمي والتغير المناخي حقيقة مؤكدة، فإن نحو 15% من الجمهور لا يصدق هذه النظرية ويعتبرها خدعة من قبل الحكومات. وتظهر الإحصاءات أن نحو 5% من الأهالي يمتنعون عن تقديم اللقاحات الأساسية لأطفالهم إيماناً منهم بأخطارها، على الرغم من التوافق شبه الكامل في الأوساط الطبية على أن هذه المخاوف لا أساس لها.
   ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪"سرعة خاطفة": جهود أمريكية لإنتاج اللقاح تخرجإلى العلن
قلم:       جون كوهين
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
الحكمة المتعارف عليها هي أن إنتاج لقاح لكوفيد-COVID-19 19 لن يكون ممكنا قبل سنة على الأقل من الآن، ولكن جهود الجهات التنظيمية في حكومة الولايات المتحدة، والتي تعرف بعملية السرعة الخاطفة  Operation Warp Speed أو أسرع من الضوء، لا تنطبق عليها هذه الحكمة التقليدية. وهذا المشروع،  المبهم حتى الآن، والذي من المرجح أن يُعلِن عنه البيت الأبيض رسميًا في الأيام القادمة، سيختار مجموعة متباينة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪الإشكاليات الطبية لمرض كوفيد 19
. جمال المطر اختصاصي في أمراض الأذن والأنف والحنجرة، الكويت
تعد الكائنات الحية الدقيقة والفيروسات من العوامل الممرضة الشائعة للإنسان، ويتميز بعضها عن بعض بعدد من الخصائص والسمات. فبعض الفيروسات يصيب النباتات وبعضها يصيب الحيوانات، وهناك أنواع تصيب الإنسان مسببة له أمراضاً متنوعة مثل متلازمة عوز نقص المناعة المكتسبة الإيدز، والتهاب الكبد الفيروسي، والحصبة. ويشهد العالم حاليا أول جائحة يسببها فيروس كورونا الذي ينتمي إلى فصيلة فيروسات واسعة ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪أصبح العدو القديم حليفًا .. استخدام الفيروسات في علاج السرطان
. خالد صنبر، د. معتصم البارودي، د. نبيل أحمد باحثون في مجال الأمراض والفيروسات بكلية الطب في هيوستن، الولايات المتحدة
على الرغم من كونها أكثر الكائنات بساطًة فإن الفيروسات أتقنت عملية التطور بصورة مذهلة؛ فقد أتاح استغلال تلك المخلوقات الدقيقة لمخلوقات أكثر تعقيدًا، لحاجتها إلى التكوينات الخلوية، قدرة كبيرة لها على اجتياز العقبات التطورية. ففي جينومنا الخاص، اتخذت الفيروسات مخبئًا لإحدى أكثر الرحلات نجاحًا عبر الزمن، إذ يعتقد أن نحو %10 من ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪قصة الفيروسات .. 3 رواد أسهموا في اكتشافاتها المذهلة
. إسلام حسين باحث في مجال الفيروسات في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، الوريات المتحدة
يعتبر أواخر القرن التاسع عشر العصر الذهبي لعلم الميكروبيولوجيا علم الأحياء المجهرية، إذ شهد اكتشافات كثيرة عن بعض أنواع المكروبات، وتحديدا البكتيريا والفطريات. وأدت هذه الاكتشافات إلى تكوين نظرية شمولية عن الميكروبات، تعرف بنظرية الجراثيم germ theory، التي بنيت على معلومات توفرت لدى العلماء في ذلك الوقت. افترضت هذه النظرية توفر بعض الخصائص في أي مسبب ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪عناقيد الحالات: لغز رئيسي من ألغاز جائحة كورونا
قلم:      كاي كوبفرشميدت
ترجمة:   د. عبد الرحمن سوالمة
تغطية مجلة ساينس Science لكوفيد-19 بدعم من مركز بوليتزر Pulitzer Centre
في 10 مارس، عندما التقى 61 شخصًا للتدريب على التراتيل بكنيسة  في ماونت فيرنون بواشنطن، بدا كل شيء طبيعيًا. ولمدة ساعتين ونصف الساعة أنشد المنشدون، وتناولوا الكعك والبرتقال، وأنشدوا مرة أخرى. ولكن أحدهم كان يعاني منذ ثلاثة أيام ما يبدو كأنه زكام، والذي تبين فيما بعد أنه كوفيد-19 COVID-19. وفي 12 مايو نشرت ... (قراءة المقال)
التقدم العلمي
‫‪المادة السلبية.. أسرع من إيقاع الضوء والزمن
.أحمد مغربي طبيب ومترجم وكاتب متخصص بالموضوعات العلمية، لبنان
هل يمكن السفر بأسرع من الضوء؟ إذا كان إيقاع الزمن يسير بسرعة الضوء، وفق نظرية آينشتاين عن النسبية، ألا يكون التحرك بسرعة الضوء أو أكثر سفراً في الزمن أيضاً؟ أليس بموجب معادلة آينشتاين الشهيرة عن المادة والطاقة E=a.mc2 تتبدد المادة وتتحوّل إلى طاقة صرفة عندما تصل إلى التحرّك بسرعة الضوء، فكيف يمكن التنقل أسرع من الضوء من دون حدوث ذلك؟
 يألف عُشاق السينما أفلاماً عن آلة ... (قراءة المقال)
مجلة العلوم
‫‪كيف تولِّد الجبال بؤرة مضطربة ساخنة
قلم:     إريك هاند
ترجمة:  صفاء كنج
المحيط الجنوبي شهير بعواصفه، وهو موطن لأمواج أعلى من أعمدة الهاتف. ولكن على ارتفاع 50 كيلومتراً، يكون الطقس عاصفاً بالقدر نفسه، حتى وإن لم نر ذلك بالوضوح نفسه. هناك، تتكسر موجات قوية في الهواء وتتحطم وتدفع بالطاقة إلى طبقة الستراتوسفير Stratosphere وتغير اتجاه الرياح التي تساعد على التحكم في المناخ.
على امتداد عقدين عرف الباحثون أن منطقة قريبة من خط العرض 60° جنوباً