פירנומטר הוא מכשיר המשמש למדידת קרינת השמש המתקבלת מכל חצי הכדור שמעל בטווח אורכי גל של כ-0.3 עד 3 מיקרומטר. הוא משמש בדרך כלל ביישומי מטאורולוגיה, אקלימטולוגיה ואנרגיה סולארית כדי לכמת את קרינת השמש, שהיא ההספק ליחידת שטח המתקבלת מהשמש.
מדידת קרינת השמש
עיצוב חיישן: פירנומטר מורכב מחיישן קרינה, שהוא בדרך כלל תא תרמופיל או תא פוטו-וולטאי, המכוסה בכיפת זכוכית. הכיפה שקופה לקרינת השמש אך ממזערת את איבוד החום מהחיישן.
קליטת קרינת שמש: כאשר קרינת השמש פוגעת במשטח הפירנומטר, היא נספגת בחומר החיישן. האנרגיה מהקרינה הנספגת מחממת את החיישן.
מדידת הפרש טמפרטורה: התרמופיל או התא הפוטו-וולטאי בחיישן יוצר מתח או זרם פרופורציונלי להפרש הטמפרטורה בין החיישן לסביבתו. הטמפרטורה של החיישן עולה עקב קרינת השמש הנספגת.
המרה ל-Irradiance: הפלט של המתח או הזרם מהחיישן מומר ליחידות קרינה, בדרך כלל ואט למ"ר (W/m²), תוך שימוש בגורמי כיול ספציפיים לדגם הפירנומטר ורגישותו לקרינת השמש.
רישום נתונים: ערכי הקרינה המתקבלים מהפירנומטר נרשמים לאורך זמן כדי לנטר שינויים בקרינת השמש לאורך היום, עונות השנה ותנאי מזג אוויר שונים.
כיול ותחזוקה: פירנומטרים דורשים כיול תקופתי כדי להבטיח מדידות מדויקות. בנוסף, יש לתחזק אותם כראוי, כולל ניקוי קבוע של הכיפה כדי למנוע מלכלוך ופסולת להפריע למדידות קרינת השמש.
כיצד משפיעים תנאי האטמוספירה על הדיוק של מדידות פירנומטר?
עננים: כיסוי ענן יכול להחליש מאוד את קרינת השמש הנכנסת. עננים עבים יכולים לחסום חלק ניכר מקרינת השמש מלהגיע לפירנומטר, מה שמוביל לערכים נמדדים נמוכים יותר. לעומת זאת, עננים דקים עלולים לפזר קרינת שמש, ולהשפיע על אחידות הקרינה הנכנסת.
אירוסולים וחלקיקים: אירוסולים אטמוספריים כמו אבק, עשן ומזהמים יכולים להתפזר ולספוג קרינת שמש לפני שהיא מגיעה לפירנומטר. פיזור וספיגה אלו מפחיתים את כמות הקרינה המגיעה לחיישן, מה שמוביל לערכים נמדדים נמוכים יותר.
אדי מים: אדי מים באטמוספרה יכולים לספוג אורכי גל ספציפיים של קרינת שמש. רמות לחות גבוהות עלולות להוביל לספיגה מוגברת של קרינת השמש לפני שהיא מגיעה לפירנומטר, וכתוצאה מכך ערכים נמדדים נמוכים יותר.
גובה וצפיפות אוויר: הלחץ האטמוספרי וצפיפות האוויר יורדים עם הגדלת הגובה. מדידות פירנומטר שנלקחו בגבהים גבוהים עשויות להיות שונות מאלו שנלקחו בגובה פני הים בשל שינויים בצפיפות האוויר.
טמפרטורה: רגישות פירנומטר יכולה להיות מושפעת מטמפרטורה. שינויים בטמפרטורה יכולים להשפיע על רגישות החיישן ועל המאפיינים התרמיים של מרכיביו, מה שעלול להוביל לאי דיוק במדידה.
זווית שמש: זווית השמש ביחס לפירנומטר משפיעה על כמות קרינת השמש המיירטת על ידי החיישן. כאשר זווית השמש משתנה לאורך היום ולרוחב עונות השנה, רמות הקרינה הנמדדות משתנות בהתאם.
כיול מכשיר: כיול רגיל חיוני כדי להבטיח את הדיוק שלה מדידות. שינויים בתנאים האטמוספריים והזדקנות המכשיר יכולים להשפיע על הכיול לאורך זמן, מה שיוביל לאי דיוקים במדידות.