Оглавление
За пределами поверхности земли: физическая ловушка измерения температуры дорожного покрытия под снегом и как правильно интерпретировать полученные данные.
2026-09-20
Система мониторинга погодных условий и состояния дорожного покрытия Hongyu Road | Применение HY-RSS11 / MRSS2
Когда для измерения температуры дорожного покрытия зимой используется дистанционный датчик состояния дорожного покрытия, что именно измеряется, когда покрытие покрыто снегом — температура самого дорожного покрытия или температура снежной поверхности? И почему снежная поверхность может показывать температуру выше 0°C под прямыми солнечными лучами днем, не исчезая мгновенно? Эти, казалось бы, противоречивые наблюдения коренятся в фундаментальных принципах инфракрасного измерения, теплопередачи, радиационного баланса и фазового перехода.
1. Краткий обзор инфракрасного измерения температуры
Инфракрасный термометр определяет температуру, регистрируя инфракрасное излучение, испускаемое поверхностью объекта. На практике он измеряет радиометрическую «температуру поверхности» чрезвычайно тонкого слоя, а не температуру глубоко внутри материала. Когда дорога покрыта снегом, инфракрасный детектор измеряет температуру самого верхнего слоя снега или льда в пределах своего поля зрения, а не температуру нижележащего покрытия и не температуру внутри снежного покрова. Эта температура поверхности может быстро меняться и сильно зависит от солнечной радиации, состояния неба, скорости ветра, влажности и других факторов окружающей среды.
2. Почему температура поверхности снега ведёт себя по-разному днём и ночью?
Разница в основном определяется балансом поверхностной энергии.
Ночью
Поверхность снега теряет тепло за счет длинноволнового радиационного охлаждения в сторону более холодного неба и окружающей атмосферы. Снег является эффективным источником длинноволнового излучения с коэффициентом излучения, приближающимся к 0,995, при этом его теплопроводность низка. В результате поверхность снега не может быстро отводить достаточно тепла из более глубоких слоев земли, чтобы компенсировать радиационные потери. В ясную, безветренную погоду температура поверхности снега может существенно опускаться ниже температуры воздуха и даже быть более чем на 10 °C ниже температуры нижележащей поверхности земли.
В течение дня
Поверхность снега подвергается воздействию коротковолнового солнечного излучения. Хотя свежий снег имеет высокое альбедо в видимом диапазоне, обычно около 0,6–0,9, он все же поглощает часть поступающей энергии, особенно в ближнем инфракрасном диапазоне. Под прямыми солнечными лучами это может повысить температуру поверхности снега до 0 °C или немного выше, даже если окружающий воздух и дорожное покрытие под снегом остаются ниже нуля.
Поэтому дневная температура поверхности снега, как правило, значительно выше ночной. Солнечное излучение является основным фактором, определяющим этот суточный контраст, и разброс температур на поверхности снега может быть намного больше, чем на подстилающей земле, из-за специфических тепловых и радиационных свойств снега.
3. Температура поверхности снега и температура воздуха — это не одно и то же.
Температура воздуха и температура поверхности снега взаимодействуют, но их не следует рассматривать как взаимозаменяемые показатели. Эта взаимосвязь сильно зависит от радиации, ветра, влажности и энергетического баланса поверхности.
При слабом или полном отсутствии солнечного излучения — например, ночью или при пасмурной погоде — сильный ветер может усиливать турбулентный теплообмен между воздухом и поверхностью снега, сближая их температуры. Однако в ясную, безветренную ночь радиационное охлаждение может сделать поверхность снега значительно холоднее воздуха.
Под воздействием солнечного света температура поверхности снега определяется балансом между поглощенной солнечной энергией и охлаждением за счет испарения, сублимации, длинноволнового излучения и конвекции. Поэтому она может быть выше, приблизительно равна или ниже температуры воздуха. Под воздействием яркого солнечного света температура поверхности может кратковременно подняться выше 0°C, даже если температура воздуха остается ниже нуля.
4. Тает ли снег или лед на дороге, когда дневная температура воздуха выше 0°C?
Не обязательно. Для таяния необходим достаточный запас энергии. Если датчик состояния дорожного покрытия, работающий в режиме дистанционного зондирования, кратковременно показывает температуру снежной поверхности выше 0°C, это не означает, что весь снежный слой немедленно растает. Во многих случаях тает только очень тонкий поверхностный или приповерхностный слой.
Для фазового перехода требуется большое количество энергии.
При 0°C для таяния льда требуется приблизительно 334 кДж скрытой теплоты на килограмм. Эта энергия известна как скрытая теплота плавления. Если инфракрасный термометр показывает температуру поверхности немного выше 0°C, это может указывать на то, что очень тонкий поверхностный слой получил небольшое количество избыточной энергии. Эта энергия может быть немедленно израсходована в результате фазового перехода, эффективно поддерживая температуру около 0°C до тех пор, пока не появится дополнительная энергия.
Снег плохо проводит тепло.
Тепло от поверхности снега не проникает быстро в более глубокие слои снежного покрова. Следовательно, верхний слой может временно таять, в то время как снег под ним остается холодным и твердым.
Ключевые факторы
1) Солнечное излучение: Солнечное излучение обычно является наиболее важным источником энергии для таяния снега в дневное время и может быть гораздо более значимым, чем конвективный вклад тепла, связанный только с температурой воздуха.
2) Баланс поверхностной энергии: Сильное солнечное излучение может вызывать локальное таяние даже при температуре воздуха немного ниже 0 °C. И наоборот, когда температура воздуха немного выше 0 °C, но условия облачные и холодные, с высокой влажностью и испарительным охлаждением, снег может таять очень медленно или оставаться на поверхности в течение значительного времени.
3) Локальное и мгновенное измерение: инфракрасный детектор может зафиксировать освещенный солнцем кончик снежного кристалла или небольшой участок поверхности в определенный момент времени. Это показание не отражает температуру всего снежного покрова.
4) Правильная интерпретация: Снег и лед исчезают только тогда, когда постоянный чистый приток энергии достаточен для обеспечения необходимой скрытой теплоты фазового перехода. Кратковременное повышение температуры выше 0 °C просто указывает на временный локальный избыток энергии; этот избыток может быть израсходован на таяние поверхности, а не на непрерывное нагревание снежного покрова.
Короче говоря, дневная температура воздуха выше 0°C способствует таянию снега, но сама по себе она не является достаточным условием. Фактическая скорость таяния зависит от чистого энергетического баланса, включая солнечное излучение, длинноволновый обмен, конвекцию, испарение/сублимацию, свойства снега и — где это применимо — вклад противогололедных средств, используемых на дорогах.
5. Физические принципы объяснены: как может существовать лед или снег, если измеренная температура поверхности выше 0 °C?
Это полезная поправка к распространенному предположению о том, что «лед при температуре выше нуля должен немедленно растаять». Ключевым моментом является разграничение объекта измерения, источника энергии и процесса фазового перехода.
Различные цели измерения: общеизвестная точка замерзания 0 °C обычно относится к состоянию равновесия льда и воды при заданном давлении или к объемной температуре материала. Инфракрасное зондирование измеряет радиометрическую температуру поверхности, которая является мгновенной и локальной.
Недостаточное энергоснабжение: для повышения температуры снега с −10 °C до 0 °C требуется явное тепло, тогда как для превращения льда при 0 °C в жидкую воду при 0 °C требуется гораздо больше скрытого теплоты. Поэтому показания поверхности, немного превышающие 0 °C, могут соответствовать лишь ограниченному избытку энергии, потребляемому тонким слоем фазового перехода.
Температурная буферизация во время фазового перехода: в смеси льда и воды, пока существует лед и условия способствуют таянию, поступающая энергия преимущественно используется для фазового перехода, а не для непрерывного повышения температуры. Измеренное значение, немного превышающее или ниже 0 °C, может отражать точность датчика и непосредственную микросреду.
Влияние окружающей среды: Сухой воздух и сильный ветер могут усиливать испарение и сублимацию, отводя тепло от поверхности снега и подавляя как нагрев поверхности, так и таяние.
Справочная информация о продукте Hongyu – Мобильный детектор состояния дорожного покрытия MRSS2:
6. Практическая интерпретация для мониторинга состояния дорожного покрытия
Для обеспечения безопасности дорожного движения в зимних условиях наиболее важным моментом является то, что показания инфракрасного датчика температуры дорожного покрытия следует интерпретировать вместе с состоянием поверхности и условиями окружающей среды. Дистанционный инфракрасный детектор, такой как решения Hongyu для мониторинга состояния дорожного покрытия, может обеспечить быстрое бесконтактное наблюдение за температурой поверхности и фазовыми изменениями поверхности, но показания не следует автоматически интерпретировать как внутреннюю температуру асфальтобетонного покрытия.
Температура поверхности — это не общая температура дорожного покрытия: когда дорога покрыта снегом, льдом или стоячей водой, показания инфракрасного датчика соответствуют температуре открытой поверхности, находящейся в поле зрения датчика.
Температура выше 0°C не гарантирует полного таяния: временное повышение температуры поверхности выше нуля может сочетаться с устойчивым снегом или льдом, поскольку энергия может расходоваться на фазовый переход, а подстилающий снежный покров остается холодным.
Ночное замерзание представляет собой серьезную опасность: таяние снега днем может привести к повторному замерзанию воды после захода солнца или в затененных местах, образуя черный или прозрачный лед. Непрерывное дистанционное наблюдение может помочь выявить эти быстрые изменения состояния поверхности.
Интерпретируйте данные в контексте: для принятия оперативных решений учитывайте солнечную радиацию, скорость ветра, температуру воздуха, влажность, осадки, состояние дорожного покрытия, а также физические характеристики снега и льда наряду с показаниями инфракрасной температуры.
7. Заключение
Встроенный в детектор состояния дорожного покрытия инфракрасный термометр измеряет радиометрическую «температуру поверхности» материала, который он видит. В снежную погоду этим материалом может быть снег или лед, а не само дорожное покрытие. Его температура может быстро меняться под воздействием солнечной радиации, ветра, погодных условий, влажности и баланса энергии поверхности, и ее не следует напрямую приравнивать к температуре воздуха или внутренней температуре дороги.
Сохранение или исчезновение снега и льда в конечном итоге определяется энергетическим балансом. Временное показание инфракрасного излучения выше 0 °C указывает на то, что наблюдаемая поверхность испытала локальный чистый приток энергии; это не обязательно означает, что весь слой снега или льда получил достаточно энергии для завершения таяния.
Для дорожных служб и команд по зимнему содержанию дорог это различие особенно важно. Дневное таяние может сменяться ночным замерзанием или замерзанием в затененных местах, превращая талую воду в опасный черный лед или прозрачный лед. Дистанционное инфракрасное измерение температуры в сочетании с данными о состоянии дорожного покрытия и наблюдениями за окружающей средой обеспечивает быстрый и эффективный способ мониторинга этих быстрых изменений состояния поверхности.
Технология дистанционного мониторинга состояния дорожного покрытия от компании Hongyu разработана для практического применения в условиях погодных условий на дорогах, где бесконтактное зондирование, быстрое развертывание, непрерывный мониторинг и надежная информация о состоянии поверхности имеют решающее значение. Тот же физический принцип, который объясняет кажущийся «температурный парадокс», также помогает пользователям правильно интерпретировать данные датчиков и принимать более безопасные и обоснованные решения по управлению дорогами в зимнее время.
Справочник по применению продукции Hongyu
• Мобильный детектор состояния дорожного покрытия MRSS2:
• Страница продукта Hongyu для мониторинга состояния дорожного покрытия: http://www.hongyuv.com/lmztjcq/79.html
Свяжитесь с нами
Готовы сотрудничать с нами?
Компания Hongyuv Technology специализируется на исследованиях, разработках и производстве метеорологических датчиков и датчиков для мониторинга дорожного движения, располагая полностью собственной независимой системой разработки и производства.
Ярлыки
Продукты
Ультразвуковой анемометр
Универсальная метеостанция
Дождемер
Портативная метеостанция
Датчик видимости
Детектор состояния дорожного покрытия
Детектор окружающей среды в туннеле
Свяжитесь с нами
Контактное лицо: Стефан
Тел.:15390030365
Электронная почта:stefan@hongyuv.com
WhatsApp: 8615390030365
Адрес: Блок 1, улица Синье, 4-я, зона Гаосинь, зона Пиду, город Чэнду, провинция Сычуань, Китай.
Авторские права © 2026 HongYuv Technology Co., Ltd. - www.hongyuv.net | Карта сайта | политика конфиденциальности