2555 - silpakorn university · สังเคราะห์แสง 7...

การศกษาความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง

ทสถานวด 4 แหง ในภมภาคหลกของประเทศไทย

โดย

นายอรรถพล ศรประดษฐ

วทยานพนธนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวทยาศาสตรมหาบณฑต

สาขาวชาฟสกส

ภาควชาฟสกส

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

ปการศกษา 2555

ลขสทธของบณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

สำนกหอ

สมดกลาง

A STUDY OF PHOTOSYNTHETICALLY ACTIVE RADIATION AT FOUR STATIONS

SITUATED IN THE MAIN REGIONS OF THAILAND

By

Mr. Auttapon Sripradit

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree

Master of Science Program in Physics

Department of Physics

Graduate School, Silpakorn University

Academic Year 2012

Copyright of Graduate School, Silpakorn University

สำนกหอ


บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร อนมตใหวทยานพนธเรอง “การศกษาความเขมรงส

ดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสงทสถานวด 4 แหงในภมภาคหลกของประเทศ

ไทย” เสนอโดย นายอรรถพล ศรประดษฐ เปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญาวทยา

ศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาฟสกส

……...........................................................

(ผชวยศาสตราจารย ดร.ปานใจ ธารทศนวงศ)

คณบดบณฑตวทยาลย

วนท..........เดอน.................... พ.ศ...........

อาจารยทปรกษาวทยานพนธ

รองศาสตราจารย ดร.เสรม จนทรฉาย

คณะกรรมการตรวจสอบวทยานพนธ

.................................................... ประธานกรรมการ

(ศาสตราจารย ดร. วรฬห สายคณต)

............/......................../..............

.................................................... กรรมการ

(รองศาสตราจารย ดร. ศรชย เทพา)

............/......................../..............

.................................................... กรรมการ

(รองศาสตราจารย ดร. เสรม จนทรฉาย)

............/......................../..............

สำนกหอ


ง

52306204 : สาขาวชาฟสกส

คาสาคญ : รงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง / สภาพทองฟาปราศจากเมฆ /

แบบจาลอง

อรรถพล ศรประดษฐ : การศกษาความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใช

สงเคราะหแสงทสถานวด 4 แหงในภมภาคหลกของประเทศไทย. อาจารยทปรกษาวทยานพนธ : รศ.ดร.

เสรม จนทรฉาย. 145 หนา.

ในงานวจยน ผวจยไดพฒนาแบบจาลองสาหรบคานวณความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาว

คลนทพชใชในการสงเคราะหแสง(photosynthetically active radiation, PAR) 3 แบบจาลอง ไดแก 1) แบบจาลอง

อตราสวนของ PARตอรงสรวม 2) แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ

และในสภาพทองฟาทวไป และ 3) แบบจาลองโครงขายประสาทเทยมแบบหลายชนสาหรบคานวณ PAR ในกรณ

สภาพทองฟาทวไป แบบจาลองจะแสดงคา PAR ซงเปนฟงกชนของคาความลกเชงแสงของฝ นละออง ปรมาณไอ

นาในบรรยากาศ ปรมาณเมฆ และปรมาณโอโซน ในการสรางแบบจาลองจะใชขอมล PAR ความลกเชงแสงของ

ฝ นละออง และปรมาณไอน าในบรรยากาศ ซงวดทสถานวดความเขมรงสดวงอาทตยทจงหวดตางๆ ไดแก

เชยงใหม (18.78oN, 98.98oE) อบลราชธาน (15.25oN, 104.87 oE) นครปฐม (13.82oN, 100.04oE) และสงขลา

(7.2oN, 100.60oE) คาความลกเชงแสงของฝ นละออง และขอมลปรมาณไอนาในบรรยากาศจะไดจากเครอขายการ

วดฝ นละอองขององคการนาซา(NASA's AERONET) และขอมลปรมาณโอโซนไดมาจากดาวเทยม AURA/OMI

ในงานวจยนจะใชดชนเมฆ และดชนความใสของบรรยากาศเพอบอกปรมาณเมฆ โดยดชนเมฆจะหาจากขอมล

ดาวเทยม MTSAT-1R และดชนความใสของบรรยากาศจะคานวณจากรงสรวมซงวดทสถาน 4 แหง

หลงจากนนผวจยไดทดสอบสมรรถนะของแบบจาลองทงหมด โดยนาแบบจาลองไปคานวณหาคา

PAR ท 4 สถาน โดยใชขอมลอนพทซงมไดนามาใชในการสรางแบบจาลอง ผลการทดสอบพบวา แบบจาลอง

อตราสวน PAR ตอรงสรวมในสภาพทองฟาทวไป ซงบอกปรมาณเมฆในรปของดชนเมฆมความแตกตางจากคาท

ไดจากการวดในรปของ root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD) เทากบ 6.2 %

และ –0.8 % ตามลาดบ สาหรบแบบจาลองอตราสวน PAR ตอรงสรวมในสภาพทองฟาทวไป ซงบอกปรมาณ

เมฆในรปของดชนความใสของบรรยากาศมคา RMSD และ MBD เทากบ 6.2 % และ 0.2 % ตามลาดบ กรณของ

แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆมคา RMSD และ MBD เทากบ 5.9

% และ 0.8 % ตามลาดบ ในดานของแบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไปมคา

RMSD และ MBD เทากบ 10.0 % และ 0.2 % และแบบจาลองโครงขายประสาทเทยมแบบหลายชนมคา RMSD

และ MBD เทากบ 10.2 % และ -2.7 % ตามลาดบ

ภาควชาฟสกส บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร ปการศกษา 2555

ลายมอชอนกศกษา...............................................

ลายมอชออาจารยทปรกษาวทยานพนธ..................................................

สำนกหอ


จ

52306204 : MAJOR : PHYSICS KEY WORDS : PHOTOSYNTHETICALLY ACTIVE RADIATION (PAR) /CLEAR SKY/ MODEL AUTTAPON SRIPRADIT : A STUDY OF PHOTOSYNTHETICALLY ACTIVE RADIATION AT FOUR STATIONS SITUATED IN THE MAIN REGIONS OF THAILAND. THESIS ADVISOR : ASSOC. PROF. SERM JANJAI, Ph.D. 145 pp.

In this work, three different models for estimating photosynthetically active radiation (PAR) were developed. These were: 1) the model of PAR-to-global radiation ratio 2) semi-empirical models for estimating PAR under cloudless and all sky conditions and 3) multilayer artificial neural network model. For the case of all sky conditions the models expressed PAR as functions of the aerosol optical depth, precipitable water, cloudiness, and total column ozone. The formulations of these models were based on PAR, aerosol optical depth and precipitable water data collected at four solar monitoring stations : Chiang Mai (18.78 °N, 98.98 °E), Ubon Ratchathani (15.25 °N, 104.87 °E), Nakhon Pathom (13.82 °N, 100.04 °E) and Songkhla (7.20 °N, 100.60 °E). The aerosol optical depth and precipitable water data were obtained from NASA's AERONET while total column ozone was derived from AURA/OMI satellite. The satellite-derived cloud index and clearness index were used to quantity cloudiness. The cloud index was derived from MTSAT-1R satellite whereas clearness index was calculated from global radiation measured at the four stations.

To investigate their performance, all models were used to estimate PAR at four stations using input data which were not involved in the model formulation. The model of PAR-to-global radiation ratio predicted PAR under all sky conditins with the root mean square difference (RMSD) of 6.2% and mean bias difference (MBD) of -0.8% for the case of using cloud index to quantity cloudiness. On the other hand, for the case of using clearness index to quantity cloudiness, the RMSD and MBD were 6.2% and 0.2%, respectively. The semi-empirical models showed good results with the RMSD of 5.9% and MBD of 0.8% under cloudless sky conditions, whereas for under all sky conditions the RMSD and MBD were 10.0% and 0.2%, respectively. Finally, the multilayer artificial neural network model predicted PAR under all sky conditions with the RMSD and MBD of 10.2 % and -2.7 %. Department of Physics Graduate School, Silpakorn University Academic Year 2012 Student's signature.......................................... Thesis Advisor’s signature..........................................

สำนกหอ


ฉ

กตตกรรมประกาศ

ในการศกษาระดบปรญญามหาบณฑตน ผวจยไดรบทนผชวยวจยจากหองปฏบตการ

วจยพลงงานแสงอาทตย ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร ซงผวจย

ขอขอบคณไว ณ ทนเปนอยางสง และขอขอบคณศนยอตนยมวทยาภาคเหนอ ศนยอตนยมวทยา

ภาคตะวนออกเฉยงเหนอ และ ศนยอตนยมวทยาภาคใตฝงตะวนออกทใหความอนเคราะหดาน

สถานทตดตงและดแลอปกรณวด

ผวจยขอขอบพระคณรองศาสตราจารย ดร. เสรม จนทรฉาย ซงเปนอาจารยทปรกษา

ผใหคาแนะนาดานวชาการ พรอมทงจดหาทนวจย เครองมอ อปกรณ และขอมลสาหรบใชในการ

ดาเนนงานวจย

ผวจยขอขอบพระคณผชวยศาสตราจารยพลศกด อนทว หวหนาภาควชาฟสกส คณะ

วทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร ทใหการสนบสนนดานงานบรหารตางๆ และขอขอบพระคณ

รองศาสตราจารย ดร. ศรชย เทพา อาจารยประจาสายวชาเทคโนโลยพลงงาน คณะพลงงาน

สงแวดลอมและวสด มหาวทยาลยเทคโนโลยพระจอมเกลาธนบร ทกรณาเสยสละเวลามาเปน

กรรมการสอบวทยานพนธ

นอกจากน ผวจยขอขอบคณ อาจารย ดร.วรภาส พรมเสน อาจารย ดร.อสระ มะศร

อาจารย ดร.สมามาลย บรรเทง อาจารย ดร.รงรตน วดตาล และนกวจยทกทานของหองปฏบตการ

วจยพลงงานแสงอาทตย ภาควชาฟสกส มหาวทยาลยศลปากร ทชวยเหลอในการอานเรยบเรยง

ขอมลและสอบเทยบหววด รวมทงสนบสนนงานวจย

ทายสดน คณประโยชนทเกดจากวทยานพนธฉบบน ผวจยขอมอบใหกบบดาและ

มารดารวมทงคณาจารยทกทาน เพอตอบแทนพระคณทไดชวยใหผวจยประสบความสาเรจใน

การศกษา

สำนกหอ


ช

สารบญ

หนา

บทคดยอภาษาไทย ง

บทคดยอภาษาองกฤษ จ

กตตกรรมประกาศ ฉ

สารบญตาราง ญ

สารบญภาพ ฎ

บทท

1 บทนา 1

ความเปนมาและความสาคญของปญหา 1

วตถประสงค 1

2 หลกทางวชาการและงานวจยทเกยวของ 2

คลนแมเหลกไฟฟา (electromagnetic wave) 2

รงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง 3

แหลงกาเนดของรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใช

สงเคราะหแสง 3

ปรมาณความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใช

สงเคราะหแสง 7

การสงเคราะหแสงของพช 10

การวดรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง 13

โครงขายประสาทเทยม (Artificial Neural Networks) 16

เซลลประสาทของสมองมนษย (neuron) 16

เซลลประสาทเทยม (artificial neuron) 17

ฟงกชนการกระตน (activation function) 19

การเรยนรของโครงขายประสาทเทยม 21

สถาปตยกรรมโครงขายประสาทเทยม 23

โครงขายประสาทเทยมชนดการเรยนรแบบแพรกลบ

(back propagation algorithm) 25

งานวจยทเกยวของ 30

สำนกหอ


ซ

บทท หนา

3 วธดาเนนการวจยและผล 38

การเตรยมขอมลความเขมรงสดวงอาทตย 38

เครองมอวด 38

การอานขอมล 46

การสอบเทยบเครองวดความเขมรงสดวงอาทตย 46

การควบคมคณภาพขอมล 52

การคดเลอกขอมล 55

ขอมลทใชในการสรางแบบจาลอง 61

มมเซนธของดวงอาทตย 61

คาแฟกเตอรปรบแกความรของวงโคจร 63

มวลอากาศทรงสดวงอาทตยเคลอนทผาน 65

ปรมาณไอนาในบรรยากาศ 66

ความลกเชงแสงของฝ นละออง 76

ปรมาณโอโซน 87

ดชนความใสของบรรยากาศ 97

ดชนเมฆ 98

การพฒนาแบบจาลองสาหรบคานวณ PAR 99

แบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวม 99

แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟา

ปราศจากเมฆ 108

แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไป 116

โครงขายประสาทเทยม 121

การศกษาลกษณะทางสถตของ PAR 126

การแปรคาของ PAR ตามเวลาในรอบป (seasonnal variation) 126

การเปลยนแปลงคา PAR ระหวางป (inter-annual variation) 129

บรรณานกรม 134

สำนกหอ


ฌ

บทท หนา

ภาคผนวก 137

ภาคผนวก ก สญลกษณ 138

ภาคผนวก ข การคดเลอกวนทองฟาปราศจากเมฆ 141

ประวตผวจย 145

สำนกหอ


ญ

สารบญตาราง

ตารางท หนา

1 รงควตถทปรากฏอยในพชชนดตางๆ 11

2 ผลการสอบเทยบเครองวดรงสรวมของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม

และสงขลา 52

3 ผลการสอบเทยบเครองวด PAR รงสรวมของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม


4 ชวงขอมลทใชในการพฒนาและทดสอบแบบจาลองอตราสวน PAR ตอรงสรวม 99

5 แสดง root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD)

ของการเปรยบเทยบคาทไดจากแบบจาลองอตราสวน PAR ตอรงสรวมจากผลของ

ดชนเมฆกบคาทไดจากการวดเฉลยรายชวโมงของสถานเชยงใหม อบลราชธาน

นครปฐม และสงขลา 104

6 แสดง root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD) ของ

การเปรยบเทยบคาทไดจากแบบจาลองอตราสวน PAR ตอรงสรวมจากผลของ

ดชนความใสของบรรยากาศกบคาทไดจากการวดเฉลยรายชวโมงของสถาน

เชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา 107

7 คาสมประสทธของแบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพ

ทองฟาปราศจากเมฆทพฒนาขน 112


แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ

จากสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา 115

9 คาสมประสทธของแบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR รงสรวมในสภาพ

ทองฟาทวไป 117


แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไป

จากสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา 120

11 แสดง root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD)

ระหวางคา PAR ทไดจากการคานวณดวย ANN และคา PAR ทไดจากการวด

ของสถานเชยงใหมสถานอบลราชธาน สถานนครปฐม และสถานสงขลา 125

12 ปรมาณเมฆและคาดชนความแจมใส 143

สำนกหอ


ฏ

สารบญภาพ

ภาพท หนา

1 ลกษณะการเคลอนทของคลนแมเหลกไฟฟาในสญญากาศ 2

2 คลนแมเหลกไฟฟาทความยาวคลนชวงตาง ๆ 3

3 สเปกตรมของรงสดวงอาทตยนอกบรรยากาศโลก (Iqbal, 1983) 4

4 แสดงตวอยางของสเปกตรมรงสตรง (Iqbal, 1983) 5

5 แสดงตวอยางของสเปกตรมรงสกระจาย (Iqbal, 1983) 5

6 แสดงตวอยางของสเปกตรมรงสรวม (Iqbal, 1983) 6

7 สเปกตรมรงสดวงอาทตยและสวนทเปน PAR 6

8 พลงงาน quantum ของอนภาค photon ทชวงคลนแสงตางกน ในชวงคลน

ระหวาง 400 ถง 700 nm จะมพลงงาน quantum ทสามารถใชในขบวนการ

สงเคราะหแสงได (Gardner et al.,1985) 7

9 แสดงคาจากดความของ Radiant intensity 8

10 แสดงการใหคาจากดความของ radiance 8

11 แสดงการใหคาจากดความของ irradiance 9

12 การดดกลนรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสงของรงควตถ

ชนดตางๆ 12

13 อตราการสงเคราะหแสงในชวงความยาวคลนตางๆ 12

14 หววด PAR ของบรษท EKO 14

15 หววด PAR ของบรษท LICOR 14

16 หววด PAR ของบรษท Kipp&Zonen 15

17 หววด PAR ของบรษท Biospherical Instrument Inc. 15

18 เซลลประสาทของสมองมนษย (Abraham, 2005) 17

19 เซลลประสาทเทยม (Abraham, 2005) 18

20 กราฟแสดง activation Function (a) linear function (b) threshold function

(c) Sigmoid function (d) Hyperbolic tangent 20

21 รปแบบการเรยนรแบบมผสอน (supervised learning) 22

22 โครงขายประสาทเทยมแบบปอนไปขางหนา (feed forward)

(a) แบบมชนของเซลลประสาทชนเดยว

(b) แบบมชนของเซลลประสาทหลายชน 24

สำนกหอ


ฐ


23 โครงขายประสาทเทยมแบบมการปอนไปเวยนกลบ (recurrent) 25

24 โครงขายประสาทเทยมแบบหลายชน 26

25 ตาแหนงทตงของสถานวดความเขมรงสดวงอาทตยทง 4 สถานตามภมภาคหลก

ของประเทศไทย 39

26 เครองบนทกสญญาณ datalogger รน DC 100 ของ บรษท Yokogawa 40

27 เครอง Temperature/computer controller interface ของเครอง GUV 41

28 เครองคอมพวเตอรซงตดตงโปรแกรม Logger 41

29 เครองวดรงสรวมทศนยอตนยมวทยาภาคเหนอ จงหวดเชยงใหม 42

30 เครองวด GUV รงสรวมทศนยอตนยมวทยาภาคเหนอ จงหวดเชยงใหม 42

31 เครองวดรงสรวมทศนยอตนยมวทยาภาคตะวนออกเฉยงเหนอ จงหวดอบลราชธาน 43

32 เครองวด GUV รงสรวมทศนยอตนยมวทยาภาคตะวนออกเฉยงเหนอ

จงหวดอบลราชธาน 43

33 เครองวดรงสรวมทมหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม 44

34 เครองวด GUV รงสรวมทมหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม 44

35 เครองวดรงสรวมทศนยอตนยมวทยาภาคใตฝงตะวนออก จงหวดสงขลา 45

36 เครองวด GUV รงสรวมทศนยอตนยมวทยาภาคใตฝงตะวนออก จงหวดสงขลา 45

37 การสอบเทยบไพราโนมเตอรทสถานเชยงใหม เมอเดอนเมษายน 2012 48

38 การสอบเทยบ GUV ทสถานเชยงใหม เมอเดอนเมษายน 2012 48

39 การสอบเทยบไพราโนมเตอรทสถานอบลราชธาน เมอเดอนมนาคม 2012 49

40 การสอบเทยบเทยบ GUV ทสถานอบลราชธาน เมอเดอนมนาคม 2012 49

41 การสอบเทยบไพราโนมเตอรทสถานนครปฐม เมอเดอนมนาคม 2012 50

42 การสอบเทยบเทยบ GUV ทสถานนครปฐม เมอเดอนมนาคม 2012 50

43 การสอบเทยบไพราโนมเตอรทสถานสงขลา เมอเดอนมนาคม 2012 51

44 การสอบเทยบเทยบ GUV ทสถานสงขลา เมอเดอนมนาคม 2012 51

45 ลกษณะขอมลทผดปกตของรงสรวม ซงจาเปนตองตรวจสอบ 54

46 ลกษณะขอมลทผดปกตของ PAR ซงจาเปนตองตรวจสอบ 55

47 เครอง sunphotometer ของสถานเชยงใหม 56

48 เครอง sunphotometer ของสถานอบลราชธาน 56

สำนกหอ


ฑ


49 เครอง sunphotometer ของสถานนครปฐม 57

50 เครอง sunphotometer ของสถานสงขลา 57

51 เครองถายภาพทองฟาของสถานเชยงใหม 58

52 เครองถายภาพทองฟาของสถานอบลราชธาน 58

53 เครองถายภาพทองฟาของสถานนครปฐม 59

54 เครองถายภาพทองฟาของสถานสงขลา 59

55 ตวอยางภาพถายทองฟาจากเครอง sky view ของสถานเชยงใหมในสภาพทองฟา

(a) ปราศจากเมฆ (b) มเมฆบางสวน (c) เตมไปดวยเมฆ 60

56 ตวอยางภาพถายทองฟาจากเครอง sky view ของสถานอบลราชธานในสภาพทองฟา


57 ตวอยางภาพถายทองฟาจากเครอง sky view ของสถานนครปฐมในสภาพทองฟา


58 ตวอยางภาพถายทองฟาจากเครอง sky view ของสถานสงขลาในสภาพทองฟา


59 ลกษณะแสดงมมเงยของดวงอาทตย ( sα ) 62

60 แสดงวงโคจรของโลกรอบดวงอาทตย 63

61 0ก0ารดดกลนรงสดวงอาทตยทความยาวคลนตาง ๆของไอนาในบรรยากาศ 66

62 ปรมาณไอนากลนตวในบรรยากาศ 67

63 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาตามเวลาในรอบวน ของสถานเชยงใหม

วนท 2 มกราคม 2010 67

64 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาตามเวลาในรอบวน ของสถานอบลราชธาน


65 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาตามเวลาในรอบวน ของสถานนครปฐม

วนท 10 กมภาพนธ 2010 68

66 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาตามเวลาในรอบวน ของสถานสงขลา


67 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาในรอบป ของสถานเชยงใหม ป 2008 69



สำนกหอ


ฒ



71 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาในรอบป ของสถานอบลราชธาน ป 2009 71



74 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาในรอบป ของสถานนครปฐม ป 2008 73




78 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาในรอบป ของสถานสงขลา ป 2008 75




82 การกระเจงและดดกลนรงสดวงอาทตยทความยาวคลนตาง ๆ ขององคประกอบ

ในบรรยากาศ 77

83 การเปลยนแปลงคาความลกเชงแสงของฝ นละออง (aerosol optical depth)

ตามเวลาในรอบวนของสถานเชยงใหม วนท 7 มกราคม 2010 78


ตามเวลาในรอบวนของสถานอบลราชธาน วนท 24 มกราคม 2010 78


ตามเวลาในรอบวนของสถานนครปฐม วนท 8 มกราคม 2010 79


ตามเวลาในรอบวนของสถานสงขลา วนท 16 เมษายน 2010 79


ตามเวลาในรอบปของสถานเชยงใหม ป 2008 80





สำนกหอ


ณ





ตามเวลาในรอบปของสถานอบลราชธาน ป 2009 82






ตามเวลาในรอบปของสถานนครปฐม 2008 83








ตามเวลาในรอบปของสถานสงขลา ป 2008 85







102 การดดกลนรงสดวงอาทตยทความยาวคลนตางๆ ของโอโซนในบรรยากาศ 87

103 การวดปรมาณโอโซนในบรรยากาศ 88

104 ดาวเทยม AURA ขององคการ NASA 89

105 การเปลยนแปลงของปรมาณโอโซนในรอบป ของสถานเชยงใหม ป 2008 89


สำนกหอ


ด




109 การเปลยนแปลงของปรมาณโอโซนในรอบป ของสถานอบลราชธาน ป 2008 91




113 การเปลยนแปลงของปรมาณโอโซนในรอบป ของสถานนครปฐม ป 2008 93




117 การเปลยนแปลงของปรมาณโอโซนในรอบป ของสถานสงขลา ป 2008 95




121 การเปรยบเทยบคา PAR รงสรวมรายชวโมงทไดจากการวดและจากการคานวณดวย

แบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวมโดยพจารณาผลจากเมฆ

ทมตออตราสวนในรปของดชนเมฆ ของสถานเชยงใหม 102

122 การเปรยบเทยบคา PAR รายชวโมงทไดจากการวดและจากการคานวณดวยแบบจาลอง

อตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวมโดยพจารณาผลจากเมฆ

ทมตออตราสวนในรปของดชนเมฆ ของสถานอบลราชธาน 102

123 การเปรยบเทยบคา PAR รายชวโมงทไดจากการวดและจากการคานวณดวย


ทมตออตราสวนในรปของดชนเมฆ ของสถานนครปฐม 103



ทมตออตราสวนในรปของดชนเมฆ ของสถานสงขลา 103

สำนกหอ


ต




ทมตออตราสวนในรปของดชนเมฆ ของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม




ทมตออตราสวนในรปของดชนความใสของบรรยกาศของสถานเชยงใหม 105



ทมตออตราสวนในรปของดชนความใสของบรรยากาศของสถานอบลราชธาน 105



ทมตออตราสวนในรปของดชนความใสของบรรยากาศของสถานนครปฐม 106



ทมตออตราสวนในรปของดชนความใสของบรรยากาศของสถานสงขลา 106



ทมตออตราสวนในรปของดชนความใสของบรรยากาศของสถานเชยงใหม

อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา 107

131 ตวอยางกราฟ PAR ในวนททองฟาปราศจากเมฆของสถานเชยงใหม


132 ตวอยางกราฟ PAR ในวนททองฟาปราศจากเมฆของสถานอบลราชธาน


133 ตวอยางกราฟ PAR ในวนททองฟาปราศจากเมฆของสถานนครปฐม

วนท 28 เมษายน 2010 110

134 ตวอยางกราฟ PAR ในวนททองฟาปราศจากเมฆ ของสถานสงขลา

วนท 15 พฤษภาคม 2010 110

สำนกหอ


ถ


135 การเปรยบเทยบคา PAR ทไดจากการวดและจากการคานวณดวยแบบจาลอง

กงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ

ของสถานเชยงใหม 113



ของสถานอบลราชธาน 113



ของสถานนครปฐม 114



ของสถานสงขลา 114



ของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา 115


กงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไป

ของสถานเชยงใหม 118



ของสถานอบลราชธาน 118



ของสถานนครปฐม 119



ของสถานสงขลา 119

สำนกหอ


ท




ของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา 120

145 โครงสรางของโครงขายประสาทเทยมทใชสาหรบคานวณคา PAR รายชวโมง 121


ANN ของสถานเชยงใหม 123


ANN ของสถานอบลราชธาน 123


ANN ของสถานนครปฐม 124


ANN ของสถานสงขลา 124


ANN ของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา 125

151 การแปรคาของ PAR ตามฤดกาลในรอบปของสถานเชยงใหม 127

152 การแปรคาของ PAR ตามฤดกาลในรอบปของสถานอบลราชธาน 127

153 การแปรคาของ PAR ตามฤดกาลในรอบปของสถานนครปฐม 128

154 การแปรคาของ PAR ตามฤดกาลในรอบปของสถานสงขลา 128

155 การเปลยนแปลงคา PAR ระหวางป (inter-annual variation) ของสถานเชยงใหม 129

156 การเปลยนแปลงคา PAR ระหวางป (inter-annual variation) ของสถานอบลราชธาน 130

157 การเปลยนแปลงคา PAR ระหวางป (inter-annual variation) ของสถานนครปฐม 130

158 การเปลยนแปลงคา PAR ระหวางป (inter-annual variation) ของสถานสงขลา 131

159 เครองถายภาพทองฟา (sky view) 142

160 ภาพถายทองฟาในวนทองฟาปราศจากเมฆและวนทมเมฆ 143

161 Algorithm ของโปรแกรมคดเลอกขอมลทองฟาปราศจากเมฆของ AERONET 144

สำนกหอ


1

บทท 1

บทนา

1.1 ความเปนมาและความสาคญของปญหา

รงสดวงอาทตยทแผมายงโลกเปนรงสทมความยาวคลนกวาง โดยรงสดวงอาทตยทโลกไดรบ

สวนใหญจะอยในชวงความยาวคลน 300-3000 นาโมเมตร Photosynthetically Active Radiation หรอ

PAR คอรงสดวงอาทตยทพชสามารถนาเอาพลงงานหรออนภาคโฟตอนเหลานไปใชในกระบวนการ

สงเคราะหแสงได ซงอยในชวงความยาวคลนระหวาง 400-700 นาโนเมตร ตางจากแสงตรงทคาวาแสง

หมายถง รงสทตามนษยสามารถมองเหนได ซงอยในชวงความคลนใกลเคยงกนคอระหวาง 380-700 นา

โนเมตร โดยปรมาณของ PAR จะบอกในรป Photosynthetic Photon Flux Density ในหนวย 12 smmol −− ⋅⋅m หรอ 12 smE −− ⋅⋅m โดย 1 12 smE −− ⋅⋅m จะหมายถงจานวนโฟตอนของแสงในชวง

ความยาวคลน 400-700 นาโนเมตร จานวน 6.022x1017 โฟตอนทตกกระทบพนท 1 ตารางเมตรใน 1

วนาท ปรมาณดงกลาวสามารถวดไดดวยเครองวด PAR

โดยทวไปการสงเคราะหแสงของพชจาเปนจะตองใชกาซคารบอนไดออกไซด อตราการ

สงเคราะหแสงจงมผลตอปรมาณคารบอนไดออกไซดในชนบรรยากาศของโลก ดงนนปรมาณ PAR จง

มผลตอวฎจกรของคารบอนไดออกไซด ซงเปนกาซเรอนกระจก (greenhouse gas) ในบรรยากาศโลก

ขอมล PAR จงเปนขอมลพนฐานทสาคญของการศกษาสภาวะการเปลยนแปลงระบบบรรยากาศของ

โลก (climate change) นอกจากน PAR ยงเปนแฟกเตอรสาคญของการถายเทมวลสารและพลงงานใน

biosphere ซงเปนกลไกสาคญในการศกษาสภาวะโลกรอน (global warming)

ดงนนผวจยจงไดพฒนาแบบจาลองสาหรบคานวณความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาว

คลนทพชใชสงเคราะหแสงโดยใชขอมลอตนยมวทยาเปนอนพท (input) ของแบบจาลอง ทงนเพอให

แบบจาลองทพฒนาขนสามารถนาไปใชงานไดกบทกภมภาคของประเทศไทย

1.2 วตถประสงค

1. เพอพฒนาแบบจาลองสาหรบคานวณความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใช

สงเคราะหแสง

2. เพอทดสอบสมรรถนะของแบบจาลองสาหรบคานวณความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความ

ยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง

สำนกหอ


2

บทท 2

หลกทางวชาการและงานวจยทเกยวของ

2.1 คลนแมเหลกไฟฟา (electromagnetic wave)

คลนแมเหลกไฟฟา เปนคลนตามขวางทประกอบดวยสนามแมเหลกและสนามไฟฟาซงม

การสนในแนวตงฉากกน และอยบนระนาบตงฉากกบทศการเคลอนทของคลน โดยมความเรวใน

สญญากาศ เทากบ 3 x 108 m/s

รปท 1 ลกษณะการเคลอนทของคลนแมเหลกไฟฟาในสญญากาศ

ในกรณทวไป คลนแมเหลกไฟฟามคณสมบตซงสามารถทานายหรออธบายไดดวยสมการ

ของแมกซเวลล (Maxwell’s equations) โดยคณสมบตทสาคญไดแก การหกเห (refraction) การ

สะทอน (reflection) การเลยวเบน (diffraction) และการแทรกสอด (interference) สาหรบกรณของ

ปรากฏการณเกยวกบคลนแมเหลกไฟฟาในระดบอะตอมจะตองพจารณาวา คลนแมเหลกไฟฟาเปน

อนภาค (particle) หรอโฟตอน (photon) และตองใชทฤษฎควอนตมในการอธบายปรากฏการณ

ตางๆ ทเกยวของ คลนแมเหลกไฟฟามความยาวคลนไมจากด โดยสเปกตรม (Spectrum) ของคลน

แมเหลกไฟฟาจะประกอบดวยคลนแมเหลกไฟฟาทมความถและความยาวคลนแตกตางกน ซง

ครอบคลมตงแตรงสแกมมา รงสเอกซ รงสอลตราไวโอเลต แสงสวาง รงสอนฟราเรด และคลนวทย

ดงรปท 2

http://www.school.net.th/library/snet3/saowalak/spectrum/spectrum.htm

3

รปท 2 คลนแมเหลกไฟฟาทความยาวคลนชวงตาง ๆ

2.1 รงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง

2.1.1 แหลงกาเนดของรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง

ดวงอาทตยสงพลงงานออกมาสอวกาศโดยรอบในรปของคลนแมเหลกไฟฟาซงมความยาว

คลนตงแตรงสแกมมาจนถงคลนวทย เมอผานบรรยากาศของโลกจะถกโมเลกลของอากาศ ฝ น

ละอองและเมฆ ดดกลน และกระเจง โดยสวนทตกกระทบพนผวโลกจะเหลอเฉพาะรงสอลตราไว

โอเลต แสงสวาง และรงสอนฟราเรด ซงสวนใหญอยในชวงความยาวคลน 0.29-4.0 µm (Iqbal,

1983) ดงแสดงในรปท 3

สเปกตรมของรงสดวงอาทตยทมาถงพนผวโลกน มเฉพาะบางสวนเทานนทพชสามารถ

นาไปใชประโยชนในการสงเคราะหแสง คอ จะอยในชวงความยาวคลน 400-700 nm โดยพชจะ

ตอบสนองตอความยาวคลนในชวงตางๆ ไมเทากน ขนอยกบรงควตถ (pigment) ทใชในการรบรงส

ดวงอาทตยทแตกตางกนไป เพอนามาใชในการสงเคราะหแสงของพช

4

รปท 3 แสดงสเปกตรมของรงสดวงอาทตยนอกบรรยากาศโลก (Iqbal, 1983)

เมอรงสดวงอาทตยเคลอนทผานบรรยากาศมายงพนผวโลกจะถกโมเลกลอากาศ ฝ น

ละออง (aerosol) และเมฆดดกลน (absorb) และกระเจง (scatter) สวนทถกกระเจงจะทาใหเกด

รงสกระจาย (diffuse radiation) และสวนทเหลอพงตรงมายงผสงเกตจะเรยกวา รงสตรง (direct

radiation) ผลรวมของรงสทงสองจะเรยกวา รงสรวม (global radiation) สเปกตรมของรงสตรง รงส

กระจาย และรงสรวม ในกรณทองฟาปราศจากเมฆจะขนอยกบองคประกอบของบรรยากาศท

สาคญ ไดแก โอโซน (ozone) ไอน า ฝ นละออง และกาซตางๆ นอกจากนยงขนอยกบมวลอากาศ

(air mass) ทรงสดวงอาทตยเคลอนทผาน ตวอยางของสเปกตรมรงสตรง รงสกระจายและรงสรวม

แสดงดงรปท 4 – 6

5

รปท 4 แสดงตวอยางของสเปกตรมรงสตรง (Iqbal, 1983)

รปท 5 แสดงตวอยางของสเปกตรมรงสกระจาย (Iqbal, 1983)

6

รปท 6 แสดงตวอยางของสเปกตรมรงสรวม (Iqbal, 1983)

สวนของสเปกตรมรงสดวงอาทตยทพชสามารถนาไปใชประโยชนในการสงเคราะหแสง

ได เรยกวา รงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชในการสงเคราะหแสง (Photosynthetically

Active Radiation, PAR) ซงอยในชวงความยาวคลน 400-700 nm โดยปรมาณของ PAR จะบอกใน

รป photosynthetic Photon Flux Density ในหนวย µmol. m-2 s-1 หรอ µE m-2 s-1 โดย 1 µE m-2 s-1

หมายถงจานวนโฟตอนของแสงในชวงความยาวคลน 400-700 nm จานวน 6.022 x 1017 โฟตอนท

ตกกระทบพนท 1 m2 ใน 1 วนาท ปรมาณดงกลาวสามารถวดไดดวยเครองวด PAR ทเรยกกนทวไป

วา quantum sensor

Wavelength (nm)

Relative response

1,000

500

Spec

tral i

rrad

ianc

e (1

0-3xW

m-2

nm-1

)

0.5

PAR

Solar spectrum

Wavelength (nm)

Relative response

1,000

500

Spec

tral i

rrad

ianc

e (1

0-3xW

m-2

nm-1

)

0.5

PAR

Solar spectrum

รปท 7 สเปกตรมรงสดวงอาทตยและสวนทเปน PAR

7

พลงงานแสงทพชสามารถใชในการสงเคราะหแสงไดนนเปนพลงงาน quantum ทไดจาก

พลงงานจากอนภาค photon ของโมเลกลของรงควตถ เชน chlorophyll อยางไรกตามพลงงาน

quantum ในอนภาค photon ทกอนภาคไมสามารถเปนแหลงพลงงานทใชในการกระตนโมเลกล

ของรงควตถในพชเพอใหเกดพลงงานทใชในขบวนการสงเคราะหแสงได อนภาค photon ทอยสง

กวาชวงคลน 700 nm จะมพลงงาน quantum ไมพอเพยงทใชในการสงเคราะหแสง สวน photon ท

อยต ากวาชวงคลน 400 nm จะมพลงงาน quantum สงเกนไปทจะมสวนทาใหเกดการสลายของ

pigment ในพชได ดงนน photon ทอยในชวงคลน 400 nm ถง 700 nm จะปลอยพลงงาน quantum

ในชวงเหมาะสมทใชในขบวนการสงเคราะหแสงของพชได ดงรปท 8

รปท 8 พลงงาน quantum ของอนภาค photon ทชวงคลนแสงตางกน ในชวงคลนระหวาง 400 ถง

700 nm จะมพลงงาน quantum ทสามารถใชในขบวนการสงเคราะหแสงได (Gardner et

al.,1985)

2.1.2 ปรมาณความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง

ในการวดความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชนามาใชในการสงเคราะห

แสง จะมการกาหนดศพททางเทคนค ซงใชในการบอกปรมาณตาง ๆ ดงน

8

Radiant flux คอ อตราการไหลของพลงงาน ซงมหนวยเปนพลงงานตอหนงหนวยเวลา

(J/s หรอ W หรอ quanta s-1)

Radiant intensity คอ ฟลกซของรงสดวงอาทตยทเปลงออกมาจากแหลงกาเนดในกรวย

แคบๆ หนงหนวยมมตน ดงแสดงในรปท 9 และสมการ (2.1)

รปท 9 แสดงคาจากดความของ Radiant intensity

ωφ

=ddI (2.1)

เมอ I = radiant intensity

φ = ฟลกซของรงสดวงอาทตย

ω = มมตน

โดย radiant intensity มหนวยเปน W/steradian

Radiance เปนฟลกซของรงสดวงอาทตยทพงเขาหรอพงออกจากจดบนพนทตงฉากกบ

ทางเดนของรงสหนงหนวยพนท ในกรวยแคบ ๆ ซงมมมตน 1 สเตอเรเดยน (steradian) ดงรปท 10

หรอเขยนในรปสมการไดดงสมการ (2.2)

รปท 10 แสดงการใหคาจากดความของ radiance

θcosdS

dS

θ

ωd

φ

φd

ωd

9

ωθφ

=φθdcosdS

d),(L2

(2.2)

เมอ L = radiance

φ = ฟลกซของรงสดวงอาทตย [W]

ω = มมตน

A = พนท

θ = มมระหวางเสนตงฉากของพนราบกบทศทแสงเดนทาง

Radiance มหนวยเปน W m-2.steradian-1 หรอ quanta s-1 m-2.steradian-1

Irradiance เปนปรมาณของฟลกซรงสดวงอาทตยทตกกระทบตอพนทหนงหนวย ม

หนวยเปน W.m-2 หรอ quanta s-1 m-2 หรอ mol quanta s-1 m-2 โดยท 1 mol photons จะเทากบ 6.02

x 1023 photons ซง 1 mol ของ photons มชอเรยกอกอยางหนงวา Einstein แสดงในรปท 11 หรอ

เขยนไดดงสมการ (2.3)

รปท 11 แสดงการใหคาจากดความของ irradiance

dSdE φ

= (2.3)

เมอ E = irradiance

φ = ฟลกซของรงสดวงอาทตย

S = พนท

E

φd

dS

10

Photosynthetic Photon Flux Density (PPFD) คอ ความเขมของฟลกซโฟตอนทใชในการ

สงเคราะหแสงในชวงความยาวคลนทพชใชในการสงเคราะหแสง ซงตกกระทบพนผวโลกในหนง

หนวยเวลา มหนวยเปนจานวนโฟตอนของแสง (mole of photons) ตอตารางเมตรตอวนาท (µmol

m-2 s-1) สามารถวดไดโดยใช quantum sensor

Photosynthetic Irradiance (PI) คอ การวดปรมาณความเขมรงสทพชใชในการสงเคราะห

แสงเปนพลงงานของรงสทตกกระทบพนผวในระยะเวลาหนง ในการวดคาในกรณทองฟา

ปราศจากเมฆคาทไดประมาณ 1,000 Wm-2 (ในชวงความยาวคลน 280-2800 nm) และไมสามารถหา

ความสมพนธระหวาง PPFD และ PI ไดเนองจากเปนคณสมบตการแจกแจงของแหลงกาเนดรงส

2.3 การสงเคราะหแสงของพช

การสงเคราะหดวยแสงเปนกระบวนการทพชสเขยวใชพลงงานแสงเปลยนเปนพลงงานเคม

โดยมนาและคารบอนไดออกไซดเปนวตถดบ ปฏกรยาของการสงเคราะหแสงเขยนสรปไดดงน

แสง

6CO2 + 12H2O ===> C6H12O6 + 6H2O + 6O2

คารบอนไดออกไซด นา นาตาล นา ออกซเจน

ผลจากการสงเคราะหดวยแสง นอกจากออกซเจนแลว จะไดคารโบไฮเดรตเปนน าตาลทม

คารบอน 6 อะตอม คอกลโคส นา และพลงงานทสะสมในรปสารประกอบอนทรย ซงสงมชวต

ทงหลายจะนาไปใชในกระบวนการเมแทบอลซม เพอสรางสารประกอบอนๆ ทจาเปนตอการดารง

ชพ อาหารทพชสรางขนมานนอกจากจะเปนประโยชนตอผผลตเองแลว ยงเปนประโยชนตอ

สงมชวตทงมวลทไมสามารถสรางอาหารโดยกระบวนการสงเคราะหแสง ตลอดทงเปนแหลง

พลงงานทสาคญในกระบวนการเมแทบอลซมตางๆ และการเจรญเตบโตของสงมชวตทงหลาย

รวมทงมนษยดวย ดงนนการศกษาเกยวกบการสงเคราะหแสงของพชจะเปนแนวทางในการนาไป

ประยกตใช เพอชวยเพมประสทธภาพของผลผลตใหเพยงพอตอการดารงชพของสงมชวตในระบบ

นเวศ

การทพชรบพลงงานแสงจากดวงอาทตยไดโดยตรงน พชตองมกลไกพเศษ คอ มรงควตถ

(Pigment) สเขยว ซงเรยกวา คลอโรฟลล (Chlorophylls) ซงคลอโรฟลลเปนรงควตถทปรากฏอยใน

คลอโรพลาสต ทาหนาทในการจบพลงงานจากแสง นอกจากคลอโรฟลลแลว รงควตถทเกยวของ

กบการสงเคราะหแสงยงมคาโรทนอยด (Carotenoids) และไฟโคบลนส(Phycobilins) สงมชวตท

11

สงเคราะหแสงไดจะมรงควตถหนงหรอมากกวาหนงชนด รงควตถเหลานแสดงอยในตารางท 1 ซง

รงควตถแตละชนดมความสามารถในการดดกลนแสงในชวงความยาวคลนทตางกน ดงแสดงในรป

ท 12 และอตราการสงเคราะหแสงในชวงความยาวคลนตางๆ แสดงดงรปท 13

ตารางท 1 รงควตถทปรากฏอยในพชชนดตางๆ

ชนดของรงควตถ ชวงแสงทดดกลน (nm) ชนดของพช

คลอโรฟลล

คลอโรฟลล เอ 420, 660 พชชนสงทกชนดและสาหราย

คลอโรฟลล บ 435, 643 พชชนสงทกชนดและสาหรายสเขยว

คลอโรฟลล ซ 445, 625 ไดอะตอมและสาหรายสนาตาล

คลอโรฟลล ด 450, 690 สาหรายสแดง

คารโรทนอยด

เบตา คารโรทน 425, 450, 480 พชชนสงและสาหรายสวนใหญ

แอลฟา คารโรทน 420, 440, 470 พชสวนใหญและสาหรายบางชนด

ลตออล (Luteol) 425, 445, 475 สาหรายสเขยว สแดงและพชชนสง

ไวโอลาแซนธอล 425, 450, 475 พชชนสง

(Violaxanthol)

แกมมา คารโรทน - แบคทเรย

ฟโคแซนธอล

(Fucoxanthol)

425, 450, 475 ไดอะตอมและสาหรายสนาตาล

ไฟโคบลนส

ไฟโคอรธรนส 490, 546, 576 สาหรายสแดง และสาหรายสนาเงน

(Phycoerythrins)

ไฟโคไซยานนส 618 สาหรายสนาเงนแกมเขยว และ

(Phycocyanins) สาหรายสแดงบางชนด

12

รปท 12 การดดกลนรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง

ของรงควตถชนดตางๆ

รปท 13 อตราการสงเคราะหแสงในชวงความยาวคลนตางๆ

13

คลอโรฟลล เอ นนจดวาเปน primary pigment ทาหนาทสงเคราะหแสงโดยตรง สวนรงค

วตถชนดอนๆ ตองรบแสงแลวจงสงตอใหคลอโรฟลล เอ เรยกวาเปน Accessory pigment ในพช

ชนสงทวๆ ไปจะมคลอโรฟลล เอ มากกวาคลอโรฟลล บ ประมาณ 2-3 เทา สวนแบคทเรยบาง

ชนด เชน Green bacteria และ Purple bacteria จะมรงควตถซงเรยกวา Bacteriochlorophyll ซง

ปรากฏอยในไธลาคอยด การสงเคราะหแสงของแบคทเรยจะตางจากการสงเคราะหแสงของพช

ชนสง เพราะไมไดใชน าเปนตวใหอเลคตรอนและโปรตอน แตใช H2S แทน และเมอสนสดการ

สงเคราะหแสงจะไมไดกาซออกซเจนออกมา แตจะไดสารอน เชน กามะถนแทน

รงควตถจะกระจายอยในสวนของลาเมลลาของคลอโรพลาสต นอกจากนนในคลอโรพ

ลาสตย งมโปรตน ไขมน และควโนน อกหลายชนดกระจายตวอย เ ชน ไซโตโครม บ 6

(Cytochrome b6) และไซโตโครม เอฟ (Cytochrome f) พลาสโตไซยานน (Plastocyanin) ซงเปน

โปรตนทมทองแดงประกอบอยดวยเฟอรรดอกซน (Ferredoxin) ซงเปนโปรตนทมเหลกประกอบ

อยดวยและเปน non heme โลหะ พบในลาเมลลา คอ สงกะส เหลก และแมกนเซยม

2.4 การวดรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชในการสงเคราะหแสง

การวดรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชในการสงเคราะหแสง เปนการวดรงส

ดวงอาทตยในชวงความยาวคลน 400-700 nm มหนวยเปน µmol m-2s-1 ซงสามารถวดดวยเครองวด

PAR ทเรยกกนวา quantum sensor ปจจบนมผผลตเครองวด PAR หลายบรษท เชน EKO, LICOR

Kipp& Zonen และ Biospherical Instrument Inc. เปนตน

โดยทวไปหววด PAR สวนใหญในแตละบรษทจะมหลกการทางานคลายคลงกน กลาวคอ

จะประกอบดวยตวรบแสง (photodiode sensor) ซงทาหนาทรบแสงจากภายนอกแลวกระจาย เขาไป

ภายในเครองวดแบบ Lambertian แสงจะกระจายออกไปในแนวตงฉากกบผว sensor จะมคาสงสด

จากนนจะลดหลนกนตาม cosine ของมมหกเห แสงทกระจายเหลานจะผานฟลเตอร (filter) ทกรอง

แสงแบบ quantum response ระหวาง 400 ถง 700 nm แสงทผานฟลเตอรแลวจะม sensor รบ ซงจะ

ใหสญญาณ output เปนศกยไฟฟา เมอทาการสอบเทยบกบแหลงกาเนดแสงมาตรฐานกสามารถ

แปลงใหเปนคา PAR ในหนวย µmol m-2 s-1 ได เครองวด PAR ของบรษทตางๆ แสดงดงรปท 14-

17

14

รปท 14 หววด PAR ของบรษท EKO

รปท 15 หววด PAR ของบรษท LICOR

15

รปท 16 หววด PAR ของบรษท Kipp&Zonen

รปท 17 หววด PAR ของบรษท Biospherical Instrument Inc.

16

2.5 โครงขายประสาทเทยม (Artificial Neural Networks) (กาธน สธวานนท, 2544)

โครงขายประสาทเทยม คอ โครงสรางของหนวยประมวลผลจานวนมาก ทถกจาลองขนมา

อยางคราวๆ ตามอยางโครงสรางของระบบประสาทของสมองสวนเซเรบรลคอรเทกซ (cerebral

cortex) ของสตวเลยงลกดวยนม แตจะมขนาดทเลกกวามาก โครงขายประสาทเทยมขนาดใหญอาจ

มจานวนหนวยประมวลผลไดเปนหลายรอยหลายพนหนวย ในขณะทสมองของสตวเลยงลกดวย

นมมเซลลประสาทนบเปนพนๆ ลานเซลล การสรางแบบจาลองของโครงขายประสาทขนมาเปน

โครงขายประสาทเทยมนน ทาไดโดยการพยายามทาความเขาใจกบกระบวนการทางานของสมอง

แลวพยายามอธบายการทางานนนดวยแบบจาลองเชงคณตศาสตร จากนนจงออกแบบระบบ

คอมพวเตอร หรอเขยนโปรแกรมคอมพวเตอรทจะทางานตามแบบจาลองเชงคณตศาสตรทได

การพฒนาระบบประมวลผลแบบโครงขายประสาทเทยมน นจะองกบแนวทางการ

ประมวลผลของสมองของสงมชวต ดงนน ความเขาใจในคณลกษณะเชงกายภาพและเชงพฤตกรรม

ขององคประกอบตางๆ ในสมองของสงมชวตจงเปนสงจาเปน

2.5.1 เซลลประสาทของสมองมนษย (neuon)

หนวยรากฐานของสมองคอ เซลลประสาท (neuron) สมองของมนษย ดงรปท 18 ประกอบ

ไปดวยเซลลประสาทจานวนอยางนอยในระดบแสนๆลานเซลลในแงของการทางานนน เซลล

ประสาทแตละเซลล คอ หนวยประมวลผลอยางงายๆซงรบสญญาณและรวมสญญาณทถกสงมาจาก

เซลลประสาทอนๆ แตละเซลลประสาทจะมสวนหลกๆ อย 3 สวน คอ

1. ตวเซลลซงเรยกวา โซมา (soma) มลกษณะเปนรปทรงพระมด หรอทรงกระบอก

2. เดนไดรท (dendrite)

เดนไดรทคอ เสนใยบางๆ ทเซลลประสาทใชรบสญญาณไฟฟาเขาสเซลล แตละเซลล

ประสาทจะมเดนไดรทจานวนมากจดตวเปนลกษณะเหมอนกงไม

3. แอกซอน (axon)

แอกซอนคอ สายสงผานสญญาณทรงกระบอกขนาดยาวและใหญ ทเซลลประสาทใชเปน

ทางสงสญญาณไปยงเซลลประสาทอนๆ สวนปลายของแอกซอนจะแตกออกเปนกงกานยอยๆ โดย

ทสวนปลายของแตละกงกานเหลานลกษณะเปนปม และจะไปจออยจนเกอบสมผสกบปลายของ

เดนไดรทหนงของเซลลประสาทเซลลอน

17

รปท 18 เซลลประสาทของสมองมนษย (Abraham, 2005)

บรเวณทเปนรอยตอระหวางปลายของแอกซอนกบปลายของเดนไดรทเรยกวา ไซแนปส

(synapse) สญญาณไฟฟาทถกสงมาถงปลายของแอกซอนจะกระตนใหเกดการสงผานสญญาณใน

เชงเคมผานไซแนปส สญญาณเชงเคมดงกลาวจะถกเดนไดรทตความเปนสญญาณไฟฟาวงเขาส

เซลลประสาทตอไป

คณลกษณะสาคญของไซแนปส คอความแรงของสญญาณทถกสงผานจะขนอยกบความ

เหนยวแนนของการเชอมตอ และสญญาณทถกสงผานไซแนปสอาจถกทาใหมสภาพเปนสญญาณ

กระตน (excitory) หรอสญญาณกด (inhibitory) กได ขนอยกบชนดของสญญาณเชงเคมทถก

กระตนใหเคลอนผานรอยตอ ซงแตละประสาทอาจรบสญญาณมาจากหนงหมนไซแนปส หรอ

มากกวา

2.5.2 เซลลประสาทเทยม (artificial neuron)

เซลลประสาทเทยม คอ หนวยรากฐานของโครงขายประสาทเทยม เซลลประสาทเทยมไม

สามารถใชเปนแบบในการอธบายการทางานของเซลลประสาทของสงมชวตไดถกตอง แตเปนการ

นาเอาแนวคดทไดจากความเขาใจการทางานของเซลลประสาทของสงมชวตมาประยกตใช

แบบจาลองพนฐานของเซลลประสาทเทยมถกนาเสนอโดยแมคคลลอช และพทส ตงแตป

ค.ศ. 1943 โดยมการทางานคราวๆ แบบเซลลประสาทของสงมชวต คอ ทาหนาทรวมสญญาณทเขา

มายงเซลลประสาทเทยม ซงเสมอนวาเปนสญญาณทเขามาตามเดนไดรทของเซลลประสาทของ

สงมชวต แลวยงสญญาณกระตนออกไป หากผลรวมของสญญาณเขานนมคาสงเกนคาระดบ

(threshold) ซงกเสมอนการยงสญญาณไฟฟาออกทางแอกซอนจากเซลลประสาทของสงมชวต

นนเอง

18

อยางไรกตาม สงทสาคญในการจาลองเซลลประสาทคอ การจาลองไซแนปสทงหลายใน

โครงขายประสาทเทยม ซงเปรยบเสมอนแหลงสะสมความรของสมอง การจาลองไซแนปสนน ใช

หลกการทวา แตละไซแนปสทาหนาทเปนตวปรบเปลยนสภาพสญญาณไฟฟาทสงมาจากเซลล

ประสาทตวอนๆ กอนสงสญญาณนนผานเดนไดรทเขาสตวเซลลประสาท และการปรบเปลยน

สญญาณดงกลาว จะขนอยกบความเหนยวแนนของการเชอมตอบรเวณรอยตอไซแนปส โดยความ

แขงแกรงนจะเปลยนไปตามความรทสมองไดเรยนเขาไป แมคคลลอชและพทสเสนอใหใชตวแปร

ตวหนงเรยกวา "คาน าหนก" (weight) ในการจาลองไซแนปส หากคาน าหนกนมขนาดใหญกจะ

หมายความวา ความเหนยวแนนของรอยตอไซแนปสมคาสง นนคอสงผานสญญาณไดมาก หากคา

นาหนกนมขนาดเลกกหมายความวาสญญาณจะสงผานรอยตอไซแนปสไดนอย นอกจากนน ความ

เปนบวกหรอลบของคาน าหนกกมความหมายเชนกน หากคาน าหนกมคาเปนบวกจะหมายความวา

สญญาณทวงผานรอยตอไซแนปสเขาสเซลลประสาทเทยมจะเปนสญญาณกระตน แตหากคา

น าหนกมคาเปนลบ จะหมายความวาสญญาณทผานรอยตอไซแนปสเขาสเซลลประสาทเทยมจะม

ผลเปนสญญาณกด

รปท 19 เซลลประสาทเทยม (Abraham, 2005)

จากรปท 19 แสดงวานวรอน 1 ตว จะมอนพท (input) หลายตวทเปนตวกระตนใหเกด

เอาทพท (output) เพยงคาเดยว ซงเกดจากผลรวมของผลคณระหวางอนพท และคาน าหนก (weight)

โดยทแตละอนพทจะมอทธพลตอเอาทพทตางกน ซงกคอ weight ( n1 w,...,w ) นนเอง และจะได

19

ความสมพนธดงสมการท 2.4 และคาผลรวมทไดจะถกสงผานใหกบ f ซงเปนฟงกชนการกระตน

(activation function) ตอไป

i

n

1ii xwn ∑

=

=

nn2211 xw....xwxw ++= (2.4)

โดย n21 x,...,x,x เปนชดขอมลอนพท

n21 w,...,w,w เปนชดคานาหนก

n เปนผลรวมสทธทเกดจากของคาอนพทคณกบคานาหนก

ในกระบวนการทางานของโครงขายประสาทเทยมจะมกระบวนการเรยนรหลายรปแบบ

การเรยนรมวตถประสงคในการปรบแกคาน าหนกใหเหมาะสม เพอใหไดคาเอาทพททใกลเคยงกบ

เปาหมายมากขน จากหลกการดงกลาวจงสามารถนาโครงขายประสาทเทยมมาประยกตใชในการ

แกปญหาตางๆ ไดอยางมากมาย

2.5.3 ฟงกชนการกระตน (activation function) (ภวดล สขขา, 2548)

ฟงกชนการกระตน (activation function) มหลายแบบทงทเปน linear function และ non-

linear function ซงบางตวอยางของฟงกชนการกระตนทนยมใชแสดงลกษณะกราฟดงรปท 20

ตวอยางของฟงกชนการกระตน

(a) linear function

xxf =)( ; for all x

f(x)

x

f(x)

x

20

(b) threshold function

1)( =xf if θ≥x

0= if θ<x

(c) Sigmoid function

)1(1)( xe

xf −+=

(d) Hyperbolic tangent

xx

xx

eeee)x(f −

−

+−

=

รปท 20 กราฟแสดง activation Function (a) linear function (b) threshold function

(c) Sigmoid function (d) Hyperbolic tangent

f(x)

x

f(x)

x

f(x)

x

f(x)

x

f(x)

x

f(x)

x

21

โดยพนฐานของ back propagation algorithm กคอฟงกชนการกระตนจะตองมคาทตอเนอง

และสามารถหาอนพนธ (differentiate) ใหอยในรปทประมวลผลไดงายซงฟงกชนซกมอยด

(sigmoid function) เปนฟงกชนทเหมาะสมทสด และสามารถนามาประยกตใชไดงาย

ฟงกชนซกมอยด เปนฟงกชนการกระตนซงมรปรางคลายตวอกษร “S” ในภาษาองกฤษ ดง

แสดงในรปท 20 ทาใหไดคาจากดในขอบเขตทตองการ โดยไดผลลพธซงมคาอยในชวง 0 ถง 1 ซง

เปนคาทใชกนโดยทวไป รปแบบของฟงกชนซกมอยด แสดงดงสมการ (2.5)

)e1(1)n(fout n−+

== (2.5)

โดย out เปนคาสญญาณเอาทพท

)n(f เปนฟงกชนการกระตน

n เปนผลรวมสทธทเกดจากของคาอนพทคณกบคานาหนกจากสมการท 2.5

2.5.4 การเรยนรของโครงขายประสาทเทยม (กาธน สธวานนท, 2544)

ผลการวจยทางพฤตกรรมศาสตรพบวาการเรยนรของสงมชวตชนดตางๆนนมกระบวนการ

แตกตางกนไปหลายๆ แบบ แตละแบบกอาจเหมาะสมกบแตละเผาพนธของสงมชวตนนๆ ในสาขา

โครงขายประสาทเทยมนน แนวคดของกระบวนการเรยนรจะประยกตมาจากผลการศกษาทาง

พฤตกรรมศาสตร อาจกลาวโดยทวไปไดวาการเรยนร คอ กระบวนการซงระบบประสาทปรบตว

เองไปตามสงเราจนกระทงสามารถใหผลตอบไดตามตองการ โดยใชการปรบตวแปรทควบคม

สภาพของตวระบบเอง

การเรยนรยงสามารถถกมองไดวา เปนกระบวนการจดชนดของสงเราทงหลายทเขามาอยาง

ตอเนองดวย นนคอ เมอไดรบสงเรา หากระบบประสาทรจกสงเรานนกจะใหผลตอบไดตามทเคย

เขาใจไว แตหากไมรจกกพยายามปรบความเขาใจในการจดชนดขนใหม ในทางปฏบตนน ระบบ

ประสาทของสงมชวตจะปรบความเหนยวแนนของการเชอมตอทไซแนปส จนสรางผลตอบตอสง

เราไดตามทตองการ สถานะของกระบวนการของการเรยนรกจะสนสดลง เปนสถานะทถอวาระบบ

ประสาทไดรบความรไปแลว โดยทคาจากดความของกระบวนการเรยนรสามารถกลาวแยกไดเปน

3 ขนตอน ดงตอไปน

ขนท 1 โครงขายประสาทถกกระตนดวยสงแวดลอม

ขนท 2 โครงขายประสาทเกดการเปลยนแปลง อนเปนผลมาจากการกระตนดงกลาว

22

ขนท 3 โครงขายประสาทตอบสนองตอสงแวดลอมในแนวทางใหม อนเปนผลมาจากการ

เปลยนแปลงทเกดขนในโครงสรางภายในโครงขาย

เมอพจารณาไปทเฉพาะบรเวณหนงๆ ของโครงขายประสาท จะพบวา การเชอมตอของ

เซลลประสาททบรเวณตางๆ นนสามารถมรปแบบทแตกตางกนไดหลายๆ แบบ และกระบวนการ

เรยนรของแตละบรเวณกไมเหมอนกนดวย ในทานองเดยวกน เทคนคการเรยนรของโครงขาย

ประสาทเทยมกแตกตางกนไปสาหรบแตละชนดของโครงขาย

2.5.4.1 รปแบบการเรยนรแบบมผสอน (supervised learning)

เรมตนดวยการสงสงเราทใชในการสอนเขาไปเปนอนพท (input) ในโครงขายประสาท

เทยม เพอใหโครงขายประสาทเทยมสรางผลตอบออกมาเปนเอาทพท (output) ซงผลตอบจะออกมา

เปนอยางไรนนขนอยกบสภาวะในขณะทเรมเรยนรของโครงขายประสาทเทยม ผลตอบดงกลาวจะ

ถกนามาเปรยบเทยบกบผลตอบเปาหมาย (target response) ซงผสอน (teacher) จะเปนผสรางขน

หากผลตอบทงสองมความแตกตางกน นนคอ มความคลาดเคลอน (error) เกดขน ความคลาด

เคลอนดงกลาวจะถกนาไปคานวณการปรบแตงคาน าหนกตางๆ ในโครงขายประสาทเทยม เพอลด

ความคลาดเคลอนลงใหเหลอนอยทสด (ดงรปท 21) การปรบแตงคาน าหนกโดยพจารณาจากความ

คลาดเคลอนน จะขนอยกบกฎการเรยนรหรอขนตอนการคานวณซงเรยกวา "อลกอรทม"

(algorithm) ทแตกตางกน โดยแตละอลกอรทมจะมคณลกษณะและสมรรถนะแตกตางกน อยางไรก

ตาม วธการสวนใหญของการเรยนรแบบมผสอนนจะดดแปลงมาจากวธการทางคณตศาสตรใน

เรองของเทคนคการหาคาเหมาะสม (optimization technique) นนเอง

รปท 21 รปแบบการเรยนรแบบมผสอน (supervised learning)

23

เนองจากเจตนาของมนษยในการพฒนาเครองมอขนมาใชงานนน จะองอยกบการทมนษย

ตองการสงการและควบคมเครองมอนนๆ ใหทางานไดตามตองการ จงทาใหโครงขายประสาท

เทยมประเภททใชการเรยนรแบบมผสอนไดรบความนยมในการนาไปประยกตใชมากทสด

เนองจากเปนแบบทสามารถควบคมได การสงการโครงขายประสาทเทยมจะเปนไปโดยทางออม

ในลกษณะของการฝกสอนโครงขายประสาทเทยม โดยการสรางขอมลตวอยาง (รวมทงคา

เปาหมาย) ทจะใหโครงขายเรยนร เมอโครงขายประสาทเทยมเรยนรขอมลตวอยางไดถกตอง

หมดแลว ความรทโครงขายประสาทเทยมไดเกบไวในลกษณะของคาน าหนกตางๆ จะเปนสงทถก

นาไปใชงานจรง เพอสรางผลตอบตอขอมลใหมๆ ทโครงขายไมเคยเหนมากอน ดงนนสาหรบ

โครงขายประสาทเทยมหนงๆ และวธการเรยนรแบบมผสอนวธการหนงๆ นน ความรของโครงขาย

ประสาทเทยมจะสามารถนาไปใชงานจรงไดเพยงใด กขนอยกบคณภาพของขอมลตวอยางทนาใช

สอนนน อาจจะกลาวไดวา หากขอมลตวอยางมจานวนมากพอ โครงขายประสาทเทยมกจะสามารถ

สรางความรไดอยางถกตอง อยางไรกตาม ดวยเทคนคการวเคราะหปญหาในดานการเรยนรของ

โครงขายประสาทเทยมนนยงคงเปนงานวจยทตองมการคนควากนตอไป

2.5.4.2 การเรยนรแบบไมมผสอน (unsupervised learning)

เปนการเรยนรทไมจาเปนตองมคาเปาหมายของแตละขอมลตวอยาง โดยระหวางการเรยนร

โครงขายประสามเทยมจะไดรบขอมลกระตนในรปแบบตางๆ และจะทาการจดกลมรปแบบตางๆ

เหลานนเองตามตองการ ผลตอบของโครงขายประสาทเทยมทใชการเรยนรแบบไมมผสอนน จะ

เปนการระบกลมของขอมลทใสเขาไป โดยจะองกบวธการจดกลมซงไดเรยนรจากขอมลทโครงขาย

เคยพบมา

2.5.5 สถาปตยกรรมโครงขายประสาทเทยม

การเชอมโยงเซลลประสาทเทยมจานวนหนงเขาดวยกนเปนโครงขายประสาทเทยมนน

สามารถเชอมโยงแบบใดกไดอยางไมมขอบเขตจากด อยางไรกตาม ในทางปฏบตแลว เทคนคการ

เรยนรของโครงขายประสาทเทยมมกจะถกออกแบบมาใหใชงานไดกบสถาปตยกรรมโครงขาย

ประสาทเทยมทมลกษณะเฉพาะเทานน สถาปตยกรรมโครงขายประสาทเทยมทพบทวไปจะม

ลกษณะหลกๆ คอ มการจดเซลลประสาทเทยมเปนชนๆ (layer) ชนทรบขอมลเขาเรยกวา ชนอนพท

(input layer) ชนทผลตผลตอบของโครงขายเรยกวา ชนเอาทพท (output layer) สวนชนอนๆ ทม

สวนในการชวยทาการประมวลผลอยภายในเรยกวา ชนซอน (hidden layer) ในโครงขายประสาท

24

เทยมอาจมชนซอนไดหลายชน โครงสรางพนฐานจะมลกษณะเปนการประกอบกนของรปแบบ

ดงตอไปน

2.5.5.1 แบบปอนไปขางหนา (feedforward) อาจจดไดเปนสองแบบยอย คอ แบบมชนของ

เซลลประสาทชนเดยว แสดงดงรปท 22 (a) และแบบมชนของเซลลประสาทหลายชน แสดงดงรปท

22 (b) โดยปกตแลว การเชอมโยงจะถกกาหนดขนระหวางชนทตดกน โดยจะมการเชอมโยง

ระหวางเซลลประสาทเทยมทกตวจากชนหนงๆ ไปยงเซลลประสาทเทยมทกตวในชนตอไป ในบาง

สถาปตยกรรมอาจมการเชอมโยงขามชนกได

(a)

(b)

รปท 22 โครงขายประสาทเทยมแบบปอนไปขางหนา (feed forward)

(a) แบบมชนของเซลลประสาทชนเดยว

(b) แบบมชนของเซลลประสาทหลายชน

25

2.5.5.2 แบบมการปอนไปเวยนกลบ (recurrent) ในสถาปตยกรรมบางแบบ โครงขาย

ประสาทเทยมอาจมการเชอมโยงทถกกาหนดขนระหวางเซลลประสาทเทยมในชนหนงๆ ยอนกลบ

ไปยงชนอนๆ กอนหนานน หรอแมแตภายในชนเดยวกนเอง แสดงดงรปท 23

รปท 23 โครงขายประสาทเทยมแบบมการปอนไปเวยนกลบ (recurrent)

2.5.6 โครงขายประสาทเทยมชนดการเรยนรแบบแพรกลบ (backpropagation algorithm)

(รจพนธ โกษารตน, 2549)

หลกการเรยนรแบบแพรกลบเปนขนตอนทใชในการฝกสอนโครงขายประสาทเทยมแบบ

หลายชน โดยทขนตอนในการปรบคาน าหนกเพอใหไดคาทเหมาะสมน นจะใชวธสอนวาคา

เปาหมายของแตละอนพทคออะไร และใชความผดพลาดของเอาทพทเปรยบเทยบกบเปาหมาย เพอ

เปนตวชนาในการปรบคาน าหนก สาหรบในชนซอนจะไมมคาเปาหมายทจะทาการเปรยบเทยบ

ดงน น การปรบคาน าหนกสาหรบช นซอนจงใชว ธการแพรความผดพลาดจากช นเอาทพท

กลบมายงชนซอน (feedforward) ในรปแบบเปนอนพท จากนนทาการคานวณ และสงคาผดพลาด

กลบคน (backpropagation of error) และปรบคานาหนกใหเหมาะสม

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/dd/RecurrentLayerNeuralNetwork.png

26

รปท 24 โครงขายประสาทเทยมแบบหลายชน

2.5.6.1 ขนตอนการเรยนรแบบแพรกลบ

จากรปท 24 ขนตอนการเรยนรจะเรมจากโหนดอนพทแตละโหนดจะทาหนาทกระจาย

สญญาณไปยงโหนดในชนซอน โหนดในชนซอนทาการคานวณผลรวมของสญญาณทไดรบจาก

ทกโหนดในชนอนพทแลวสงสญญาณไปยงชนซอนถดไป โหนดในชนซอนถดไปกจะคานวณ

ผลรวมของสญญาณแลวสงไปยงชนถดไปเรอยๆ จนครบทกชนในชนซอน จากนนชนซอนสดทาย

กจะสงสญญาณไปยงชนเอาทพท ซงชนเอาทพทกจะทาการคานวณผลรวมของสญญาณออกมา

ขนตอนทงหมดนเรยกวาการปอนไปขางหนา ขนตอนตอไปจะนาผลลพธทไดจากชนเอาทพทมาทา

การเปรยบเทยบกบเปาหมาย คาความผดพลาดทคานวณไดจะถกสงยอนกลบไปยงทกชนเรมตงแต

ชนเอาทพทไปจนถงชนอนพท ทกโหนดทอยในแตละชนจะไดรบความผดพลาดทแตกตางกนไป

ขนอยกบวาโหนดนนสงผลมากหรอนอยไปสเอาทพทนนๆ ขนตอนนเรยกวา การคานวณและสงคา

ผดพลาดยอนกลบ หรอการแพรกลบ ขนสดทาย แตละโหนดจะทาการปรบคาน าหนกโดยนาคา

ผดพลาดทไดรบมาคานวณ ขนตอนนเรยกวา การปรบคาน าหนก โครงขายประสาทเทยมจะเรยนร

โดยการทาซ าไปเรอยๆ จนกวาคาความผดพลาดนอยกวาคาความผดพลาดทตงไว กจะหยดการ

ทางาน ซงสามารถสรปแตละขนตอนไดดงน

1) การปอนไปขางหนา (Feed Forward Propagation)

จากรปท 24 เมอโหนดในชนอนพท ( ix ) ไดรบสญญาณจะกระจายสญญาณไปยงโหนด

ตางๆ ในชนซอน ( jh ) โหนดในชนซอนจะคานวณผลรวม ดงน

27

∑=

=p

1i

hjiij wxu (2.6)

เมอ ju คอ ผลรวมของสญญาณโหนดท j

ix คอ อนพทโหนดท i

hjiw คอ คานาหนกทเชอมโยงอนพทโหนดท i กบโหนดท j ของชนซอน

p คอ จานวนโหนดในชนอนพท

จากนนนาผลลพธไปปรบใหอยในชวงทตองการ ซงจะเปนคาทจะนาไปยบย ง หรอกระตน

นวรอนในชนถดไป ฟงกชนกระตนทใช คอ ฟงกชนซกมอยด ดงน

jujj e1

1)u(fh −+== (2.7)

เมอ jh คอ สญญาณเอาทพทของชนซอนโหนดท j

ju คอ ผลรวมของสญญาณโหนดท j

ตอจากนนทาการคานวณผลรวมของชนเอาทพท )( ky จากสญญาณทสงมาจากชนซอน

ดงน

∑=

=L

jkjjk whv

1

(2.8)

เมอ kv คอ ผลรวมของสญญาณโหนดท k

jh คอ เอาทพทของชนซอนโหนดท j

ykjw คอ คานาหนกทเชอมโยงชนซอนโหนดท j กบโหนดท k ของชนเอาทพท

L คอ จานวนโหนดในชนซอน

28

ทาการคานวณผลลพธดวยฟงกชนกระตน ดงน

kvkk e11)v(fy −+

== (2.9)

เมอ ky คอ สญญาณเอาทพทโหนดท k

kv คอ ผลรวมของสญญาณโหนดท k

2) การแพรกลบคาความผดพลาด (error backpropagation)

คาความผดพลาดจะเปนผลตางของคาเปาหมายกบคาเอาทพททคานวณไดจากโครงขาย ซง

คาความผดพลาดของชนเอาทพทสามารถคานวณไดดงน

)y1(y)yt( kkkkk −−=δ (2.10)

เมอ kδ คอ คาความผดพลาดของชนเอาทพท

kt คอ คาเปาหมายโหนดท k

ky คอ สญญาณเอาทพทโหนดท k

คาความผดพลาดทไดจะถกสงตอไปยงแตละโหนดในชนซอนแลวทาการคานวณคาความ

ผดพลาดของชนซอน ดงน

∑=

δ−=δL

1k

ykjkjjj w)h1(h (2.11)

เมอ jδ คอ คาความผดพลาดของชนซอน


kδ คอ คาความผดพลาดของชนเอาทพท

ykjw คอ คาน าหนกทเชอมโยงชนซอนโหนดท j กบโหนดท k ของชนเอาทพท

29

3) การปรบคานาหนก (update weights)

เมอแตละโหนดไดรบคาความผดพลาดแลว จะทาการปรบคาน าหนกตามคาความผดพลาด

ทไดรบ โดยเรมจากโหนดในชนเอาทพท ซงคานวณไดดงน

jkykj

'kj hww hδ+= (2.12)

เมอ 'kjw คอ คาน าหนกทเชอมระหวางชนซอนกบชนเอาทพททปรบใหม

ykjw คอ คาน าหนกทเชอมโยงชนซอนโหนดท j กบโหนดท k ของชนเอาทพท

h คอ อตราการเรยนร


ทาการปรบคานาหนกทเชอมระหวางชนอนพทกบชนซอน ดงน

ijkji

'ji xww hδ+= (2.13)

เมอ 'jiw คอ คาน าหนกทเชอมระหวางชนอนพทกบชนซอนทปรบใหม

hjiw คอ คาน าหนกทเชอมโยงอนพทโหนดท i กบโหนดท j ของชนซอน

h คอ อตราการเรยนร

jδ คอ คาความผดพลาดของชนซอน

ix คอ อนพทโหนดท i

4) การสนสดการเรยนร

การเรยนรจะสนสดเมอคาความผดพลาดโดยรวมตากวาคาทกาหนดไว การ

คานวณหาความผดพลาดรวมทกโหนดของอนพทตวอยาง สามารถคานวณไดดงน

∑=

−=M

1k

2kkp )yt(

21E (2.14)

เมอ pE คอ ความผดพลาดรวมทกโหนดของตวอยางท p

ky คอ สญญาณเอาทพทโหนดท k

30

kt คอ คาเปาหมายโหนดท k

M คอ จานวนโหนดในชนเอาทพท

2.6 งานวจยทเกยวของ

เนองจาก PAR เปนปรมาณความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใช

สงเคราะหแสงทสาคญปรมาณหนง ทงนเปนขอมลพนฐานในงานดานการเกษตร ปาไม และระบบ

นเวศน ดงนนในอดตทผานมาจงมนกวจยในประเทศตางๆ ทาการศกษาปรมาณของ PAR โดย

วธการตางๆ ซงสามารถสรปไดดงน

Mc Cree (1972) ไดทาการกาหนดขอบเขตของชวงความยาวคลนของ PAR และไดศกษา

Quantum efficiency ของ PAR ซงเปนอตราสวนระหวาง photon flux density ของ PAR กบรงส

รวมทกความยาวคลน โดยไดอตราสวนทคงท

Sceicz (1974) และ Rao (1984) ไดทาการศกษาอตราสวนระหวาง PAR และรงสรวม โดย

ใช parameterized model เพอนาคาอตราสวนดงกลาวไปใชในการหา PAR จากรงสรวม

Alados และคณะ (1996) ไดเสนอแบบจาลองสดสวนระหวาง photosynthetically active

radiation ( pQ ) กบ broadband solar irradiance ( sR ) ในสภาพทองฟาทวไป โดยใชขอมลท

มหาวทยาลย Almeria ประเทศสเปน (36.83 °N, 2.41 °W) ในระหวางเดอนมถนายน 1990 ถง

ธนวาคม 1992 แบบจาลองดงกลาวแสดงไดดงสมการ

Model-1

α++∆−ε−= 2d

s

p sin032.0T005.0ln202.0ln192.0786.1RQ

(2.15)

Model-2

α+∆−ε−= 2

s

p sin076.0ln195.0ln194.0854.1RQ

(2.16)

Model-3

α++−= sin049.0T005.0kln190.0791.1RQ

dts

p (2.17)

Model -4

α+−= sin099.0kln191.0832.1RQ

ts

p (2.18)

31

เมอ pQ = PAR รายชวโมง [µmol.m-2s-1]

sR = ความเขมรงสรวมรายชวโมง [W/m2]

ε = sky clearness [-]

∆ = sky brightness [-]

dT = dew point temperature [°C]

α = มมเงยของดวงอาทตย [degrees]

tk = clearness index [-]

Udo และ Aro (1999) ไดทาการวดขอมล global solar radiation ( sR ) กบ global

photosynthetically active radiation ( pQ ) ตงแตเดอนกนยายน 1992 ถงเดอนสงหาคม 1993 รวม

เปน 12 เดอน ทเมอง Ilorin ประเทศ Nigeria จากนนศกษาความสมพนธจากขอมลดงกลาว พบวา

คาเฉลยรายปของอตราสวนของ pQ ตอ sR มคาเทากบ 2.08 E MJ-1 สาหรบในชวงฤดรอนและชวง

ฤดฝนมคาเทากบ 2.02 และ 2.12 E MJ-1 ตามลาดบ คารายวนเฉลยตอเดอนมคาตาสดเทากบ 1.92 E

MJ-1 ในเดอนมกราคม (ฤดรอน) และมคาสงสดเทากบ 2.15 E MJ-1 ในเดอนพฤษภาคม (ฤดฝน)

สาหรบกรณคารายวนมคาตาสดเทากบ 1.86 E MJ-1 และคาสงสดเทากบ 2.31 E MJ-1 สวนคาราย

ชวโมง อตราสวนดงกลาวจะมคาเฉลยเพมจาก 2.07 เปน 2.15 E MJ-1 ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ

ถงทองฟามเมฆปกคลมทงหมด

Zhang et al. (2000) ทาการวดสเปกตรมรงสดวงอาทตยทราบสงทเบตในระหวางวนท

15 เมษายน ถง 15 ตลาคม ค.ศ. 1994 จากนนไดทาการ integrate พลงงานจากคาสเปกตรมในชวง

400-700 nm รวมกบการตอบสนองของพช ซงจะไดคาของ PAR และไดเสนอความสมพนธ

ระหวาง PAR กบรงสรวมในรปสมการ ดงน

sp R)Eln0842.07339.1(Q ∗+= (2.19)

เมอ pQ = energy flux density ของ PAR รายวน [MJ-1]

sR = ความเขมรงสรวมรายวน [W.m-2]

∗E = normalized vapour pressure [-]

Mottus et al. (2001) ไดทาการสรางอปกรณสาหรบวด PAR รงสตรง ท Tartu Observatory

เมอง Tartumaa ประเทศเอสโทเนย และนาขอมลทไดไปหาความสมพนธเชงสถตกบคาความเขม

32

รงสตรงในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ โดยพจารณาตวแปรอนๆ ประกอบเชน sky clearness และ

sky brightness

Alados et al. (2002) ไดวเคราะหอตราสวนของ PAR ( pQ ) ตอรงสรวม ( sR ) ททาการวด

ท University of Almeria ประเทศสเปน ในชวงเดอนมถนายน 1990 ถงเดอนธนวาคม 1992 โดย

พบวาคาอตราสวนดงกลาวแปรคาตามเดอนตางๆ ในรอบป จากนนไดทาการสรางแบบจาลองท

แสดงความสมพนธระหวางคาอตราสวน PAR ตอรงสรวมกบสภาพทองฟา อณหภมจดน าคาง

(dew point temperature) และตาแหนงของดวงอาทตย ดงสมการ 2.20

α++∆−ε−= 2d

s

p sin032.0T005.0ln202.0ln192.0786.1RQ

(2.20)

เมอ pQ = energy flux density ของ PAR [µmol.m-2s-1]

sR = ความเขมรงสรวม [W/m2]

ε = sky clearness [-]

∆ = sky brightness [-]

dT = dew point temperature [°C]

α = มมเงยของดวงอาทตย [degrees]

Jacovides et al. (2004) ไดทาการวเคราะหความสมพนธระหวางคารายชวโมงของ PAR

และรงสรวม โดยใชขอมล 3 ป ซงวดทเมอง Athalas ประเทศ Cyprus และพบวา sp R/Q ขนกบ

สภาพทองฟา นอกจากนยงแปรตามฤดตางๆ โดยในฤดรอนจะมคาเทากบ 1.942 E MJ-1 และในฤด

หนาว มคา 1.892 E MJ-1 สาหรบขอมลรายวนจะแปรในชวง 1.805 ถง 2.01 E MJ-1 และขอมลราย

ชวโมงแปรในชวง 1.878 ถง 2.197 E MJ-1

Jacovides et al. (2004) ไดทาการศกษา PAR ทเมอง Athalassa ซงเปนเขตกงชนบทของ

ประเทศ Cyprus โดยใชขอมลเปนระยะเวลา 3 ป (กนยายน 1997-พฤษภาคม 2000 ในการศกษา

สดสวนระหวาง PAR ( pQ ) กบ solar radiation ( sR ) โดยการแบงแยกสภาพทองฟา

ในการแบงสภาพทองฟาจะใช sky clearness, ε และ brightness, ∆ ของ Perez ซงมสมการ


d

bd

RRR +

=ε (2.21)

33

sinhR

RR

on

bd +=∆ (2.22)

หลงจากนนจะทาการหาความสมพนธในแตละสภาพทองฟาไดดงตอไปน

Clear sky : sp R878.1Q = (2.23)

Partly cloudy sky : sp R980.1Q = (2.24)

Overcast sky : sp R197.2Q = (2.25)

Gonzalez & Calbo (2005) ไดทาการวเคราะหขอมล PAR ( pQ ) และรงสรวม ( sR ) ซงวด

ทเมอง Girona ประเทศสเปน และไดเสนอความสมพนธระหวาง pQ และ sR ในสภาพทองฟา

ปราศจากเมฆ ดงสมการ 2.26

sp RQ ε= (2.26)

โดยท ε เปนพารามเตอรทขนกบมวลอากาศ (air mass, m) และ precipitable water (w) ดง

สมการ 2.27

]w)m(b)m(a[991.0 )m(c++=ε (2.27)

เมอ

564432 m1063.7m1069.2m00354.0m0175.0m0361.0834.1)m(a −− ×+×−+−−=

564432 m1079.5m1006.2m00297.0m0225.0m1023.0111.0)m(b −− ×+×−+−+=

564432 m1002.6m1004.2m00271.0m01825.0m0661.0365.0)m(c −− ×−×+−+−=

Hu et al. (2007) ไดทาการวดขอมล solar radiation ( sR ) กบ photosynthetically active

radiation ( pQ ) ทเมอง Beijing ประเทศจน จากนนศกษาสดสวน PAR ( sp R/Q ) พบวาสดสวน

ดงกลาวจะมคาสงสดในชวงฤดรอนและตาสดในฤดหนาว โดยมคาจาก 1.68 E MJ-1 (ฤดหนาว) ถง

34

1.98 E MJ-1 (ฤดรอน) และอตราสวน PAR จะเพมจาก 1.78 เปน 1.89 E MJ-1 ในสภาพทองฟา

ปราศจากเมฆถงมเมฆปกคลมทงหมด นอกจากนไดทาการสรางแบบจาลองเพอหาคา PAR จากรงส

รวม โดยแบบจาลองจะขนกบ sky clearness, sky brightness, ไอน าในบรรยากาศ (precipitable

water) และ path length ของดวงอาทตย ดงสมการ

Model-1 α++∆−ε−= sin35.0wln0477.0ln065.0ln329.0619.1RQ

s

p (2.27)

Model-2 α+∆−ε−= sin21.0ln074.0ln0525.0639.1RQ

s

p (2.28)

Model-3 α+−−= sin31.0w1.0Kln177.0576.1RQ

ts

p (2.29)

Model-4 α+−= sin21.0Kln121.0534.1RQ

ts

p (2.30)

จากนน Hu et al. ไดนาแบบจาลอง (Model-1 และ Model-2) ทพฒนาขนมาคานวณคา

PAR และเปรยบเทยบกบคาทไดจากการวด โดยใชขอมลในเมองปกกง ตงแตเดอนมนาคม 2005 ถง

เดอนกมภาพนธ 2006 ผลการเปรยบเทยบพบวามคาความคลาดเคลอนตงแต 6.9-19.5% และทาการ

ทดสอบ Model-3 และ Model-4 ทเมอง Fukang, Lasa และ Xishuang พบวามความคลาดเคลอน

ตงแต 19.5-27.5%

ในป พ.ศ. 2548 ศรลกษณ อทยวฒน (2005) ไดทาการศกษารงสดวงอาทตยทพชใช

สงเคราะหแสงทจงหวดนครปฐม ไดใชขอมลความเขมรงสดวงอาทตยทพชใชสงเคราะหแสงจาก

เครองวด photon sensor ทสถานนครปฐม โดยไดศกษาการแปรคาตามเวลาในรอบวน (diurnal

variation) และการแปรคาตามฤดกาลในรอบป (seasonal variation)

Ren และคณะ (2010)Lin Zhao ไดทาการศกษาสดสวนระหวาง PAR ( pQ ) กบ solar

radiation ( sR ) ทราบสงทเบต ภเขาคนหลน และภเขา Tanggula โดยใชขอมลตงแตกนยายน 1993-

ธนวาคม 1997 นอกจากนนยงนาขอมล low-level cloud amount (LLCA) และ water vapor pressure

มาใชในการสรางแบบจาลอง จากขอมลทงหมดสามารถฟตสมการไดดงน

*)E(Ln0087.04345.0RQ

s

p += (2.31)

35

LLCA0485.04315.0RQ

s

p += (2.32)

เมอ PPE*E 0×= E คอคาเฉลยรายเดอนของความดนไอน าบรเวณททาการศกษา 0P

คอ ความดนบรรยากาศมาตรฐานทระดบนาทะเล (1013 hPa )

จากน นไดทาการเพมความยาวนานแสงแดดในการสรางแบบจาลองซงไดสมการ


1s

p S024.0*)E(Ln0087.04345.0RQ

−+= (2.33)

โดย 1S คอคาเฉลยรายเดอนของความยาวนานแสงแดด

ในป 2011 João F. Escobedo ไดทาการศกษาความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาว

คลน UV, PAR, NIR และ Global radiation โดยทาการศกษาทสถานอตนยมวทยาเมอง Botucatu

ประเทศบราซล ในการศกษาพบวาคาของ PAR เปนครงหนงของ Global radiation คอมคาประมาณ

48% ของ Global radiation โดยสามารถแสดงสมการไดดงน

Hourly hG

hPAR H491.0H = (2.34)

Daily dG

dPAR H489.0H = (2.35)

แบบจาลองทไดสามารถคานวณ PAR ไดทงในกรณ มเมฆ มเมฆบางสวน และไมมเมฆ

Zarzalejo et al. (2009) แหงแผนกพลงงานของ CIEMAT ประเทศสเปน ไดนาแบบจาลอง

Heliosat-2 มาปรบปรงใหม ดวยการคานวณหา clearness index และ cloud index จากขอมลของ

HRI-VIS METEOSAT ในเดอนมกราคม ค.ศ.1994 ถง เดอนธนวาคม ค.ศ.2004 และนามา

เปรยบเทยบกบขอมลจากการวดภาคพนดนทแบงตาม cloud index จานวน 28 สถาน กระจายตาม

จดตางๆ ทวประเทศสเปน ผลทไดพบวาแบบจาลองทไดสามารถคานวณรงสดวงอาทตยรายชวโมง

ไดผลด โดยมความผดพลาดลดลงจาก 21% เหลอ 17 %

Zheng et al. (2008) ไดพฒนาวธการคานวณ PAR จากขอมลดาวเทยม GOES โดยใช

ชองสญญาณแสงสวาง วธการดงกลาวจะได atmospheric และ surface reflectance จาก sensor

radiance ของดาวเทยม GOES จากนนทาการทดสอบกบสถานวด 4 แหง ไดแก Canaan Valley,

36

Lost Creek, Willow Creek และ Metolius ของประเทศสหรฐอเมรกา พบวามคา root mean square

error (RMSE) อยในชวง 9.52-24.09%

ในงานดานโครงขายประสาทเทยม (Artificial Neural Networks) สาหรบการศกษา PAR

López และคณะ (2001) ไดทาการศกษา PAR โดยใชขอมลรายชวโมงในเมอง Almeria และ

Granada ในสเปน ในการศกษาดงกลาวใชสถาปตยกรรมแบบ 733 คอม input 7 ตว layer 3 ชน

output 3 ตวและใชฟงกชนกระตนแบบซกมอย ในการ train และการ test ขอมล จะแบงขอมล

ออกเปน 2 ชดโดยใชขอมล 10% สาหรบ train และ 90% ใชสาหรบการ test หลงจากไดผลทดสอบ

จากโครงขายประสาทเทยมแลวไดนาไปเปรยบเทยบกบแบบจาลองสดสวนของ Alados1โดยม

สมการดงน

z2

dP cos 032.0005T0 ln 0.202 ln 0.192 1.786

GQ

θ++∆−−= (2.36)

โดยผลทไดจากแบบจาลองโครงขายประสาทเทยมมอนามาเปรยบเทยบกบแบบจาลองท

สรางจากขอมลการวดพบวาแบบจาลองทสรางจากขอมลการวดใหผลทดกวา

Al-Alawi และ Al-Hinai (1998) ใชโครงขายประสาทเทยมวเคราะหความสมพนธระหวาง

รงสรวม (global radiation) และตวแปรทางภมอากาศ (climatological variables) เพอทานายคารงส

รวม ในบรเวณทไมมเครองมอวดรงสดวงอาทตย ผลทไดพบวา โครงขายประสาทเทยมสามารถ

ทานายคารงสรวมไดใกลเคยงกบคาทไดจากเครองมอวด โดยมความแมนยาประมาณ 93 %

ตอมาในป ค.ศ. 2008 Bosch และคณะ ใชโครงขายประสาทเทยมในการทานายคารงสดวง

อาทตยรายวน (daily solar irradiation) บรเวณภเขาทมความซบซอนของประเทศสเปน ซงใชขอมล

ทงหมด 12 สถาน และใชขอมลรงสดวงอาทตยจากสถานเดยวเทานนเปนขอมลฝกสอน สวนสถาน

ทเหลอ 11 สถาน ใชสาหรบทดสอบแบบจาลอง ผลทไดพบวาคาความคลาดเคลอนเฉลยของขอมล

ทดสอบในรปของ RMSD เทากบ 6 % ซงถอวาโครงขายประสาทเทยมสามารถทานายคารงสดวง

อาทตยรายวนบรเวณภเขาทมความซบซอนไดคอนขางด

Lam และคณะ (2008) ใชโครงขายประสาทเทยมในการทานายคารงสรวมรายวน (daily

global radiation) ซงใชขอมลความยาวนานแสงแดด (sunshine duration) จาก 40 สถานของประเทศ

จน โดยครอบคลมสภาพภมอากาศหลกๆของประเทศ ผลทไดพบวา โครงขายประสาทเทยมทานาย

คาออกมาไดใกลเคยงกบขอมลทไดจากการวด ซงใชตวแปรทไดจากการวดเพยงตวแปรเดยว คอ

ความยาวนานแสงแดด

37

จากการศกษางานวจยทผานมา จะเหนวาในประเทศไทยมการศกษาและวจยเกยวกบรงส

ดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสงคอนขางนอย ดงนนในงานวจยน ผวจยจง

เสนอทจะทาการศกษาความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสงจาก

ขอมลการวด ตามรายละเอยดทจะกลาวในบทตอไป

38

บทท 3

วธการดาเนนการวจยและผล

งานวจยน ผวจยจะทาการพฒนาแบบจาลองสดสวนของคา PAR ตอความเขมรงสรวม

แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆและสภาพทองฟา

ทวไป และโครงขายประสาทเทยมจากขอมลททาการวดในภมภาคตางๆ ของประเทศไทย จากนน

จะทาการทดสอบสมรรถนะของแบบจาลอง ตามรายละเอยดดงน

3.1 การเตรยมขอมลความเขมรงสดวงอาทตย

3.1.1 เครองมอวด

ในงานวจยนจะใชขอมลรงสรวมและ PAR จากสถานวดซงภาควชาฟสกส คณะ

วทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร ดาเนนการตดตงอปกรณวด ตามภมภาคตางๆ 4 แหง ตาม

รายละเอยดดงน

1 ภาคเหนอ ทศนยอตนยมวทยาภาคเหนอ อาเภอเมอง จงหวดเชยงใหม

(18.78 °N, 98.98°E)

2 ภาคตะวนออกเฉยงเหนอ ทศนยอตนยมวทยาภาคตะวนออกเฉยงเหนอ อาเภอเมอง

จงหวดอบลราชธาน (15.25 °N, 104.87 °E)

3 ภาคกลาง ทคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร อาเภอเมอง จงหวดนครปฐม

(13.82 °N, 100.04 °E)

4 ภาคใต ทศนยอตนยมวทยาภาคใตฝงตะวนออก อาเภอเมอง จงหวดสงขลา

(7.2 °N, 100.6 °E)

ตาแหนงทตงของสถานวดทง 4 แหง แสดงไวดงรปท 25 ซงตอไปนผวจยจะเรยกวา สถาน

เชยงใหม สถานอบลราชธาน สถานนครปฐม และสถานสงขลา ตามลาดบ

39

รปท 25 ตาแหนงทตงของสถานวดความเขมรงสดวงอาทตยทง 4 สถานตามภมภาค

หลกของประเทศไทย

40

เครองวดและบนทกขอมลทสถานเชยงใหม สถานอบลราชธาน และสถานสงขลา มชด

อปกรณเหมอนกน กลาวคอ ใชไพราโนมเตอร (pyranometer) รน CM21 ของบรษท Kipp & Zonen

ทาการวดรงสรวม และใชเครอง Ground-based ultraviolet radiometer รน GUV-2511 ของบรษท

Biospherical Instruments Inc รน GUV-2511 ประเทศสหรฐอเมรกาในการวดความเขมรงสดวง

อาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง

สญญาณทไดจากเครองไพราโนมเตอรจะบนทกดวยเครองบนทกสญญาณ datalogger รน

DC 100 ของ บรษท Yokogawa (รปท 26) สวนเครอง Ground-based ultraviolet radiometer จะ

ประกอบดวยหววดและ Temperature/computer controller interface (รปท 27) โดย controller

interface จะตอเขากบเครองคอมพวเตอร (รปท 28) ซงมโปรแกรมควบคมการทางานของเครอง

และการบนทกขอมล เครองวดทงสองชนดของสถานวด 4 แหง แสดงดงรปท 29-36

รปท 26 เครองบนทกสญญาณ datalogger รน DC 100 ของ บรษท Yokogawa

41

รปท 27 เครอง Temperature/computer controller interface ของเครอง GUV

รปท 28 เครองคอมพวเตอรซงตดตงโปรแกรม Logger

42

รปท 29 เครองวดรงสรวมทศนยอตนยมวทยาภาคเหนอ จงหวดเชยงใหม

รปท 30 เครอง GUV ทศนยอตนยมวทยาภาคเหนอ จงหวดเชยงใหม

43

รปท 31 เครองวดรงสรวมทศนยอตนยมวทยาภาคตะวนออกเฉยงเหนอ จงหวดอบลราชธาน

รปท 32 เครอง GUV ทศนยอตนยมวทยาภาคตะวนออกเฉยงเหนอ จงหวดอบลราชธาน

44

รปท 33 เครองวดรงสรวมทมหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม

รปท 34 เครอง GUV ทคณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร จงหวดนครปฐม

45

รปท 35 เครองวดรงสรวมทศนยอตนยมวทยาภาคใตฝงตะวนออก จงหวดสงขลา

รปท 36 เครอง GUV ทศนยอตนยมวทยาภาคใตฝงตะวนออก จงหวดสงขลา

46

3.1.2 การอานขอมล

เครองบนทกขอมลจะเกบขอมลในรปของศกยไฟฟา ดงนนเพอทจะนาขอมลมาใชใน

งานวจยเราจงตองทาการแปลงจากสญญาณศกยไฟฟามาเปนคาความเขมรงสดวงอาทตย โดยหววด

ทงสองชนดมวธการอานขอมลดงตอไปน

3.1.2.1 การอานขอมลความเขมรงสรวม

ในการอานขอมลความเขมรงสรวม ผวจยไดทาการตงโปรแกรมใหเครองบนทกขอมลเกบ

ขอมลในรปของศกยไฟฟาจากเครองวดความเขมรงสรวม ทกๆ 1 วนาท และทาการเฉลยคาทได

ทกๆ 10 นาท จากนนจะบนทกคาเฉลยลงในหนวยความจา คาศกยไฟฟาทบนทกไดดงกลาว จะถก

นาไปคานวณเปนคาความเขมรงสรวมตามสมการตอไปน

VI = S

(3.1)

เมอ I คอ ความเขมรงสดวงอาทตย [W/m2]

V คอ ศกยไฟฟาทไดจากเครองวด [V]

S คอ sensitivity ของเครองวด [V/W m-2]

3.1.2.2 การอานขอมลความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง

ในการอานขอมลความเขมรงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง

เครองวดจะประกอบดวยหววดและ Temperature/computer controller interface โดย controller

interface จะตอเขากบเครองคอมพวเตอร ซงมโปรแกรมควบคมการทางานของเครองและการ

บนทกขอมล ผวจยจะตงโปรแกรมเพอทาการแปลงคาศกยไฟฟาเปนคาความเขมรงสดวงอาทตย

โดยโปรแกรมดงกลาวจะถกตงโปรแกรมใหรบสญญาณจากเครองวดตลอด 24 ชวโมง และเกบ

ขอมลทก 1 วนาท จากนนจะนามาหาคาเฉลยทกๆ 1 นาท แลวบนทกคาเฉลยลงในไฟล .MDB

ผวจยจะทาการแปลงขอมลดงกลาวโดยใชโปรแกรม Microsoft Excel สาหรบนาไปใชวเคราะห

ตอไป

3.1.3 การสอบเทยบเครองวดความเขมรงสดวงอาทตย

เครองวดความเขมรงสดวงอาทตยเปนเครองมอทใชงานกลางแจงซงเมอใชเปนระยะ

เวลานานจะมการเสอมคณภาพลง โดยคา sensitivity จะคอย ๆ ลดลงตามเวลา ดงนนจงตองทาการ

สอบเทยบเครองวดดงกลาวอยางสมาเสมอ

47

สาหรบหววดไพราโนมเตอรซงใชวดรงสรวมทสถานเชยงใหม อบลราชธาน และสงขลา

เปนเครองมอทจดซอเมอป ค.ศ.1994 ซงบรษทผผลตไดทาการสอบเทยบครงแรกจากโรงงาน โดย

ใช indoor calibration fanlity ซงสามารถเทยบมาตรฐานยอนกลบไปยง world pyrheliometric

standard ได โดยนกวจยจากหองปฏบตการวจยพลงงานแสงอาทตยไดเดนทางไปสอบเทยบ

เครองวดปละ 1 ครง

ในการสอบเทยบ ผวจยจะนาไพราโนมเตอรมาตรฐานไปตดตงคกบไพราโนมเตอรทใช

งานจรงของสถานวดแตละแหง โดยตงไพราโนมเตอรมาตรฐานใหอยในระดบเดยวกนกบหววดท

ตองการสอบเทยบ แลวตอสญญาณเขาเครองบนทกขอมลและบนทกขอมลคขนานกน ทงนผวจย

จะเลอกวนททองฟามเมฆนอยหรอปราศจากเมฆและเกบขอมลในชวงเวลากอนเทยงจนถงหลง

เทยงจากนนจะนาขอมลทไดไปทาการคานวณหา sensitivity คาใหม ซงมขนตอนดงน

1) นาขอมลทไดจากไพราโนมเตอรอางองมาแปลงคาความเขมรงสดวงอาทตยใหอยใน

หนวย W/m2 แลวนาคาทไดมาเขยนกราฟกบคาศกยไฟฟาทไดจากไพราโนมเตอรซงตองการสอบ

เทยบ

2) อานคาความชนของกราฟซงจะเปนคา sensitivity คาใหมของไพราโนมเตอรททาการ

สอบเทยบ คา sensitivity (S) ของเครองวดทเปนคาความชนของกราฟ สามารถคานวณจาก

ความสมพนธในสมการ(3.2)

สาหรบหววด GUV ผวจยจะนาเครองวดมาตรฐานไปตงคกบหววดทสถาน แลวตอ

สายสญญาณจากหววดเขากบ data logger และบนทกสญญาณพรอมกน จากนนจะเกบขอมลตงแต

กอนเทยงจนถงหลงเทยง โดยเลอกวนททองฟามาเมฆนอยหรอปราศจากเมฆ หลงจากนนจะนาคา

สญญาณไฟฟาทไดจากหววดทสถานมาเขยนกราฟหาความสมพนธกบคาความเขมรงสดวงอาทตย

ทไดจากหววดมาตรฐาน คาความชนของกราฟทไดจะเปนคา responsivity ของเครองวดของสถาน

นน ตวอยางการสอบเทยบเครองวดและกราฟแสดงการคานวณคา sensitivity ของสถานวดตางๆ

ทผวจยและเจาหนาทของหองปฏบตการวจยพลงงานแสงอาทตย ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร

มหาวทยาลยศลปากร เดนทางไปสอบเทยบ แสดงดงรปท 37– 44 และผลการสอบเทยบเครองวดทง

4 สถาน sensitivity ทไดจากการสอบเทยบแสดงในตารางท 2 และ 3

ความเขมรงสดวงอาทตยทไดจากหววดมาตรฐาน

ศกยไฟฟาของเครองทตองการสอบเทยบ S = (3.2)

48

รปท 37 การสอบเทยบไพราโนมเตอรทสถานเชยงใหม เมอเดอนเมษายน 2012

รปท 38 การสอบเทยบเครอง GUV ทสถานเชยงใหม เมอเดอนพฤษภาคม 2011

49

รปท 39 การสอบเทยบไพราโนมเตอรทสถานอบลราชธาน เมอเดอนมนาคม 2012

รปท 40 การสอบเทยบเครองวดเครอง GUV ทสถานอบลราชธาน เมอเดอนพฤษภาคม 2011

50

รปท 41 การสอบเทยบไพราโนมเตอรทสถานนครปฐม เมอเดอนมนาคม 2012

รปท 42 การสอบเทยบเครอง GUV ทสถานนครปฐม เมอเดอนเมษายน 2011

51

รปท 43 การสอบเทยบไพราโนมเตอรทสถานสงขลา เมอเดอนมนาคม 2012

รปท 44 การสอบเทยบเครอง GUV ทสถานสงขลาเมอเดอนมนาคม 2011

52

ตารางท 2 ผลการสอบเทยบเครองวดรงสรวมของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และ

สงขลา

สถาน คา sensitivity เดม (µV/W.m2) คา sensitivity ใหม (µV/W.m2)

เชยงใหม

อบลราชธาน

นครปฐม

สงขลา

12.03

14.52

4.83

7.28

12.03

14.52

2.59

7.27

จากตารางท 2 แสดงใหเหนวาคา sensitivity ของเครองวดมการเปลยนแปลงนอยมาก

แสดงวาเครองวดทใชในการวดมสมรรถนะสง

ตารางท 3 ผลการสอบเทยบขอมล PAR จากเครอง GUV ของสถานเชยงใหม อบลราชธาน

นครปฐม และสงขลา

สถาน คา responsivity (Amps/µmol.cm-2.s-1)

คาเดม คาทไดจากการสอบเทยบ

1. เชยงใหม

2. อบลราชธาน

3. นครปฐม

4. สงขลา

2.30120 x 10-5

2.57000 x 10-5

1.79144 x 10-5

1.85880 x 10-5

2.2739 x 10-5

2.5787 x 10-5

1.8061 x 10-5

2.3998 x 10-5

จากตารางท 3 จะพบวาคา responsivity ของเครอง GUV มการเปลยนแปลงคอนขางนอย

เนองจากหววดมประสทธภาพสง

3.1.4 การควบคมคณภาพของขอมล

ถงแมวาเครองมอวดจะมการสอบเทยบอยเปนประจา แตขอมลทจะนามาใชงานกจะตอง

ผานการควบคมคณภาพของขอมลกอน (data quality control) เพอกาจดขอมลทผดปกตออกไป โดย

ขอมลทนามาใชในงานวจยน คอขอมลความเขมรงสรวม และขอมล PAR ซงมรายละเอยด


53

3.1.4.1 การควบคมคณภาพขอมลรงสรวม

1) เลอกใชขอมลดงกลาวในชวงเวลาทมมเงยของดวงอาทตยมากกวา 5 องศาขนไป เพอ

หลกเลยงคา error เนองจาก Cosine response ของหววด และผลจากสงกดขวางตางๆ

2) เปรยบเทยบขอมลความเขมรงสดวงอาทตยกบความเขมรงสดวงอาทตยนอกบรรยากาศ

โลกบนพนราบ ( 0R ) โดยทวไปเมอรงสดวงอาทตยเคลอนทผานบรรยากาศโลกจะถกดดกลนและ

กระเจงโดยองคประกอบของบรรยากาศ ทาใหความเขมรงสรวมทตกกระทบพนผวโลกมคานอย

กวาความเขมรงสดวงอาทตยนอกบรรยากาศโลกเสมอ คาความเขมรงสรวม ( sR ) ของดวงอาทตยท

ไมสอดคลองกบเงอนไขดงสมการ(3.3) ถอวาเปนขอมลผดพลาด ซงผวจยจะไมนาขอมลมาใชใน

การวเคราะห

s oR < 0.9R (3.3)

เมอ 0R คอ ความเขมรงสดวงอาทตยนอกบรรยากาศโลกบนพนราบ [W/m2]

sR คอ ความเขมรงสรวมบนพนราบ (global horizontal irradiance) [W/m2]

3) เปรยบเทยบระหวางขอมลรงสกระจายกบขอมลรงสรวม โดยทวไปรงสกระจาย ( dR )

จะมคานอยกวาหรอเทากบความเขมรงสรวม ( sR ) ดงนนขอมลใดทขดแยงกบเงอนไขดงกลาวจะ

ถอวาเปนขอมลผดพลาดและไมนามาใชในการวเคราะห เราสามารถเขยนเปนเงอนไขไดดงน

d sR 0.9R≤ (3.4)

เมอ dR คอ ความเขมรงสกระจายบนพนราบ (diffuse irradiance) [W/m2]

4) สงเกตจากความสมพนธของคา diffuse fraction และ clearness index เพอตรวจสอบคา

ผดปกตของขอมลรงสกระจายกรณทวงแหวนไมบงดวงอาทตยเพราะเปนขอมลทมความผดพลาด

ตวอยางของขอมลทผดปกตแสดงไวดงรปท 45

54

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

clearness index

Diff

use

frat

ion

รปท 45 ลกษณะขอมลรงสรวมทผดปกต ซงจาเปนตองตรวจสอบ

โดยปกต เมอทองฟามสภาพแจมใสคา clearness index จะมคามาก ปรมาณรงสกระจาย

จะมคานอยซงสงผลใหคา diffuse fraction จะมคานอยตามกน ดงนนขอมล diffuse irradiance ทขด

กบหลกความจรงดงกลาว ถอวาเปนขอมลทเกดจากการทวงแหวนไมบงดวงอาทตย (ขอมลใน

วงกลมแสดงดงรปท 45

3.1.4.2 การควบคมคณภาพขอมล PAR จากเครอง GUV

ในการควบคมคณภาพขอมล PAR ผวจยไดใชวธการควบคณคณภาพเชนเดยวขอมลรงส

รวม โดยแสดงตวอยางขอมลทผดปกตดงรปท 46

ขอมลผดปกต

frac

tion

55

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

clearness index

PAR

Diff

use

frat

ion

รปท 46 ลกษณะขอมล PAR ทผดปกต ซงจาเปนตองตรวจสอบ

3.1.5 การคดเลอกขอมล

ในงานวจยนผวจยทาการคดเลอกชวงขอมลโดยอาศยขอมลจากเครอง sunphotometer ของ

หองปฎบตการวจยพลงงานแสงอาทตยซงเปนสมาชกของ AERONET (The Aerosol Robotic

Network)

AERONET เปนเครอขายทพฒนาเทคโนโลยการวดคณสมบตของฝ นละออง (aerosol) ใน

บรรยากาศ เครอง sunphotometer ทาการวดสเปกตรมรงสตรงในสภาพทองฟาตางๆ โดย

AERONET ไดพฒนาโปรแกรมคอมพวเตอรสาหรบคดกรองขอมลสเปกตรมรงสดวงอาทตย

ในชวงททองฟามเมฆและปราศจากเมฆ ผวจยจะใชชวงเวลาดงกลาวมาใชในงานวจยครงน

หองปฏบตการวจยพลงงานแสงอาทตย ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร

ดาเนนการตดตงเครอง sunphotometer ทสถานวด 4 แหงดงทกลาวไวขางตน โดยเกบขอมลขนาน

ไปกบเครองวดรงสดวงอาทตย เนองจากสถานทง 4 แหงมเครองถายภาพทองฟา (sky view) ตดตง

อยดวย ผวจยจะใชขอมลภาพถายทองฟามาประกอบในการระบสภาพทองฟา

ขอมลผดปกต

frac

tion

56

รปท 47 เครอง sunphotometer ของสถานเชยงใหม

รปท 48 เครอง sunphotometer ของสถานอบลราชธาน

57

รปท 49 เครอง sunphotometer ของสถานนครปฐม

รปท 50 เครอง sunphotometer ของสถานสงขลา

58

รปท 51 เครองถายภาพทองฟาของสถานเชยงใหม

รปท 52 เครองถายภาพทองฟาของสถานอบลราชธาน

59

รปท 53 เครองถายภาพทองฟาของสถานนครปฐม

รปท 54 เครองถายภาพทองฟาของสถานสงขลา

60

(a) (b) (c)

รปท 55 ตวอยางภาพถายทองฟาจากเครอง sky view ของสถานเชยงใหมในสภาพทองฟา

(a) ปราศจากเมฆ (b) มเมฆบางสวน (c) เตมไปดวยเมฆ

(a) (b) (c)

รปท 56 ตวอยางภาพถายทองฟาจากเครอง sky view ของสถานอบลราชธาน ในสภาพทองฟา


(a) (b) (c)

รปท 57 ตวอยางภาพถายทองฟาจากเครอง sky view ของสถานนครปฐมในสภาพทองฟา


61

(a) (b) (c)

รปท 58 ตวอยางภาพถายทองฟาจากเครอง sky view ของสถานสงขลาในสภาพทองฟา


3.2 ขอมลทใชในการสรางแบบจาลอง

ในการพฒนาแบบจาลองนอกจากขอมลความเขมรงสรวม และขอมล PAR แลวผวจยยงได

ทาการรวบรวมขอมลอนๆ ไดแก มมเซนธของดวงอาทตย (zenith angle) แฟกเตอรสาหรบแกผล

จากความรของวงโคจร (eccentrinty correction factor) มวลอากาศทรงสดวงอาทตยเคลอนทผาน

(optical air mass) ปรมาณไอน าในบรรยากาศ (precipitable water) ความลกเชงแสงของฝ นละออง

ทความยาวคลน 500 nm (aerosol optical depth) ปรมาณโอโซน (total column ozone) ดชนเมฆ

(cloud index) และดชนความใสของบรรยากาศ (clearness index) ซงมรายละเอยดดงน

3.2.1 มมเซนธของดวงอาทตย (zenith angle)

เมอรงสดวงอาทตยเคลอนทผานบรรยากาศมายงผวโลกจะถกดดกลน (absorption) และ

กระเจง (scattering) โดยโมเลกลของอากาศ ไอน า และฝ นละออง ทาใหรงสดวงอาทตยทมาถงพน

โลกมปรมาณลดลง การลดลงนจะมากหรอนอยขนกบชนดและปรมาณของอนภาคตางๆ ซงเปน

องคประกอบของบรรยากาศ หรอขนกบทางเดนของรงสดวงอาทตย (path length) โดยทางเดนของ

รงสดวงอาทตย มผลตอคาความเขมรงสดวงอาทตย เนองจากทางเดนของรงสดวงอาทตยทเพมขน

จะเพมการกระเจงรงสดวงอาทตย ซงมผลตอรงสในชวงความยาวคลนสน และจะเพมการดดกลน

รงสดวงอาทตย ซงมผลตอรงสในชวงรงสคลนยาว ดงนนทางเดนของรงสดวงอาทตยจงมอทธพลท

สาคญตอความเขมรงสรวม โดยททางเดนของรงสดวงอาทตยสามารถบอกไดดวยมมเงยของดวง

อาทตย โดยมมเงยของดวงอาทตยเปนมมระหวางเสนตรงทเชอมตอจดสงเกตไปยงดวงอาทตยกบ

ระนาบขอบฟา (horizontal plane) ดงรปท 59

62

N S

W

E

Zenith

Meridian

α

δω

φ

Horizontal plane

N S

W

E

Zenith

Meridian

α

δω

φ

Horizontal plane

รปท 59 แสดงมมเงยของดวงอาทตย ( sα )

มมเงยของดวงอาทตยสามารถคานวณไดจากสมการ

ωφδ+φδ=α coscoscossinsinsin s (3.5)

เมอ sα = มมเงยของดวงอาทตย (องศา)

ω = มมชวโมง (องศา)

φ = ละตจด (องศา)

δ = เดคลเนชน (องศา)

มมชวโมงและเดคลเนชนสามารถคานวณไดจากสมการ

)ST12(15 −=ω (3.6)

เมอ ω = มมชวโมง (องศา)

ST = เวลาดวงอาทตย (ชม.:นาท)

โดยท tlocs E)LL(4LSTST +−+= (3.7)

เมอ ST = เวลาดวงอาทตย (ชม.:นาท)

LST = เวลามาตรฐานทองถน (ชม.:นาท)

Ls = เสนลองจจดมาตรฐาน (องศา)

63

และ

)/180)(3sin00148.03cos002697.02sin000907.02cos006758.0

sin070257.0cos399912.0006918.0(

πΓ+Γ−Γ+Γ−

Γ+Γ−=δ (3.8)

โดยท

365/)1d(2 n −π=Γ (3.9)

Γ = มมวน (day angle) (เรเดยน)

δ = มมเดคลเนชนของดวงอาทตย (องศา)

nd = วนในรอบป, nd = 1 สาหรบวนท 1 มกราคม

3.2.2 คาแเฟกเตอรปรบแกความรของวงโคจร (eccentrinty correction factor)

วงโคจรของโลกรอบดวงอาทตยมลกษณะเปนวงร โดยมความร (eccentrinty) เทากบ

0.016722 มระยะกงแกนหลก (semi-major axis) 1.4968x108 กโลเมตร โดยมดวงอาทตยอยทจด

โฟกสหนงของวงรดงกลาว ดงแสดงในรปท 60

21/22 ธ.ค.

ระนาบสรยะวถ 22/23 ก.ย.

20/21 ม.ค.

21/22 ม.ย.

4 ก.ค. 3 ม.ค.

5 ต.ค.

4 เม.ย.

23.5๐

1.017 AU 0.983 AU

1 AU

1 AU

รปท 60 แสดงวงโคจรของโลกรอบดวงอาทตย

ระนาบของวงโคจรของโลกรอบดวงอาทตยเรยกวา ระนาบสรยะวถ (ecliptic plane) แกน

หมนของโลกเอยงทามมกบเสนตงฉากของระนาบสรยะวถ 2123 องศา ดงนนระนาบศนยสตร

64

(equatorial plane) ของโลกจงทามมกบระนาบสรยะวถ 2123 องศาดวย การทแกนหมนของโลก

เอยงนทาใหโลกหนซกเหนอและซกใตเขาหาดวงอาทตยมากนอยตางกนในขณะทโคจรรอบดวง

อาทตย โดยโลกจะหนซกเหนอเขาหาดวงอาทตยมากทสดในวนท 21 หรอ 22 มถนายน หรอ โซลส

ตกสฤดรอน (summer solstice) ณ ตาแหนงนกลางวนของซกโลกเหนอจะยาวทสด ในขณะทโลก

จะหนซกใตเขาหาดวงอาทตยมากทสดในวนท 21 หรอ 22 ธนวาคม หรอโซลสตกสฤดหนาว

(winter solstice) ดงนนการเกดฤดกาลจงเปนผลมาจากการทแกนหมนของโลกเอยงทามมกบเสนตง

ฉากของระนาบสรยะวถ

เนองจากวงโคจรของโลกรอบดวงอาทตยเปนวงร ระยะทางระหวางโลกกบดวงอาทตยจง

เปลยนแปลงตลอดเวลา โดยมระยะเฉลยเทากบ 1.496x108 กโลเมตร หรอ 1 หนวยดาราศาสตร

(astronomical unit, AU) โลกจะอยทตาแหนงใกลดวงอาทตยทสด (perihelion) ทระยะหาง 0.983

AU หรอในวนท 3 มกราคม และอยทตาแหนงไกลสด (aphelion) ทระยะหาง 1.017 AU ในวนท

4 กรกฎาคม ระยะทางระหวางโลกกบดวงอาทตยมผลตอปรมาณพลงงานแสงอาทตยทตกกระทบ

พนผวโลก ระยะทางดงกลาวแปรไปตามวนตางๆ ในรอบป ตามสมการตอไปน (Iqbal, 1983)

Γ+Γ+

Γ+Γ+==2sin000077.02cos000719.0

sin001280.0cos034221.0000110.1)r/r(E 200 (3.10)

เมอ 365/)1d(2 n −π=Γ (3.11)

Γ = มมวน (day angle) [เรเดยน]

r = ระยะทางระหวางโลกกบดวงอาทตย [km]

0r = ระยะทางเฉลยระหวางโลกกบดวงอาทตย [1.496x108 km]

nd = ลาดบของวนในรอบป ( nd = 1 สาหรบวนท 1 มกราคม) [-]

65

3.2.3 มวลอากาศทรงสดวงอาทตยเคลอนทผาน (optical air mass)

เมอรงสดวงอาทตยเคลอนทผานบรรยากาศมายงผวโลกจะถกดดกลน (absorption) และ

กระเจง (scattering) โดยโมเลกลของอากาศ ไอน า และฝ นละออง ทาใหรงสดวงอาทตยทมาถงพน

โลกมปรมาณลดลง การลดลงนจะมากหรอนอยขนกบชนดและปรมาณของอนภาคตางๆ ซงเปน

องคประกอบของบรรยากาศ หรอขนกบมวลของอากาศในคอลมนทรงสดวงอาทตยเดนทางผาน

(mact) ซงสามารถหาไดจาก

∫= dsρmact (3.12)

เมอ mact = เปนมวลอากาศทรงสดวงอาทตยเดนทางผานจรง [-]

s = ทางเดนของรงสดวงอาทตยจรง (geometrical path length) [km]

ρ = ความหนาแนนของอากาศ [kg/m2]

สาหรบกรณทรงสดวงอาทตยตกตงฉากกบผวโลก จะไดมวลของอากาศ (mact,v) ดงสมการ

∫= dzρm v,act (3.13)

เมอ z คอ ระยะทางในแนวตงฉากกบผวโลก เราจะใหนยามมวลอากาศสมพทธทรงสดวง

อาทตยเดนทางผาน (mr) วาเปนอตราสวนของ mact ตอ mact,v หรอ

∫∫=

dzρ

dsρmr (3.14)

คา mr นจะนาไปใชในการคานวณการดดกลนและการกระเจงของรงสดวงอาทตย โดย

องคประกอบตางๆ ของบรรยากาศโลก ถาอนโลมวา รงสดวงอาทตยเดนทางผานบรรยากาศมาถง

พนโลกเปนเสนตรง คา mr สามารถหาไดดงสมการท 3.16

z

r cos1mθ

= (3.15)

66

3.2.4 ปรมาณไอนาในบรรยากาศ (precipitable water)

น าสามารถอยในบรรยากาศได 3 สถานะ คอ แกส ของเหลวและของแขง น าในสถานะ

แกสเรยกวา ไอน า ปรมาณไอน าในบรรยากาศมผลตอคาความเขมรงสดวงอาทตยเนองจากไอน า

ดดกลนสเปกตรมรงสดวงอาทตยในชวงอนฟาเรดดงกราฟรปท 58 โดยทวไปปรมาณไอน าสามารถ

บอกในรปของปรมาณไอน ากลนตวได (Precipitable water, w ) ซงเปนปรมาณไอน าในคอลมน

ของบรรยากาศทพจารณาตงแตพนผวโลกจนถงสวนบนของบรรยากาศ ดงรปท 62 เมอสมมตวาไอ

นากลนตวเปนนา ซงสามารถหาไดจากสมการ (3.16)

∫∞

=0

rdZMg1w (3.16)

เมอ Mr คอ mixing ratio ซงเปนอตราสวนของไอนาตอมวลของอากาศแหงในปรมาตร

หนงหนวย [-]

Z คอ ความสงในแนวดง [m]

g คอ ความเรงเนองจากความโนมถวงของโลก [kg.m-2]

รปท 61 1ก1ารดดกลนรงสดวงอาทตยทความยาวคลนตางๆ ของไอนาในบรรยากาศ

67

รปท 62 ปรมาณไอนากลนตวในบรรยากาศ

ในการพฒนาแบบจาลองและทดสอบแบบจาลอง ผวจยใชขอมลปรมาณไอน าในรปของ

ปรมาณไอน ากลนตวในหนวย cm ทไดจากการวดดวยเครอง sunphotometer ตวอยางของปรมาณ

ไอน าในรอบวนแสดงดงรปท 63-66 เมอผวจยนามาเขยนกราฟเพอสงเกตการแปรคาตามเวลาใน

รอบป พบวาปรมาณไอนามการเปลยนแปลงตามฤดกาลดงรปท 67-81

Chiang Mai 2 JAN 2010

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

6 8 10 12 14 16 18

Time

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

.

Lev 1.5

รปท 63 ตวอยางการเปลยนแปลงของปรมาณไอนาตามเวลาในรอบวนของสถาน

เชยงใหมวนท 2 มกราคม 2010

68

Ubon Ratchathani25 JAN 2010

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

6 8 10 12 14 16 18

Time

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

.Lev 1.5


อบลราชธานวนท 25 มกราคม 2010

Nakhon Pathom10 FEB 2010

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

6 8 10 12 14 16 18

Time

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

.

Lev 1.5


นครปฐมวนท 10 กมภาพนธ 2010

69

Songkhla9 JAN 2010

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

6 8 10 12 14 16 18

Time

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

.Lev 1.5


สงขลาวนท 9 มกราคม 2010

Chiang Mai

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Jan-08 Feb-08 Mar-08 Apr-08 May-08 Jun-08 Jul-08 Aug-08 Sep-08 Oct-08 Nov-08 Dec-08

Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1

Lev 1.5

รปท 67 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาในรอบปของสถานเชยงใหม ป 2008

70

Chiang Mai

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1Lev 1.5


Chiang Mai

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

Lev 1.5


71

Chiang Mai

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1Lev 1.5


Ubon Ratchathani

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1

Lev 1.5

รปท 71 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาในรอบปของสถานอบลราชธานป 2009

72

Ubon Ratchathani

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

Lev 1.5


Ubon Ratchathani

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1

Lev 1.5


73

Nakhon Pathom

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1Lev 1.5

รปท 74 การเปลยนแปลงของปรมาณไอนาในรอบปของสถานนครปฐม ป 2008

Nakhon Pathom

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Jan-09 Feb-09 Mar-09 Apr-09 May-09

Jun-09 Jul-09 Aug-09 Sep-09 Oct-09 Nov-09 Dec-09 Jan-10 Feb-10

Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1

Lev 1.5


74

Nakhon Pathom

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

Lev 1.5


Nakhon Pathom

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1

Lev 1.5


75

Songkhla

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1Lev 1.5

รปท 78 การเปลยนแปลงของคาปรมาณไอนาในรอบปของสถานสงขลา ป 2008

Songkhla

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Jan-09 Feb-09 Mar-09 Apr-09 May-09

Jun-09 Jul-09 Aug-09 Sep-09 Oct-09 Nov-09 Dec-09 Jan-10 Feb-10

Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1

Lev 1.5


76

Songkhla

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

Lev 1.5


Songkhla

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10


Month

Prec

ipita

ble

wat

er (c

m)

1

Lev 1.5


3.2.5 ความลกเชงแสงของฝนละออง (aerosol optical depth)

ฝ นละอองเปนตวแปรทมอทธพลหลกตอการลดลงของรงสดวงอาทตยในชวงทตาม

มองเหน (visible) ดงกราฟในรปท 82 เพราะมคาสมประสทธการสงผานมากทสดในชวงความยาว

คลน 0.4-0.7 µ m และยงมความหลากหลายทงชนดและขนาด ทาใหฝ นละอองมผลตอรงสดวง

77

อาทตยอยางซบซอนทสดในบรรดาองคประกอบของบรรยากาศทงหมด ปรมาณและขนาดฝ น

ละอองบอกดวยพารามเตอร 2 ตว คอ สมประสทธความขนมวบรรยากาศขององสตรอม และเลข

ยกกาลงองสตรอม ตามความสมพนธใน Angstrom’s turbidity formula [Iqbal, 1983]

α−λ βλ=ak (3.17)

โดยท

λak คอ คาความลกเชงแสงของฝ นละอองทความยาวคลนตางๆ [-]

β คอ สมประสทธความขนมวบรรยากาศขององสตรอม [-]

α คอ เลขยกกาลงองสตรอม [-]

รปท 82 การกระเจงและดดกลนรงสดวงอาทตยทความยาวคลนตาง ๆ

ขององคประกอบในบรรยากาศ

เครอง sunphotometer เปนเครองวดสเปกตรมรงสดวงอาทตยทใหคาสมบตเชงแสงของฝ น

ละออง ไดแก ความลกเชงแสงของฝ นละออง ( λak ) เลขยกกาลงองสตรอม ( α ) single scattering

albedo ( )sω และไอน า ( )w สาหรบงานวจยนผวจยใชขอมลความลกเชงแสงของฝ นละอองท

ความยาวคลน 500 nm โดยตวอยางขอมลความลกเชงแสงของฝ นละอองทความยาวคลน 500 nm

78

ในรอบวนแสดงไวในรปท 83 - 86 โดยมคาคอนขางคงท เมอนามาเขยนกราฟการแปรคาตามเวลา

ในรอบปพบวามการเปลยนแปลงตามฤดกาลดงแสดงในรปท 87 - 101

Chiang Mai7 JAN 2010

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

6 8 10 12 14 16 18

Time

Aer

osol

opt

ical

dep

th

Lev 1.5

รปท 83 ตวอยางการเปลยนแปลงคาความลกเชงแสงของฝ นละออง (aerosol optical

depth) ตามเวลาในรอบวนของสถานเชยงใหม วนท 7 มกราคม 2010

Ubon Ratchathani24 JAN 2010

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

6 8 10 12 14 16 18

Time

Aer

osol

opt

ical

dep

th

Lev 1.5

รปท 84 ตวอยางงการเปลยนแปลงคาความลกเชงแสงของฝ นละออง (aerosol optical

depth) ตามเวลาในรอบวนของสถานอบลราชธาน วนท 24 มกราคม 2010

79

Nakhon Pathom8 JAN 2010

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

6 8 10 12 14 16 18

Time

Aer

osol

opt

ical

dep

thLev 1.5


depth) ตามเวลาในรอบวนของสถานนครปฐม วนท 8 มกราคม 2010

Songkhla16 APR 2010

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

6 8 10 12 14 16 18 20

Time

Aer

osol

opt

ical

dep

th

Lev 1.5


depth) ตามเวลาในรอบวนของสถานสงขลา วนท 16 เมษายน 2010

80

Chiang Mai

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5

รปท 87 การเปลยนแปลงคาความลกเชงแสงของฝ นละออง (aerosol optical depth)

ตามเวลาในรอบป ของสถานเชยงใหม ป 2008

Chiang Mai

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



81

Chiang Mai

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



Chiang Mai

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



82

Ubon Ratchathani

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5


ตามเวลาในรอบป ของสถานอบลราชธานป 2009

Ubon Ratchathani

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



83

Ubon Ratchathani

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



Nakhon Pathom

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5


ตามเวลาในรอบป ของสถานนครปฐม ป 2008

84

Nakhon Pathom

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



Nakhon Pathom

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

.

Lev 1.5



85

Nakhon Pathom

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



Songkhla

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5


ตามเวลาในรอบป ของสถานสงขลา ป 2008

86

Songkhla

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



Songkhla

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



87

Songkhla

0

1

2

3

4

5


Month

Aer

osol

opt

ical

dep

th

1

Lev 1.5



3.2.6 ปรมาณโอโซน (total column ozone)

โอโซนเปนกาซทมสมบตในการดดกลนรงสอลตราไวโอเลตทความยาวคลนสนกวา 290

nm ไวทงหมด นอกจากนยงสามารถดดกลนรงสดวงอาทตยทความยาวคลน 610 4,800 9,600

และชวง 13,000-15,000 nm ดงนนปรมาณโอโซนในบรรยากาศจงมผลตอคาความเขมรงสดวง

อาทตยทตกกระทบพนโลก

รปท 102 ก1ารดดกลนรงสดวงอาทตยทความยาวคลนตางๆ ของโอโซนในบรรยากาศ

88

โดยทวไปปรมาณโอโซนจะรายงานเปนความหนาของชนโอโซนรวมตามแนวดงใน

บรรยากาศ โดยสมมตวานาโอโซนตลอดทงคอลมนของบรรยากาศมารวมกนทพนผวโลกท STP

(อณหภมและความดนมาตรฐาน) แลววดความสงของคอลมนโอโซนเปนเซนตเมตร (cm) หรอวด

เปนมลล-บรรยากาศ-เซนตเมตร (m-atm-cm)

1 m-atm-cm = 1 DU

= 10-5 m

= 10-3 cm ของโอโซนบรสทธท STP

รปท 103 การวดปรมาณโอโซนในบรรยากาศ

ในการพฒนาและทดสอบแบบจาลองผวจยใชขอมลปรมาณโอโซนทวดจากเครองวด

Ozone Monitoring Instrument (OMI) ทตดตงบนดาวเทยม AURA โดยจะวดคาปรมาณโอโซนวน

ละ 1 ครงในหนวย Dobson [DU] และแตละครงมความละเอยดเชงพนท (spatial resolution) 1°

ตามแนวละตจดและ 1° ตามแนวลองจจด หรอมขนาดพกเซล (pixel) 1° x 1° โดยมชวงเวลาการวด

ตงแต 1 ตลาคม 2004 – ปจจบน ผวจยไดนาขอมลปรมาณโอโซนดงกลาวมาพลอตเพอสงเกตการ

เปลยนแปลงในรอบปไดผลดงกราฟ รปท 105-120

89

รปท 104 ดาวเทยม AURA ขององคการ NASA

Chiang Mai

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)

1

รปท 105 การเปลยนแปลงของปรมาณโอโซนในรอบปของสถานเชยงใหม ป 2008

90

Chiang Mai

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)


Chiang Mai

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)


91

Chiang Mai

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)

Lev 1.5


Ubon Ratchathani

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)

1

รปท 109 การเปลยนแปลงของปรมาณโอโซนในรอบปของสถานอบลราชธานป 2008

92

Ubon Ratchathani

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)


Ubon Ratchathani

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)


93

Ubon Ratchathani

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)

Lev 1.5


Nakhon Pathom

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)

1

รปท 113 การเปลยนแปลงของปรมาณโอโซนในรอบปของสถานนครปฐม ป 2008

94

Nakhon Pathom

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)


Nakhon Pathom

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)


95

Nakhon Pathom

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)

Lev 1.5


Songkhla

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)

1

รปท 117 การเปลยนแปลงของคาปรมาณโอโซนในรอบปของสถานสงขลา ป 2008

96

Songkhla

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)


Songkhla

0

100

200

300

400

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)


97

Songkhla

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500


Month

Ozo

ne (D

obso

n)

Lev 1.5


3.2.7 ดชนความใสของบรรยากาศ (clearness index)

เมฆเปนองคประกอบทสาคญทลดทอนความเขมรงสดวงอาทตยทมาถงยงพนผวโลก

เนองจากเมฆมการดดกลนและกระเจงรงสดวงอาทตย ทงนเพราะวนทมเมฆมากจะมความเขมรงส

ดวงอาทตยต า ขณะเดยวกนวนททองฟาปราศจากเมฆกจะมความเขมรงสดวงอาทตยสง เมฆจงมผล

ตอคาความเขมรงสดวงอาทตยทตกกระทบพนผวโลก แตเนองจากเมฆมหลายชนด และมการ

เปลยนแปลงตาแหนงและรปรางตลอดเวลา การศกษาเมฆจงทาไดคอนขางยาก ดงนนการบงบอก

ปรมาณเมฆจงสามารถแบงตามสภาพทองฟา ในงานวจยนไดใชคาดชนความใสของบรรยากาศ

(clearness index) เปนตวบงชสภาพทองฟา หรอการปกคลมของเมฆ

โดยคาดชนความใสของบรรยากาศรายชวโมง (hourly clearness index, tk ) หาไดจาก

สมการ (3.18)

0

t IIk = (3.18)

เมอ tk = ดชนความใสของบรรยากาศรายชวโมง [-]

I = ความเขมรงสดวงอาทตย [MJ/m2-hr]

0I = ความเขมรงสดวงอาทตยรายชวโมงนอกบรรยากาศโลก [MJ/m2-hr]

98

3.2.8 ดชนเมฆ (cloud index, n)

การคานวณดชนเมฆจากขอมลภาพถายดาวเทยม ผวจยจะใชวธการเดยวกบทใชในการ

คานวณความเขมรงสดวงอาทตยดวยขอมลดาวเทยมโดยวธ HELIOSAT (Cano et al., 1982)

กลาวคอจะใชดชนเมฆซงมความสมพนธกบสมประสทธการสะทอนของเมฆ บรรยากาศ และ

พนผวโลก ดงสมการ (3.19)

minmax

minEAnρ−ρ

ρ−ρ= (3.19)

เมอ n

คอ คาดชนเมฆ [-]

EAρ

คอ สมประสทธการสะทอนของเมฆ บรรยากาศ และพนผวโลก [-]

minρ

คอ สมประสทธการสะทอนของพนผวโลก [-]

maxρ

คอ สมประสทธการสะทอนสงสดของเมฆ [-]

คาสมประสทธการสะทอนตางๆ ในสมการ (3.19) จะหมายถงคาสมประสทธการสะทอน

ทยงไมไดคานวณแกไขคา เนองจากการกระเจงและการดดกลนรงสดวงอาทตยของบรรยากาศ จาก

สมการจะเหนวา กรณทองฟาปราศจากเมฆคา EAρ จะเทากบ minρ ทาใหคา n เทากบ 0 และ

กรณท pixel นนถกปกคลมดวยเมฆทงหมด คา EAρ จะเทากบคา maxρ ทาใหคา n เปน 1 สาหรบ

กรณท pixel นถกปกคลมดวยเมฆบางสวน คา n จะอยระหวาง 0 ถง 1 ดงนน n จงเปนดชนชบอก

ปรมาณเมฆซงสามารถหาไดจากขอมลดาวเทยม ในงานวจยนผวจยจะทาการคานวณคาดชนเมฆ

จากคาสมประสทธการสะทอนตางๆ ดงน

3.2.8.1 คาสมประสทธการสะทอนของพนผวโลก ( minρ )

คาสมประสทธการสะทอนของพนผวโลก ( minρ ) จะมเพยงชวโมงละคาในแตละเดอน

ซงสามารถหาไดโดยการนาคา gray level ของ pixel ทแทนพนทเปาหมายจากขอมลดาวเทยมท

ชวโมงทพจารณา มาทาการเปรยบเทยบกน และคดเลอกเอาคา gray level ตาสดมาแปลงเปนคา

สมประสทธการสะทอนของพนผวโลก ( minρ )

99

3.2.8.2 คาสมประสทธการสะทอนสงสดของเมฆ ( maxρ )

ผวจยจะนาคาสมประสทธการสะทอนสงสดของเมฆซงจะกาหนดใหเปนคาคงทคาหนง

โดยในงานวจยนไดกาหนดใหคาสมประสทธการสะทอนสงสดของเมฆ จะมเพยงชวโมงละคาใน

แตละเดอน ทกสถานซงวธการหาคาสมประสทธการสะทอนสงสดของเมฆ ( maxρ ) จะคลายกบ

การหาสมประสทธการสะทอนของพนผวโลก ( minρ ) โดยเปลยนการหาคา gray level ตาสดมา

เปนการหาคา gray level สงสดแทน

3.3 การพฒนาแบบจาลองสาหรบคานวณ PAR

3.3.1 แบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวม

จากงานวจยทผานมาพบวา การพฒนาแบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวม

สวนใหญจะไมพจารณาผลจากปรมาณโอโซน แมวาจะมผลตอการดดกลนในชวงของความยาว

คลน PAR เนองจากปรมาณโอโซนในรอบวนคอนขางคงท แตในงานวจยนผวจยไดนาปรมาณ

โอโซนมาพจารณา เพอความถกตองแมนยาของแบบจาลอง

3.3.1.1 การพฒนาแบบจาลอง

ในการพฒนาแบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวม ผวจยไดพจารณาถงผลจาก

เมฆทมตออตราสวนในรปของดชนเมฆ (cloud index) ซงไดมาจากภาพถายดาวเทยมและดชน

ความใสของบรรยากาศ (clearness index) โดยไดทาการคานวณอตราสวนระหวาง PAR ( PQ ) กบ

รงสรวม (S

R ) รายชวโมง จากนนจะนาคาอตราสวนดงกลาวไปวเคราะหเชงถดถอยแบบหลายตว

แปร (multiple regression analysis) กบมมเซนธของดวงอาทตย ( zθ ) คาความลกเชงแสงของฝ น

ละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm ปรมาณไอน าในบรรยากาศ (w) โอโซน (Oz) ดชนเมฆ (n)

และดชนความใสของบรรยากาศ ( tk ) โดยใชชวงขอมลแสดงดงตารางท 4

ตารางท 4 ชวงขอมลทใชในการพฒนาและทดสอบแบบจาลองอตราสวน PAR ตอรงสรวม

สถาน ขอมลทใชพฒนาแบบจาลอง ขอมลทใชทดสอบแบบจาลอง

เชยงใหม มกราคม 2008 – ธนวาคม 2010 มกราคม 2011 – ธนวาคม 2011

อบลราชธาน มกราคม 2009 – ธนวาคม 2010 มกราคม 2011 – ธนวาคม 2011

นครปฐม มกราคม 2008 – ธนวาคม 2010 มกราคม 2011 – ธนวาคม 2011

สงขลา มกราคม 2008 – ธนวาคม 2010 มกราคม 2011 – ธนวาคม 2011

100

แบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวมเฉลยรายชวโมงซงพจารณาผลของเมฆใน

รปของดชนเมฆ (n) แสดงดงสมการ

0.0630n0.032O-

0.0434AOD-0.0284w0.1444cos1.8040RQ

Z

ZS

P

+

+θ+= (3.20)

เมอ

pQ คอ ความเขม PAR บนพนราบ [µmolm-2s-1]

SR คอ ความเขมรงสรวม[Wm-2]

zθ คอ มมเซนธของดวงอาทตย [องศา]

AOD

คอ คาความลกเชงแสงของฝ นละอองทความยาวคลน 500 nm [-]

w

คอ ปรมาณไอนาในบรรยากาศ [cm]

zO คอ ปรมาณโอโซน [cm]

n

คอ ดชนเมฆ [-]

แบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอสรวมเฉลยรายชวโมงซงพจารณาผลของเมฆในรป

ของดชนความใสของบรรยากาศ (K t) ดงสมการ

tZ

ZS

P

0.3308K-0.042O-

0.0731AOD-0.02749w0.1975cos2.0330RQ

+θ+= (3.21)

เมอ tk คอ ดชนความใสของบรรยากาศ [-]

101

3.3.1.2 การทดสอบแบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวม

ในการทดสอบสมรรถนะของแบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวม สาหรบ

คานวณคา PAR นน ผวจยไดนาขอมลรายชวโมงของ PAR ( PQ ) รงสรวม ( SR ) มมเซนธของดวง

อาทตย ( zθ ) คาความลกเชงแสงของฝ นละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm ปรมาณไอน าใน

บรรยากาศ (w) โอโซน (Oz) ดชนเมฆ (n) และดชนความใสของบรรยากาศ ( tk ) แทนคาในสมการ

(3.20) และ (3.21) หลงจากนนนาคาดงกลาวไปเปรยบเทยบกบคาทไดจากการวด ซงจะแสดงผลใน

รปของ root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD) ดงสมการ

( )N 2

P,model P,measi=1

NP,meas

i=1

Q -Q

NRMSD= ×100%QN

∑

∑ (3.22)

( )N

P,model P,measi=1

NP,meas

i=1

Q -Q

NMBD= ×100%QN

∑

∑ (3.23)

เมอ

P,modelQ คอ คา PAR ทคานวณจากแบบจาลอง

P,measQ

คอ คา PAR ทไดจากการวด

N

คอ จานวนขอมล

ผลการทดสอบแบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวมทพฒนาจากขอมลมมเซนธ

ของดวงอาทตย ( zθ ) คาความลกเชงแสงของฝ นละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm ปรมาณไอ

น าในบรรยากาศ (w) โอโซน (Oz) และดชนเมฆ (n) ผลทไดแสดงดงรปท 121-125 และตารางท 5

และผลการทดสอบแบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวมทพจารณาผลของเมฆในรปของ

ดชนความใสของบรรยากาศ ( tk ) ผลทไดแสดงดงรปท 126-130 และตารางท 6

102

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500

QP,meas (molm-2s -1)

QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 6.5%MBD = -2.8%R2 = 0.97N = 1345

Chiang Mai

รปท 121 การเปรยบเทยบคา PAR เฉลยรายชวโมงทไดจากการวดและจากการคานวณดวยแบบ

จาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวม โดยพจารณาผลจากเมฆทมตออตราสวน

ในรปของดชนเมฆของสถานเชยงใหม

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 6.1%MBD = 4.3%R2 = 0.98N = 1018

Ubon Ratchathani



ในรปของดชนเมฆของสถานอบลราชธาน

103

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 5.9%MBD = -4.0%R2 = 0.99N = 914

Nakhon Pathom



ในรปของดชนเมฆของสถานนครปฐม

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 5.4%MBD = -3.2%R2 = 0.98N = 412

Songkhla



ในรปของดชนเมฆของสถานสงขลา

104

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

Chiang MaiUbon RatchathaniNakhon PathomSongkhla

RMSD = 6.2%MBD = -0.8%R2 = 0.98N = 3689


จาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวม โดยพจารณาผลจากเมฆทมตออตราสวนใน

รปของดชนเมฆของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และ สงขลา

ตารางท 5 แสดง root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD) ของการ

เปรยบเทยบคาทไดจากแบบจาลองอตราสวน PAR ตอรงสรวม โดยพจารณาผลจากดชน

เมฆกบคาทไดจากการวดเฉลยรายชวโมงของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม

และสงขลา

สถาน RMSD (%) MBD (%)



นครปฐม

สงขลา

รวมทกสถาน

6.5

6.1

5.9

5.4

6.2

-2.8

4.3

-4.0

- 3.2

-0.8

105

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500

Qp,meas (molm-2s -1)

Qp,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 6.0%MBD = -1.4%R2 = 0.97N = 1345

Chiang Mai

รปท 126 การเปรยบเทยบคา PAR เฉลยรายชวโมงทไดจากการวดและจากการคานวณดวย

แบบจาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอรงสรวม โดยพจารณาผลจากเมฆทมตอ

อตราสวนในรปของดชนความใสของบรรยากาศของสถานเชยงใหม

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 7.4%MBD = 5.5%R2 = 0.98N = 1018

Ubon Ratchathani


จาลองอตราสวนระหวาง PAR ตอสรวม โดยพจารณาผลจากเมฆทมตออตราสวนใน

รปของดชนความใสของบรรยากาศของสถานอบลราชธาน

106

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 5.1%MBD = -2.5%R2 = 0.99N = 914

Nakhon Pathom



ในรปของดชนความใสของบรรยากาศของสถานนครปฐม

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 4.7%MBD = -1.7%R2 = 0.98N = 412

Songkhla



ในรปของดชนความใสของบรรยากาศของสถานสงขลา

107

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)


RMSD = 6.1%MBD = 0.2%R2 = 0.96N = 3689



ในรปของดชนความใสของบรรยากาศของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และ

สงขลา

ตารางท 6 แสดง root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD) ของการ

เปรยบเทยบคาทไดจากแบบจาลองอตราสวน PAR ตอรงสรวม โดยพจารณาผลจากดชน

ความใสของบรรยากาศกบคาทไดจากการวดเฉลยรายชวโมงของสถานเชยงใหม

อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา




นครปฐม

สงขลา

รวมทกสถาน

6.0

7.4

5.1

4.7

6.1

- 1.4

5.5

- 2.5

- 1.7

0.2

108

จากกราฟในรปท 121-124 และตารางท 5 ซงแสดงผลจากดชนเมฆพบวาคา PAR ราย

ชวโมงทไดจากการคานวณของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา มคาใกลเคยง

กบคาทไดจากการวด โดยมความแตกตางในรป root mean square difference (RMSD) อยในชวง

5.4-6.5% และ mean bias difference (MBD) จะมคาอยระหวาง -4.0-4.3 % และเมอรวมขอมลทง 4

สถาน (รปท 125) พบวาคาทคานวณมคาสอดคลองกบคาทไดจากการวด โดยมความแตกตางในรป

RMSD เทากบ 6.2 % และ MBD เทากบ -0.8 %

สาหรบผลของเมฆในรปดชนความใสของบรรยากาศ (รปท 126-129 และตารางท 6) ของ

สถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา มความแตกตางในรป RMSD อยในชวง 4.7-

7.4% สาหรบ MBD จะมคาอยระหวาง -2.5 % - 5.5 % และเมอรวมขอมลทง 4 สถาน (รปท 130) จะ

มคา RMSD เทากบ 6.1% และ MBD เทากบ 0.2% ซงคาทไดจากการคานวณจากผลของดชนเมฆ

และดชนความใสของบรรยากาศมคาใกลเคยงกนและอยในเกณฑทด

3.3.2 แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ

จากงานวจยทผานมาพบวา การพฒนาแบบจาลอง PAR สวนใหญจะศกษาในรปแบบของ

อตราสวนของ PAR ตอรงสรวม ดงนนผวจยจงเสนอการพฒนาแบบจาลองแบบกงเอมไพรคล

สาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆขน โดยใชขอมลจากการวดในประเทศไทย

ขอมลทใชในการสรางและทดสอบสมรรถนะของแบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบ

คานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ ไดแก ขอมล PAR มมเซนธของดวงอาทตย ( zθ ) แฟก

เตอรสาหรบแกผลจากความรของวงโคจร (E0) มวลอากาศ (ma) และคาความลกเชงแสงของฝ น

ละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm

แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ ผวจยไดใช

ขอมล PAR รายชวโมง มหนวยเปน -2 -1μmol.m s ทไดจากการแปลงขอมลดบรายหนงนาทจาก

เครอง GUV ทสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา นอกจากนนผวจยยงนาขอมล

เฉลยรายสบนาทมาเขยนกราฟกบเวลาเพอสงเกตการเปลยนแปลงของคา PAR ตามเวลาในรอบวน

ซงจะพบวา ลกษณะกราฟทไดจะมการแปรคาอยางสมาเสมอดงตวอยางในรปท 131 – 134

109

0

400

800

1200

1600

2000

5:30 6:30 7:30 8:30 9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30 17:30 18:30Time (hr)

PAR

(m

olm

2 s-1)

.

Global PAR

รปท 131 ตวอยางกราฟ PAR ในวนททองฟาปราศจากเมฆของสถานเชยงใหม

วนท 15 กมภาพนธ 2011

0

400

800

1200

1600

2000

5:30 6:30 7:30 8:30 9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30 17:30 18:30

Time (hr)

PAR

(m

olm

2 s-1)

.

Direct PAR

รปท 132 ตวอยางกราฟ PAR ในวนททองฟาปราศจากเมฆของสถานอบลราชธาน

วนท 17 กมภาพนธ 2011

Global PAR

Ubon Ratchathani

17 FEB 2011

Chiang Mai

15 FEB 2011

QP

QP

110

0

400

800

1200

1600

2000

5:30 6:30 7:30 8:30 9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30 17:30 18:30

Time (hr)

PAR

(m

olm

2 s-1)

.

Global PAR

รปท 133 ตวอยางกราฟ PAR ในวนททองฟาปราศจากเมฆของสถานนครปฐม

วนท 28 เมษายน 2011

0

400

800

1200

1600

2000

5:30 6:30 7:30 8:30 9:30 10:30 11:30 12:30 13:30 14:30 15:30 16:30 17:30 18:30

Time (hr)

PAR

(m

olm

2 s-1)

.

Global PAR

รปท 134 ตวอยางกราฟ PAR ในวนททองฟาปราศจากเมฆของสถานสงขลา

วนท 15 พฤษภาคม 2011

Songkhla

15 MAY 2011

Nakhon Pathom

28 ARP 2011

Q

P Q

P

111


เมอพจารณาคา PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆทตกลงสพนโลก ในระหวางการ

เคลอนทผานชนบรรยากาศรงสสวนหนงจะถกดดกลนและกระเจงออกไปนอกบรรยากาศ คา PAR

สวนทเหลอจะถกลดทอนดวยองคประกอบตางๆ ของบรรยากาศ ไดแก ฝ นละอองและไอน า ดงนน

ในการสรางแบบจาลองผวจยจงใชแนวคดดงกลาวนในการพฒนาแบบจาลองโดยคานงถงผลของ

พารามเตอรทเปนองคประกอบตางๆ ในชนบรรยากาศในรปสมการดงน

akm

extP eQQ −= (3.24)

เมอ extQ เปนคา PAR นอกบรรยากาศโลกซงเปนผลรวมของสเปกตรมรงสดวงอาทตย

ในชวงความยาวคลน 400-700 nm เมอพจารณาตาแหนงมมเซนธตางๆและทาการปรบแกคาความร

ของวงโคจรดวยแฟกเตอร (E0) แลวจะได z0ext0P cosEQaQ θ= โดยท k เปนสมประสทธการ

ลดทอน (extinction coefficient) ซงพจารณาผลจากฝ นละอองและไอน า จะได 1 2k=a w+a AOD

ดงนนผวจยจงเสนอแบบจาลองสาหรบคานวณหาคา PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆดงสมการ

a21 m)AODaWa(

Z0ext0P ecosEQaQ +−θ= (3.25)

เมอ pQ คอ ความเขม PAR บนพนราบ [µmolm-2s-1]

extQ

คอ ความเขม PAR นอกบรรยากาศโลก [2776.4 µmolm-2s-1]

am

คอ มวลอากาศ (relative optical air mass) [-]

AOD


w

คอ ปรมาณไอนาในบรรยากาศ [cm]


0E คอ แฟกเตอรสาหรบแกผลจากความรของวงโคจร [-]

a0 , a1 และ a2 คอ สมประสทธสาหรบแบบจาลอง

112

ในการสรางแบบจาลอง ผวจยไดทาการรวบรวมขอมล PAR ในสภาพทองฟาปราศจาก

เมฆ ( pQ ) รายชวโมง ขอมลไอน า (w) ขอมลความลกเชงแสงของฝ นละออง (AOD) ทความยาว

คลน 500 nm จากสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา และคานวณคามมเซนธ ( zθ )

แฟกเตอรสาหรบแกผลจากความรของวงโคจร (E0) และมวลอากาศ (ma) จากนนทาการหาคา

สมประสทธ a0, a1 และ a2 ดวยวธการ multiple regression ซงคาสมประสทธทไดดงกลาวแสดงดง

ตารางท 8

ตารางท 8 คาสมประสทธของแบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟา

ปราศจากเมฆทพฒนาขน

สมประสทธ คาสมประสทธ t- statistic

a0 0.7685 197.7100

a1 1.9907 49.65343

a2 0.0104 11.2683

R2 = 0.96 - -

N = 1211 - -

จากตารางท 14 สมประสทธของพารามเตอรตาง ๆ ทไดสวนใหญมคา t >2.0 สรปไดวา

คาพารามเตอรตาง ๆ ในแบบจาลองมความสมพนธกบคา PAR ทมนยสาคญ 0.05

3.3.2.2 การทดสอบแบบจาลอง

ในการทดสอบสมรรถนะของแบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพ

ทองฟาปราศจากเมฆทสรางขน ผวจยจะทาการเปรยบเทยบระหวางคา PAR ทคานวณไดจาก

แบบจาลอง โดยการแทนคาพารามเตอรตางๆ ลงในสมการ(3.25) ซงไดแก มมเซนธของดวง

อาทตย ( zθ ) แฟกเตอรสาหรบแกผลจากความรของวงโคจร (E0) มวลอากาศ (ma) คาความลกเชง

แสงของฝ นละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm และปรมาณไอน าในบรรยากาศ (w) ทไดจาก

การวดของ 4 สถาน(ตารางท 4) ซงเปนขอมลอสระ (independent data) ทมไดนามาใชในการสราง

แบบจาลอง มาคานวณหาคา PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ แลวนามาเปรยบเทยบกบคา PAR

ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ ทไดจากการวด ซงการเปรยบเทยบจะอาศยพารามเตอรทางสถต 2

ตว คอ RMSD และ MBD โดยผลการเปรยบเทยบดงกลาวแสดงดงรปท 135 – 139

113

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 4.5%MBD = 0.8%R2 = 0.98N = 297

Chiang Mai


แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆของสถาน


0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 7.7%MBD = -2.5%R2 = 0.97N = 247

Ubon Ratchathani




114

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 5.6%MBD = 1.2%R2 = 0.98N = 324

Nakhon Pathom



นครปฐม

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)

RMSD = 6.4%MBD = 0.9%R2 = 0.95N = 231

Songkhla


แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆของ

สถานสงขลา

115

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el (

mol

m-2

s-1)


RMSD = 5.9%MBD = 0.8%R2 = 0.98N = 1099


แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆของ

สถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา

ตารางท 9 แสดง root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD) ของ

แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆ จาก



เชยงใหม 4.5 0.8

อบลราชธาน 7.7 -2.5

นครปฐม 5.6 1.2

สงขลา 6.4 0.9

รวมทกสถาน 5.9 0.8

จากรปท 135 – 139 และตารางท 9 จะเหนวาแบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR

ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆทพฒนาขน เมอนามาคานวณคา PAR รายชวโมงในสภาพทองฟา

ปราศจากเมฆของสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลาพบวามคาใกลเคยงกบคาท

ไดจากการวด โดยมความแตกตางในรป root mean square difference (RMSD) อยในชวง 4.5 – 7.7

116

% และ mean bias difference (MBD) อยในชวง -2.5 - 1.2 % และผลความคลาดเคลอนของขอมล

รวมทง 4 สถาน มคา RMSD เทากบ 5.9 % และ MBD เทากบ 0.2 %

3.3.3 แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไป

หลงจากการพฒนาแบบจาลองแบบกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟา

ปราศจากเมฆแลว ผวจยไดทาการพฒนาแบบจาลองแบบกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ใน

สภาพทองฟาทวไป เนองจากขอมล PAR ในสภาพทองฟาทวไปนนเปนขอมลสาคญในงานดาน

แบบจาลอง โดยใชชวงขอมลในการสรางและทดสอบแบบจาลองดงแสดงในตารางท 4


ผวจยไดทาการพฒนาแบบจาลองสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไป ทคานงถง

ผลของพารามเตอรในชนบรรยากาศ ไดแก ฝ นละออง ไอนา โอโซน และเมฆ ในรปสมการ

)nbOb1(ecosEQbQ 4Z3m)AODbWb(

Z0ext0Pa21 −−θ= +−

(3.26)

เมอ pQ คอ ความเขม PAR บนพนราบ [µmolm-2s-1]

extQ

คอ ความเขม PAR นอกบรรยากาศโลก [2776.4µmolm-2s-1]

am

คอ มวลอากาศ (relative optical air mass) [-]

n คอ ดชนเมฆ (cloud index) [-]

AOD


w

คอ ปรมาณไอนาในบรรยากาศ (precipitable water)[cm]


0E คอ แฟกเตอรสาหรบแกผลจากความรของวงโคจร [-]

OZ คอ ปรมาณโอโซน [cm]

b0 , b1, b2, b3 และ b4 คอ สมประสทธสาหรบแบบจาลอง

117

ในการสรางแบบจาลอง ผวจยไดทาการรวบรวมขอมล PAR รายชวโมงในสภาพทองฟา

ทวไป ไอน า คาความลกเชงแสงของฝ นละออง คามมเซนธ คาแฟกเตอรสาหรบแกผลจากความร

ของวงโคจร และมวลอากาศ จากสถานเชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา จากนนจะใช

วธการ multiple regression เพอหาคาสมประสทธ b0, b1, b2 และ b3 ซงคาสมประสทธทไดดงกลาว

แสดงดงตารางท 11

ตารางท 11 คาสมประสทธของแบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟา

ทวไป

สมประสทธ คาสมประสทธ t- statistic

b0 0.7779 42.949

b1 0.2010 52.874

b2 -0.0083 -7.793

b3 0.2401 24.927

b4 0.0311 3.675

R2 = 0.79 - -

N = 1573 - -

จากตารางท 11 สมประสทธของพารามเตอรตาง ๆ ทไดสวนใหญมคา t >2.0 สรปไดวา

คาพารามเตอรตาง ๆ ในแบบจาลองมความสมพนธกบคา PAR ทนยสาคญ 0.05

3.3.3.2 การทดสอบแบบจาลอง

หลงจากทาการพฒนาแบบจาลองสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไป ผวจยไดทา

การทดสอบสมรรถนะของแบบจาลองดงกลาว โดยทาการเปรยบเทยบคา PAR ทไดจากการคานวณ

จากแบบจาลองกบคาทไดจากการวด ผลทไดแสดงดงรปท 140 – 144 และ ตารางท 12

118

รปท 140 การเปรยบเทยบคา PAR ทไดจากการวดและจากการคานวณดวยแบบจาลองกง

เอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไปของสถานเชยงใหม


เอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไปของสถานอบลราชธาน

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500

QP,meas (µmolm-2s -1)

QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)

RMSD = 11.4%MBD =3.4%R2 = 0.91N = 914

Ubon Ratchathani

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500QP,meas (µmolm-2s -1)

QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)

RMSD = 9.7%MBD = -2.0%R2 = 0.94N = 975

Chiang Mai

119


เอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไปของสถานนครปฐม


เอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไปของสถานสงขลา

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)

RMSD = 9.3%MBD = -1.2%R2 = 0.93N = 977

Songkhla

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)

RMSD = 9.6%MBD = 1.1%R2 = 0.93N = 970

Nakhon Pathom

120

รปท 144 การเปรยบเทยบคา PAR ทไดจากการวดและจากการคานวณดวยแบบจาลองกงเอมไพร

คลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไปของสถานเชยงใหม อบลราชธาน

นครปฐม และสงขลา

ตารางท 12 แสดง root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD) ของ

แบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาทวไปจาก



เชยงใหม 9.7 -2.0

อบลราชธาน 11.4 3.4

นครปฐม 9.6 1.1

สงขลา 9.3 1.2

รวมทกสถาน 10.0 0.2

จากรปท 140 – 144 และตารางท 12 พบวาแบบจาลองกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR

ในสภาพทองฟาทวไปทพฒนาขน เมอนามาคานวณคา PAR รายชวโมงของสถานเชยงใหม

อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา พบวามคาใกลเคยงกบคาทไดจากการวด โดยมความแตกตางใน

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)


RMSD = 10.0%MBD = 0.2%R2 = 0.95N = 3952

121

รป RMSD อยในชวง 9.3 – 11.4 % และ MBD อยในชวง -2.0- 3.4% และผลความคลาดเคลอนของ

ขอมลรวมทง 4 สถาน มคา RMSD เทากบ 10.0 % และ MBD เทากบ 0.2 %

3.3.4 โครงขายประสาทเทยม

3.3.4.1 การออกแบบโครงขายประสาทเทยมสาหรบคานวณ PAR รายชวโมง

ผวจยจะใชโครงขายประสาทเทยมแบบหลายชน (multi-layer perceptron) และใชการ

เรยนรแบบแพรกลบ (backpropagation algorithm) ในการสรางแบบจาลองเพอคานวณคาPAR ราย

ชวโมง โดยขอมลอนพททใหกบโครงขายประสาทเทยมม 4 ตวแปร คอ ปรมาณไอนาในบรรยากาศ

(w) คาความลกเชงแสงของฝ นละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm มมเซนธของดวงอาทตย

( zθ ) และดชนเมฆ ( n ) ซงโครงสรางของโครงขายประสาทเทยมทใชสาหรบคานวณคา PAR ราย

ชวโมงจะใชแบบ 4:4:3:1แสดงดงรปท 145

รปท 145 โครงสรางของโครงขายประสาทเทยมทใชสาหรบคานวณคา PAR รายชวโมง

3.3.4.2 การเตรยมขอมลฝกสอน (training pairs) และขอมลทดสอบ (testing data) ใหกบ

โครงขายประสาทเทยม

ผวจยใชขอมลของสถานเชยงใหม นครปฐมและสงขลาในชวงเวลาตงแตเดอน มกราคม

2008 - ธนวาคม 2010 สวนสถานอบลราชธานจะใชขอมลตงแตเดอน มกราคม 2009 - ธนวาคม

2010 เปนขอมลฝกสอนและใชขอมลเดอน มกราคม 2011 - ธนวาคม 2011 ของทง 4 สถานเปน

ขอมลทดสอบ ซงขอมลทนามาทดสอบนนจะตองมชวงของขอมลอยในชวงเดยวกบขอมลทใช

Hidden layer

Output layer

Input layer

cosθz

Cloud Index (n)

Water vapor (w)

Aerosol optical depth (AOD)

PAR

Hidden layer

122

ฝกสอนดวย ขอมลทตองเตรยมมดงน ปรมาณไอน าในบรรยากาศ (w) คาความลกเชงแสงของฝ น

ละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm ดชนเมฆ (n) มมเซนธดวงอาทตย ( zθ ) ดชนเมฆ ( n ) และ

คา PAR รายชวโมง หลงจากเตรยมขอมลเรยบรอยแลว ขนตอไปคอการฝกสอนโครงขายประสาท

เทยม

3.3.4.3 การฝกสอนโครงขายประสาทเทยม

การฝกสอนโครงขายประสาทเทยมจะทาการฝกสอนแบบรวมทกสภาพทองฟา โดยการ

สรางแบบจาลองโครงขายประสาทเทยมจะใชโปรแกรมภาษาซ และการเรยนรแบบแพรกลบ

(backpropagation algorithm) ซงมขนตอนการฝกสอนดงน

1) ปอนชดขอมลอนพทและเอาทพท (training pairs) ทสอดคลองกบอนพทนนๆ ใหกบ

โครงขายประสาทเทยมทาการฝกสอน

2) ทาการคานวณเอาทพท และเปรยบเทยบคาทไดกบเอาทพททตองการ

3) ปรบเปลยนคาน าหนก โดยใช delta rule (Basheer, 2000) เพอใหคาความคลาดเคลอน

(error) มคานอยทสด ปอนขอมลอนพทและเอาตพทใหกบโครงขายประสาทเทยมและทาซ าชด

ขอมลเดม จนกระทงคา error มคาทสามารถยอมรบได

3.3.4.4 การทดสอบแบบจาลองโครงขายประสาทเทยม

ผวจยจะใชขอมลตงแตเดอนมกราคม - ธนวาคม 2011 ของสถานเชยงใหม อบลราชธาน

นครปฐม และสงขลาเปนขอมลสาหรบการทดสอบแบบจาลองทสรางขน จากน นไดทาการ

เปรยบเทยบผลทไดจากการวดกบผลทไดจากแบบจาลองโครงขายประสาทเทยม โดยผลทไดแสดง

ดงรปท 146-150

123

รปท 146 การเปรยบเทยบคา PAR รายชวโมงทไดจากการวดและจากการคานวณดวย ANN

ของสถานเชยงใหม


ของสถานอบลราชธาน

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)

RMSD = 9.3%MBD = 2.5%R2 = 0.93N = 1020

Ubon Ratchathani

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)

RMSD = 10.9%MBD = -2.3%R2 = 0.91N = 1384

Chiang Mai

124


ของสถานนครปฐม

รปท 149 การเปรยบเทยบคา PAR รายชวโมงทไดจากการวดและจากการคานวณดวย ANN ของ

สถานสงขลา

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)

RMSD = 9.8%MBD = -1.3%R2 = 0.95N = 728

Songkhla

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)

RMSD = 8.7%MBD = -3.4%R2 = 0.96N = 1234

Nakhon Pathom

125

รปท 150 การเปรยบเทยบคา PAR รายชวโมงทไดจากการวดและจากการคานวณดวย ANN ของ


ตารางท 13 แสดง root mean square difference (RMSD) และ mean bias difference (MBD)

ระหวางคา PAR ทไดจากการคานวณดวย ANN และคา PAR ทไดจากการวดของ



เชยงใหม 10.9 -2.3

อบลราชธาน 9.3 2.5

นครปฐม 8.7 -3.4

สงขลา 9.8 -1.3

รวมทกสถาน 10.2 -2.7

จากรปท 146 – 150 และตารางท 13 ในการพฒนาโครงขายประสาทเทยมเพอใชในการ

คานวณ PAR รายชวโมง พบวาคาทไดจากการคานวณดวยโครงขายประสาทเทยมมคาใกลเคยงกบ

คาทไดจากการวด โดยมความแตกตางในรป RMSD อยในชวง 8.7 – 10.9 % และ MBD อยในชวง

0

500

1000

1500

2000

2500

0 500 1000 1500 2000 2500


QP,

mod

el ( µ

mol

m-2

s-1)


RMSD = 10.2%MBD = -2.7%R2 = 0.95N = 4366

126

-3.4 –2.5 %และผลความคลาดเคลอนของขอมลรวมทง 4 สถาน มคา RMSD เทากบ 10.2 % และ

MBD เทากบ -2.7 % ตามลาดบ

3.4 การศกษาลกษณะทางสถตของ PAR

3.4.1 การแปรคา PAR ตามฤดกาลในรอบป (seasonal variation)

โดยทวไป PAR จะแปรคาตามฤดกาลในรอบป ซงเปนผลมาจากการเปลยนแปลงของ

ทางเดนปรากฏของดวงอาทตยบนทองฟา หรอการเปลยนมมเดคลเนชนของดวงอาทตย (solar

declination) และสภาวะทางอตนยมวทยา ผวจยจงไดทาการวเคราะหการเปลยนแปลงดงกลาว โดย

การนาขอมล PAR รายวนเฉลยตอเดอนของแตละสถานมาเขยนกราฟแสดงความสมพนธกบเวลา

ในรอบป ผลทไดแสดงดงรปท 151-154

จากกราฟจะเหนไดวาสถานเชยงใหมคา PAR รายวนเฉลยตอเดอนจะมคาเพมขนตงแต

เดอนมกราคมจนมคามากทสดในเดอนเมษายน ซงมคาเทากบ 36.33 E/m2 จากนนจะมคา ลดลง

อยางตอเนองจนมคาตาในเดอนธนวาคม ซงมคาเทากบ 28.60 E/m2 โดยคา PAR ทไดรบเฉลยทงปม

คา 32.35 E/m2

สาหรบกรณของสถานอบลราชธาน คา PAR รายวนเฉลยตอเดอนจะมคาเพมขนจากเดอน

มกราคมจนมคาสงสดในเดอนเมษายน ซงมคาเทากบ 36.15 E/m2 หลงจากนนจะเปลยนแปลง โดย

ลดลงตาสดในเดอนสงหาคม มคาเทากบ 26.41 E/m2 จากนนจะมคาเพมขนเลกนอยจากเดอน

กนยายนถงเดอนธนวาคมโดยคา PAR ทไดรบเฉลยทงปมคา 36.12 E/m2

สาหรบสถานนครปฐมคา PAR ทไดรบรายวนเฉลยตอเดอนจะมคาเพมขนจากเดอน

มกราคมจนมคาสงสดในเดอนเมษายน ซงมคาเทากบ 39.72 E/m2 หลงจากนนจะคอยๆ ลดลงและม

คาตาสดในเดอนตลาคม ซงมคาเทากบ 29.31 E/m2 คา PAR ทไดรบเฉลยทงปมคา 34.58 E/m2

สถานสงขลาจะเปนสถานทมคา PAR สงทสด โดยการแปรคา PAR จะมคาเพมตงแตเดอน

มกราคมและเพมขนเรอยๆ จนถงคาสงสดในเดอนเมษายน ซงมคาเทากบ 44.52 E/m2 จากนนจะม

การเปลยนแปลงเลกนอยจนมคานอยสดในเดอนพฤศจกายน ซงมคาเทากบ 27.65 E/m2 โดยคา

PAR ทไดรบเฉลยทงปมคา 37.04 E/m2 จากขอมลทง 4 สถานพบวาคาเฉลย PAR สงสดอยในเดอน

เมษายน และตาสดอยในเดอนธนวาคม

127

Chiang Mai

0

10

20

30

40

50

60

JAN FEB MAR APR MAY JUN JUL AUG SEP OCT NOV DEC

Month

PAR

(E.m

-2)

รปท 151 การแปรคาของ PAR ตามฤดกาลในรอบปของสถานเชยงใหม

Ubon Ratchathani

0

10

20

30

40

50

60


Month

PAR

(E.m

-2)

รปท 152 การแปรคาของ PAR ตามฤดกาลในรอบปของสถานอบลราชธาน

128

Nakhon Pathom

0

10

20

30

40

50

60


Month

PAR

(E.m

-2)

รปท 153 การแปรคาของ PAR ตามฤดกาลในรอบปของสถานนครปฐม

Songkhla

0

10

20

30

40

50

60


Month

PAR

(E.m

-2)

รปท 154 การแปรคาของ PAR ตามฤดกาลในรอบปของสถานสงขลา

129

3.4.2 การเปลยนแปลงคา PAR ระหวางป (inter-annual variation)

โดยทวไปคา PAR ณ สถานหนงนอกจาก จะมการเปลยนแปลงตามเวลาในรอบปแลว ยงม

การเปลยนแปลงไปตามปตางๆดวย ในงานวจยน ผวจยจงไดทาการวเคราะหการเปลยนแปลง

ดงกลาว โดยการนาขอมล PAR รายวนมาเขยนกราฟแสดงความสมพนธกบเวลาในรอบป ผลทได

แสดงไวในรปท 155 - 158

จากกราฟการแปรคา PAR ของสถานตางๆ พบวายงไมเหนแนวโนมการเปลยนแปลงท

ชดเจน เนองจากขอมลทมอยยงนอยเกนไปทจะสรปไดในขณะน ดงนน จงจาเปนตองดาเนนการวด

PAR ตอไปเพอเหนแนวโนมการเปลยนแปลงในระยะยาว

0

20

40

60

80

0 365 730 1095 1460

Day since 1 Jan 2008

PAR

(E.m

-2)

.

2008 2009 2010 2011

Chiang Mai

รปท 155 การแปรคาของ PAR รายวนตามปตางๆของสถานเชยงใหม

130

0

20

40

60

80

0 365 730 1095 1460


PAR

(E.m

-2)

.

2008 2009 2010 2011

Ubon Ratchathani

รปท 156 การแปรคาของ PAR รายวนตามปตางๆของสถานอบลราชธาน

0

20

40

60

80

0 365 730 1095 1460


PAR

(E.m

-2)

.

2008 2009 2010 2011

Nakhon Pathom

รปท 157 การแปรคาของ PAR รายวนตามปตางๆของสถานนครปฐม

131

0

20

40

60

80

0 365 730 1095 1460


PAR

(E.m

-2)

.

2008 2009 2010 2011

Songkhla

รปท 158 การแปรคาของ PAR รายวนตามปตางๆของสถานสงขลา

133

หลงจากนนผวจยไดพฒนาแบบจาลองโครงขายประสาทเทยมแบบหลายชน(multilayer

artificial neural network model) เพอหาคา PAR โดยใชขอมล มมเซนตของดวงอาทตย ( zθ ) คา

ความลกเชงแสงของฝ นละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm ปรมาณไอน าในบรรยากาศ (w)

ดชนเมฆ ( n ) และคา PAR ผลทไดพบวาความแตกตางจากคาทไดจากการวดในรปของ RMSD

และ MBD เทากบ 10.2 % และ -2.7 % ซงแบบจาลองทงหมดอยในเกณฑทด

นอกจากนผวจยไดทาการศกษาลกษณะทางสถตของ PAR โดยศกษาการแปรคาของ PAR

ตามฤดกาลในรอบป พบวาสถานเชยงใหม อบลราชธาน และนครปฐม สวนใหญมลกษณะคลายกน

กลาวคอ จะมคาเพมขนจากเดอนมกราคมจนมคาสงสดในเดอนเมษายน หลงจากนนจะคอยๆ ลดลง

เลกนอยจนถงเดอนธนวาคม โดยมคานอยสดในชวงเดอนตลาคม-ธนวาคม ในขณะทสถานสงขลา

การแปรคา PAR จะแตกตางไปจากสถานอนๆ เนองจากอยตดทะเล และฝนตกตลอดทงปทาใหม

ลกษณะการแปรคาแตกตางจากสถานอนๆ กลาวคอ รงสทไดรบจะมคาคอนขางสงตงแตเดอน

มกราคมและเพมขนเรอยๆ จนถงคาสงสดในเดอนเมษายน จากนนจะมคาจนมคาลดลงนอยสด

ในชวงเดอนตลาคมถงเดอนธนวาคม

แบบจาลองทใชในงานวจยนเปนแบบจาลองทางฟสกสทพจารณาองคประกอบตางๆ ของ

บรรยากาศ โดยอาศยขอมลดาวเทยมและขอมลจากการวดภาคพนดน ผวจยเหนวาควรจะจดตง

สถานวด PAR เพมเตม และควรมการวจยเกยวกบฝ นละอองในบรรยากาศของประเทศไทยใหมาก

ขน เนองจากมผลตอการเปลยนแปลงคา PAR เปนอยางมาก ทงนเพอนามาปรบปรงแบบจาลองให

มประสทธภาพมากขน และนาผลทไดไปใชประโยชนในงานทเกยวของตอไป

132

บทท 4

สรป

รงสดวงอาทตยในชวงความยาวคลนทพชใชสงเคราะหแสง(PAR)เปนแหลงพลงงาน

สาหรบกระบวนการสงเคราะหแสงของพช ขอมลดงกลาวจงมความจาเปนสาหรบใชในการ

modeling การเตบโตของพช biomass production และการคานวณปรมาณผลผลตของพชพลงงาน

ตางๆ ดงนนการจะไดมาซงขอมล PAR จงจาเปนตองตดตงเครองวด PAR ในบรเวณทตองการใช

ขอมล และทาการวดและบนทกขอมลระยะยาวอยางนอย 5 ป เพอใหไดขอมล PAR ทเปนตวแทน

ทางสถตของพนทนนเชนเดยวกบขอมลรงสดวงอาทตยอนๆ การจดตงเครอขายสถานวด PAR ให

ครอบคลมทวถงในประเทศจงเปนเรองยากเนองจากคาใชจายดานเครองมอและคาดแลซอมบารง

อปกรณคอนขางสง ในปจจบนประเทศไทยยงขาดแคลนองคความรและขอมลเกยวกบ PAR ท

กระจายทวประเทศ ดงนนผวจยจงไดทาการศกษา PAR โดยอาศยขอมลวดภาคพนดนซงตดตงอย

ในภมภาคหลกของประเทศไทยไดแก เชยงใหม อบลราชธาน นครปฐม และสงขลา โดยใช

แบบจาลองทพจารณาถงการเปลยนแปลงในชนบรรยากาศไดแก โมเลกลอากาศ โอโซน เมฆ ไอน า

และฝ นละออง โดยผวจยไดนาขอมลดงกลาว มาหาความสมพนธระหวางอตราสวนของ PAR ตอ

รงสรวม กบมมเซนตของดวงอาทตย ( zθ ) ปรมาณไอน าในบรรยากาศ (w) คาความลกเชงแสงของ

ฝ นละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm ปรมาณโอโซน (OZ) และเมฆ โดยจะพจารณาเมฆใน

รปของ ดชนเมฆ ( n ) และดชนความใสของบรรยากาศ (Kt) ผลทไดพบวาแบบจาลองอตราสวน

ระหวาง PAR ตอรงสรวม ซงพจารณาผลจากเมฆในรปของดชนเมฆมความแตกตางจากคาทไดจาก

การวดในรปของ RMSD และ MBD เทากบ 6.2 % และ -0.8 % และเมอพจารณาเมฆในรปของ

ดชนความใสของบรรยากาศจะมคา RMSD และ MBD เทากบ 6.1 % และ 0.2 %

จากนนผวจยไดทาการสรางแบบจาลองแบบกงเอมไพรคลสาหรบคานวณ PAR ในสภาพ

ทองฟาปราศจากเมฆและในสภาพทองฟาทวไป โดยใชขอมล PAR มมเซนตของดวงอาทตย ( zθ )

แฟกเตอรสาหรบแกผลจากความรของวงโคจร (E0) มวลอากาศ (ma) คาความลกเชงแสงของฝ น

ละออง (AOD) ทความยาวคลน 500 nm ปรมาณไอน าในบรรยากาศ (w) และดชนเมฆ ( n ) โดย

แบบจาลองสาหรบคานวณ PAR ในสภาพทองฟาปราศจากเมฆมความแตกตางจากคาทไดจากการ

วดในรปของ RMSD และ MBD เทากบ 5.9 % และ 0.8 % แบบจาลองสาหรบคานวณ PAR ใน

สภาพทองฟาทวไปม RMSD และ MBD เทากบ 10.0 % และ 0.2 %

135

Gonzalez, JA., Calbo, J. (2005). Modelled and measured ratio of PAR to global radiation

under cloudless skies. Agricultural and Forest Meteorology 110, 319-325.

Hu, B., Wang, Y., Liu, G. (2007). Measurements and estimations of photosynthetically active

radiation in Beijing. Atmospheric Research 85, 361-371.

Iqbal, M. (1983). An Introduction to Solar Radiation. New York: Academic Press.

Jacovides, C.P., Tymvios, F.S., Papaioannou, G., Asimakopoulos, D.N., Theofilou, C.M. (2004).

Ratio of PAR to broadband solar radiation measured in Cyprus. Agricultural and

Forest Meteorology 121, 135-140.

Janjai, S., Kumharn, W., Laksanaboonsong J. (2003). Determination of Angstrom’s turbidity

coefficient over Thailand. Renewable Energy 28, 1685-1700.

Janjai, S., Laksanaboonsong, J., Nunez, M., Thongsathitya, A. (2005). Development of a method

for generating operational solar radiation maps from satellite data for a tropical

environment. Solar Energy 78, 739-751.

Lam, J., Wan, Kevin K.W., Yang, L. (2008). Solar radiation modelling using ANNs for

differentclimates in China. Energy Conversion and Management 49, 1080-1090.

McCree, KJ. (1972). Test of current definition of photosynthetically active radiation against

leaf photosynthesis data. Agricultural and Forest Meteorology, 10, 443-453.

Mottus, M., Ross J., Sulev, M. (2001). Experimental study of ratio of PAR to direct integral

solar radiation under cloudless condition. Agricultural and Forest Meteorology 109,

161-170.

Ren, L., Lin, Z., Yongjian, D., Sheng, W., Guoliang, J., Yao, X., Guangyue, L., and Linchan, S.

(2010). Monthly ratios of PAR to global solar radiation measured at northern

Tibetan Plateau, China. Solar Energy 84, 964-973.

Udo, S.O., Aro, T.O. (1999). Global PAR related to global solar radiation for central Nigeria.

Agricultural and Forest Meteorology 97, 21-31.

Wang, D., Liang, S., Liu, R., Zheng, T. (2010). Estimation of daily-integrated PAR from

sparse satellite observations: comparison of temporal scaling methods. International

Journal of Remote Sensing 31(6), 1661-1677.

136

Zarzalejo, L.F., Polo, J., Martin, L., Ramirez, L., Espinar, B (2009). A new statistical approach

for deriving global solar radiation from satellite images. Solar Energy 83, 480-484.

Zhang, X., Zhang, Y., Zhoub, Y. (2000). Measuring and modeling photosynthetically active

radiation in Tibet platean during April-October. Agricultural and Forest Meteorology

102, 207-212.

Zheng, T., Liang, S., Wang, K. (2008). Estimation of incident photosynthetically active

radiation from GOES visible imagery. Journal of Applied Meteorology and

Climatology 47, 853-868.

134

บรรณานกรม

กาธน สธวานนท. (2554). สารานกรมไทยสาหรบเยาวชน โดยพระราชประสงคในพระบาทสมเดจ

พระเจาอยหว เลมท 25. เขาถงเมอ 11 เมษายน 2553. เขาถงได

จาก http://kanchanapisek.or.th/kp6/BOOK25/chapter5/chap5.htm

ภวดล สขขา. (2548). การทานายปรมาณนารายวนไหลเขาอางเกบนาขนาดใหญในลมนาปงตอนบน

โดยใชโครงขายประสาทเทยม. วทยานพนธปรญญามหาบณฑต ภาควชาวศวกรรมโยธา

คณะ วศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเชยงใหม.

รจพนธ โกษารตน. (2549). การรจาตวอกขระภาษาไทยโดยใชโครงขายประสาทเทยม. วทยานพนธ

ป ร ญ ญ า ม ห า บณ ฑ ต ส า ข า ว ช า ว ท ย า ก า ร ค อ ม พ ว เ ต อ ร ค ณ ะ ว ท ย า ศ า ส ต ร

มหาวทยาลยเชยงใหม.

ศรลกษณ อทยวฒน. (2548). การศกษารงสดวงอาทตยทพชใชในการสงเคราะหแสงทจงหวด

นครปฐม. การศกษารายบคคล ภาควชาฟสกส คณะวทยาศาสตร มหาวทยาลยศลปากร.

Abraham, A. (2005). Handbook of Measuring System Design edited: John Wiley & Sons, pp.

901-908.

Alados-Arboledas, L., Olmo, F.J., Alados, I., Perez, M. (2000). Estimation of

photosynthetically active radiation under cloudy condition. Agricultural and Forest

Meteorology 101, 187-201.

Alados, I., Foyo-Moreno, I., Alados-Arboledas, L. (1996). Photosynthetically active radiation:

measurement and modeling. Agricultural and Forest Meteorology 78, 121-131.

Alados, I., Foyo-Moreno I., Olmo, F.J., Alados-Arboledas L. (2002). Improved estimation of

diffuse photosynthetically active radiation using two spectral models. Agricultural

and Forest Meteorology 111, 1-12.

Cano, D., Monget, JM., Albuisson, M., Gullard, H., Regas, N., Wald, L. (1986). A method for

the determination of the global solar radiation from meteorological satellite data.

Solar Energy 37, 31-39.

http://kanchanapisek.or.th/kp6/BOOK25/chapter5/chap5.htm

http://mis.eng.cmu.ac.th/thesis/view_thesis.asp?MAJOR=1504

ภาคผนวก

138

ภาคผนวก ก

สญลกษณ

139

สญลกษณ

AOD = คาความลกเชงแสงของฝ นละอองทความยาวคลน 500 nm [-]

nd = ลาดบวนในรอบป (dn = 1 สาหรบวนท 1 มกราคม) [-]

oE = แฟกเตอรสาหรบแกผลจากความรของวงโคจร [-]

tE = สมการเวลา [นาท]

0R = ความเขมรงสดวงอาทตยนอกบรรยากาศโลกบนพนราบ [W/m2]

sR = รงสรวมบนพนราบ (global horizontal irradiance) [W/m2]

h = ความสงจากระดบนาทะเล [m]

I = ความเขมรงสดวงอาทตย [W/m2]

λak = คาความลกเชงแสงของฝ นละอองทความยาวคลน λ [-]

tk = ดชนความใสของบรรยากาศ (clearness index) [-]

sL = เสนลองจจดมาตรฐาน [องศา]

LST = เวลามาตรฐานทองถน [ชม:นาท]

Mr = mixing ratio

actm = มวลอากาศทรงสดวงอาทตยเดนผานจรง [-]

rm , am = relative optical air mass [-]

N = จานวนขอมล [-]

P = ความดนบรรยากาศ [mbar]

oP = ความดนบรรยากาศมาตรฐาน (1013.25 mbar)

pQ = คา PAR รงสรวมบนพนราบจากเครองวด [ 12sm.mol −−µ ]

extQ = คา PAR นอกบรรยากาศโลก [2776.4 12sm.mol −−µ ]

elmod,pQ = คา PAR รงสรวมทคานวณจากแบบจาลอง [ 12sm.mol −−µ ]

meas,pQ = คา PAR รงสรวมทไดจากการวดจากเครองวดโฟตอนเซนเซอร [ 12sm.mol −−µ ]

r = ระยะทางระหวางโลกกบดวงอาทตย [km]

or = ระยะทางเฉลยระหวางโลกกบดวงอาทตย (1.496 ×108 km)

S = sensitivity ทไดจากเครองวด [V/W·m2]

ST = เวลาดวงอาทตย [ชม:นาท]

s = ทางเดนของรงสดวงอาทตยจรง (geometrical path length) [km]

V = ศกยไฟฟาทไดจากเครองวด [V]

140

w = ปรมาณไอนาในบรรยากาศ [cm]

Γ = มมวน (day angle) [เรเดยน]

δ = เดคลเนชน [องศา]

ω = มมชวโมง [องศา]

sω = มมชวโมงทดวงอาทตยตก [องศา]

ψ = มมอาซมธ [องศา]

φ = ละตจด [องศา]

θ = มมตกกระทบกบลาแสงบนพนเอยง [องศา]

zθ = มมเซนธ [องศา]

ρ = ความหนาแนนของอากาศ [kg/m2]

β = สมประสทธความขนมวบรรยากาศขององสตรอม

(Angstrom turbidity coefficient) [-]

α = เลขยกกาลงองสตรอม (Angstrom wavelength exponent) [-]

sα = มมอลตจด [องศา], มมเงยดวงอาทตย (solar elevation angle) [องศา]

a0 , a1 และ a2 = สมประสทธสาหรบแบบจาลอง

b0 , b1,, b3 และ b2 = สมประสทธสาหรบแบบจาลอง

ภาคผนวก ข

การคดเลอกวนทองฟาปราศจากเมฆ

142

การคดเลอกวนทองฟาปราศจากเมฆ

วนทองฟาปราศจากเมฆ (cloudless sky) เปนวนทถอวารงสดวงอาทตยทตกสพนโลกจะ

ผานชนบรรยากาศลงมาโดยไมมผลเนองจากเมฆ ซงมคาความเขมรงสดวงอาทตยสงสด วน

ทองฟาปราศจากเมฆสามารถคดเลอกไดหลายวธดงน

1) สงเกตจากสายตาโดยตรง

วนทองฟาปราศจากเมฆสามารถสงเกตไดดวยสายตาโดยตรง โดยการสงกตทองฟาซงม

ลกษณะปราศจากเมฆเปนสฟาใสทวทงทองฟา วธนจะใหความแมนยาคอนขางสง แตมขอเสย คอ

มาตรฐานของผสงเกตไมเทากน และกรณทตองใชขอมลจานวนมากและเปนขอมลยอนอดตจะไม

สามารถทาได

2) ภาพถายทองฟา

ภาพถายทองฟาไดจากเครองถายภาพทองฟาทเรยกวา sky view เปนเครองมอทสามารถ

ถายภาพทองฟาไดทวท งทองฟาในรปแบบครงทรงกลม ควบคมการถายภาพดวยเครอง

คอมพวเตอร ซงใหความแมนยาคอนขางสง สามารถเกบขอมลไดในระยะเวลายาวนานและเปน

ขอมลจานวนมากได

รปท A2.1 เครองถายภาพทองฟา (sky view)

143

รปท A2.2 ภาพถายทองฟาในวนทองฟาปราศจากเมฆและวนทมเมฆ

3) ปรมาณเมฆและคาดชนความแจมใส

Babaro et al., (1981) จาแนกทองฟาออกเปน 3 ลกษณะตามปรมาณเมฆ ดงน

Day type Octas Tenths

Clear

Partly cloudy

Cloudy

0-2

3-5

6-8

0-3

4-7

8-10

Iqbal (1983) เสนอวธการแบงสภาพทองฟาดวยคาดชนความแจมใส หรอ clearness index

;KT ซงเปนสดสวนของคารงสรวมกบคารงสดวงอาทตยนอกบรรยากาศโลก ดงน

Day type KT

Clear

Partially cloudy

Cloudy

0.7≤KT<0.9

0.3≤KT<0.7

0.0≤KT<0.3

144

4) The Aerosol Robotic Network (AERONET)

AERONET เปนเครอขายทพฒนาเทคโนโลยการวดปรมาณฝ นละออง(aerosol)ใน

บรรยากาศ ซงคาความลกเชงแสงเนองจากฝ นละอองวดดวยเครอง sunphotometer ในการวด

ปรมาณฝ นละอองและผลของฝ นละอองในบรรยากาศอยางแมนยานน จะตองไมมผลของเมฆเขามา

เกยวของ เนองจากเมฆมลกษณะทางกายภาพคลายฝ นละออง เขมา ควน ดงนนการตรวจจบเมฆ

ออกจากฝ นละอองจงทายาก AERONET เปนเครอขายททาหนาทพฒนาศกยภาพการวดคาความลก

เชงแสงเนองจากฝ นละอองทเปนทยอมรบในงานฟสกสบรรยากาศ มการพฒนาโปรแกรมคดแยก

เมฆแบบอตโนมตทมประสทธภาพสง ขอมลทนามาใชในกระบวนการหาคาความลกเชงแสงผาน

การคดเลอกวาเปนขอมลขณะททองฟาปราศจากเมฆ

การคดเลอกชวงททองฟาปราศจากเมฆโดยวธการของ AERONET เปนวธการลาสดทใช

คดเลอกชวงททองฟาปราศจากเมฆทมประสทธภาพสงดวยกระบวนการทางสถต

รปท A2.3 Algorithm ของโปรแกรมคดเลอกขอมลทองฟาปราศจากเมฆของ AERONET

145

ประวตผวจย

ชอ นาย อรรถพล ศรประดษฐ

ทอย 308/1 ม.1 ต.นาหมอบญ อ.จฬาภรณ จ.นครศรธรรมราช 80130

ประวตการศกษา

พ.ศ.2547 จบการศกษาระดบมธยมศกษาปท 6

โรงเรยนเตรยมอดมศกษาภาคใต อาเภอพระพรหม

จงหวดนครศรธรรมราช

พ.ศ.2551 จบการศกษาระดบปรญญาวทยาศาสตรบณฑต

สาขาวชาฟสกส คณะวทยาศาสตร

มหาวทยาลยสงขลานครนทร จงหวดสงขลา

พ.ศ.2552 เขาศกษาตอระดบปรญญามหาบณฑต

สาขาวชาฟสกส คณะวทยาศาสตร

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยศลปากร

2555 - silpakorn university · สังเคราะห์แสง 7...

Documents