实验一 太阳辐射与日照时间的观测.ppt

实验一太阳辐射与日照时数的观测 实验目的 了解太阳辐射与日照数的观测观测原理 掌握天空辐射与日照时数观测方法 仪器与设备 天空辐射表 辐射电流表 暗筒式日照计 一 日照时数的观测 日照的长短与农业生产密切相关 所以日照时数是所有气象台站必须观测的项目 太阳中心从出现在一地的东方地平线到进入西方地平线 其直射光线在无地物 云 雾等任何遮蔽的条件下 照射到地面所经历的时间 称为 可照时数 太阳在一个地方实际照射地面的时数 称为 日照时数 日照时数以小时为单位 可用日照计测定 日照时数与可照时数之比为日照百分率 它可以衡量一个地区的光照条件 一 测定日照时数的仪器 1 暗筒式日照计 一个圆型暗筒上留有小孔 当阳光透过小孔射入筒内时 装在筒内涂有感光药剂的日照纸上便留下感光迹线 利用感光迹线可计算出日照时数 这是气象台站常用的仪器 2 聚焦式日照计 利用太阳光经玻璃球折射聚焦 在日照纸上留下烧灼的焦痕 根据焦痕的总长度即可算出日照时数 3 光电日照计 根据1981年WMO第八届仪器和观测方法委员会建议 用太阳直接辐射强度 120瓦 平方米作为日照阈值 使用阈值为120瓦 平方米的直接日射表作为日照基准仪器 当太阳直接辐射照射到受光元件时 受光元件输出与直接辐射相对应的脉冲电压 当脉冲电压幅度超过阈值电压时 输出一个时间脉冲 作为日照时数记录下来 二 暗筒式日照计 1 构造特点 由金属圆筒 隔光板 纬度刻度盘和支架底座构成 金属圆筒底端密闭 筒口带盖 筒的两侧各有一个进光小孔 两孔前后位置错开 与圆心的夹角为120 筒内附有压纸夹 圆筒固定在支架上 松开固定螺钉可绕轴旋转 使圆筒轴与地平角为当地纬度 使太阳一年四季在南北纬度23 5变化时 就相当于在暗筒洞孔的垂直切面南北23 5范围内变化 故一年内太阳光照射时 光线都会落到暗筒内 在春 秋分这两天阳光垂直筒身 感光线是一条垂直圆筒轴的直线 下半年阳光偏于北半球 感光线位于直线的下方 冬半年阳光偏于南半球 阳光迹线偏于直线上方 2 工作原理 暗筒式日照计是利用太阳光通过仪器上的小孔射入筒内 使涂有感光药剂的日照纸上留下感光迹线 通过计算迹线的长度确定一日的日照时数 隔光板的边缘与小孔在同一个垂直面上 它使太阳光除了在正午有1 2min可以同时射入两孔外 其余时间光线只能从一孔射入筒内 3 仪器的安装 日照计要安装在开阔的 终年从日出到日没都能受到阳光照射的地方 通常安装在观测场内或平台上 如安装在观测场内 首先埋设铁架 高度以便于观测为宜 铁架顶部要安装一块水平而又牢固的台座 座面上要精确标出南北线 将日照计安装在铁架平台上 仪器底座要水平 筒口对准正北 并将日照计底座加以固定 然后转动筒身 使支架上的纬度记号线对准纬度盘上当地纬度值 如观测场无适宜地点 可安置在平台或附近较高的建筑物上 4 日照计自记纸的涂药 日照计自记纸使用前需在暗处涂刷感光药剂 日照记录的准确性与否与涂药质量关系密切 所用药剂为显影药剂赤血盐 K3Fe CN 6 和感光药剂柠檬酸铁铵 Fe2 NH4 4 C6H5O7 3 药液的配制方法 赤血盐与水的比例1 10 柠檬酸铁铵与水的比例为3 10 按此比例 将配好的药液分别存放于两容器中 每次配量以能涂刷10张日照纸为宜 以免涂了药的日照纸久存失效 涂药方法 将配制好的两种药液在暗处等量混合 均匀地涂在空白的日照纸上 或者先将柠檬酸铁铵药液涂刷在日照纸上 阴干后逐日应用 每天换下日照纸后 在感光迹线处用脱脂棉涂上赤血盐 便可显出蓝色迹线 5 日照计自记纸的更换和日照时数的计算 每天在日落以后换自记纸 即使是全日阴雨 没有日照记录 也应照常换下 以供日后查考 上纸时 将填好次日日期的日照纸 涂药一面朝里卷成筒状 放入金属圆筒内 使纸上10时线对准筒口白线 14时线对准筒底的白线 纸上的两个圆孔对准两个进光孔 压纸夹交叉处向上 将纸压紧 盖好筒盖 当天换下的日照纸 应根据感光迹线的长短 在迹线下方用铅笔分别描划一直线 然后将日照纸放入足量的清水中浸漂3 5min拿出 全天无日照的自记纸 也应浸漂 阴干后 再重新检查感光迹线与铅笔线是否一致 如感光迹线比铅笔线长 则应补上这一段铅笔线 最后按铅笔线以十分法计算日照数 将各小时的日照时数逐一相加 精确到0 1h 即可得到全天的实照时数 若全天无日照 日照时数记为0 0 二 太阳辐射的观测 辐射指太阳 地球和大气辐射的总称 通常称太阳辐射为短波辐射 地球和大气辐射为长波辐射 观测的物理量主要是辐射通量密度或辐射强度 标准单位瓦 平方米 一 气象上常测定以下几种辐射量 1 太阳直接辐射 指来自日盘0 5 立体角内与该立体角轴垂直的面的太阳辐射 2 天空辐射 或称太阳散射辐射 指地平面上收到的来自天穹2 立体角向下的散射辐射 3 太阳总辐射 指地平面接收的太阳直接辐射和散射辐射之和 4 反射太阳辐射 指地面反射的太阳总辐射 5 地球辐射 指由地球 包括大气 放射的辐射 6 净辐射 指向下和向上 太阳和地球 辐射之差 二 测量辐射的仪器 1 直接日射表 是测定太阳直接辐射的常规仪器 进光筒对感应面的视张角为10 感应面是一块涂黑的锰铜片 它的背面紧贴热电堆正极 负极接在遮光筒内壁 热电堆的电动势正比于太阳辐射 用于遥测的直接日射表将进光筒安装在 赤道架 上 借助电机和齿轮减速器 带动日射表进光筒准确地自动跟踪太阳 2 TBQ 2天空辐射表 TBQ 2天空辐射表 该表用来测量光谱范围为0 3 3 m的太阳总辐射 也可用来测量入射到斜面上的太阳辐射 如感应面向下可测量反射辐射 如加遮光环可测量散射辐射 因此 它可广泛应用于太阳能利用 气象 农业 建筑材料老化及大气污染等部门做太阳辐射能量的测量 TBQ 2天空辐射表的工作原理 该表为热电效应原理 感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆 其表面涂有高吸收率的黑色涂层 热接点在感应面上 而冷结点则位于机体内 冷热接点产生温差电势 在线性范围内 输出信号与太阳辐照度成正比 为减小温度的影响则配有温度补偿线路 为了防止环境对其性能的影响 则用双层石英玻璃罩 罩是经过精密的光学冷加工磨制而成的 TBQ 2天空辐射表的安装与使用 该表应安装在四周空旷 感应面以上没有任何障碍物的地方 然后将辐射表电缆插头正对北方 调整好水平位置 将其牢牢固定 再将总辐射表输出电缆与记录器相连接 即可观测 最好将电缆牢固地固定在安装架上 以减少断裂或在有风天发生间歇中断现象 TBQ 2天空辐射表的维护 玻璃罩应保持清洁 要经常用软布或毛皮擦试 玻璃罩不可拆卸或松动 以免影响测量精度 应定期更换干燥剂 以防罩内结水 3 TBB 1净辐射表 TBB 1净辐射表用来测量太阳辐射及地面辐射的净差值 它的测量范围为0 3 3 m的短波辐射和3 50 m的地球辐射 TBB 1净辐射表的工作原理 该表的工作原理为热电效应原理 感应部分是由康铜及镀铜组成的热电堆 热电堆的上下两个面紧贴着涂有无光黑漆的感应面 由于上下感应面吸收辐照度不同 因此热电堆两端产生温差 其输出电动势与感应面黑体所接收的辐照度差值成正比 当太阳辐射大于地面辐射时输出为正 反之为负 为了防止恶劣环境的影响及保护感应面 该表装有即能透过长波辐射 又能透过短波辐射的聚乙烯薄膜罩 TBB 1净辐射表的安装与使用 该表可安装在专用台柱上 也可临时装在三角架上 如果安装在台柱上 要用两个夹子将表面固定 使感应面离地高度为1 5米 调节水平泡使其处于水平位置 拧紧夹子 表的输出电缆线连接到记录仪的输入端即可测量 4 ZDS 10F系列多探头自动换档数字式照度计 工作原理 光电池是把光能直接转换成电能的光电元件 当光线射到硒光电池表面时 入射光透过金属薄膜4到达半导体硒层2和金属薄膜4的分界面上 在界面上产生光电效应 产生电位差的大小与光电池受光表面上的照度有一定的比例关系 这时如果接上外电路 就会有电流通过 电流值从以勒克斯 Lx 为刻度的微安表上指示出来 光电流的大小取决于入射光的强弱和回路中的电阻 照度计设有自动变档装置 如读数大于1999时 则倍率指示箭头自动上跳一档 如读数小于100时 则下跳一档 使用方法 把标有A B