辐射与日照时数的观测(ppt 46页).ppt

1、辐射和日照时数的观测,1 概述,辐射是以电磁波形式传递能量的一种方式； 太阳辐射是地球获得能量的主要源泉； 辐射是地球表面与大气交换热量的一种形式；,太阳辐射：99.9%的能量集中在0.210 um。其中太阳光谱在0.293um占97，称为短波辐射。 紫外辐射：波长小于0.4um 可见光辐射：0.40.76um 红外辐射：波长大于0.76um 地球辐射：是地表、大气、气溶胶、云层所发射的长波辐射。3100um。,地气系统的辐射平衡,辐射的观测,一级站： 散射辐射、直接辐射、总辐射、净全辐射、反射辐射 二级站： 总辐射、净全辐射 三级站： 总辐射,2 基本概念与单位,辐射测量单位： 辐照度：在单

2、位时间，投射到单位面积上的辐射能，即观测到的瞬时值。W/M2 曝辐量：指一段时间（一天）辐照度的总量或累积量，单位为MJ/M2,气象辐射量： 太阳短波辐射： 垂直于太阳入射光的直接辐射：包括来自太阳面的直接辐射和太阳周围一个非常狭窄的环形天空辐射，可用直接辐射表测量 短波散射辐射：太阳辐射经过大气散射或云的散射，从天空 立体角以短波形式向下到达地面的那部分辐射。,太阳短波辐射： 总辐射：水平面上，天空立体角所接收的太阳直接辐射和短波散射辐射之和。 短波反射辐射：总辐射到达地面后被下垫面向上反射的那部分短波辐射。,地球长波辐射： 大气长波辐射：大气以长波形式向下发射的那部分辐射 地面长波辐射：地

3、球表面以长波形式向上发射的辐射,全辐射：短波辐射与长波辐射之和 净全辐射：太阳与大气向下发射全辐射和地面向上发射的全辐射之差值。,3 辐射传感器,使用的辐射传感器一般都为热电型，传感器由感应面和热电堆组成。,结构： 感应面：薄金属片，涂上吸收率高、光谱响应好的无光黑漆。 热电堆：紧贴感应面，工作端位于感应面下部，参考端位于隐蔽处。 原理：当感应面吸收辐射能而增热时，使下部的热电堆两端形成温度差，热电堆产生电动势。当辐照度E越强，热电堆两端的温差就越大，输出的电动势V也就越大，他们的关系基本是线性的。,4 短波总辐射的测量,Eppley型短波总辐射表。,短波总辐射:水平面上，天空立体角所接收的太

4、阳直接辐射和短波散射辐射之和。 用总辐射表测量。 感应件：由感应面（圆形或方形）和热电堆组成（康铜和康铜镀铜），感应面朝上。 玻璃罩：双层石英玻璃 附件：包括机体、干燥器、白色挡板、底座、水准器、接线柱,Apogee Silicon-cell Photodiode Pyranometers,仪器的使用和维护,日出前把金属盖打开，日落后停止观测并加盖 每日上下午各一次对总辐射表进行检查和维护,5 净全辐射的测量,净全辐射：太阳与大气向下发射全辐射和地面向上发射的全辐射之差值。 净全辐射用净全辐射表测量。 感应件：由涂黑感应面和热电堆组成，有上下两个感应面。热电堆与上下两个感应面相贴。 聚乙烯薄膜

5、罩：防止风的影响和保护感应面 附件：表杆、干燥器、底板、上下水准器、调节螺旋、接线柱、橡皮球。,FNP-1新型净辐射表,CNR 1 Net Radiometer,NR Lite2 is designed for routine measurement of net radiation,CNR 2,CNR 4,仪器的使用和维护,不仅白天观测、夜间也要观测 上午、下午、夜间各检查一次,6 太阳直接辐射的测定,直接辐射：包括来自太阳面的直接辐射和太阳周围一个非常狭窄的环形天空辐射 测量直接辐射使用的是直接辐射表，或称直接日射强度表，分为绝对和相对日射表。,直接辐射表 进光筒：一金属圆筒，筒口有石英玻

6、璃。 瞄准器：为对准太阳，进光孔两端分别固定两个金属圆环 感应件：由感应面和热电堆组成，安装在光筒的后面，感应面垂直于太阳。 跟踪架：使进光筒自动准确的跟踪太阳。,1) 埃斯川姆补偿式绝对日射表,由埃斯川姆1893年设计，现在用作二级标准。 进光筒内有两块接收系数近似1的黑色锰铜片。 观测时，圆筒正对太阳，使一块锰铜片受日光照射而增热，不受照射的锰铜片通过电流加热，调节加热电流直到两块锰铜片温度相等，加热电流平方与辐射强度成正比。,Knut ngstrm (1857-1910),利用对光器对准太阳，打开盖子，遮光屏居于中间位置，将两块感应片预热。 校准仪器零点。读取两片同时接受太阳辐射和同时遮

7、蔽时检流计读数，其平均值即为检流计零点。 将遮光屏转向一片，被遮蔽的锰铜片加热，另一块暴露的锰铜片接受太阳辐射。调整电阻r，使检流计处于零点，读取加热电流数值。 为避免两铜片不对称的影响，必须将遮光屏移向另一边，重复3.，使电流加热和接受太阳辐射的遮光板刚好对换，再读一次加热电流值。,仪器观测步骤,2） 相对日射表,感应部分是一块熏黑的薄银片，银片背后贴有热电偶堆。 观测时，接通引线与检流计，对准太阳，读取遮挡（N0）和未遮挡（N）时的检流计读数，则得到太阳直接辐射强度,pyrheliometer: (1) protection cap, (2) window with heater, (3)

8、 sight, (5) sensor, (7) humidity indicator, (10) cable for heater.,气象站常用直接日射表,TBS-2-2型自动跟踪直接辐射表,DFY3型直接辐射表,太阳直接辐射的分波段测量,分波段测量的目的：可用来确定大气浑浊度和气溶胶的光学厚度，在农业、生物、医疗卫生方面有着广泛的应用。 包括:宽波段直接辐射测量和太阳光度测量两种类型。,宽波段直接辐射测量,在直接辐射表露光孔的开口处加上宽波段滤光片，用来选择所关注的光谱带。,太阳光度测量,太阳光度计：由一窄带干涉滤光片和一个硅光二极管制造的检测器组成。 CE318自动跟踪太阳光度计，由法国C

9、IMEL公司制造，目前应用最为广泛。,7 散射辐射的观测,短波散射辐射：太阳辐射经过大气散射或云的散射，从天空 立体角以短波形式向下到达地面的那部分辐射。 由散射辐射表观测：将总辐射中太阳直射部分遮蔽后即得。 总辐射表 遮光环：mm，直径mm。 遮去直射辐射，仪器能测到天空散射辐射； 根据当地纬度和日期，适当调节它的倾角，在一天任何时刻都能遮住太阳的直接辐射。,天空辐射表（散射辐射表）,8 反射辐射的测量,短波反射辐射：总辐射到达地面后被下垫面向上反射的那部分短波辐射。 用总辐射表感应面朝下,反射辐射表,Kipp & Zonen CMA 6 Albedometer,9 长波辐射的观测,长波辐射表： 感应件：黑体感应面与热电堆 玻璃罩：镀上硅单晶，保证um以下的短波辐射不到达感应面。,10 日照时数的观测,日照时数：定义为太阳直接辐射辐照度达到或超过120W/m-2的各段时间的总和，以小时为单位，取一位小数。 日照时数主要应用于表征当地气候，描述过去天气状况等。 可照时数：只在无任何遮蔽件下，太阳从某地东方地平线到进入西方地平线，其光线照射到地面所经历的时间。 日照百分比=(日照时数/可照时数)100%,测量日照时数的主要方法,烧痕法：由烧痕读出日照时数 直接辐射测量法：120W/