氣象儀器課件：輻射和日照時數(shù)的觀測

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1、輻射和日照時數(shù)的觀測輻射和日照時數(shù)的觀測11 概述概述 輻射是以電磁波形式傳遞能量的一種方式；輻射是以電磁波形式傳遞能量的一種方式； 太陽輻射是地球獲得能量的主要源泉；太陽輻射是地球獲得能量的主要源泉； 輻射是地球表面與大氣交換熱量的一種形輻射是地球表面與大氣交換熱量的一種形式；式；2 太陽輻射：太陽輻射：99.9%的能量集中在的能量集中在0.210 um。其中太陽光譜在其中太陽光譜在0.293um占占97，稱為，稱為短短波輻射。波輻射。 紫外輻射：波長小于紫外輻射：波長小于0.4um 可見光輻射：可見光輻射：0.40.76um 紅外輻射：波長大于紅外輻射：波長大于0.76um 地球輻射：是地

2、表、大氣、氣溶膠、云層地球輻射：是地表、大氣、氣溶膠、云層所發(fā)射的所發(fā)射的長波輻射。長波輻射。3100um。3輻射的觀測輻射的觀測 一級站：一級站： 散射輻射、直接輻射、總輻射、凈全輻射、反散射輻射、直接輻射、總輻射、凈全輻射、反射輻射射輻射 二級站：二級站： 總輻射、凈全輻射總輻射、凈全輻射 三級站：三級站： 總輻射總輻射42 基本概念與單位基本概念與單位輻射測量單位：輻射測量單位： 輻照度：在單位時間，投射到單位面積上輻照度：在單位時間，投射到單位面積上的輻射能，即觀測到的瞬時值。的輻射能，即觀測到的瞬時值。W/M2 5氣象輻射量：氣象輻射量： 太陽短波輻射：太陽短波輻射： 垂直于太陽入射

3、光的直接輻射：包括來自太垂直于太陽入射光的直接輻射：包括來自太陽面的直接輻射和太陽周圍一個非常狹窄的環(huán)陽面的直接輻射和太陽周圍一個非常狹窄的環(huán)形天空輻射，可用直接輻射表測量形天空輻射，可用直接輻射表測量 短波散射輻射：太陽輻射經(jīng)過大氣散射或云的短波散射輻射：太陽輻射經(jīng)過大氣散射或云的散射，從天空散射，從天空 立體角以短波形式向下到達立體角以短波形式向下到達地面的那部分輻射。地面的那部分輻射。6 太陽短波輻射：太陽短波輻射： 總輻射：水平面上，天空總輻射：水平面上，天空立體角所接收的立體角所接收的太陽直接輻射和短波散射輻射之和。太陽直接輻射和短波散射輻射之和。 短波反射輻射：總輻射到達地面后被下

4、墊面向短波反射輻射：總輻射到達地面后被下墊面向上反射的那部分短波輻射。上反射的那部分短波輻射。7 地球長波輻射：地球長波輻射： 大氣長波輻射：大氣以長波形式向下發(fā)射的那大氣長波輻射：大氣以長波形式向下發(fā)射的那部分輻射部分輻射 地面長波輻射：地球表面以長波形式向上發(fā)射地面長波輻射：地球表面以長波形式向上發(fā)射的輻射的輻射8 全輻射：短波輻射與長波輻射之和全輻射：短波輻射與長波輻射之和 凈全輻射：太陽與大氣向下發(fā)射全輻射和凈全輻射：太陽與大氣向下發(fā)射全輻射和地面向上發(fā)射的全輻射之差值。地面向上發(fā)射的全輻射之差值。9熱電型輻射傳感器熱電型輻射傳感器 熱電型輻射傳感器：由感應(yīng)面與熱點錐組成熱電型輻射傳感

5、器：由感應(yīng)面與熱點錐組成 感應(yīng)面由云母片感應(yīng)面由云母片(絕緣及低損失的熱阻功能絕緣及低損失的熱阻功能)涂上吸收率高，涂上吸收率高，光譜響應(yīng)好的無光黑漆。光譜響應(yīng)好的無光黑漆。 熱點錐緊貼感應(yīng)面，并與感應(yīng)面保持絕緣。為了增加儀器熱點錐緊貼感應(yīng)面，并與感應(yīng)面保持絕緣。為了增加儀器的靈敏度，熱點錐用康銅絲繞在骨架上，其中一端鍍銅，的靈敏度，熱點錐用康銅絲繞在骨架上，其中一端鍍銅，形成幾十對串聯(lián)的熱電偶。形成幾十對串聯(lián)的熱電偶。鍍銅康銅繞線型熱電堆10 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)： 感應(yīng)面：薄金屬片，涂上吸收率高、光譜響應(yīng)感應(yīng)面：薄金屬片，涂上吸收率高、光譜響應(yīng)好的無光黑漆。好的無光黑漆。 熱電堆：緊貼感應(yīng)面，工作端

6、位于感應(yīng)面下部，熱電堆：緊貼感應(yīng)面，工作端位于感應(yīng)面下部，參考端位于隱蔽處。參考端位于隱蔽處。 原理：當(dāng)感應(yīng)面吸收輻射能而增熱時，使原理：當(dāng)感應(yīng)面吸收輻射能而增熱時，使下部的熱電堆兩端形成溫度差，熱電堆產(chǎn)下部的熱電堆兩端形成溫度差，熱電堆產(chǎn)生電動勢。當(dāng)輻照度生電動勢。當(dāng)輻照度E越強，熱電堆兩端的越強，熱電堆兩端的溫差就越大，輸出的電動勢溫差就越大，輸出的電動勢V也就越大，他也就越大，他們的關(guān)系基本是線性的。們的關(guān)系基本是線性的。113.總輻射和散射輻射的測定總輻射和散射輻射的測定儀器由感應(yīng)器、玻璃罩和配件組成。感應(yīng)器由黑片云母及緊貼其下的熱電堆構(gòu)成。熱電堆熱端處于黑片下方，冷端放在隱蔽處。12

7、 對于性能良好的總輻射表，如果太陽輻照度不變，對于性能良好的總輻射表，如果太陽輻照度不變，太陽天頂角不變，改變儀器的方位，其輸出應(yīng)保太陽天頂角不變，改變儀器的方位，其輸出應(yīng)保持不變，這稱為方位響應(yīng)。持不變，這稱為方位響應(yīng)。 同樣，太陽輻照度不變，但天頂角逐漸改變，儀同樣，太陽輻照度不變，但天頂角逐漸改變，儀器的輸出應(yīng)該按器的輸出應(yīng)該按 的規(guī)律變化，這稱為余弦的規(guī)律變化，這稱為余弦響應(yīng)。響應(yīng)。cosSZ13分波段總輻射表分波段總輻射表 總輻射分波段測量時，需要換玻璃外罩，所使用總輻射分波段測量時，需要換玻璃外罩，所使用的玻璃外罩通常有：的玻璃外罩通常有： WB 0.283.0微米微米 可透過總輻

8、射可透過總輻射 JB 0.403.0微米微米 可透過可見光與紅外可透過可見光與紅外 HB 0.703.0微米微米 可透過紅外可透過紅外儀器的使用與安裝和總輻射表相同。帶有儀器的使用與安裝和總輻射表相同。帶有WB0.28微米與微米與JB0.4微米濾光罩，同時測量時，算出其差值為紫外線區(qū)微米濾光罩，同時測量時，算出其差值為紫外線區(qū)輻射量。當(dāng)輻射量。當(dāng)JB0.4微米與微米與HB0.7微米濾光罩同時觀測，可測微米濾光罩同時觀測，可測得其差值為可見光輻射量。用得其差值為可見光輻射量。用HB0.7微米濾光罩可以測得微米濾光罩可以測得紅外輻射量。紅外輻射量。14 散射輻射的觀測散射輻射的觀測 短波散射輻射：

9、太陽輻射經(jīng)過大氣散射或短波散射輻射：太陽輻射經(jīng)過大氣散射或云的散射，從天空云的散射，從天空 立體角以短波形式立體角以短波形式向下到達地面的那部分輻射。向下到達地面的那部分輻射。 由散射輻射表觀測：將總輻射中太陽直射由散射輻射表觀測：將總輻射中太陽直射部分遮蔽后即得。部分遮蔽后即得。 總輻射表總輻射表 遮光環(huán)：遮光環(huán)：mm，直徑，直徑mm。遮去直射輻射，儀器只能測到遮去直射輻射，儀器只能測到天空散射輻射天空散射輻射；根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥群腿掌?，適當(dāng)調(diào)節(jié)它的傾角，在一根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥群腿掌?，適當(dāng)調(diào)節(jié)它的傾角，在一天任何時刻都能遮住太陽的直接輻射。天任何時刻都能遮住太陽的直接輻射。15散射輻射表散射輻射表 散射

10、輻射表：總輻射表中把來自太陽直接輻射部散射輻射表：總輻射表中把來自太陽直接輻射部分遮擋住后，測得散射輻射的儀器。分遮擋住后，測得散射輻射的儀器。 總輻射表感應(yīng)面遮住太陽的裝置有：遮光板，遮總輻射表感應(yīng)面遮住太陽的裝置有：遮光板，遮光環(huán)。氣象臺站多采用遮光環(huán)擋住太陽裝置。光環(huán)。氣象臺站多采用遮光環(huán)擋住太陽裝置。16 在測量散射輻射時用遮在測量散射輻射時用遮光板遮住太陽的直接輻射，光板遮住太陽的直接輻射，此時感應(yīng)器感應(yīng)的就是天此時感應(yīng)器感應(yīng)的就是天空散射輻射?？丈⑸漭椛?。 遮光環(huán)調(diào)整螺旋緯度盤底座絲桿支架17天空輻射表（散射輻射表）天空輻射表（散射輻射表）1819訂正系數(shù)訂正系數(shù) 遮光環(huán)除遮去太陽

11、輻射外，還遮住遮光環(huán)帶上的遮光環(huán)除遮去太陽輻射外，還遮住遮光環(huán)帶上的散射輻射，使記錄下的散射輻射明顯減小，因此散射輻射，使記錄下的散射輻射明顯減小，因此必須乘以大于必須乘以大于1的遮光環(huán)訂正系數(shù)的遮光環(huán)訂正系數(shù)CQ2 ，才能得，才能得到準確的散射輻射。到準確的散射輻射。 我國現(xiàn)用的遮光環(huán)訂正系數(shù)，隨季節(jié)、緯度和各我國現(xiàn)用的遮光環(huán)訂正系數(shù)，隨季節(jié)、緯度和各地云量而異，最大的訂正系數(shù)可達地云量而異，最大的訂正系數(shù)可達1。3左右。左右。204. 太陽直接輻射的測定太陽直接輻射的測定 直接輻射：包括來自太陽面的直接輻射：包括來自太陽面的直接輻射和太陽周圍一個非常狹直接輻射和太陽周圍一個非常狹窄的環(huán)形天

12、空輻射窄的環(huán)形天空輻射 測量直接輻射使用的是直接輻射測量直接輻射使用的是直接輻射表，或稱直接日射強度表，分為表，或稱直接日射強度表，分為絕對和相對日射表。絕對和相對日射表。 絕對日射表，直接得到以絕對日射表，直接得到以W/m-2為單位的日射強度值；為單位的日射強度值； 相對日射表，將電參量換算成日相對日射表，將電參量換算成日射強度值。射強度值。21直接輻射表直接輻射表 直接輻射表又稱為直接日設(shè)標(biāo)或者相對日射表，它是測量直接輻射表又稱為直接日設(shè)標(biāo)或者相對日射表，它是測量垂直于太陽面（日盤視角垂直于太陽面（日盤視角0.5o）輻射的儀器）輻射的儀器. 這類儀器構(gòu)造上的三個特點：這類儀器構(gòu)造上的三個特

13、點： 感應(yīng)部分的表面必須垂直與入射的太陽光線感應(yīng)部分的表面必須垂直與入射的太陽光線 允許測量日盤和日盤周圍很小區(qū)域的輻射允許測量日盤和日盤周圍很小區(qū)域的輻射 須具備可隨時瞄準太陽的裝置須具備可隨時瞄準太陽的裝置22 直接輻射表直接輻射表 進光筒：一金屬圓筒，筒口有石英玻璃。進光筒：一金屬圓筒，筒口有石英玻璃。 瞄準器：為對準太陽，進光孔兩端分別固定兩瞄準器：為對準太陽，進光孔兩端分別固定兩個金屬圓環(huán)個金屬圓環(huán) 感應(yīng)件：由感應(yīng)面和熱電堆組成，安裝在光筒感應(yīng)件：由感應(yīng)面和熱電堆組成，安裝在光筒的后面，感應(yīng)面垂直于太陽。的后面，感應(yīng)面垂直于太陽。 跟蹤架：使進光筒自動準確的跟蹤太陽。跟蹤架：使進光筒

14、自動準確的跟蹤太陽。231) 埃斯川姆補償式絕對日射表埃斯川姆補償式絕對日射表 由埃斯川姆由埃斯川姆1893年設(shè)計，年設(shè)計，現(xiàn)在用作二級標(biāo)準?，F(xiàn)在用作二級標(biāo)準。 進光筒內(nèi)有兩塊接收系數(shù)進光筒內(nèi)有兩塊接收系數(shù)近似近似1的黑色錳銅片。的黑色錳銅片。 觀測時，觀測時，圓筒正對太陽，圓筒正對太陽，使一塊錳銅片受日光照射使一塊錳銅片受日光照射而增熱，不受照射的錳銅而增熱，不受照射的錳銅片通過電流加熱，調(diào)節(jié)加片通過電流加熱，調(diào)節(jié)加熱電流直到兩塊錳銅片溫?zé)犭娏髦钡絻蓧K錳銅片溫度相等，加熱電流平方與度相等，加熱電流平方與輻射強度成正比輻射強度成正比。Knut ngstrm (1857-1910)242） 相對

15、日射表相對日射表 感應(yīng)部分是一塊熏黑的薄銀感應(yīng)部分是一塊熏黑的薄銀片，銀片背后貼有熱電偶堆。片，銀片背后貼有熱電偶堆。 觀測時，接通引線與檢流計，觀測時，接通引線與檢流計，對準太陽，讀取遮擋（對準太陽，讀取遮擋（N0）和未遮擋（和未遮擋（N）時的檢流計）時的檢流計讀數(shù)，則太陽直接輻射強度讀數(shù)，則太陽直接輻射強度00()()SK NNNNpyrheliometer: (1) protection cap, (2) window with heater, (3) sight, (5) sensor, (7) humidity indicator, (10) cable for heater.K值通

16、過與絕對日射表平行對比得到值通過與絕對日射表平行對比得到25反射輻射的測量反射輻射的測量 短波反射輻射：總輻射到達地面后被下墊短波反射輻射：總輻射到達地面后被下墊面向上反射的那部分短波輻射。面向上反射的那部分短波輻射。 用總輻射表感應(yīng)面朝下用總輻射表感應(yīng)面朝下26反射輻射表反射輻射表Kipp & Zonen CMA 6 Albedometer27長波輻射表長波輻射表 原理與結(jié)構(gòu)：原理與結(jié)構(gòu)： 長波輻射表的構(gòu)造、外觀與總輻射表基本相同，由感應(yīng)器長波輻射表的構(gòu)造、外觀與總輻射表基本相同，由感應(yīng)器（黑體感應(yīng)面與熱電錐）、玻璃罩和附件組成。（黑體感應(yīng)面與熱電錐）、玻璃罩和附件組成。硅單晶玻璃罩白色擋板

17、水平調(diào)整螺旋底座水準器28 長波輻射的觀測長波輻射的觀測 長波輻射表：長波輻射表： 感應(yīng)件：黑體感應(yīng)面與熱電堆感應(yīng)件：黑體感應(yīng)面與熱電堆 玻璃罩：鍍上硅單晶，保證玻璃罩：鍍上硅單晶，保證um以下的短波以下的短波輻射不到達感應(yīng)面。輻射不到達感應(yīng)面。29紫外輻射表紫外輻射表 盡管紫外輻射所占的太陽輻射能量比例較小，但由于其光盡管紫外輻射所占的太陽輻射能量比例較小，但由于其光量子能量較高，所產(chǎn)生的光化學(xué)作用和生物學(xué)效應(yīng)顯著，量子能量較高，所產(chǎn)生的光化學(xué)作用和生物學(xué)效應(yīng)顯著，對地球氣候，生態(tài)環(huán)境及人類的健康狀況有非常重要的影對地球氣候，生態(tài)環(huán)境及人類的健康狀況有非常重要的影響。響。 紫外輻射又分為三個

18、亞區(qū)：紫外輻射又分為三個亞區(qū)： 近紫外近紫外UV-A：0.3150.400 中紫外中紫外UV-B：0.2800.315 遠紫外遠紫外UV-C: 0.1000.280mmm305 凈全輻射的測量凈全輻射的測量凈全輻射：凈全輻射：太陽與大氣向下發(fā)射全輻射和太陽與大氣向下發(fā)射全輻射和地面向上發(fā)射的全輻射之差值。地面向上發(fā)射的全輻射之差值。凈全輻射用凈全輻射表測量。凈全輻射用凈全輻射表測量。 感應(yīng)件：由涂黑感應(yīng)面和熱電堆組成，有上下感應(yīng)件：由涂黑感應(yīng)面和熱電堆組成，有上下兩個感應(yīng)面。熱電堆與上下兩個感應(yīng)面相貼。兩個感應(yīng)面。熱電堆與上下兩個感應(yīng)面相貼。 聚乙烯薄膜罩：防止風(fēng)的影響和保護感應(yīng)面聚乙烯薄膜罩

19、：防止風(fēng)的影響和保護感應(yīng)面 附件：表桿、干燥器、底板、上下水準器、調(diào)附件：表桿、干燥器、底板、上下水準器、調(diào)節(jié)螺旋、接線柱、橡皮球。節(jié)螺旋、接線柱、橡皮球。31凈全輻射表凈全輻射表 凈全輻射表又稱為凈輻射表。用于測量天空（包括太陽和凈全輻射表又稱為凈輻射表。用于測量天空（包括太陽和大氣）向下投射和地表（包括土壤、植物、水面）向上投大氣）向下投射和地表（包括土壤、植物、水面）向上投射的全波段輻射通量差額的儀器。射的全波段輻射通量差額的儀器。 凈全輻射是研究地球熱量收支狀況的重要資料。凈全輻射是研究地球熱量收支狀況的重要資料。32凈全輻射表凈全輻射表 由于儀器的全波段靈敏度與長波靈敏度相差較大（兩

20、者靈由于儀器的全波段靈敏度與長波靈敏度相差較大（兩者靈敏度允許相差敏度允許相差 15%15%），為消除這種偏差，該儀器有兩個），為消除這種偏差，該儀器有兩個靈敏度，白天凈全輻射為正時采用全波段靈敏度計算；夜靈敏度，白天凈全輻射為正時采用全波段靈敏度計算；夜間凈為負時采用長波靈敏度計算。間凈為負時采用長波靈敏度計算。 凈全輻射表觀測時段與短波儀器不同，為凈全輻射表觀測時段與短波儀器不同，為0 02424小時連續(xù)小時連續(xù)采樣，一般白天為正值，夜間為負值，因此除上、下午各采樣，一般白天為正值，夜間為負值，因此除上、下午各檢查一次儀器外，夜間還應(yīng)增加一次檢查。檢查一次儀器外，夜間還應(yīng)增加一次檢查。 由

21、于全波段輻射觀測儀器制造難度大，加上國際上尚無凈由于全波段輻射觀測儀器制造難度大，加上國際上尚無凈全輻射測量的世界標(biāo)準等原因，因此我國目前測量凈全輻全輻射測量的世界標(biāo)準等原因，因此我國目前測量凈全輻射資料的誤差大約為射資料的誤差大約為10%10%20%20%左右。左右。33七、日照七、日照 日照是指太陽在一地實際照射的時數(shù)。日照是指太陽在一地實際照射的時數(shù)。 在一給定時間，日照時數(shù)定義為太陽直接輻照度在一給定時間，日照時數(shù)定義為太陽直接輻照度達到或超過達到或超過120瓦每平方米的那段時間總和。瓦每平方米的那段時間總和。以小時（以小時（h h）為單位，取一位小數(shù)。）為單位，取一位小數(shù)。 日照時數(shù)

22、也稱實照時數(shù)。日照時數(shù)也稱實照時數(shù)。34日照傳感器1、直接輻射表觀測日照時數(shù)世界氣象組織把太陽直接輻照度S120Wm-2定為日照閾值(算為有日照)。直接輻射表每日自動跟蹤太陽輸出的信號，自動測量系統(tǒng)把S120Wm-2的時間累加起來，作為每小時的日照時數(shù)與每天日照時數(shù)，這些數(shù)據(jù)從采集器中得到。35日照傳感器日照傳感器2、雙金屬片日照傳感器雙金屬片日照傳感器構(gòu)成：雙金屬片日照傳感器由置于聚丙烯圓罩下，相互均勻隔開的6對雙金屬黑化元件構(gòu)成。36當(dāng)照射在儀器上的直接輻射大于某預(yù)設(shè)閾值當(dāng)照射在儀器上的直接輻射大于某預(yù)設(shè)閾值(120Wm-2)時時，被照射的那對雙金屬片外部黑，被照射的那對雙金屬片外部黑色元

23、件受熱高于內(nèi)側(cè)背光處元件，導(dǎo)致正向的色元件受熱高于內(nèi)側(cè)背光處元件，導(dǎo)致正向的接觸閉合形成電回路，外部和內(nèi)部的不同彎折接觸閉合形成電回路，外部和內(nèi)部的不同彎折度又使它們產(chǎn)生自動擦除動作，形成接觸閉合。度又使它們產(chǎn)生自動擦除動作，形成接觸閉合。接觸閉合的瞬間和持續(xù)時間被采集器有日照時接觸閉合的瞬間和持續(xù)時間被采集器有日照時間記錄下來。間記錄下來。當(dāng)直接輻射小于預(yù)定閾值當(dāng)直接輻射小于預(yù)定閾值(或光線變暗或光線變暗)，落在白，落在白色基板上的散射光反射到內(nèi)部元件下側(cè)，從而色基板上的散射光反射到內(nèi)部元件下側(cè)，從而對內(nèi)部溫度進行補償，這時觸點斷開，記錄無對內(nèi)部溫度進行補償，這時觸點斷開，記錄無日照。日照。

24、37雙金屬片日照傳感器雙金屬片日照傳感器 雙金屬片日照傳感器通過聚丙烯罩頂部的風(fēng)道螺紋管底部雙金屬片日照傳感器通過聚丙烯罩頂部的風(fēng)道螺紋管底部的網(wǎng)孔來通風(fēng)散熱。風(fēng)道的外形使得在下雪時仍然能正常的網(wǎng)孔來通風(fēng)散熱。風(fēng)道的外形使得在下雪時仍然能正常通風(fēng)。通風(fēng)。 儀器的校準有兩種方法：儀器的校準有兩種方法：1. 一種是純技術(shù)調(diào)整，調(diào)整外部調(diào)節(jié)螺絲間隙；一種是純技術(shù)調(diào)整，調(diào)整外部調(diào)節(jié)螺絲間隙；2. 另外一種是對閾值精確調(diào)整方法，利用太陽光源或室另外一種是對閾值精確調(diào)整方法，利用太陽光源或室內(nèi)光源作為標(biāo)準進行調(diào)整。內(nèi)光源作為標(biāo)準進行調(diào)整。38 有助于確定全球氣候系統(tǒng)及其變化能量的源和匯及能量傳輸機制 有助

25、于更加清楚地了解太陽、地球和大氣間的輻射過程、能量轉(zhuǎn)換規(guī)律以及各輻射量的時空分布 研究大氣成分如水汽、臭氧、氣溶膠等的分布和變化 滿足農(nóng)業(yè)、新能源產(chǎn)業(yè)、建筑業(yè)等對太陽能技術(shù)和輻射資料的需求觀測輻射和日照信息的意義3910 日照時數(shù)的觀測日照時數(shù)的觀測 日照時數(shù)：定義為太陽直接輻射輻照度達日照時數(shù)：定義為太陽直接輻射輻照度達到或超過到或超過120W/m-2的各段時間的總和，以的各段時間的總和，以小時為單位，取一位小數(shù)。小時為單位，取一位小數(shù)。 日照時數(shù)主要應(yīng)用于表征當(dāng)?shù)貧夂?，描述日照時數(shù)主要應(yīng)用于表征當(dāng)?shù)貧夂?，描述過去天氣狀況等。過去天氣狀況等。 可照時數(shù)：只在無任何遮蔽件下，太陽從可照時數(shù)：只

26、在無任何遮蔽件下，太陽從某地東方地平線到進入西方地平線，其光某地東方地平線到進入西方地平線，其光線照射到地面所經(jīng)歷的時間。線照射到地面所經(jīng)歷的時間。 日照百分比日照百分比=(日照時數(shù)日照時數(shù)/可照時數(shù)可照時數(shù))100%40測量日照時數(shù)的主要方法測量日照時數(shù)的主要方法 直接輻射測量法直接輻射測量法：120W/m-241暗筒式日照計暗筒式日照計累計感光線的長度來計算日照時數(shù)42Sunshine Duration SensorSD-8，MPSCSD 3，Kipp & Zonen43復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題1. 各種輻射表的測量原理。各種輻射表的測量原理。2. 日照時數(shù)的測量儀器及原理？日照時數(shù)的測量儀器

27、及原理？3. 簡述熱電型傳感器的基本原理？簡述熱電型傳感器的基本原理？4. 氣象氣象輻射能的測量項目有那些？輻射能的測量項目有那些？44八、能見度的觀測八、能見度的觀測45 能見度就是能夠看到周圍景物的程度，用目標(biāo)物的最大能見距離來表示。 分為水平能見度、垂直能見度、傾斜能見度。觀測能見度有什么意義觀測能見度有什么意義? ?46 在氣象上，它可以用來了解大氣穩(wěn)定度，判別氣團屬性 在環(huán)保方面，它能反映出大氣污染的一些基本狀況 在國防和國民經(jīng)濟建設(shè)方面，它是保證航空、航海、交通運輸安全的一個重要因素所謂“能見”，在白天是指能夠看到和辨認出目標(biāo)物的輪廓和形體；在夜間是指能清楚地看見目標(biāo)燈的發(fā)光點凡是

28、看不清目標(biāo)物的輪廓，認不清其形體，或者所見目標(biāo)燈的發(fā)光點模糊，燈光散亂，都不算“能見”471.1.影響能見度的基本因子影響能見度的基本因子2.2.水平能見度的觀測水平能見度的觀測3.3.氣象光學(xué)視程的儀器測量氣象光學(xué)視程的儀器測量48主要內(nèi)容1.影響能見度的基本因子影響能見度的基本因子a. a.大氣透明度大氣透明度b. b.目標(biāo)物和背景的屬性目標(biāo)物和背景的屬性c. c.觀測者的視力指標(biāo)觀測者的視力指標(biāo)491.影響能見度的基本因子影響能見度的基本因子 假如有一目標(biāo)物，假如有一目標(biāo)物，其其原有亮度為原有亮度為B B，在通，在通過了過了距離為距離為dxdx的混濁的混濁空氣后空氣后，亮度被減小亮度被減

29、小了了dBdB，其在這段距離，其在這段距離的的亮度改變率亮度改變率為為dB/B=-dB/B=-dxdx，其中，其中是大氣的消光系數(shù)是大氣的消光系數(shù)。若光線在均勻的大氣若光線在均勻的大氣中中通過的路徑為通過的路徑為L L時，時，則有則有LBBdxBdB00LeBB050得出得出 亮度隨和L的增加按指數(shù)規(guī)律減小，即大氣中的懸浮質(zhì)粒越多，大氣透明度就越差，目標(biāo)物的能見距離也就越小。大氣透明度亮度改變率亮度改變率1.影響能見度的基本因子影響能見度的基本因子 目標(biāo)物和背景的大小、形狀、色彩、亮度等特目標(biāo)物和背景的大小、形狀、色彩、亮度等特性均會影響能見度性均會影響能見度 目標(biāo)物能見與否，與其屬性有很大關(guān)

30、系目標(biāo)物能見與否，與其屬性有很大關(guān)系 大目標(biāo)比小目標(biāo)能見距離遠一些大目標(biāo)比小目標(biāo)能見距離遠一些 兩個物體在亮度和色彩上差別較大時，物體比較容兩個物體在亮度和色彩上差別較大時，物體比較容易分辨，但色彩和大小都要受亮度影響易分辨，但色彩和大小都要受亮度影響 在這些因素中，在這些因素中，亮度起決定作用亮度起決定作用51目標(biāo)物和背景的屬性目標(biāo)物和背景的屬性1.影響能見度的基本因子影響能見度的基本因子目標(biāo)物和背景的屬性目標(biāo)物和背景的屬性52 設(shè)目標(biāo)物的亮度為B0，背景亮度為B 亮度對比值C定義為：目標(biāo)物亮度B0與背景亮度B的絕對差與其中大者之比，即當(dāng)當(dāng) B B0 0B B時時 C C（B B0 0B)/

31、BB)/B0 0當(dāng)當(dāng) B B0 0B B時時 C C（B BB B0 0)/B)/B 0C1 若B0 0B，則C=0，此時，目標(biāo)物和背景融合在一起，無法辨認目標(biāo)物 若B0 00，或B0，則C1，目標(biāo)清晰可見。1.影響能見度的基本因子影響能見度的基本因子 當(dāng)當(dāng)C C0 0時，即目標(biāo)物與背景亮度完全一樣，就無時，即目標(biāo)物與背景亮度完全一樣，就無法從背景上區(qū)別出目標(biāo)物來。但由于人眼鏡的視覺法從背景上區(qū)別出目標(biāo)物來。但由于人眼鏡的視覺性能，實際上等不到性能，實際上等不到 C C0 0，而是，而是當(dāng)當(dāng)C C小到某一數(shù)值小到某一數(shù)值后，人眼對亮度對比就已經(jīng)感覺不到了后，人眼對亮度對比就已經(jīng)感覺不到了，此時

32、，此時，目標(biāo)物已不能見了。目標(biāo)物已不能見了。 我們把人眼開始不能從背景上再感覺到目標(biāo)物我們把人眼開始不能從背景上再感覺到目標(biāo)物時的亮度對比的最小值稱為時的亮度對比的最小值稱為 “對比視覺閾對比視覺閾” ，用用來表示來表示。 當(dāng)當(dāng)C C時，目標(biāo)物能見，否則，目標(biāo)物不能見。時，目標(biāo)物能見，否則，目標(biāo)物不能見。53觀測者的視力指標(biāo)對比視感閾值2. 水平能見度的觀測水平能見度的觀測1.1.氣象能見度氣象能見度 2.2.跑道能見距離跑道能見距離 3.3.觀測方法觀測方法 （1 1）白天能見度的觀測）白天能見度的觀測 （2 2）夜間能見度的觀測）夜間能見度的觀測 542.水平能見度的觀測水平能見度的觀測

33、是指視力正常的人，是指視力正常的人，在當(dāng)時天氣條件下，在當(dāng)時天氣條件下，能夠能夠從天空背景中看到和辨認從天空背景中看到和辨認出目標(biāo)物（黑色，大小適出目標(biāo)物（黑色，大小適度）的度）的最大水平距離最大水平距離； 夜間則是能看到和確定夜間則是能看到和確定出一定強度燈光的最大水出一定強度燈光的最大水平距離。平距離。55氣象能見度定義：目標(biāo)物的最大距離目標(biāo)物的最大距離 消失距離消失距離 發(fā)現(xiàn)距離發(fā)現(xiàn)距離 消失距離消失距離發(fā)現(xiàn)距離發(fā)現(xiàn)距離562.水平能見度的觀測水平能見度的觀測 在航空上，能見度直接反映飛行員視程大小，在航空上，能見度直接反映飛行員視程大小，決定飛機能否正常起飛或著陸。決定飛機能否正常起飛

34、或著陸。 在飛機接地點，從飛行員眼睛的平均高度，觀在飛機接地點，從飛行員眼睛的平均高度，觀察起飛或者著陸方向，能看清跑道或表示跑道的察起飛或者著陸方向，能看清跑道或表示跑道的專用標(biāo)志物的最遠距離，叫做跑道能見距離。專用標(biāo)志物的最遠距離，叫做跑道能見距離。57跑道能見距離（跑道視程RVR）：2.水平能見度的觀測水平能見度的觀測1 1、選定目標(biāo)物時，應(yīng)盡可能、選定目標(biāo)物時，應(yīng)盡可能以天空為背景以天空為背景；2 2、大小適度大小適度，視角以，視角以0.50.55.05.0之間為宜；之間為宜；3 3、仰角不宜超過仰角不宜超過6 6，以越接近水平方向越好；以越接近水平方向越好；4 4、顏色應(yīng)當(dāng)越深越好顏

35、色應(yīng)當(dāng)越深越好，而且亮度一年四季不變或少變的；，而且亮度一年四季不變或少變的；5 5、淺色，反光強的物體不適宜選為目標(biāo)物。、淺色，反光強的物體不適宜選為目標(biāo)物。 目標(biāo)物選定后，要測定觀測點與目標(biāo)物的距離和目標(biāo)目標(biāo)物選定后，要測定觀測點與目標(biāo)物的距離和目標(biāo)物所在的方位，繪制能見度目標(biāo)物分布圖物所在的方位，繪制能見度目標(biāo)物分布圖58白天能見度的觀測2.水平能見度的觀測水平能見度的觀測59能見度目標(biāo)分布圖 繪圖方法：一般是先在紙上畫九個同心圓。圓心代表觀測點，自近而遠地每圈分別代表 0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0千米的距離。然后把所有目標(biāo)物，以其簡略圖形

36、或編號按其所在方位、距離分別標(biāo)在相應(yīng)的位置上。xx氣象站 能見度目標(biāo)物(燈)登記表 602.水平能見度的觀測水平能見度的觀測 在沙漠、草原、海島或其它地物稀少的地區(qū)，可在沙漠、草原、海島或其它地物稀少的地區(qū)，可采用采用人工設(shè)置目標(biāo)物人工設(shè)置目標(biāo)物，并視其清晰程度來判定能見，并視其清晰程度來判定能見度。度。 人工設(shè)置的目標(biāo)物，一般多用來估計人工設(shè)置的目標(biāo)物，一般多用來估計1.1.千米以千米以內(nèi)的能見度，其大小要適度，材料因地制宜內(nèi)的能見度，其大小要適度，材料因地制宜( (木板、木板、土墻、水泥預(yù)制件等土墻、水泥預(yù)制件等) )，向著觀測點的一面應(yīng)涂成黑，向著觀測點的一面應(yīng)涂成黑色，以與天空背景有清

37、楚的對比。靠近海色，以與天空背景有清楚的對比?？拷? (湖湖) )岸的岸的站或海島站，其朝向海站或海島站，其朝向海( (湖湖) )方向的能見度，還可以方向的能見度，還可以水天線水天線( (即海、天相接的線即海、天相接的線) )的清晰程度。的清晰程度。61白天能見度的觀測白天能見度的觀測2.水平能見度的觀測水平能見度的觀測 夜間由于光照條件限制，能見度觀測最好是夜間由于光照條件限制，能見度觀測最好是用發(fā)光物用發(fā)光物體作為目標(biāo)物體作為目標(biāo)物，根據(jù)燈光強度和距離，查出相應(yīng)的能見距，根據(jù)燈光強度和距離，查出相應(yīng)的能見距離。在無條件利用目標(biāo)燈進行觀測的情況下，則只能離。在無條件利用目標(biāo)燈進行觀測的情況

38、下，則只能根據(jù)根據(jù)天黑前能見度的變化趨勢，當(dāng)時天氣現(xiàn)象和氣象要素的變天黑前能見度的變化趨勢，當(dāng)時天氣現(xiàn)象和氣象要素的變化情況，結(jié)合實踐經(jīng)驗加以估計化情況，結(jié)合實踐經(jīng)驗加以估計。夜間觀測能見度時，應(yīng)。夜間觀測能見度時，應(yīng)在黑暗處停留至少五分鐘，待眼睛適應(yīng)環(huán)境后進行觀測。在黑暗處停留至少五分鐘，待眼睛適應(yīng)環(huán)境后進行觀測。凡是有條件的地方，均應(yīng)在各方向選擇一些固定的目標(biāo)燈凡是有條件的地方，均應(yīng)在各方向選擇一些固定的目標(biāo)燈來作為觀測能見度的依據(jù)。目標(biāo)燈應(yīng)選擇位于開闊地帶不來作為觀測能見度的依據(jù)。目標(biāo)燈應(yīng)選擇位于開闊地帶不受地方性煙霧影響的、燈光強度不變的、不帶顏色的、沒受地方性煙霧影響的、燈光強度不變

39、的、不帶顏色的、沒有燈罩的、白色的、孤立的點光源。有燈罩的、白色的、孤立的點光源。62夜夜 間間 能能 見見 度度 的的 觀觀 測測2.水平能見度的觀測水平能見度的觀測63 是指白熾燈發(fā)出色溫為2700K的平行光束的光通量，在大氣中削弱至初始值的5%所需經(jīng)過的路。 氣象光學(xué)視程（MOR）定義：3.氣象光學(xué)視程的儀器測量氣象光學(xué)視程的儀器測量用于測量氣象光學(xué)視程的儀器可分為以下兩類：用于測量氣象光學(xué)視程的儀器可分為以下兩類：（1 1）用于測量）用于測量水平空氣柱水平空氣柱的的消光系數(shù)消光系數(shù)或或透射因數(shù)透射因數(shù)。 光的衰減是由沿光束路徑上的微粒散射和吸光的衰減是由沿光束路徑上的微粒散射和吸收造成

40、的。收造成的。（2 2）用于測量）用于測量小體積空氣小體積空氣對光的對光的散射系數(shù)散射系數(shù)。 在自然霧中，吸收通?？珊雎?，散射系數(shù)可在自然霧中，吸收通?？珊雎?，散射系數(shù)可視作與消光系數(shù)相同。視作與消光系數(shù)相同。 643.氣象光學(xué)視程的儀器測量氣象光學(xué)視程的儀器測量651.1.透射能見度儀透射能見度儀 透射能見度儀采用測量發(fā)射器和接收器之間水平空氣柱的平均消光(透射)系數(shù)而算出能見度。 發(fā)射器提供一個經(jīng)過調(diào)制的定常平均功率的光通量源，接收器主要由一個光檢測器組成。 由光檢測器輸出測定透射系數(shù)，再據(jù)此計算消光系數(shù)和氣象光學(xué)視程。 投射儀的類型與工作過程投射儀的類型與工作過程 基線光檢測器件光源發(fā)射

41、器 接收器 折疊基線回射器光源光檢測器件 接收器發(fā)射-接收器雙終止投射儀單終止投射儀類型1：類型2：特點：發(fā)射器和接收器分別處于兩個單元內(nèi)并且彼此之間的距離已知特點：發(fā)射器和接收器在同一單元內(nèi)，發(fā)射的光由相隔很遠的鏡面或后向發(fā)射器反射663.氣象光學(xué)視程的儀器測量氣象光學(xué)視程的儀器測量67透射儀的準確度透射儀的準確度發(fā)射器和接收器的準直性不正確；發(fā)射器和接收器的準直性不正確；發(fā)射器和接收器安裝的剛性和穩(wěn)定性不牢靠；發(fā)射器和接收器安裝的剛性和穩(wěn)定性不牢靠；光源的老化和中心位置不正確；光源的老化和中心位置不正確；校準誤差（能見度太低或在不穩(wěn)定的情況下進行校準影響消校準誤差（能見度太低或在不穩(wěn)定的情

42、況下進行校準影響消光系數(shù)）；光系數(shù)）；系統(tǒng)的電子設(shè)備的不穩(wěn)定性；系統(tǒng)的電子設(shè)備的不穩(wěn)定性；消光系數(shù)作為低通信號進行遠距離輸送時，受到電磁場的干消光系數(shù)作為低通信號進行遠距離輸送時，受到電磁場的干擾（尤其是在機場），這時最好采用數(shù)字化信號；擾（尤其是在機場），這時最好采用數(shù)字化信號；來源于日出或日落的干擾和透射儀初始定向不良；來源于日出或日落的干擾和透射儀初始定向不良；大氣污染沾污光學(xué)系統(tǒng)；大氣污染沾污光學(xué)系統(tǒng)；局地大氣狀況（陣雨、強風(fēng)和雪等）導(dǎo)致不具有代表性的消局地大氣狀況（陣雨、強風(fēng)和雪等）導(dǎo)致不具有代表性的消光系數(shù)讀數(shù)或背離光系數(shù)讀數(shù)或背離KoschmiederKoschmieder定律。

43、定律。 3.氣象光學(xué)視程的儀器測量氣象光學(xué)視程的儀器測量682.2.散射能見度儀散射能見度儀 散射能見度儀是測量散射系數(shù)從而估算出氣象光散射能見度儀是測量散射系數(shù)從而估算出氣象光學(xué)視程的儀器。學(xué)視程的儀器。測量方法：通過把一束光匯聚在小體積空氣中，以光度測量的方式確定在充分大的立體角和并非臨界方向上的散射光線的比例，從而使散射系數(shù)的測量可方便的進行。散射式能見度儀散射式能見度儀-后向散射后向散射 后向散射：把一束光線聚集在發(fā)射器前面一小塊后向散射：把一束光線聚集在發(fā)射器前面一小塊體積空氣中體積空氣中, ,把接收器裝置在同一機殼內(nèi)且位于光把接收器裝置在同一機殼內(nèi)且位于光源下面源下面, ,接收取樣

44、空氣塊的后向散射的光接收取樣空氣塊的后向散射的光取樣體積發(fā)射器接收器69 前向散射儀主要由發(fā)射器和光敏管組成前向散射儀主要由發(fā)射器和光敏管組成, ,發(fā)射器和發(fā)射器和接收器分立兩側(cè)成一定角度接收器分立兩側(cè)成一定角度. .n此類儀器中有的可測到高達20km的能見距離。n此類儀器的測量動態(tài)范圍大，與投射式相比對污染的敏感性相對較低，目前已廣泛應(yīng)用于自動氣象站及一些特殊的應(yīng)用場合，例如告訴公路能見度的測量。 70WT-1型前向散射能見度儀型前向散射能見度儀 WT-1WT-1型前向散射能見度儀由穩(wěn)定的紅外發(fā)射光源型前向散射能見度儀由穩(wěn)定的紅外發(fā)射光源, ,高靈敏高靈敏度、大動態(tài)范圍的紅外散射光接收器，信

45、號采集與處理，度、大動態(tài)范圍的紅外散射光接收器，信號采集與處理，控制器、加熱器、電源、調(diào)制解調(diào)器、防輻射罩等單元組控制器、加熱器、電源、調(diào)制解調(diào)器、防輻射罩等單元組成。成。71WT-1型前向散射能見度儀型前向散射能見度儀WT-1型前向散射能見度儀組成框圖72WT-1前向能見度儀前向能見度儀-發(fā)射器發(fā)射器晶體定時方波發(fā)生器接收器差放直流驅(qū)動電路紅外光源放大器同步相位檢波前置放大光源能量檢測基準電源V/F轉(zhuǎn)換73WT-1型前向散射器型前向散射器-接收器接收器前置放大高通濾波低通濾波同步相敏檢波低通濾波直流放大V/F轉(zhuǎn)換器74753.氣象光學(xué)視程的儀器測量氣象光學(xué)視程的儀器測量76散射儀的準確度：散

46、射儀的準確度：校準誤差（能見度太低或在不穩(wěn)定的情況下進行校準影響消光系數(shù)）；校準誤差（能見度太低或在不穩(wěn)定的情況下進行校準影響消光系數(shù)）；當(dāng)校準中使用不透明散射體時，在程序或材料上缺乏重復(fù)性；當(dāng)校準中使用不透明散射體時，在程序或材料上缺乏重復(fù)性；系統(tǒng)的電子器件的不穩(wěn)定性；系統(tǒng)的電子器件的不穩(wěn)定性；將散射系數(shù)以較弱的電流或電壓信號進行遠程傳輸時，受電磁場的干擾（將散射系數(shù)以較弱的電流或電壓信號進行遠程傳輸時，受電磁場的干擾（尤其是在機場），這時最好采用數(shù)字化信號；尤其是在機場），這時最好采用數(shù)字化信號；日出或日落的干擾，以及儀器初始取向的不良；日出或日落的干擾，以及儀器初始取向的不良；光學(xué)系統(tǒng)受

47、大氣污染的沾污。（這些儀器和透射儀相比，對其光學(xué)系統(tǒng)上光學(xué)系統(tǒng)受大氣污染的沾污。（這些儀器和透射儀相比，對其光學(xué)系統(tǒng)上的灰塵不那么敏感，但是嚴重的污穢則仍有影響）；的灰塵不那么敏感，但是嚴重的污穢則仍有影響）；大氣條件（雨、雪、冰晶、沙、局地污染等）得出的散射系數(shù)不同于相應(yīng)大氣條件（雨、雪、冰晶、沙、局地污染等）得出的散射系數(shù)不同于相應(yīng)的消光系數(shù)。的消光系數(shù)。 九、天氣現(xiàn)象的自動觀測九、天氣現(xiàn)象的自動觀測 天氣現(xiàn)象是指發(fā)生在大氣中、地面上的天氣現(xiàn)象是指發(fā)生在大氣中、地面上的一些物理現(xiàn)象。它包括降水現(xiàn)象、地面凝一些物理現(xiàn)象。它包括降水現(xiàn)象、地面凝結(jié)現(xiàn)象、視程障礙現(xiàn)象、雷電現(xiàn)象和其它結(jié)現(xiàn)象、視程障

48、礙現(xiàn)象、雷電現(xiàn)象和其它現(xiàn)象等，這些現(xiàn)象都是在一定的天氣條件現(xiàn)象等，這些現(xiàn)象都是在一定的天氣條件下產(chǎn)生的。下產(chǎn)生的。 天氣現(xiàn)象必須隨時進行觀測和記錄。對天氣現(xiàn)象必須隨時進行觀測和記錄。對某些天氣現(xiàn)象所造成的災(zāi)害，還應(yīng)及時進某些天氣現(xiàn)象所造成的災(zāi)害，還應(yīng)及時進行調(diào)查記載。行調(diào)查記載。 77 天氣現(xiàn)象的自動化觀測工作十分重要，天氣現(xiàn)象的自動化觀測工作十分重要，是推動地面觀測全面實現(xiàn)自動化的前提和是推動地面觀測全面實現(xiàn)自動化的前提和基礎(chǔ)?；A(chǔ)。降水：自動雨量計降水：自動雨量計能見度：能見度儀器能見度：能見度儀器地面凝結(jié)：下墊面狀態(tài)探頭地面凝結(jié)：下墊面狀態(tài)探頭閃電：閃電定位系統(tǒng)閃電：閃電定位系統(tǒng)天氣現(xiàn)象綜合觀測：天氣現(xiàn)象綜合觀測：CCD、天氣現(xiàn)象儀、天氣現(xiàn)象儀 78