《輻射與日照時(shí)數(shù)的觀測課件》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《輻射與日照時(shí)數(shù)的觀測課件（45頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。
1、輻射和日照時(shí)數(shù)的觀測1 概述 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；輻射是地球表面與大氣交換熱量的一種形式；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。輻射平衡輻射平衡輻射的觀測輻射的觀測 一
2、級(jí)站：一級(jí)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(jí)站：二級(jí)站：總輻射、凈全輻射總輻射、凈全輻射 三級(jí)站：三級(jí)站：總輻射總輻射8090100110120130203040502 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(shí)間，投射到單位面積上輻照度：在單位時(shí)間，投射到單位面積上的輻射能，即觀測到的瞬時(shí)值。的輻射能，即觀測到的瞬時(shí)值。W/M2 曝輻量：指一段時(shí)間（一天）輻照度的總曝輻量：指一段時(shí)間（一天）輻照度的總量或累積量，單位為量或累積量，單位為MJ/M2氣象輻射量：氣象輻射量：太陽短波輻射：太陽短波輻射
3、：垂直于太陽入射光的直接輻射：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(gè)非常狹窄的環(huán)陽面的直接輻射和太陽周圍一個(gè)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(dá)立體角以短波形式向下到達(dá)地面的那部分輻射。地面的那部分輻射。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(dá)地
4、面后被下墊面向短波反射輻射：總輻射到達(dá)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。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 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。3 輻射傳感器輻射傳感器 使用的輻射傳感器一使用的輻射傳感器一般都為熱電型，傳感般都為熱
5、電型，傳感器由感應(yīng)面和熱電堆器由感應(yīng)面和熱電堆組成。組成。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(shí)，使原理：當(dāng)感應(yīng)面吸收輻射能而增熱時(shí)，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(dòng)勢。當(dāng)輻照度生電動(dòng)勢。當(dāng)輻照度E越強(qiáng)，熱電堆兩端的越強(qiáng)，熱電堆兩端的溫差就越大，輸出的電動(dòng)勢溫差就越大，輸出的電動(dòng)勢V也就越大，他也就越大，他們的關(guān)系基
6、本是線性的。們的關(guān)系基本是線性的。4 短波總輻射的測量短波總輻射的測量nEppley型短波總輻射表。型短波總輻射表。短波總輻射短波總輻射:水平面上，天空水平面上，天空立體角所接收的太陽直接立體角所接收的太陽直接輻射和短波散射輻射之和。輻射和短波散射輻射之和。用總輻射表測量。用總輻射表測量。感應(yīng)件：由感應(yīng)面（圓形或方形）和熱電堆組成（康銅和康銅鍍感應(yīng)件：由感應(yīng)面（圓形或方形）和熱電堆組成（康銅和康銅鍍銅），感應(yīng)面朝上。銅），感應(yīng)面朝上。玻璃罩：雙層石英玻璃玻璃罩：雙層石英玻璃 附件：包括機(jī)體、干燥器、白色擋板、底座、水準(zhǔn)器、接線柱附件：包括機(jī)體、干燥器、白色擋板、底座、水準(zhǔn)器、接線柱Apogee
7、 Silicon-cell Photodiode Pyranometers儀器的使用和維護(hù)儀器的使用和維護(hù) 日出前把金屬蓋打開，日落后停止觀測并日出前把金屬蓋打開，日落后停止觀測并加蓋加蓋 每日上下午各一次對(duì)總輻射表進(jìn)行檢查和每日上下午各一次對(duì)總輻射表進(jìn)行檢查和維護(hù)維護(hù)5 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(gè)感應(yīng)面。熱電堆與上下兩個(gè)感應(yīng)面相貼
8、。兩個(gè)感應(yīng)面。熱電堆與上下兩個(gè)感應(yīng)面相貼。聚乙烯薄膜罩：防止風(fēng)的影響和保護(hù)感應(yīng)面聚乙烯薄膜罩：防止風(fēng)的影響和保護(hù)感應(yīng)面 附件：表?xiàng)U、干燥器、底板、上下水準(zhǔn)器、調(diào)附件：表?xiàng)U、干燥器、底板、上下水準(zhǔn)器、調(diào)節(jié)螺旋、接線柱、橡皮球。節(jié)螺旋、接線柱、橡皮球。FNP-1新型凈輻射表CNR 1 Net RadiometerNR Lite2 is designed for routine measurement of net radiationCNR 2CNR 4http:/ 不僅白天觀測、夜間也要觀測不僅白天觀測、夜間也要觀測 上午、下午、夜間各檢查一次上午、下午、夜間各檢查一次6 太陽直接輻射的測定太陽直
9、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(gè)非常狹直接輻射和太陽周圍一個(gè)非常狹窄的環(huán)形天空輻射窄的環(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(qiáng)度表，分為表，或稱直接日射強(qiáng)度表，分為絕對(duì)和相對(duì)日射表。絕對(duì)和相對(duì)日射表。直接輻射表直接輻射表 進(jìn)光筒：一金屬圓筒，筒口有石英玻璃。進(jìn)光筒：一金屬圓筒，筒口有石英玻璃。瞄準(zhǔn)器：為對(duì)準(zhǔn)太陽，進(jìn)光孔兩端分別固定兩瞄準(zhǔn)器：為對(duì)準(zhǔn)太陽，進(jìn)光孔兩端分別固定兩個(gè)金屬圓環(huán)個(gè)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
10、太陽。的后面，感應(yīng)面垂直于太陽。跟蹤架：使進(jìn)光筒自動(dòng)準(zhǔn)確的跟蹤太陽。跟蹤架：使進(jìn)光筒自動(dòng)準(zhǔn)確的跟蹤太陽。1)埃斯川姆補(bǔ)償式絕對(duì)日射表埃斯川姆補(bǔ)償式絕對(duì)日射表 由埃斯川姆由埃斯川姆1893年設(shè)計(jì)，年設(shè)計(jì)，現(xiàn)在用作二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在用作二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)光筒內(nèi)有兩塊接收系數(shù)進(jìn)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(shí)，觀測時(shí)，圓筒正對(duì)太陽，圓筒正對(duì)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(qiáng)度成正比輻
11、射強(qiáng)度成正比。Knut ngstrm(1857-1910)利用對(duì)光器對(duì)準(zhǔn)太陽，打開蓋子，遮光屏居利用對(duì)光器對(duì)準(zhǔn)太陽，打開蓋子，遮光屏居于中間位置，將兩塊感應(yīng)片預(yù)熱。于中間位置，將兩塊感應(yīng)片預(yù)熱。校準(zhǔn)儀器零點(diǎn)。讀取兩片同時(shí)接受太陽輻射校準(zhǔn)儀器零點(diǎn)。讀取兩片同時(shí)接受太陽輻射和同時(shí)遮蔽時(shí)檢流計(jì)讀數(shù)，其平均值即為檢和同時(shí)遮蔽時(shí)檢流計(jì)讀數(shù)，其平均值即為檢流計(jì)零點(diǎn)。流計(jì)零點(diǎn)。將遮光屏轉(zhuǎn)向一片，被遮蔽的錳銅片加熱，將遮光屏轉(zhuǎn)向一片，被遮蔽的錳銅片加熱，另一塊暴露的錳銅片接受太陽輻射。調(diào)整電另一塊暴露的錳銅片接受太陽輻射。調(diào)整電阻阻r r，使檢流計(jì)處于零點(diǎn)，讀取加熱電流數(shù)值。，使檢流計(jì)處于零點(diǎn)，讀取加熱電流數(shù)
12、值。為避免兩銅片不對(duì)稱的影響，必須將遮光屏為避免兩銅片不對(duì)稱的影響，必須將遮光屏移向另一邊，重復(fù)移向另一邊，重復(fù)3.3.，使電流加熱和接受太，使電流加熱和接受太陽輻射的遮光板剛好對(duì)換，再讀一次加熱電陽輻射的遮光板剛好對(duì)換，再讀一次加熱電流值。流值。儀器觀測步驟儀器觀測步驟2）相對(duì)日射表相對(duì)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(shí)，接通引線與檢流計(jì)，觀測時(shí)，接通引線與檢流計(jì)，對(duì)準(zhǔn)太陽，讀取遮擋（對(duì)準(zhǔn)太陽，讀取遮擋（N0）和未遮擋（和未遮擋（N）時(shí)的檢流計(jì)）時(shí)的檢流計(jì)讀數(shù)，則得到太陽直接輻射讀數(shù)，則得到太陽直接輻射強(qiáng)度強(qiáng)度p
13、yrheliometer:(1)protection cap,(2)window with heater,(3)sight,(5)sensor,(7)humidity indicator,(10)cable for heater.氣象站常用直接日射表氣象站常用直接日射表TBS-2-2型自動(dòng)跟蹤直接輻射表DFY3型直接輻射表太陽直接輻射的分波段測量太陽直接輻射的分波段測量 分波段測量的目的：分波段測量的目的：可用來確定大氣渾可用來確定大氣渾濁度和氣溶膠的光學(xué)厚度，在農(nóng)業(yè)、生濁度和氣溶膠的光學(xué)厚度，在農(nóng)業(yè)、生物、醫(yī)療衛(wèi)生方面有著廣泛的應(yīng)用。物、醫(yī)療衛(wèi)生方面有著廣泛的應(yīng)用。包括包括:寬波段直接輻射測
14、量和太陽光度測寬波段直接輻射測量和太陽光度測量兩種類型。量兩種類型。寬波段直接輻射測量寬波段直接輻射測量 在直接輻射表露光孔的開口處加上寬波段在直接輻射表露光孔的開口處加上寬波段濾光片，用來選擇所關(guān)注的光譜帶。濾光片，用來選擇所關(guān)注的光譜帶。太陽光度測量太陽光度測量 太陽光度計(jì)：由一窄帶干涉濾光片和一個(gè)太陽光度計(jì)：由一窄帶干涉濾光片和一個(gè)硅光二極管制造的檢測器組成。硅光二極管制造的檢測器組成。CE318自動(dòng)跟蹤太陽光度計(jì)，由法國自動(dòng)跟蹤太陽光度計(jì)，由法國CIMEL公司制造，目前應(yīng)用最為廣泛。公司制造，目前應(yīng)用最為廣泛。7 散射輻射的觀測散射輻射的觀測 短波散射輻射：太陽輻射經(jīng)過大氣散射或短波散
15、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(dá)地面的那部分輻射。向下到達(dá)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?？傒椛浔砜傒椛浔?遮光環(huán)：遮光環(huán)：mm，直徑，直徑mm。遮去直射輻射，儀器能測到遮去直射輻射，儀器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(shí)刻都能遮住太陽的直接輻射。天任何時(shí)刻都能遮住太陽的直接輻射。天空輻射表（散射輻射表）天空輻射表（散射輻射表）8 反射輻射的測量
16、反射輻射的測量 短波反射輻射：總輻射到達(dá)地面后被下墊短波反射輻射：總輻射到達(dá)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)面朝下反射輻射表反射輻射表Kipp&Zonen CMA 6 Albedometer9 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(dá)感應(yīng)面。輻射不到達(dá)感應(yīng)面。10 日照時(shí)數(shù)的觀測日照時(shí)數(shù)的觀測 日照時(shí)數(shù)：定義為太陽直接輻射輻照度達(dá)日照時(shí)數(shù)：定義為太陽直接輻射輻照度達(dá)到或超過到或
17、超過120W/m-2的各段時(shí)間的總和，以的各段時(shí)間的總和，以小時(shí)為單位，取一位小數(shù)。小時(shí)為單位，取一位小數(shù)。日照時(shí)數(shù)主要應(yīng)用于表征當(dāng)?shù)貧夂颍枋鋈照諘r(shí)數(shù)主要應(yīng)用于表征當(dāng)?shù)貧夂颍枋鲞^去天氣狀況等。過去天氣狀況等?？烧諘r(shí)數(shù)：只在無任何遮蔽件下，太陽從可照時(shí)數(shù)：只在無任何遮蔽件下，太陽從某地東方地平線到進(jìn)入西方地平線，其光某地東方地平線到進(jìn)入西方地平線，其光線照射到地面所經(jīng)歷的時(shí)間。線照射到地面所經(jīng)歷的時(shí)間。日照百分比日照百分比=(日照時(shí)數(shù)日照時(shí)數(shù)/可照時(shí)數(shù)可照時(shí)數(shù))100%測量日照時(shí)數(shù)的主要方法測量日照時(shí)數(shù)的主要方法 燒痕法燒痕法：由燒痕讀出日照時(shí)數(shù)由燒痕讀出日照時(shí)數(shù) 直接輻射測量法直接輻射測量法：120W/m-2暗筒式日照計(jì)暗筒式日照計(jì)累計(jì)感光線的長度來計(jì)算日照時(shí)數(shù)康培司托克日照計(jì)康培司托克日照計(jì)燒痕法燒痕法Sunshine Duration SensorSD-8，MPSCSD 3，Kipp&Zonen復(fù)習(xí)思考題復(fù)習(xí)思考題各種輻射表的測量原理。各種輻射表的測量原理。日照時(shí)數(shù)的測量儀器及原理？日照時(shí)數(shù)的測量儀器及原理？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？氣象氣象輻射能的測量項(xiàng)目有那些？輻射能的測量項(xiàng)目有那些？
輻射與日照時(shí)數(shù)的觀測課件
