中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆阿克达拉国家大气本底站BSRN基准辐射站

BSRN基准辐射站应用案例

基准辐射网络（BSRN）的背景

太阳辐射驱动着地球变化的每一个动态过程，从洋流循环到气候变化。准确测定地球表面的辐射收支，是了解地球气候系统变化的基础。

地表辐射平衡是地气间相互作用的重要内容，是全球变化和气候极端事件研究中极受关注的方面。由于受地理位置、大气成分、云和海拔高度等因素影响，太阳辐射在全球分布极不均匀。地球表面辐射的微小变化，也会导致生态气候发生巨大的改变。但现有的辐射观测无法达到气候研究所需的精度。并且我们目前对辐射分布的理解仍然不足。

为了解决这些问题，由世界气象组织（WMO）和国际科学联盟理事会（ICSU）联合发起了世界气候研究计划（WCRP）并组织成立了地表基准辐射网络站（BSRN）。

2021世界BSRN站点分布图（图源:bsrn.awi.de/nc/stations/maps/）

基准辐射网络（BSRN）的目标

BSRN 的目标是以高采样率长期对短波和长波辐射进行高质量观测。整个 BSRN 网络中的数据用于：

1. 使用目前可用的优选方法监测短波和长波辐射成分及其变化

2. 验证和评估基于卫星的地表辐射通量

3. 校准基于卫星的地面辐射预算

4. 监测地球表面辐射通量的区域趋势

基准辐射网络（BSRN）的测定要求

Kipp & Zonen BSRN 系统介绍

我公司根据用户需求使用Kipp & Zonen品牌为中国气象局乌鲁木齐沙漠气象研究所新疆阿克达拉国家大气本底站提供太阳辐射表和自动太阳跟踪器，国内大多数 BSRN 站都在使用Kipp & Zonen的设备进行测量。与此同时，Kipp & Zonen 也会定期参加BSRN 科学家们的会议讨论，以了解他们的需求，并改进产品来满足他们严苛的标准

以下是适用于BSRN基准辐射站的Kipp & Zonen产品基本信息：测定标准与测定优势

仪器的详细信息

1.太阳跟踪器

1.1 SOLYS 2太阳跟踪器

SOLYS 2太阳跟踪器是全球太阳能和气象应用中使用很广泛的太阳跟踪器，其标准符合BSRN的观测标准和要求，广泛用于世界各地的测量项目

SOLYS 2太阳跟踪器

1.2 2AP太阳跟踪器

为满足在极端天气条件下的监测，Kipp & Zonen 研究出2AP太阳跟踪器，该跟踪器在满足BSNR的要求基础上，且适用于极端的天气环境包括南极研究站。允许在零下50摄氏度的寒冷天气下工作

2AP太阳跟踪器

2.辐射表

Kipp & Zonen的辐射表可测定太阳直接辐射、散射辐射以及太阳和地面的长短波辐射，测定标准符合BSRN的极高精度要求

CHP1太阳直接辐射表

CMP21/CMP22太阳总辐射表

CGR4长波辐射表

新疆阿克达拉国家大气本底站BSRN基准辐射站建设

2021年5月，北京华益瑞科技有限公司参与了新疆阿克达拉国家大气本底站的BRSN设备建设。

站点位于新疆阿勒泰地区福海县境内，地理位置是87°58‘00“E，47°06’00”N，海拔高度为562.0米，站址四周50 km内为冲积平地和戈壁，所在区域为典型的大陆性温带干旱、半干旱气候。

观测要素包括太阳直接辐射、太阳总辐射、太阳散射辐射、反射辐射、大气长波辐射、地面长波辐射、太阳紫辐射、日照时数（用直接辐照度计算获得）和净辐照度（由总、反、大气和地面辐照度计算获得）

下图分别为观测系统构成（BSRN系统框架图）和安装现场图片：

BSRN系统框架图

现场照片（1）

现场照片（2）

现场照片（3）

现场照片（4）

新疆阿克达拉国家大气本底站BSRN基准辐射站运行数据（日尺度）

       （图1）                    （图2）  

                   （图3）                （图4）  

图1-4显示了新疆阿克达拉国家大气本底站太阳辐射（图1）、向下短波辐射和向上短波辐射（图2）、太阳向下长波辐射和向上长波辐射（图3）和紫外辐射（图4）的变化。

图1可以看出，太阳直接辐射日变化随着时间呈现钟型变化趋势，7:00-10:00为快速增加时期，10:00-18:00为峰值区，其中极大值约出现在14:00左右，19:00-20:00辐射快速下降，太阳直接辐射变化范围为0~858.6764W/m²。

太阳散射辐射呈现出单峰的变化趋势，其变化幅度小于太阳直接辐射的变化幅度，与太阳直接辐射有同步的日变化动态

图2给出了向下和向上的短波辐射的变化趋势，从图中可以看出，向下的短波辐射呈现单峰的变化趋势，约在14:10出现极高值，变化范围为0~924.8059W/m²。向上短波辐射也呈现出单峰的日动态变化趋势，其变化范围为0~280.869W/m²。

图3给出了向下的长波辐射和向上长波辐射的日动态变化趋势图，从图中可以看出，向上的长波辐射变化呈单峰变化趋势，极高值约出现在15:40，其变化范围为296.73~533.82W/m²。向下的长波辐射也呈现出一定的变化趋势，但其变化比较平稳，变化趋势不明显，其变化范围为235.72~280.86W/m²。

图4呈现出315-400nm(紫外辐射A)和280-315nm(紫外辐射B)的变化。从图中可以看出，281-315nm的辐射远低于315-400nm的辐射。315-400nm和280-315nm的紫外辐射变化均呈现出单峰的变化曲线，峰值约出现在14:00左右。

新疆阿克达拉国家大气本底站BSRN基准辐射站现场整体效果展示