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辐射观测系统

日期:2020-02-28 19:08
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摘要: 对辐射的收支的长期测量对研究天气和气象学有着非常重要的意义,有助于影响全球气候及其变化的能量吸收和传输机制。这样的地基监测网络和卫星的辐射观测结合起来构成一个完整的系统,为地面修正,从而确保全球的观测提供长期有效的数据;同时对家庭和工业太阳能技术的发展提供直接依据。对于农业气象学和生态学研究,辐射的收支对于蒸发、植物的蒸腾,水的循环研究具有及其重要的价值。 辐射的测量分为太阳辐射测量和地球辐射的测量。 以下是太阳和地球辐射的光谱范围: 紫外: 0.2~0.4μm ...

对辐射的收支的长期测量对研究天气和气象学有着非常重要的意义,有助于影响全球气候及其变化的能量吸收和传输机制。这样的地基监测网络和卫星的辐射观测结合起来构成一个完整的系统,为地面修正,从而确保全球的观测提供长期有效的数据;同时对家庭和工业太阳能技术的发展提供直接依据。对于农业气象学和生态学研究,辐射的收支对于蒸发、植物的蒸腾,水的循环研究具有及其重要的价值。

辐射的测量分为太阳辐射测量和地球辐射的测量。

以下是太阳和地球辐射的光谱范围:

紫外: 0.2~0.4μm

可见: 0.4~0.7μm

近红外: 0.7~3.0μm

红外: 3.0~100μm

太阳不断向地球大气及地面发射电磁波。大约99%的太阳辐射或短波辐射的范围在0.3~3.0μm;而绝大多数的地球辐射或称长波辐射集中在3.5~50μm。

在地球大气层上表面太阳辐射的强度约为1370W/m2。该值被称为太阳辐射常数。晴朗的白天地球上的许多地方中午的辐射值在1000 W/m2。实际的可获得的能量受位置(精度和纬度)、季节、在当天的时段,这些实已经可以确定的,*大的因素是云的覆盖度和其它天气条件,这些是应地点和时间经常变化的。这是我们需要长期测量的根本原因。

太阳辐射或称短波辐射的测量可细分为天空总辐射(Eg↓)、直接辐射(S)和散射辐射(Ed↓)( Eg↓= S+ Ed↓)。对光谱谱段又可分解为紫外辐射,可见光光谱和近红外光谱。对于收支测量需要测量的短波辐射还包括地面反射辐射(Er↑)。

地球辐射或称长波辐射分为天空向下辐射(El↓)和地面向上辐射(El↑)。

收入辐射(E↓)= 天空总辐射(Eg↓)+ 天空向下辐射(El↓)

支出辐射(E↑)= 地面反射辐射(Er↑) +地面向上辐射(El↑)

辐射的收支的差为净辐射(E*)

净辐射(E*)= 收入辐射(E↓)-支出辐射(E↑)

注:下标g代表短波;l代表长波;d代表散射;r代表反射。

紫外辐射常常单独测量。到达地面的紫外辐射分为两类:UV-A(315-400nm)和UV-B(280-315nm)。臭氧对UV-A只有微弱的吸收,而对于UV-B部分在290nm附近内有急剧的截止。紫外辐射一多种形式直接影响生命,如人类的皮肤、眼睛和免 疫系统等以及生态系统,或间接的通过化学反应影响生活质量(空气质量、材料、食品)。DNA属于*易受到紫外辐射影响的对象。这种破坏通常是不可修复的由此引发人类的各种皮肤癌。从气象业务角度监测地面的紫外辐射及其定量变化对于加强环境评估和公众安全都有十分重要的意义。因此,WMO强烈建议增加紫外辐射监测进行国家紫外指数的预报。

对于一般的太阳辐射站,一般测量的参数如下:

Eg↓、S、Ed↓、El↓

需要这样一组仪器:总辐射表、散射的总辐射表和直接辐射表

严格地说,测量S、Ed↓必须采用太阳自动跟踪系统(Tracker)。Ed↓的测量采用总辐射表加遮光片测量。为了得到高精度的天空向下长波辐射,该长波探头*好也是加遮光片的。而且对于辐射表而言需要加通风器,以保持探头的身体温度的相对稳定,以及去除可能聚结在探头上的雨露和雾气。

 

在跟踪器上放置了:

※ 直接辐射表

※ 测散射的总辐射

※ 天空向下长波辐射

※ 遮挡两个辐射的遮挡片

※ 通风器

※ 数据采集器

标准辐射站一般包括:

※ 总辐射

※ PAR

※ UVB

※ 跟踪单元

※ 气象站

对于紫外测量,目前对于一般辐射站都采用宽带紫外辐射表,并以测量UV-B为主。

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