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BSRN基准辐射站

日期:2020-04-04 03:49
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摘要: 基准辐射站(BSRN) ■ 测量全球辐射 ■ 评估辐射收支变化 ■ 能源评估监测 在全球范围内进行地球表面辐射收支的测量,是了解地球气候系统以及人类对气候变化影响的基础。在卫星上进行的观测,如果没有设在地面对照区内不同站点的高准确度的测量进行校准和验证,就不可能对全球地表辐射收支进行可靠的评估。以相同的准确度进行长期观测,对于评估区内的气候趋势也是需要的。这样的测量对于评估大气辐射传输的理论分析结果、验证气候模式计算以及研究地表辐射变化趋势也都...

基准辐射站(BSRN)

■ 测量全球辐射

■ 评估辐射收支变化

■ 能源评估监测

在全球范围内进行地球表面辐射收支的测量,是了解地球气候系统以及人类对气候变化影响的基础。在卫星上进行的观测,如果没有设在地面对照区内不同站点的高准确度的测量进行校准和验证,就不可能对全球地表辐射收支进行可靠的评估。以相同的准确度进行长期观测,对于评估区内的气候趋势也是需要的。这样的测量对于评估大气辐射传输的理论分析结果、验证气候模式计算以及研究地表辐射变化趋势也都是必不可少的。


基准辐射站长期自动监测几种能反映气候变化特征的辐射要素,作为我国的辐射测量基准并用于其他太阳辐射资料的校准,能适应国家气候监测网的业务需求,满足观测数据的高精度和高稳定性要求。基准辐射观测主要包括太阳直接辐射、散射辐射、总辐射、反射辐射、大气长波辐射、地面长波辐射等,根据需要还会增加紫外辐射、光合有效辐射和同步的常规气象要素。

对于许多太阳能评估、太阳能板和太阳能工程以及太阳能热水器效能评估可以仅仅测量短波辐射,一般是总辐射、散射辐射和直接辐射。这时我们可以选用CR3000辐射测量站,同时可以把其它的气象、电量、电流、电压、功率因子等等接在一起。

仪器的主要组成部分为CR3000数据采集器及其8个辐射传感器,3个通风罩,一个太阳跟踪器,数据采集器控制箱,及支架和供电系统组成.系统支架把数据通过串口或光缆传输到监控计算机。

系统结构图如下:


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,该站为其观测提供长期有效的数据;

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。。

严格的说,测量直接辐射、散射辐射必须采用太阳自动跟踪系统(Tracker)。散射辐射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。


BSRN要求所有的辐射变量都以1Hz采样。*后输出应该包括每一个辐射变量的1分钟内的均值、*小值、*大值和标准偏差。这个规范是基于上等短波辐射表和长波辐射表的典型1/e响应时间为近似1秒。

BSRN站的管理者应当鼓励辅助测量的采样和数据记录完全遵守标准WMO程序。

当用自动采集系统来测量气压、温度、湿度及风速/风向时,*好以与辐射测量相同的频率来测量。由于温度、压力及湿度数据对于充分理解不同辐射设备的能量平衡,及辐射平衡的红外组分来说非常重要,所以BSRN站应该进行这些测量。至少,每个BSRN站应当以相同频率测量空气温度。

BSRN 测量精度

BSRN 测量精度

辐射

目前*

目标**

1. 直接太阳辐射

1% 或 2 Wm-2

2. 散射辐射

10 Wm-2

4% 或 5 Wm-2

3. 总辐射

15 Wm-2

2% 或 5 Wm-2

4. 反射短波辐射

15 Wm-2

5%

5. 向下长波辐射

30 Wm-2

5% 或 10 Wm-2

6. 向上长波辐射

30 Wm-2

5% 或 10 Wm-2

*来自 WCRP-54,1991年3月

**来自 WCRP-64,1991年11月

1 直接太阳辐射

BSRN对直接太阳辐射的目标精度为1%或2 Wm-2。建议同时使用正常入射太阳温度计(CH1)和-概空腔辐射计(ACR)。

2 散射辐射

目标精度为4%或5 Wm-2。所用的辐射表应该通风及配备本体温度传感器。遮挡直接辐射时,需要跟踪盘与-概空腔辐射计保持相同视域(*大5°),并且一直完全遮挡辐射表的玻璃窗。

3 总辐射

目标精度为2%或5 Wm-2。应该直接测量总辐射,并且使用与散射辐射相同的带通风的辐射表,以进行基础质量控制及标定的boot-strapping。

4 反射短波辐射

应选择与散射辐射和总辐射相同类型的带通风的短波辐射表。应配备水平遮挡环以防止在低太阳高度地区接收到直接辐射。支撑角应小于5°(例如,覆盖天底角85°到90°)。设备应当固定到30m高的塔上,以提供有代表性的反射辐射区域。

5 向下长波辐射

目标精度为5%或10 Wm-2,whichever is greater。应用带遮挡和通风设备的长波辐射表来测量。

6 向上长波辐射

应选择与向下长波辐射相同类型的带通风的短波辐射表。应配备水平遮挡环以防止在低太阳高度地区接收到直接辐射。支撑角应小于5°(例如,覆盖天底角85°到90°)。设备应当固定到30m高的塔上,以提供有代表性的反射辐射区域。

气象测量的精度

典型气象测量野外规范

测量

分辨率

不确定度

空气温度

0.1 ℃

±0.3 ℃

温度

0.1 ℃

±0.5 ℃

土壤温度

0.1 ℃

±0.3 ℃

相对湿度

1%

±7%

风速

0.5 ms-1

±5% 或 ±2 ms-1

风向

±10°

累积降雨

0.2 mm

好于±0.2 mm 或总量的±2%

雨强

0.2 mm h-1

好于±0.2 mm h-1 或总量的±2%

雪深

1 mm

好于±10 mm 或总量的±1%

大气压力

0.1 hPa

±0.5 hPa

数据采集设备的精度

1 时间

时间精度应该保持在平均周期的±1%,对于1分钟的平均周期来说,相应的精度要**0.6秒。由于时钟精度好于1秒很难,BSRN将精度放宽到1秒。

2 数据采集系统精度

精度±0.01%或±1 μV。

京公网安备 11010802025807号