实验一太阳辐射与日照时数的观测

实验一太阳辐射与日照时数的观测实验目的：了解太阳辐射与日照数的观测观测原理，掌握天空辐射与日照时数观测方法。仪器与设备：天空辐射表、辐射电流表、暗筒式日照计日照的长短与农业生产密切相关，所以日照时数是所有气象台站必须观测的项目。太阳中心从出现在一地的东方地平线到进入西方地平线，其直射光线在无地物、云、雾等任何遮蔽的条件下，照射到地面所经历的时间，称为“可照时数”。太阳在一个地方实际照射地面的时数，称为“日照时数”。日照时数以小时为单位，可用日照计测定。日照时数与可照时数之比为日照百分率，它可以衡量一个地区的光照条件。测定日照时数的仪器有：（1）暗筒式日照计：一个圆型暗筒上留有小孔，当阳光透过小孔射入筒内时，装在筒内涂有感光药剂的日照纸上便留下感光迹线，利用感光迹线可计算出日照时数，这是气象台站常用的仪器。（2）聚焦式日照计：利用太阳光经玻璃球折射聚焦，在日照纸上留下烧灼的焦痕，根据焦痕的总长度即可算出日照时数。（3）光电日照计：根据1981年WMO第八届仪器和观测方法委员会建议，用太阳直接辐射强度≥120瓦/平方米作为日照阈值。使用阈值为120瓦/平方米的直接日射表作为日照基准仪器，当太阳直接辐射照射到受光元件时，受光元件输出与直接辐射相对应的脉冲电压，当脉冲电压幅度超过阈值电压时，输出一个时间脉冲，作为日照时数记录下来。辐射的测量辐射指太阳、地球和大气辐射的总称。通常称太阳辐射为短波辐射，地球和大气辐射为长波辐射。观测的物理量主要是辐射能流率，或称辐射通量密度或辐射强度，标准单位瓦/平方米。气象上常测定以下几种辐射量：（1）太阳直接辐射，指来自日盘0.5°立体角内与该立体角轴垂直的面的太阳辐射。（2）天空辐射（或称太阳散射辐射），指地平面上收到的来自天穹2π立体角向下的大气等的散射和反射太阳辐射。（3）太阳总辐射，指地平面接收的太阳直接辐射和散射辐射之和。（4）反射太阳辐射，指地面反射的太阳总辐射。（5）地球辐射，指由地球（包括大气）放射的辐射。（6）净辐射，指向下和向上（太阳和地球）辐射之差。测量辐射的仪器：（A）直接日射表：是测定太阳直接辐射的常规仪器。进光筒对感应面的视张角为10°，感应面是一块涂黑的锰铜片，它的背面紧贴热电堆正极，负极接在遮光筒内壁，热电堆的电动势正比于太阳辐射。用于遥测的直接日射表将进光筒安装在“赤道架”上，借助电机和齿轮减速器，带动日射表进光筒准确地自动跟踪太阳。（B）天空辐射表：它是测定地平面上的太阳直接辐射、天空散射辐射和地面反射辐射仪器。感应部分由黑片和白片组成田字形方格阵，辐射强度正比于黑白片下热电堆的电动势。感应面上有一个半球形防风保护玻璃罩，仪器上方可伸出一块对感应平面视角为10°的遮光板。支架遮光板遮去阳光，仪器只能测到天空散射辐射；除去遮光板则能测到水平面上太阳辐射和散射的总和；反转仪器使感应面向下，则能测到反射辐射。用于遥测的天空辐射表装上遮日环，遮日环以辐射表感应面为中心，直径约30厘米，环宽约5厘米，根据当地纬度和日期，适当调节它的倾角，在一天任何时刻都能遮住太阳的直接辐射。显然由于遮日环的影响使测值偏小，必须加以校正。（C）净辐射表：用于测量地表面吸收和支出辐射之差。仪器有上下两片感应面，由绝热材料将其隔开，并分别罩上聚乙烯防风薄膜。向上和向下感应面分别感应地面对辐射的收入和支出，热电堆测量它们的温差，净辐射强度正比于温差电动势。一、日照时数的观测①仪器构造：由金属圆筒、隔光板、纬度刻度盘和支架底座构成。金属圆筒底端密闭，筒口带盖，筒的两侧各有一个进光小孔，两孔前后位置错开，与圆心的夹角为120，筒内附有压纸夹。圆筒固定在支架上，松开固定螺钉可绕轴旋转，使圆筒轴与地平角为当地纬度，使太阳一年四季在南北纬度23.5变化时，就相当于在暗筒洞孔的垂直切面南北23.5范围内变化，故一年内太阳光照射时，光线都会落到暗筒内。在春、秋分这两天阳光垂直筒身，感光线是一条垂直圆筒轴的直线，下半年阳光偏于北半球，感光线位于直线的下方，冬半年阳光偏于南半球，阳光迹线偏于直线上方。②工作原理：暗筒式日照计是利用太阳光通过仪器上的小孔射入筒内，使涂有感光药剂的日照纸上留下感光迹线如图1.23，通过计算迹线的长度确定一日的日照时数，隔光板的边缘与小孔在同一个垂直面上，它使太阳光除了在正午有1-2min可以同时射入两孔外，其余时间光线只能从一孔射入筒内。③仪器的安装：日照计要安装在开阔的、终年从日出到日没都能受到阳光照射的地方。通常安装在观测场内或平台上，如安装在观测场内，首先埋设铁架(高度以便于观测为宜)，铁架顶部要安装一块水平而又牢固的台座，座面上要精确标出南北线，将日照计安装在铁架平台上，仪器底座要水平，筒口对准正北，并将日照计底座加以固定，然后转动筒身，使支架上的纬度记号线对准纬度盘上当地纬度值。如观测场无适宜地点，可安置在平台或附近较高的建筑物上。④日照计自记纸的涂药：日照计自记纸使用前需在暗处涂刷感光药剂，日照记录的准确性与否与涂药质量关系密切。所用药剂为显影药剂赤血盐(K3Fe(CN)6)和感光药剂柠檬酸铁铵[Fe2(NH4)4(C6H5O7)3]。药液的配制方法：赤血盐与水的比例1：10，柠檬酸铁铵与水的比例为3：10，按此比例，将配好的药液分别存放于两容器中，每次配量以能涂刷10张日照纸为宜，以免涂了药的日照纸久存失效。涂药方法：将配制好的两种药液在暗处等量混合，均匀地涂在空白的日照纸上，或者先将柠檬酸铁铵药液涂刷在日照纸上，阴干后逐日应用，每天换下日照纸后，在感光迹线处用脱脂棉涂上赤血盐，便可显出蓝色迹线。⑤日照计自记纸的更换和日照时数的计算每天在日落以后换自记纸，即使是全日阴雨，没有日照记录，也应照常换下，以供日后查考。上纸时，将填好次日日期的日照纸(涂药一面朝里卷成筒状)，放入金属圆筒内，使纸上10时线对准筒口白线，14时线对准筒底的白线，纸上的两个圆孔对准两个进光孔，压纸夹交叉处向上，将纸压紧，盖好筒盖。当天换下的日照纸，应根据感光迹线的长短，在迹线下方用铅笔分别描划一直线，然后将日照纸放入足量的清水中浸漂3—5min拿出(全天无日照的自记纸，也应浸漂)，阴干后，再重新检查感光迹线与铅笔线是否一致，如感光迹线比铅笔线长，则应补上这一段铅笔线，最后按铅笔线以十分法计算日照数。将各小时的日照时数逐一相加，精确到0.1h，即可得到全天的实照时数。若全天无日照，日照时数记为0.0。二、太阳辐射的观测（一）使用仪器：1．DFY1型直接辐射表一个；2．DFY2型天空辐射表一个；3．DFM1型辐射电流表一个。（二）观测原理（三）观测步骤1.连接辐射电流表；2.拧松绝电器；3.读基点N0；4.40s后读N1、N2、N3（间隔5~10读数）；5.盖帽并在40s后第二次读基点N0’；6.刻度及基点订正。)()(00NNNNN7.计算辐射能量密度min)./()()/(8.69722121cmcalKRra：mWNRoror其中