2010z10XD第十章-辐射和日照时数的观测(2)解析

1、课程教学参考书 电子版电子版（第四版）（第四版）专业基础课专业基础课三、日照时数的观测 1.概述 2.测量方法 3.暗筒式(乔唐式)日照计 4.聚焦式(康培司克式)日照计 5.日照传感器三、日照时数的观测 日照指能使地上物体投射出清晰阴影的 直接辐射。 日照时数指太阳在一地实际照射的时数。 在一给定时间，日照时数定义为太阳直 射辐照度达到或超过120瓦每平方米的各段 时间的总和。 以小时（h）为单位，取一位小数。 日照时数也称实照时数。三、日照时数的观测 可照时数(天文可照时数)，是指在无任何遮蔽条件下，太阳中心从某地东方地平线到进入西方地平线，其光线照射到地面所经历的时间。可照时数由公式计算

2、，也可从天文年历或气象常用表查出。 日照百分率=(日照时数/可照时数)100%，取整数。 日照时数主要应用于表征当地气候、描述过去天气状况等。三、日照时数的观测 烧痕法直接辐射测量法总辐射测量法对比法扫描法感光法 1.1.感光法感光法：利用阳光使涂有感光：利用阳光使涂有感光药剂的日照纸上留下感光痕迹线，药剂的日照纸上留下感光痕迹线，来计算日照时数。来计算日照时数。 2.2.烧痕法烧痕法：由聚焦直接太阳辐射：由聚焦直接太阳辐射（吸收太阳能），产生烧焦记录之（吸收太阳能），产生烧焦记录之多阈值效应，由烧痕读出日照时数多阈值效应，由烧痕读出日照时数值。值。 3.3.直接辐射测量法：检测直接太阳直接辐

3、射测量法：检测直接太阳辐照度通过辐照度通过120W/m120W/m2 2阈值的转换。由阈值的转换。由相应的向上和向下的转换触发时间记相应的向上和向下的转换触发时间记数器，可读出日照时数值。数器，可读出日照时数值。 4. 4.总辐射测量法：由总的太阳辐射度和总辐射测量法：由总的太阳辐射度和散射太阳辐照度的总辐射测量，得出散射太阳辐照度的总辐射测量，得出WMOWMO推荐的直接太阳辐照度阈值，然后通过阈推荐的直接太阳辐照度阈值，然后通过阈值的转换。由相应的时间记数器，可读出值的转换。由相应的时间记数器，可读出日照时数值。日照时数值。 5. 5.对比法：在某些传感器之间进行对比法：在某些传感器之间进行

4、辐射对比鉴别，这些传感器以不同的辐射对比鉴别，这些传感器以不同的位置对着太阳，利用与位置对着太阳，利用与WMOWMO建议的阈建议的阈值相当的传感器输出信号的特定差值值相当的传感器输出信号的特定差值进行测量比较来确定。进行测量比较来确定。 6.6.扫描法：用连续扫描小范围天空扫描法：用连续扫描小范围天空的传感器接受的辐照度，与的传感器接受的辐照度，与WMOWMO建议建议的辐照度阈值相等的方法进行鉴别。的辐照度阈值相等的方法进行鉴别。 3.暗筒式（乔唐式）日照计1 1、构造原理、构造原理：主体为一金属圆筒，筒的一端主体为一金属圆筒，筒的一端密闭，一端有盖，筒的上部有一块隔光板，筒密闭，一端有盖，筒

5、的上部有一块隔光板，筒身上在隔光板的两侧边缘的同一垂直面上，各身上在隔光板的两侧边缘的同一垂直面上，各有一个圆锥形进光孔，两孔前后位置错开，与有一个圆锥形进光孔，两孔前后位置错开，与圆心的夹角为圆心的夹角为120120。筒内有一弹性压纸夹，。筒内有一弹性压纸夹，用以固定日照纸，圆筒下部有固定螺丝，松开用以固定日照纸，圆筒下部有固定螺丝，松开后，圆筒可绕支架旋转，支架下部有纬度刻度后，圆筒可绕支架旋转，支架下部有纬度刻度盘与指示纬度的刻度线。日照计应安置在开阔盘与指示纬度的刻度线。日照计应安置在开阔的、终年从日出到日落都能受到太阳光照射的的、终年从日出到日落都能受到太阳光照射的地方。地方。 安置

6、时底座要水平，底面上要精确测定南安置时底座要水平，底面上要精确测定南北子午线，并划出标记，再把仪器安装在台座北子午线，并划出标记，再把仪器安装在台座上，筒口对准正北，牢固的将日照计底座加以上，筒口对准正北，牢固的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，这样筒轴与地轴线对准纬度盘上当地纬度值，这样筒轴与地轴平行。仪器底座上有一水准器，用以调整仪器平行。仪器底座上有一水准器，用以调整仪器的水平。的水平。3.暗筒式日照计测量原理： 暗筒式日照计是利用阳光透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观痕迹线，

7、来计算日照时数的。3.暗筒式（乔唐式）日照计MT=2Rcostg3.暗筒式（乔唐式）日照计感光迹线的基本特征1、感光迹线为一条余弦曲线的一段（060）。2、上午和下午各为一条对称曲线。3、8时和16时最长。4、当春、秋分阳光直射赤道时，则感观迹线为通过筒身横切面的一条直线。5、夏半年（春分至秋分），阳光直射北半球，感光迹线位于洞孔的切平面以南，呈凹形，即偏于水平线之下且较长。6、冬半年（秋分至春分），阳光直射南半球，感光迹线位于洞孔的切平面以北，呈凸形，即偏于水平线之上且较短。MT=2Rcostg3.暗筒式日照计 记录整理：在每天日落后换下的日照纸，应依感光迹线的长短，在其下描画铅笔线。并按铅

8、笔线计算各时的日照时数，以十分法记录，准确到小数一位。将各时的日照时数相加，则为全天的日照时数。然后将日照纸放入足量的清水中浸漂35分钟拿出（全天无日照的纸也应浸漂）；待阴干后，再复验感光迹线与铅笔线是否一致。如感光迹线比铅笔长，则因补描上这段铅笔线，并改正原计算的日照时数，添上日合计。如全天无日照，记0.0。3.暗筒式（乔唐式）日照计 每月应检查一次仪器的水平、方位、纬度和安置情况，发现问题及时纠正。 日出前应检查日照计的小孔，有无被小虫、沙尘等堵塞或被露、霜等蒙住。3.暗筒式（乔唐式）日照计4.聚焦式（康培司托克式）日照计 1 1、构造原理、构造原理：聚焦式日照计聚焦式日照计的实心玻璃球支

9、持在弧架两端的的实心玻璃球支持在弧架两端的支架上。整个弧架可以转动，以支架上。整个弧架可以转动，以对准纬度。与玻璃球同心的金属对准纬度。与玻璃球同心的金属槽，则是用以安放日照纸的，其槽，则是用以安放日照纸的，其半径恰好等于玻璃球的焦距。半径恰好等于玻璃球的焦距。 2 2、测量原理：、测量原理：聚焦式日照计聚焦式日照计是利用太阳光经玻璃球聚焦后烧是利用太阳光经玻璃球聚焦后烧灼日照纸留下的焦痕来记录日照灼日照纸留下的焦痕来记录日照时数的。时数的。由于一年中太阳位置的变动，日照计焦痕的位置也将上下变动。因此自记纸分为三种型式分别安放在金属槽中上、中、下三槽内： 下槽安放夏季日照纸（长弧形），凸边向上

10、。从4月16日8月31日适用 中槽安放春秋季日照纸（直线形）从3月1日4月15日；9月1日10月15日适用 上槽安放冬季日照纸（短弧形），凹边向上。从10月16日次年2月底适用4.聚焦式（康培司托克式）日照计 、使用 聚焦式日照计安置的地方，要求与暗筒式相同。如仪器安置正确，在晴朗无云的日子里，焦痕应该与日照纸中间的横线完全平行，两端呈尖形，距12时线一样长，否则应检查仪器的安装情况。 聚焦式日照计同样在每天日落后换纸。换纸时应使上午线位于西边，12时线对准金属槽中央的白线，并用穿针将纸固定。高纬度地区日照过长时用极地型日照计，一天应换两次纸，分别在中午与午夜进行。 记录处理：根据换下的日照纸

11、上的焦痕（不论烧灼程度如何，只要看得出是焦痕就算），计算逐时和全日的日照时数。4.聚焦式（康培司托克式）日照计 4 4、误差来源、误差来源 聚焦式日照计的误差来源主聚焦式日照计的误差来源主要是日照纸的温度和湿度特性及要是日照纸的温度和湿度特性及过烧效应。过烧效应。 5 5、仪器的维护、仪器的维护 平时应注意保持玻璃球的清平时应注意保持玻璃球的清洁，如有灰尘可用鹿皮或软布擦洁，如有灰尘可用鹿皮或软布擦去，不能用粗布或麻布擦拭，以去，不能用粗布或麻布擦拭，以免磨损玻璃球。如果玻璃球上蒙免磨损玻璃球。如果玻璃球上蒙有霜或雾淞等，应在日出前用软有霜或雾淞等，应在日出前用软布蘸酒精擦除。遇有降水时，应布

12、蘸酒精擦除。遇有降水时，应加罩保护，降水停止后即将加罩保护，降水停止后即将罩取罩取下。下。4.聚焦式（康培司托克式）日照计5.日照传感器（1 1）直接辐射表观测日照时数）直接辐射表观测日照时数（2 2）用总辐射与散射辐射计算日照时数）用总辐射与散射辐射计算日照时数 （3 3）双金属片日照传感器）双金属片日照传感器（1 1）直接辐射表观测日照时数）直接辐射表观测日照时数 世界气象组织把太阳直接辐照度大于120Wm-2定为日照阈值(算为有日照)。直射表每日自动跟踪太阳输出的信号，自动测量系统把S120Wm-2的时间累加起来，作为每小时的日照时数与每天日照时数。 直接辐射表观测日照时数误差的主要来源

13、有：倾斜效应、对温度的依赖性、非线性、零点漂移、直接辐射表的等级。 利用直接辐射表观测日照时数与仪器的跟踪装置是否准确关系极大。用全自动跟踪装置的直接辐射表观测的日照时数最准，可以作为日照检定标准。普通跟踪装置的直接辐射表跟踪准确度较差，必须加强维护检查，每天上下午至少要对光点一次，才能保证观测记录的准确性。 直接辐射表比别的辐射表多一个跟踪装直接辐射表比别的辐射表多一个跟踪装置，因此，出故障的机会较多。若直接辐射置，因此，出故障的机会较多。若直接辐射表跟踪出现故障，要及时换上备份仪器；当表跟踪出现故障，要及时换上备份仪器；当遇到两个直接辐射表都不能正常工作的特殊遇到两个直接辐射表都不能正常工

14、作的特殊情况时，只能通过观测到的总辐射情况时，只能通过观测到的总辐射E Eg g和散射和散射辐射辐射E Ed d以及当时的太阳高度角以及当时的太阳高度角H HA A，计算出水平，计算出水平面直接辐射面直接辐射S SL L、垂直面直接辐射、垂直面直接辐射S S ： S SL L=E=Eg g-E-Ed d S=S S=SL L/sinH/sinHA A 再根据计算出的直接辐射再根据计算出的直接辐射S120WS120Wm m-2-2的的时间，累加计算日照时数。这种方法只是临时间，累加计算日照时数。这种方法只是临时性措施，不能长期使用。时性措施，不能长期使用。（2 2）用总辐射与散射辐射计算日照时数

15、）用总辐射与散射辐射计算日照时数 （3 3）双金属片日照传感器）双金属片日照传感器 双金属片日照传感器由置于聚丙双金属片日照传感器由置于聚丙烯圆罩下，相互均匀隔开的六对双金烯圆罩下，相互均匀隔开的六对双金属黑化元件构成。当照射在仪器上的属黑化元件构成。当照射在仪器上的直接辐射大于某预设阈值直接辐射大于某预设阈值(120W(120Wm-2)m-2)时，被照射的那对双金属片外部黑色时，被照射的那对双金属片外部黑色元件受热高于内侧背光处元件，形成元件受热高于内侧背光处元件，形成接触闭合。接触闭合的瞬间和持续的接触闭合。接触闭合的瞬间和持续的时间被采集器记录下来，就是有日照时间被采集器记录下来，就是有

16、日照的记录。的记录。 当直接辐射小于预定阈值当直接辐射小于预定阈值( (或光线或光线变暗变暗) )，落在白色基板上的散射光反射，落在白色基板上的散射光反射到内部元件下侧，从而对内部温度进到内部元件下侧，从而对内部温度进行补偿，这时触点断开，记录无日照。行补偿，这时触点断开，记录无日照。 （3 3）双金属片日照传感器）双金属片日照传感器 这种仪器通过聚丙烯罩顶部的风道螺纹管端底部的网孔来通风散热。风道的外形使得在下雪时仍然能正常通风。 仪器安装的地方条件、安装要求与日照计相同。 使用时要注意保持聚丙烯圆罩的清洁。检查仪器底部网屏和间隙中是否有堵塞物以及聚丙烯罩和通风道是否损坏。检查元件的黑色涂层

17、是否褪色或剥落，线路是否断开或者连接处腐蚀。 （3 3）双金属片日照传感器）双金属片日照传感器 仪器的校准有二种方法仪器的校准有二种方法 一种纯技术调整，调整外部调一种纯技术调整，调整外部调节螺丝间隙，用隙片可以轻轻地被节螺丝间隙，用隙片可以轻轻地被元件对夹紧，形成间歇设定。对元元件对夹紧，形成间歇设定。对元件调节要在暗处进行，并保持温度件调节要在暗处进行，并保持温度在在1515左右。左右。 另一种对阈值精确调整，利用另一种对阈值精确调整，利用太阳光源或室内参考光源的标准进太阳光源或室内参考光源的标准进行调整。行调整。四、气象应用 在地球上有代表性的地域，进行大范围的，长期的和准确的在地球上有

18、代表性的地域，进行大范围的，长期的和准确的太阳辐射与地球辐射观测，并将这样的地基检测网络同卫星的辐太阳辐射与地球辐射观测，并将这样的地基检测网络同卫星的辐射观测结合起来，构成一个完整的系统：即地面测量为卫星提供射观测结合起来，构成一个完整的系统：即地面测量为卫星提供地表订正，而空间观测完成全球范围的测量，并提供变率方面的地表订正，而空间观测完成全球范围的测量，并提供变率方面的信息。这既有助于确定全球气候及其变化的能力吸收和传输机制。信息。这既有助于确定全球气候及其变化的能力吸收和传输机制。也有助于更加有效地和合理地为了解太阳、地球表面和大气间的也有助于更加有效地和合理地为了解太阳、地球表面和大气间的辐射过程、能量转换规律以及各辐射量的时空分布，研究大气成辐射过程、能量转换规律以及各辐射量的时空分布，研究大气成分如悬浮微粒、水汽、臭氧等的分布和变化，满足医学、农业、分如悬浮微粒、水汽、臭氧等的分布和变化，满足医学、农业、建筑、工业和家庭等对太阳能技