第8章日照時(shí)數(shù)的測(cè)量(易)資料

1、第8章日照時(shí)數(shù)的測(cè)量8.1概述日照這一詞是指與突現(xiàn)于天空背景漫射光的日盤亮度相關(guān)的，或易于由人眼觀測(cè)的， 并在受照射物后面出現(xiàn)陰影有關(guān)的現(xiàn)象。因此，該名詞較之于其它波長(zhǎng)的輻射能量與可見(jiàn) 輻射相關(guān)更密切，雖然兩者的特征是密不可分的。但是實(shí)際上，最初的日照定義是直接地 由比較簡(jiǎn)單的康培爾一斯托克（Campbell Stokes 日照計(jì)，821 節(jié)）確立的，它是由一特制的透鏡聚焦太陽(yáng)光束的能量，在一特制的黑紙卡上燒出焦痕，以此檢測(cè)日照。這種日 照計(jì)早在1880年就引入氣象站，現(xiàn)仍在很多站網(wǎng)中使用。因?yàn)閷?duì)特制部件的尺寸和質(zhì)量 無(wú)國(guó)際統(tǒng)一的規(guī)定，隨之執(zhí)行不同原則性的規(guī)程，則產(chǎn)生不同的日照時(shí)數(shù)值。為了使日

2、照時(shí)數(shù)全球范圍網(wǎng)絡(luò)的資料均一化，一種專門設(shè)計(jì)的康培爾一斯托克日照計(jì)，即所謂的“暫定標(biāo)準(zhǔn)日照計(jì)”（IRSR）,由WM在1962年建議作為標(biāo)準(zhǔn)（WM0 1962）。由這種“硬件定義”的改進(jìn)僅在暫定時(shí)期內(nèi)是有效的，在此期間需要探索精確的物理定義，以便同時(shí)用于設(shè)計(jì)自動(dòng)日照計(jì)和盡可能貼近由IRSR表述的近似“標(biāo)尺”。關(guān)于后者，強(qiáng)烈地建議將康培爾一斯托克日照計(jì)燒焦時(shí)的閾值相應(yīng)的直接太陽(yáng)輻照度確定下來(lái)。在不同的站試驗(yàn)結(jié)果表明，燒焦日照 計(jì)紙卡的閾 值輻照度 在70到280W 范圍內(nèi)變 化（Bider,1958;Buamgartner.1979）。但進(jìn)一步研究特別在法國(guó)使用IRSR結(jié)果表明平均值為120W m

3、，最后建議將此值作為直接太陽(yáng)輻照度的閾值以辨別光亮的日照。考慮到此試驗(yàn)結(jié)果的推廣，在儀器性能指標(biāo)中允許閾值20%勺準(zhǔn)確度。為了測(cè)定閾值輻照度，建議使用直接輻射表作為標(biāo)準(zhǔn)傳感器。對(duì)于參考標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步改進(jìn)，似乎應(yīng)確定直接輻射表的 視場(chǎng)角（WMO在準(zhǔn)備中）。8.1.1定義根據(jù)建議 10 （ CIMO-W），日照時(shí)數(shù)定義為在一給定時(shí)段內(nèi)直接太陽(yáng)輻照度超過(guò) 120W m2的各分段時(shí)間的總和。8.1.2單位和標(biāo)尺日照時(shí)數(shù)（Sunshine Duration 簡(jiǎn)寫為SD）的物理量顯然是時(shí)間，使用的單位是秒或小時(shí)。對(duì)于氣候的用途來(lái)講，使用派生的術(shù)語(yǔ)，如“日小時(shí)數(shù)”或“日日照時(shí)數(shù)”，以及百分?jǐn)?shù)，如“相對(duì)日日照時(shí)

4、數(shù)”，此時(shí)SD與地球外的可能日照時(shí)間或最大可能日照時(shí)間有 關(guān)（分別用SD0和SDmax表示）,測(cè)量時(shí)段（日、旬、月、年等）是單位的重要補(bǔ)充。8.1.3氣象要求在第一編的第1章中給出了性能指標(biāo)要求。測(cè)量日照時(shí)數(shù)的不確定度為0.1小時(shí)，分辨力為0.1小時(shí)。WMQ 1985）。因?yàn)橹苯犹?yáng)輻照度轉(zhuǎn)換閾值的量和斜度決定了日照時(shí)數(shù)的可能的不確定度，對(duì)日照 計(jì)來(lái)講，其氣象要求基本上與氣候的云量狀況相關(guān)（在無(wú)云天空的情況下，僅在日出或日落的小時(shí)值由于閾值調(diào)整不理想或光譜的依賴性可能是錯(cuò)誤的（取決于塵量造成背景燦爛的散射光可能淹沒(méi)不強(qiáng)的日盤光）。在云分散的情況下（積云、層積云），轉(zhuǎn)換斜度高，使用直接輻射表在多

5、云天空測(cè)量輻照度，通常低于80W，這意味著在閾值調(diào)整上為低要求。若光亮云團(tuán)在太陽(yáng)近旁，則日照計(jì)的視場(chǎng)角可影響測(cè)量結(jié)果。若高的云層（卷云、高層云）其光學(xué)厚度小的變化會(huì)削弱大約120W 左右的直接太陽(yáng)輻照度，則要求最高的精密度。除閾值調(diào)整的精密度外，視場(chǎng)角也是有影響的。對(duì)日照計(jì)的要求是變化的，取決于測(cè)點(diǎn)位置和季節(jié)，根據(jù)主要的云的組成。關(guān)于云的組成可由相對(duì)日日照時(shí)數(shù)SD/SD （見(jiàn)8.1.2節(jié)）的三種范圍大致描述，即“陰云天空”為（0 乞 SD/SD。:：: 0.3），“ 多云為（0.3乞 SD/SD。： 0.7 ） ” 和“晴天”為（0.7蘭SD/SD。c1.0 ）。由主要云布滿天空時(shí)所產(chǎn)生的結(jié)果

6、通常表現(xiàn)為偏離標(biāo)準(zhǔn)的最大 百分率。8.1.3.1日照時(shí)數(shù)資料的應(yīng)用SD資料主要應(yīng)用之一是表征當(dāng)?shù)氐臍夂颍貏e是休養(yǎng)地的氣候。 這種氣候也可視作有強(qiáng)烈的太陽(yáng)光使人保持良好狀態(tài)的心理效應(yīng)。對(duì)過(guò)去天氣狀況的描述，如一個(gè)月的狀況，通常包括每日SD資料的趨勢(shì)。如果沒(méi)有太陽(yáng)能數(shù)據(jù)，這樣的 SD值對(duì)農(nóng)業(yè)的用途是有價(jià)值的。對(duì)于這些應(yīng)用的領(lǐng)域， 在過(guò)去幾十年里，大約SD平均值的10%勺不確定度似乎是可接 受的。8.1.3.2 與其他氣象變量的相關(guān)性在日照時(shí)間和太陽(yáng)總輻射G之間最重要的相關(guān)性可由所謂的Angstrom公式來(lái)描述：G/G0 =a b SD/SD0其中G/G0是所謂的晴朗指數(shù)（與地球外總輻照度相關(guān)），

7、SD/SD。是相應(yīng)的日照時(shí)數(shù)（與地球外可能的 SD值相關(guān)），a和b是常數(shù)必須每月確定。采用這個(gè)方法由康培爾一 斯托克資料得到的月平均每日總輻照量的不確定度為在夏季低于10%而在冬季則升至30%這個(gè)結(jié)果是由德國(guó)氣象站報(bào)告的（ Golchert,1981 ）。Angstrom公式的意思指在云量和日照時(shí)間之間為負(fù)相關(guān)。此關(guān)系式對(duì)高云和薄云并不符合。顯然對(duì)未覆蓋住太陽(yáng)的云場(chǎng)也不符合，所以負(fù)相關(guān)程度首先取決于收集統(tǒng)計(jì)資料的 數(shù)量（Stanghellini,1981;Angell,1990）。SD資料準(zhǔn)確度的改進(jìn)應(yīng)減小統(tǒng)計(jì)結(jié)果的分散性，即使理想的資料也僅在統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)上才能產(chǎn)生滿意的結(jié)果。8.1.3.3 自

8、動(dòng)記錄的要求由于電源在許多地方日益增及，這樣康培爾一斯托克日照計(jì)的自身滿足的優(yōu)勢(shì)就不那么重要了。此外，考慮到日照紙更換要求每天進(jìn)行，造成康培爾一斯托克日照計(jì)在自動(dòng)天氣站或減少人員的站是否仍需使用的問(wèn)題。由新的自動(dòng)測(cè)量程序取代康培爾一斯托克日照計(jì)的另一個(gè)主要原因是可免除記錄卡目視估計(jì)處理的支出，并可在資料載體上獲得比較精確的結(jié)果，且直接用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。8.1.4測(cè)量方法用于測(cè)量日照時(shí)間的原理和有關(guān)的儀器類型在下列的方法中簡(jiǎn)要地列出：（a） 燒痕法：由聚焦直接太陽(yáng)輻射 （吸收太陽(yáng)能的熱），產(chǎn)生燒焦記錄紙的閾值效應(yīng)， 由燒痕讀出日照時(shí)間。儀器類型：康培爾一斯托克日照計(jì)，特別推薦IRSR型（見(jiàn)8

9、.1和8.2節(jié)）。（b） 直接輻射測(cè)量法。直接輻射檢測(cè)直接太陽(yáng)輻照度通過(guò)120W m閾值的轉(zhuǎn)換（根據(jù)建議10（ CIMOVII）。由相應(yīng)的向上和向下的轉(zhuǎn)換觸發(fā)時(shí)間記數(shù)器，可讀出日照時(shí)數(shù)值。儀器類型：與電子的或計(jì)算機(jī)處理的閾值鑒別器和時(shí)間記錄設(shè)備相連接的直接輻射 表。（c） 總輻射測(cè)量法。由總的太陽(yáng)輻照度（G）和散射太陽(yáng)輻照度（D）的總輻射測(cè)量，得出WM推薦的直接太陽(yáng)輻照度閾值。其它內(nèi)容如（b）所述。儀器類型：兩臺(tái)相同的總輻射表和一個(gè)遮光裝置，與電的或計(jì)算機(jī)處理的閾值鑒別器 和時(shí)間記錄設(shè)備組成的整套輻射表系統(tǒng)。（d）對(duì)比法：在某些傳感器之間進(jìn)行輻射對(duì)比鑒別，這些傳感器以不同的位置對(duì)著太陽(yáng)，利用與

10、 WMOi議的閾值相當(dāng)?shù)膫鞲衅鬏敵鲂盘?hào)的特定差值進(jìn)行測(cè)量，（通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn)SD值比較來(lái)確定，其它內(nèi)容如（b ）所述）。儀器類型：特別設(shè)計(jì)的多傳感器的探測(cè)器（大部分配置光電管），并與電子鑒別器和時(shí)間記數(shù)器相聯(lián)。（e） 掃描法：從連續(xù)掃描小范圍天空的傳感器接受的輻照度，與WMO1議的輻照閾 值相等（通過(guò)與標(biāo)準(zhǔn) SD值比對(duì)確定）進(jìn)行鑒別。儀器類型：?jiǎn)蝹€(gè)傳感器接收裝置，配有特制的掃描裝置（例如：旋轉(zhuǎn)光欄或反射鏡）和電子鑒別器及時(shí)間記錄設(shè)備相聯(lián)。在下面各節(jié)中描述的日照時(shí)數(shù)測(cè)量方法是實(shí)現(xiàn)上述原理的實(shí)例。使用這些方法的儀器除福斯特（Foster ）轉(zhuǎn)換日照計(jì)外，都參加了 WMO 1988年在漢堡（Hamburg

11、）舉行的自 動(dòng)日照時(shí)數(shù)測(cè)量的比對(duì)和 1984年在布達(dá)佩斯（Budapest）進(jìn)行的VI區(qū)域協(xié)會(huì)總輻射表和 電子日照時(shí)數(shù)記錄器的比對(duì)（ WM，1986 ）。在8.2.1節(jié)中將較詳細(xì)地介紹康培爾一斯托克日照計(jì)，因?yàn)樵搩x器現(xiàn)在仍廣泛地應(yīng)用于國(guó)家網(wǎng)絡(luò)中，由 WMO1議的技術(shù)指標(biāo)和評(píng)價(jià)規(guī)則應(yīng)予以考慮。在 Coulsen（1970） ， Hameed和 Pittalwala（1989） ， Sonntag 和 Behrens（1992）的著作 和論文中給出了日照計(jì)的歷史回顧。8.2儀器和傳感器8.2.1康培爾一斯托克日照計(jì)（燒痕法）康培爾一斯托克日照計(jì)主要由一個(gè)玻璃球及一個(gè)同心地裝在一起的球面碗形槽截段面

12、組成，玻璃球直徑的大小要正好使太陽(yáng)光線準(zhǔn)確聚焦在槽面溝中的一張卡片上。根據(jù)儀器工作的地區(qū)：極地，溫帶或熱帶緯度，支承球的方法有所不同。為了得到有用的結(jié)果，球形截段面和球體都應(yīng)當(dāng)以很高的精密度制作，所設(shè)計(jì)的支架能使球體準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)中心。球形截段面上設(shè)置有相互重疊的三副槽構(gòu)，以便在裝入紙卡后能適用于一年中不同的季節(jié)（一副為春秋分共用的），它們的長(zhǎng)度和形狀以適用于系統(tǒng)的幾何光學(xué)來(lái)?yè)穸?。?yīng)當(dāng)注意到前面所指出的在變化的云天條件下所獲得的燒痕問(wèn)題，表現(xiàn)為這種儀器及實(shí)際上使用這 種方法的任何儀器，都不能提供日照時(shí)數(shù)的準(zhǔn)確資料。下表總結(jié)了 IRSR級(jí)別的康培爾一斯托克日照計(jì)的主要規(guī)格與要求。用作IRSR的日照計(jì)

13、應(yīng)當(dāng)遵照英國(guó)氣象局公布的詳細(xì)規(guī)格。以及IRSR記錄卡片應(yīng)當(dāng)遵照法國(guó)國(guó)家氣象局公布的詳細(xì)規(guī)格?？蹬酄栆凰雇锌巳照沼?jì)（IRSR級(jí)）技術(shù)要求玻璃球球形截段面記錄卡片形狀：均一直徑：10cm顏色：很淺或無(wú)色折射率：1.52 0.02 焦距：75mm對(duì)于鈉“ D ”光材料：炮銅或有相當(dāng)耐久性的金屬半徑：73mm附加規(guī)格：（a）橫貫內(nèi)表面刻上日中線。（b）可按照緯度調(diào)整球形截段面與水平 面的傾斜角。（C）有水平和方位調(diào)整裝置的雙重基座。材料：受水份影響小的優(yōu)質(zhì)硬紙卡。 寬度：準(zhǔn)確到0.3mm以內(nèi)。厚度：0.4 0.05mm潮濕效應(yīng)：在2%以內(nèi)顏色：暗，均勻，在白天漫射光中 看不岀差別。標(biāo)度：印有黑色小時(shí)線

14、821.1 調(diào)整在安裝日照計(jì)中，必須進(jìn)行下列調(diào)整：（a ）底座必須調(diào)整成水平；（b ）球形截段面必須調(diào)整成使春秋分卡片的中心線位于天球赤道面上（刻在槽面支 架上的緯度標(biāo)度易于進(jìn)行此調(diào)整）；（c）通過(guò)球心的垂直平面和球形截段面上的正午標(biāo)記必須在地理子午面上（南北調(diào) 整）。在地方時(shí)正午時(shí)，觀測(cè)太陽(yáng)的成象點(diǎn)，可最好地測(cè)試日照計(jì)的（c）項(xiàng)；如果儀器調(diào)整正確，則成象點(diǎn)應(yīng)落在球形截段面或卡片的正午標(biāo)記上。8.2.1.2 記錄整理為了從康培爾一斯托克日照計(jì)得出一致的結(jié)果，特別重要的是要嚴(yán)格按照下列測(cè)量暫定標(biāo)準(zhǔn)日照計(jì)記錄的方法。光亮日照時(shí)數(shù)日總量的確定，應(yīng)是在卡片邊上用同一曲度的線 標(biāo)出與每一焦痕對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度，

15、并且測(cè)量這樣得出的線沿卡片的總長(zhǎng)度，記錄到最接近的 1/10小時(shí)。記錄應(yīng)按下述方法來(lái)求值：（a）在具有清楚的圓形端界的燒痕情況下，在每個(gè)端界處，長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)減少一個(gè)量，此量等于燒痕端界曲率半徑的一半；通常這相當(dāng)于每一燒痕整體長(zhǎng)度減少0.1小時(shí);（b）在圓形燒痕的情況下，量得的長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)?shù)扔跓壑睆降囊话搿Ｈ绻谝惶斓挠涗浿邪l(fā)生有多于一個(gè)的圓形燒痕完全可以認(rèn)為兩或三個(gè)燒痕相當(dāng)于0.1小時(shí)的日照；四、五、六個(gè)燒痕相當(dāng)于 0.2小時(shí)的日照，其后以 0.1小時(shí)為步長(zhǎng)，以此類推；（c）當(dāng)標(biāo)記只是一條窄線，甚至在卡片上只有輕微的變色時(shí)，此標(biāo)記的全部長(zhǎng)度都 應(yīng)加以測(cè)量；（d） 清楚的燒痕在寬度上短時(shí)地減少了至少1

16、/3時(shí)，應(yīng)當(dāng)從每一個(gè)這種寬度減少的 燒痕總長(zhǎng)度中減去 0.1小時(shí)。但是，減去的最大值不應(yīng)當(dāng)超過(guò)全部燒痕的總長(zhǎng)度的一半。為了估計(jì)處理記錄時(shí)造成的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差并且保證比對(duì)結(jié)果的客觀性，建議對(duì)應(yīng)于受比較的儀器中的每一個(gè)儀器記錄的求值，由兩個(gè)或更多一些受過(guò)這種工作培訓(xùn)的人依次獨(dú)立地去進(jìn)行。821.3 特殊的型式因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)的康培爾一斯托克日照計(jì)在緯度高于大約 65 N的那些站，不能記錄在夏季 月份中接受到的全部日照，一些國(guó)家使用改進(jìn)的型式。一種可能性是使用兩臺(tái)康培爾一斯托克日照計(jì)背對(duì)背地工作，其中一個(gè)以標(biāo)準(zhǔn)方式安裝，而另一個(gè)安裝成面向北。在很多氣候區(qū)，可能需要加熱裝置以防止霜和露的沉積。在如同北歐那

17、樣的氣候區(qū)中，把加熱的儀器與正常工作的儀器相比較表明，常規(guī)型式的儀器測(cè)不到的日照量而有加熱裝 置的儀器可測(cè)到，夏季大約是月平均的 1%而在冬季大約是月平均的5%-10%。8.2.1.4 誤差來(lái)源這種日照計(jì)的誤差主要由日照紙卡的溫度和濕度特性及過(guò)燒效應(yīng)產(chǎn)生的，特別是在少云的情況下（lkeda,Aoshima 和Miyake,1986 ）。在中、高緯度地區(qū)常常由露或霜影響早晨 的值。8.2.2直接輻射測(cè)量法8.2.2.1 概述這個(gè)方法代表了 WM日照定義的直接結(jié)果，因此，建議使用此方法獲得日照時(shí)間的標(biāo) 準(zhǔn)值。它要求一個(gè)全天候的直接輻射表和一個(gè)可靠的太陽(yáng)跟蹤裝置，全自動(dòng)地或至少半自 動(dòng)地使直接輻射表

18、對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。當(dāng)太陽(yáng)周圍有云時(shí)，直接輻射表的視場(chǎng)角影響測(cè)量的輻照度，可通過(guò)選擇直接輻射表來(lái)改進(jìn)此方法。通過(guò)將直接輻射表的輸出連續(xù)地與閾值相當(dāng)?shù)碾妷簐th - 120w mRlV Wm2的比較來(lái)對(duì)日照的閾值進(jìn)行監(jiān)控，此電壓值可由直接輻射表的響應(yīng)率R進(jìn)行計(jì)算。若V二V -Vth改變其符號(hào)，則可檢測(cè)出閾值的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。當(dāng)V 0時(shí)所連接的時(shí)間記錄器開(kāi)始工作。8.222誤差來(lái)源直接輻射表的視場(chǎng)角尚未確立一致的定義，特別是太陽(yáng)周圍有云時(shí)，在不同視場(chǎng)角的 兩個(gè)直接輻射表的測(cè)量結(jié)果之間存在較大差異是可能的。因此，直接輻射表典型的誤差包 括，傾斜效應(yīng)，對(duì)溫度的依賴性，非線性和零點(diǎn)漂移，取決于直接輻射表的等級(jí)。如果沒(méi) 有

19、準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)或進(jìn)光口被雨或雪蓋住，將出現(xiàn)很大的誤差。8.2.3總輻射測(cè)量法8.2.3.1 概述為了獲得日照時(shí)數(shù)的總輻射測(cè)量法，主要根據(jù)直接太陽(yáng)輻射I，太陽(yáng)總輻射 G和散射太陽(yáng)輻射D之間的基本關(guān)系式：I cos 二 GD(8.1 )E是太陽(yáng)天頂角，Icos E是I的水平分量。為了滿足方程式8.1，要正好地遮住總輻射表的視場(chǎng)角以便測(cè)量D,遮擋的總輻射表的視場(chǎng)角必須與直接輻射表的視場(chǎng)角相等(見(jiàn)第I編第7章)，此外，直接輻射表和總輻射表的光譜范圍及時(shí)間常數(shù)應(yīng)盡可能地相似。在沒(méi)有跟蹤太陽(yáng)裝置的直接輻射表而可借助于計(jì)算機(jī)進(jìn)行G和D的總輻射測(cè)量的情況下，根據(jù)方程8.1WMO勺日照判據(jù)可由下式表示：G -

20、D /COS 120W m，(8.2 )此式適用于瞬時(shí)讀數(shù)。在不同的站，此方法的改進(jìn)主要涉及的是：(a) 總輻射表的選擇；(b) 使用的遮光裝置(帶太陽(yáng)跟蹤裝置的遮光盤或遮光環(huán))及其遮擋的幾何特征(遮 蔽角)；(c )遮光環(huán)損失量的修正；作為一個(gè)特別的改進(jìn)，應(yīng)該提及由統(tǒng)計(jì)得出的參數(shù)化公式代替方程式8.2中的判別式(避免確定太陽(yáng)天頂角)，可應(yīng)用在比較簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中(Sonn tag和Behrens,1992 )。823.2 誤差來(lái)源根據(jù)方程式8.2，測(cè)量總的太陽(yáng)輻照度和散射太陽(yáng)輻照度的誤差在計(jì)算中傳遞至直接太陽(yáng)輻照度的誤差中，且其隨太陽(yáng)天頂角的增加而強(qiáng)烈地放大。因此，對(duì)使用遮光環(huán)引起 散射

21、太陽(yáng)能量損失量修正的準(zhǔn)確度(WMO 1984)和選擇總輻射表的質(zhì)量對(duì)減少測(cè)量結(jié)果的不確定度水平具有重要的意義。8.2.4對(duì)比一測(cè)量裝置福斯特日照轉(zhuǎn)換器是一種光學(xué)儀器，早在1953年已經(jīng)用于美國(guó)業(yè)務(wù)站(Foster和Foskett1953 )。它由一對(duì)硒光電管組成，其中一個(gè)硒光電管裝有遮光環(huán)遮擋免受直接日照。校準(zhǔn)兩個(gè)光電管使得在沒(méi)有直接太陽(yáng)光束時(shí)無(wú)信號(hào)產(chǎn)生，當(dāng)直接太陽(yáng)輻照度超過(guò)約85W m -時(shí)，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器（Hameed和Pittalwala,1989 ）。遮光環(huán)的位置一年需調(diào)整4次，以適應(yīng)太陽(yáng)在天空的視路徑的季節(jié)變化。8.2.5對(duì)比測(cè)量和掃描裝置8.2.5.1 概述在很多不同類型的光電子傳感器

22、，即對(duì)比測(cè)量和掃描裝置，從1988到1989年，在漢堡VI區(qū)協(xié)的區(qū)域輻射中心舉行的WMC自動(dòng)日照時(shí)間測(cè)量比對(duì)期間進(jìn)行了比對(duì)。這個(gè)比對(duì)報(bào)告包括所有參加該項(xiàng)比對(duì)的儀器和傳感器的詳細(xì)介紹（WMO在準(zhǔn)備中）。825.2 誤差來(lái)源由于定值對(duì)比的不同程序和采用的陣列中光電管的視場(chǎng)角相對(duì)地大，使得天空云量的分布或周圍對(duì)太陽(yáng)輻射的反射可影響測(cè)量結(jié)果。沒(méi)有濾光片的硅光電管在近紅外線區(qū)一般有最大的響應(yīng)率，因此，測(cè)量結(jié)果取決于直接太陽(yáng)輻射的光譜。由于這種裝置為視場(chǎng)角相對(duì)小的，狹矩形槽與作為標(biāo)準(zhǔn)直接輻射表的圓形對(duì)稱的視場(chǎng)角有很大不同，故圍繞太陽(yáng)的云量分布會(huì)引起對(duì)標(biāo)準(zhǔn)值的偏差。由于視場(chǎng)角小，不完美的玻璃罩將可成為不確定

23、度的特殊源。除太陽(yáng)高度誤差外，傳 感器的光譜響應(yīng)也應(yīng)考慮。當(dāng)前僅有一種使熱電探測(cè)器的商品日照計(jì)可認(rèn)為是沒(méi)有光譜效 應(yīng)的。8.3日照計(jì)的安裝正確的安裝日照計(jì)，有三點(diǎn)基本的要求：（a） 日照計(jì)應(yīng)牢固地固定在一個(gè)堅(jiān)固的支架上。但對(duì)適用于浮標(biāo)站上的SONIe傳感 器，則沒(méi)有必要；（b） 當(dāng)太陽(yáng)處于地平線以上大于3時(shí)，在全年測(cè)量時(shí)段內(nèi)，日照計(jì)對(duì)太陽(yáng)的視野應(yīng)無(wú)遮擋，在下列的情況下，此建議可作修改；（i ）如果沒(méi)有其他可選擇的地方，小型天線或其它小角寬w2 時(shí)的遮擋仍可接受。在這種情況下，對(duì)遮擋物的位置高度和角度應(yīng)作詳細(xì)記錄。在特殊的時(shí)數(shù)或日數(shù)中，日照 時(shí)數(shù)可能損失，應(yīng)由視太陽(yáng)路徑的天文計(jì)算進(jìn)行估計(jì)；（ii

24、 ）在山區(qū)（例如山谷），作為一個(gè)局地氣候因子，自然的遮擋是可接受的，如上 所述，應(yīng)將這方面的資料作詳細(xì)記錄；（c）場(chǎng)地應(yīng)不受周圍地表的影響，周圍可能將大量的直接太陽(yáng)輻射反射到探測(cè)器上。這種反射輻射主要影響對(duì)比測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果。為了克服這種干擾，應(yīng)避免使用白漆， 在場(chǎng)地附近應(yīng)保持無(wú)雪或不受屏障。上述已提到日照軸線的調(diào)整。有些日照計(jì)，制造廠家推薦根據(jù)季節(jié)調(diào)整日照計(jì)軸線傾 斜度。8.4總的誤差來(lái)源在1988年至1989年間，在漢堡（德國(guó)）的天氣條件下，實(shí)驗(yàn)證明了用各種不同的儀器和方法記錄日照的不確定度，可作為WM（的標(biāo)準(zhǔn)值的偏差（在準(zhǔn)備中）。因?yàn)槭褂玫闹苯虞椛浔淼男?zhǔn)因子的不確定度及其視場(chǎng)角尺度的

25、不確定度（決定于華蓋），這些標(biāo)準(zhǔn)值也有不確定性。對(duì)于單個(gè)值，還應(yīng)考慮時(shí)間常數(shù)?？偛淮_定度的來(lái)源為：（a）日照計(jì)的校準(zhǔn)（輻照度閾值等效值的調(diào)整（見(jiàn) 8.5節(jié)）；（b）由氣象條件（例如溫度、云況、塵埃）和太陽(yáng)位置（例如方向誤差、太陽(yáng)光譜） 引起的日照計(jì)響應(yīng)的特有變化；（c）儀器的關(guān)鍵部件的錯(cuò)誤調(diào)整和不穩(wěn)定性；（d）測(cè)量值的簡(jiǎn)化或錯(cuò)誤定值；（e ）錯(cuò)誤的時(shí)間記數(shù)程序；（f）劣質(zhì)維護(hù)。8.5校準(zhǔn)在敘述各種校準(zhǔn)方法之前，下面的概括說(shuō)明是合適的。（a）對(duì)于日照計(jì)的校準(zhǔn)，尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)化方法；（b）對(duì)于室外校準(zhǔn)，必須使用直接輻射測(cè)量法，以便獲得標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；（c）由于日照計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)儀器之間設(shè)計(jì)的不同，以及有關(guān)測(cè)量條件的

26、自然多變性，必 須由長(zhǎng)期的（幾個(gè)月）比對(duì)來(lái)確定校準(zhǔn)結(jié)果；（d ）通常日照計(jì)的校準(zhǔn)需要一專門的程序，以便調(diào)整其閾值（對(duì)于光電設(shè)備進(jìn)行電子學(xué)調(diào)整，對(duì)于總輻射測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行軟件調(diào)整）；（e ）對(duì)模擬輸出的光電裝置，校準(zhǔn)周期相對(duì)來(lái)說(shuō)應(yīng)短些；（f） 為了對(duì)外場(chǎng)儀器的穩(wěn)定性進(jìn)行定期試驗(yàn)，主要推薦室內(nèi)法（使用燈泡）；（g）WM將介紹（在準(zhǔn)備中）不同類型日照時(shí)數(shù)測(cè)量方法（包括季節(jié)的不確定度）的 比對(duì)結(jié)果實(shí)例。8.5.1室外法8.5.1.1日照時(shí)數(shù)資料的比較標(biāo)準(zhǔn)值SDyf與被校準(zhǔn)的檢測(cè)器的日照時(shí)數(shù)值SDcai必須同步測(cè)量。使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器應(yīng)當(dāng)安裝在太陽(yáng)跟蹤裝置上，并配有輻照閾值鑒別器（見(jiàn)8.1.4節(jié)）的直接輻射表。

27、另一方法是可用選定精密度的、定期校準(zhǔn)過(guò)的日照計(jì)作標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)槿照沼?jì)的閾值準(zhǔn)確度的要求隨 氣象條件而變化（8.1.3節(jié)），比對(duì)結(jié)果應(yīng)由長(zhǎng)期的數(shù)據(jù)組統(tǒng)計(jì)得出。如果一個(gè)比對(duì)期間數(shù)據(jù)總和使用這個(gè)方法（具有典型的云量條件），則最初的校準(zhǔn)結(jié)果為比值 qtot 八 totSDySDcai。qtt =1的理想閾值。對(duì)q -1或q 1，分別地將相當(dāng)于閾值的電壓向低或向高調(diào)整。因?yàn)橐笳{(diào)整的量并 不嚴(yán)格地與qt相關(guān)，需進(jìn)行進(jìn)一步的比對(duì)，以便重復(fù)地確保接近于整個(gè)校準(zhǔn)期間所需時(shí)間在歐洲的中緯度地區(qū)大約3至6個(gè)月。因此，校準(zhǔn)站網(wǎng)日照計(jì)的裝置應(yīng)能同時(shí)對(duì)多臺(tái)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)(只有當(dāng)定值時(shí)云的形成與校準(zhǔn)時(shí)相同，把qtt用作SD值的

28、修正系數(shù)才能獲得可靠的結(jié)果。因此不推薦這個(gè)方法)。如果這個(gè)方法用于根據(jù)特殊的測(cè)量條件(如云量，太陽(yáng)高度角，日照百分率，白天)下選擇的數(shù)據(jù)組，這是可能的，例如，對(duì)于不同類型的云量，可由統(tǒng)計(jì)找到系數(shù)qsel =7 se;SDref八s SDcal。這些系數(shù)可用于修正那些對(duì)云量有詳細(xì)說(shuō)明的數(shù)據(jù)組。另一方面，尤其是考慮到較差的云量條件(例如：卷云和高層云)，可推薦調(diào)整相當(dāng)閾值電壓。為了使調(diào)整有效，重復(fù)的程序也是必要的；這取決于天氣情況，可能需要幾周 或幾個(gè)月的時(shí)間。8.5.1.2模擬信號(hào)的比對(duì)這個(gè)方法限于模擬輸出的日照計(jì)。它接收到的直接太陽(yáng)輻照度至少在小于500W m得出的閾值相當(dāng)電壓形成的最佳擬合曲

29、線。如果這個(gè)校準(zhǔn)結(jié)果偏離于確認(rèn)的電壓超過(guò)20%時(shí)，應(yīng)將日照計(jì)的閾值調(diào)整到新值。對(duì)于那些具有明顯光譜響應(yīng)的日照計(jì)，在低太陽(yáng)高度角120W- m 2附近的測(cè)量數(shù)據(jù)必須剔除，因?yàn)楣庾V引起較大的非線性，除非在日出和日落時(shí)的閾值電壓是特別關(guān)注的。閾 值相當(dāng)電壓必須由較高的輻照度值外推得到。8.5.1.3 平均有效輻照度閾值(MEIT法所謂的MEIT法(WMQ在準(zhǔn)備中)是基于對(duì)被校準(zhǔn)日照計(jì)每小時(shí)平均有效輻照度閾值Im的確定。作為此方法的第一步為，由計(jì)算機(jī)控制的對(duì) hk小時(shí)的直接輻射測(cè)量和假定的閾值輻照度1(n)來(lái)確定SD值，以SDref hk,I n表示，其中l(wèi)(n)在60至240W m之間(即 l(n

30、)=(60 + nW m, n = 0,1,2180 )。第二步，日照計(jì)每小時(shí)SD值SD(hk)必須與SDref hk, In進(jìn)行比較，以求出特殊的n二nk值，使SD hk等于SDref hk, I nk 。1( n k) 代表hn小時(shí)的MEIT值：|m hk i=160 nk W m。若未直接求出nk，則不得不由相鄰 值內(nèi)插求得。第三步是若在平均 MEIT值Im和理想閾值120W m的相對(duì)差大于土 20%寸，最后調(diào)整日照計(jì)閾值相應(yīng)的電壓，由于每小時(shí)MEIT值的偏差分散性較大。作為例子平均值應(yīng)為一個(gè)月的平均。此方法不適用于那些以閾值快速轉(zhuǎn)換為主的數(shù)小時(shí)內(nèi)，每小時(shí)平均變化率應(yīng)小于5W m S4。

31、MEIT值校準(zhǔn)期間的整個(gè)數(shù)據(jù)組不具有代表性。8.5.2室內(nèi)法因?yàn)樵谑覂?nèi)對(duì)直接和散射太陽(yáng)輻射通量分布的模擬是很困難的，只推薦一種“備用校準(zhǔn)”，它適用于閾值相當(dāng)電壓可調(diào)的日照計(jì)。實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試設(shè)備由一個(gè)穩(wěn)定的輻射源(最 好具有近似的太陽(yáng)光譜) 和一個(gè)對(duì)日照計(jì)進(jìn)行精確的局部調(diào)整的試驗(yàn)臺(tái)及一個(gè)在室外仔細(xì) 地校準(zhǔn)過(guò)用作標(biāo)準(zhǔn)的日照計(jì)組成。標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試的日照計(jì)應(yīng)為相同型號(hào)。在測(cè)試程序的開(kāi)始， 把標(biāo)準(zhǔn)日照計(jì)精確地置于燈泡的光束中， 由模擬輸出或通常的 “日2照轉(zhuǎn)換器”指示120W- m2o隨后，用測(cè)試儀器精確地取代標(biāo)準(zhǔn)儀器，測(cè)試儀器的閾值電壓必須調(diào)整到能啟動(dòng)轉(zhuǎn)換器或獲得一個(gè)120W- mT2的相當(dāng)值。通過(guò)不斷進(jìn)行

32、儀器的更換，應(yīng)能測(cè)試出結(jié)果的重復(fù)性。8.6 維護(hù)對(duì)技術(shù)人員要求的日常維護(hù)包括：(a) 清潔。對(duì)所有日照計(jì)來(lái)講，需要每天清除各自的進(jìn)口窗，特別是那些有小視場(chǎng)角的掃描裝置。 在特殊的天氣情況下， 沒(méi)有配備防露和防霜的儀器， 每天清除應(yīng)多于一次；(b) 檢查。特殊(掃描)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)每天應(yīng)進(jìn)行檢查；( c )更換。對(duì)康培爾斯托克日照計(jì)來(lái)講，每天應(yīng)更換日照紙卡。其它設(shè)備，應(yīng)定 期更換適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)資料載體；(d) 調(diào)整。如果生產(chǎn)廠家建議日照計(jì)的傾斜應(yīng)隨季度而變化，或可能在強(qiáng)烈的風(fēng)暴 之后，要對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)整。按照相應(yīng)的使用說(shuō)明書，由經(jīng)過(guò)培訓(xùn)的技術(shù)人員或工程師，對(duì)使用的日照計(jì)和數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)的特殊

33、部件進(jìn)行維護(hù)。參考文獻(xiàn)Angell, J. K., 1990: Variation in United States cloudiness and sunshine duration between 1950and the drought year of 1988. Journal of Climate, 3, pp.196-308.Baumgartner, T., 1979: Die Schwellenintensit? t des Sonnenscheinautographen Campbell-Stokes an wolkenlosen Tagen. Arbeitsberichte de

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