實驗一太陽輻射和日照時數(shù)的觀測

1、實驗一 太陽輻射和日照時數(shù)的觀測一、目的要求1.了解TBS-2-1型直接輻射表、DFY4-1型總輻射表、PC-1型太陽輻射記錄儀及暗筒式日照計等儀器的構造和原理。2.學會上述儀器安置、測定和觀測資料整理。二、觀測儀器、藥品和材料TBS-2-1型直接輻射表、電機控制器、DFY4-1型總輻射表、遮光環(huán)、暗筒式日照計。赤血鹽（鐵氰化鉀）、枸櫞酸鐵銨(檸檬酸鐵銨)，蒸餾水。日照紙、量杯、天秤、脫脂棉、燒杯、毛筆、黑紙、氣象常用表(3)。三、實習內容與步驟（一） 太陽輻射的觀測和記錄1.儀器的構造和原理測定太陽輻射通量的儀器有TBS-2-1型直接輻射表和DFY4-1型總輻射表。這類儀器多屬于熱電型，即利

2、用兩種不同性質的感應面，由于吸收輻射能不同而產生溫差，通過熱電堆的作用，熱能轉換成電能，用PC-1型太陽輻射記錄儀進行測定。TBS-2-1型直接輻射表是一種自動跟蹤太陽，測定太陽直接輻射的儀器。該儀器主要由光筒和自動跟蹤裝置組成（見圖1）。光筒內部由七個光欄、內筒、石英玻璃、熱電堆、干燥筒組成。七個光欄是用來減小光筒內光反射和儀器內部空氣的湍流；光欄的外部是內筒，內筒把光欄內部和外筒的干燥空氣隔開，減小環(huán)境溫度對熱電堆的影響，在外筒上裝置JGS3石英玻璃片，它可透過0.27-3.2m波長的輻射波，光筒的尾端裝有干燥劑，以防止水汽凝結物的生成。感應部分是快速反應的線繞電鍍式熱電堆組成，對著太陽一

3、面涂有美國3M無光黑漆，它是熱電堆的熱結點，當有太陽光照時溫度升高，它與背面的冷結點形成溫差電勢，該電勢與太陽輻射強度成正比。自動跟蹤裝置是由底板、緯度架、電機、導電環(huán)、蝸輪箱（用于太陽傾角調整）和電機控制器組成。驅動的動力是由晶體振蕩器控制的直流電機，電源為直流6V。該電機精度高，24小時轉角誤差在0.25度以內。DFY4-1型總輻射表用于測量波長0.3-3m的太陽總輻射和反射輻射強度。儀器感應主體由透光罩，感應器及干燥器等組成（見圖2），透光罩是雙層石英罩，可透射0.3-3m的太陽總輻射；感應器是康銅銅制成的熱電堆，黑體面積為1616cm，熱電堆將吸收的熱能轉化為電能，其電能大小與輻射強度

4、成正比；干燥器內裝硅膠，可以定期更換，儀器內部密封。測量反射輻射時應配專用的聯(lián)接桿。2.安裝與使用太陽輻射儀器應安置在任何季節(jié)和時間太陽直接光不受任何障礙物影響的地方，通常安置在觀測場南部，也可安在屋頂?shù)钠脚_上。可用鐵板或水泥做成專用臺架，臺架尺寸至少30cm100cm,臺架要求牢固，以防臺風、大風、暴雨沖擊而破壞儀器的水平狀態(tài)。TBS-2-1型直接輻射表安裝步驟下如下：a.對緯度：松開緯度刻度盤上的旋鈕9和11，轉動刻度盤10，使其對準當?shù)氐乩砭暥龋蚀_到0.25）然后固緊。b.對準南北線初步固定底座：在真太陽時的正午，用鉛線觀測其投影（即當?shù)刈游缇€），畫出南北線，直接輻射表底座方位線與南北

5、線重合或平行（誤差應小于0.25），使地軸與直接輻射表回轉中心在同一平面上。c.調水平：用底板上的三個水平調整螺絲將水泡調至水準器中央。d.對太陽傾角和時間：調正太陽傾角調整鈕（13），用電機控制器的手動開關控制時間刻度（5），使光筒上的光點正好落在小孔的中央（15），此時儀器傾角與時間指針既指出當時太陽傾角和真太陽時，一般中午時調整傾角和時間可減少跟蹤誤差。安裝好后，應該試跟蹤幾天檢查是否準確，如果跟蹤誤差大于0.5，應反復調整，直至達到要求為止。太陽傾角的指示是由刻度尺和游標卡尺來完成的，刻度尺每格230，游標卡尺為215，其精度15。讀法與游標卡尺相同。e.使用：直接輻射表上有兩條導線，

6、其中一條是電機的控制線，另一條是直接輻射的信號輸出線。直接輻射表的運行是由電機控制器來控制，首先將控制器與直接輻射表間的連線插頭接好并鎖緊，接通電源；電機控制器上面有3個按鈕，先按下電源鍵，電源燈亮，系統(tǒng)工作；再按方向選擇鍵電機按一個方向轉動（若再按一次方向鍵則向相反方向轉動）；最后按手動鍵，電機快速對時間，再按一次手動鍵，電機按時鐘速度運行，直接輻射表光筒開始自動跟蹤太陽，測定直接輻射量。DFY4-1型總輻射表的安裝依據(jù)測定項目而異：a.測量總輻射時，將儀器的密封柱體連同遮光盤擰緊在鋁制底座上，將底座用螺絲固定在觀測支架上，調整鋁座上的三個螺釘，使感應主體的感應面處于水平位置。b.當測量反射

7、輻射時，可將儀器的密封柱體連同遮光盤一起從儀器的鋁制底座上旋下，然后將聯(lián)接桿旋在儀器的鋁制底盤上，儀器固定在聯(lián)接桿的另一端，此時儀器感應面朝向地面。c.測散射輻射時，按下列步驟安裝調整儀器。 將遮光環(huán)架設在觀測支架上，標尺指向正北，初步調平。 將感應主體架設在遮光環(huán)中部的平臺上，調平，固緊。 將主標尺調到觀測點的地理緯度上并固緊。 將遮光環(huán)按太陽高度調在副標尺相應的位置上。d.旋轉儀器感應部分的鋁護罩，使護罩上的紅色標記與遮光盤上的紅色標記對齊，然后取下鋁護罩，用軟毛刷去除石英護罩上的灰塵，再用綢布檫凈。e. DFY4-1型總輻射表太陽輻射記錄儀相連，即可記錄有關的輻射數(shù)據(jù)。3.記錄PC-1型

8、太陽輻射記錄儀是用于記錄太陽總輻射、直接輻射、散射輻射、反射輻射、凈輻射等各種輻射量的、它具有測試精度高、人工干預少、交直流電通用的特點。記錄儀的系統(tǒng)組成如下圖輻射表1輻射表2輻射表3輻射表4輻射表5PC-1型太陽輻射記錄儀PC-計算機 a b c d i j e f g h k I m記錄儀的前后面板見圖3a、圖3b。PC-1型太陽輻射儀前面板中a-e為5個輸入通道采樣；f-h為三個內部基準通道采樣；I為記錄儀內部 圖3a PC-1型太陽輻射儀 前面板A B D E F G H 1 2 3 4 5 AC220VA蓄電池組放電指示燈，當 交流電斷電時，蓄電池組供電，此時燈量；j為快速充電指示燈

9、，當系統(tǒng)對蓄電池組進行充電時j燈亮；k為輸入表檢 圖3b PC-1型太陽輻射儀 后面板 測指示燈，當系統(tǒng)對外接的輻射表進行測試時燈亮；I為通訊指示，當記錄儀與PC機進行通訊時，I燈亮；m為記錄儀的電源開關。PC-1型太陽輻射儀的后面板中，A為直接輻射表提供直流電源；B為記錄儀的串行口，記錄儀通過此口使通訊電纜與PC機相連接，相互進行通訊；AC為記錄儀的交流電源輸入插座；D-H為輻射表輸入插座，可分別接入各種輻射表。安裝與使用：首先將各種輻射表的信號輸出線分別插入后面板D-H插座，PC機通訊電纜插入串行口，交流電源插入AC插座，記錄儀安裝完畢。使用時按PC-1型太陽輻射記錄儀前面板的電源開關，儀

10、器自動采集數(shù)據(jù)，并儲存當天數(shù)據(jù)，接通PC機儲存或打印當日各種輻射量。（四）維護1. 應經常保持石英玻璃窗口和石英護罩的清潔，如有灰塵、水汽凝結物可用軟布或光學鏡片紙插凈，切忌劃傷。2. 經常檢查干燥劑，若變紅應及時更換。3. 本表系精密儀器，小心輕放，減小振動，以免損壞石英晶體，不使用時應存放在干燥、無腐蝕性或揮發(fā)物的室內。(二)日照時數(shù)的觀測1.暗筒式日照計的構造原理與安裝。暗筒式日照計是利用太陽光通過儀器上的小孔射入筒內,使涂有感光藥劑的日照紙上留下感光跡線來計算日照時數(shù)的。儀器(見圖4)由金屬園筒(底端密閉)(1)、筒口帶蓋(2)，兩側各有一進光小孔(3)，筒內附有壓紙夾，隔光板(4)，

11、緯度刻度盤(5)，緯度記號線(6)和支架底座(7)構成。暗筒式日照計，要安置在開闊終年從日出到日落都能受到太陽照射的地方。高度以便于換紙為宜。安置日照計的底座要牢固、水平，儀器對準正北，緯度刻度線對準當?shù)鼐暥?。日照計可安裝在觀測場內日照計支架上，也可安裝在附近較高的建筑物上。2.日照紙的涂藥 藥品有感光藥劑-枸櫞酸鐵銨，又名檸檬酸鐵銨；顯影藥劑-赤血鹽，又名鐵氰化鉀。赤血鹽是有毒藥品；枸櫞酸鐵銨是感光吸水性較強的藥品，故應防潮，在暗處存放。配藥 赤血鹽與水的比例為110，檸檬酸鐵銨與水的比例為310，按此比例，用兩個容器分別配置藥液。每次不宜配多，以能涂10張日照紙的用量為宜，以免涂了藥的日照紙久存失效。涂藥 涂刷日照紙應在暗處或紅燈下進行。涂刷藥液前用脫脂棉把日照紙擦凈。然后，用毛筆蘸上述兩種藥液的等量混合液，薄而均勻地在日照紙上涂刷一層，于暗處陰干后暗藏備用3.換紙與記錄整理 每天日落后換紙，即使是全日陰雨，無日照記錄，也應照樣換下，以備日后查考。上紙時，注意使紙上10時線對準筒口的白線，14時線對準筒底的白線；紙上兩個圓孔對準兩個進光孔，壓紙夾交叉處向上，將紙壓緊，蓋好筒蓋。換下的日照紙，應依感光跡線的長短，在其下描劃鉛筆線。然后，將日照紙放入足量