太陽輻射測量的回顧與展望

1、百度文庫太陽輻射測量的回顧與展望王炳忠（中國氣象科學(xué)研究院，北京100081）1、太陽輻射標(biāo)準(zhǔn)太陽輻射測量技術(shù)發(fā)展的歷史告訴人們，為了在世界范圍內(nèi)獲取整齊一致的數(shù)據(jù)有多么困難。國家計(jì)量部門建立的輻射標(biāo)準(zhǔn)，僅限于低輻照水準(zhǔn)，無法作為太陽輻射測量的依據(jù)。 這就是氣象學(xué)界借助直接日射表（Pyrheliometer）獨(dú)立開發(fā)太陽輻射標(biāo)準(zhǔn)的理由。第一臺(tái)測量太陽輻射的儀器是1837年由法國人Pouillet設(shè)計(jì)制造的，它的工作原理以水的卡計(jì)為基礎(chǔ)。由于其設(shè)計(jì)簡單，只能進(jìn)行一些粗略的測量。隨后出現(xiàn)的一些儀器，大多是對(duì)Pouillet儀器的改進(jìn)，其中較有名的如Violle、Crova等人。1884年Froli

2、ch首先采用熱電堆做探測器，這種方法雖然簡便，卻需要另一臺(tái)絕對(duì)儀器來校準(zhǔn)。另外，為了使測量進(jìn)一步精確，Michelson以Bunsen冰卡計(jì)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)了一臺(tái)直接日射表，但不實(shí)用。？ngstr? m是使用雙探測器制作直接日射表的第一人，測量時(shí)兩個(gè)探測器交替地遮蔭和曝光。后來他進(jìn)一步發(fā)展這一想法：用電校準(zhǔn)探測器代替卡計(jì)，這就是著名？ngstr?m補(bǔ)償式直接日射表。 在上一世紀(jì)內(nèi)，雖然在歷次國際氣象局長會(huì)議上多次議論過太陽輻射測量事項(xiàng)，但均因限于當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)水平而未獲解決。在1896年的會(huì)議上還建立了專門的太陽輻射委員會(huì)（ CSR）,其任務(wù)就是要為測量太陽輻射標(biāo)準(zhǔn)儀器提出建議。直至1905年在Inr

3、isbruck的會(huì)議上，才決定以？ngstr?m補(bǔ)償式直接日射表做為測量儀器，并以其原型A70做為標(biāo)準(zhǔn)I （保存在瑞典Uppsala大學(xué)物理研究所）。這就是?ngstr? m標(biāo)尺（AS-1905）的由來。AS-1905在歐洲 被廣泛采用。美國Smithson研究所使用的銀盤直接日射表（SHverdisk ,簡稱SD）是Pouillet和Violle直接日射表的混合型。使用中的該類輻射表大多數(shù)都是由Smithson研究所制造的。上世紀(jì)末，它們由Abbot所研制的水流式直接日射表校準(zhǔn)。后來， Abbot又研制出攪水式直接日射 表，并以此校準(zhǔn)水流式儀器。這一系列校準(zhǔn)和研制標(biāo)準(zhǔn)儀器工作導(dǎo)致了1913年

4、Smithson標(biāo)尺的建立（SS-1913）,它主要在美洲等地使用。/自出現(xiàn)兩個(gè)并列日射標(biāo)尺之日起，其間存在的差異問題，倍受有關(guān)學(xué)者的關(guān)注。1912年在Rapperswill召開的CSR會(huì)議上，Kimball首次報(bào)告了他所作的比對(duì)結(jié)果 ：二標(biāo)尺間相差 5%, SS高于AS。當(dāng)時(shí)，這一結(jié)果被認(rèn)定為處于測量不確定度的范圍內(nèi)，除了繼續(xù)進(jìn)行類 似的比對(duì)外，未做出其他結(jié)論。百度文庫幾乎與此同時(shí)，其他領(lǐng)域的研究工作者正致力于斯忒潘一玻耳茲曼常數(shù)的測定。他們接受了 ？ngstr? m的設(shè)計(jì)思路，并對(duì)其進(jìn)行了相應(yīng)的改進(jìn)。 遺憾的是，他們對(duì)？ngstr? m探測器 性能的研究結(jié)果和改進(jìn)意見，從未引起氣象學(xué)界的注

5、意。1923平CSR在Utrecht會(huì)議上采納了 Marten和Angstr6m分別測定的兩標(biāo)尺之差為 3.5% 的意見，并認(rèn)定標(biāo)尺差異之爭已獲“解決”。而實(shí)際上，諸多科學(xué)家對(duì)此并不以為然。1925年在CSR的Davos會(huì)議上，以徹底研究？ngstr? m直接日射表誤差源為由，要求波斯但觀象臺(tái)與德國物理技術(shù)研究所（PTR）協(xié)作研制一臺(tái)絕對(duì)直接日射表。PTRTingwaldt著手設(shè)計(jì)了一臺(tái)雙腔攪水式直接日射表，并于1930年投入使用。該儀器參加了在瑞士、1） avos物理氣象觀象臺(tái)舉行的L臺(tái)Angstrbm直接日射表和銀盤直接日射表之間（即兩標(biāo)尺之間）的強(qiáng)化 比對(duì)。1935年在CSR的絕對(duì)直接日

6、射表分組會(huì)議上，對(duì)強(qiáng)化比對(duì)的結(jié)果進(jìn)行了討論，兩標(biāo) 尺之間的差異，被確定為4. 55%,與1912年Kimball的結(jié)果一樣。在此比又中，Tingwaldt 儀器的讀數(shù)介于兩者之間。以往采用的3. 5%的差異，雖未被證實(shí)，但也未采取措施去更工改。相反，提出了一些理由為3. 5%的差異進(jìn)行辯護(hù)：其中一個(gè)理由是：由于？ngstr? m直接日射表具有矩形接收器，環(huán)日輻射帶來的影響在低地站（波斯但）要比山地站（Davos）來得高?？傊?，兩標(biāo)尺之間差值的爭議仍未獲解決，兩標(biāo)尺仍在各自的領(lǐng)域作為氣象輻射數(shù)據(jù)的測量標(biāo)準(zhǔn)。二次大戰(zhàn)期間，一切為了解決爭端的國際活動(dòng)均停止了。戰(zhàn)后，CSR于1946年被解散。CSR的

7、任務(wù)改由大地測量學(xué)與地球物理學(xué)國際聯(lián)合會(huì)（IUGG ）下屬的國際氣象學(xué)與大氣物理學(xué)協(xié)會(huì)（IAMAP ）輻射委員會(huì)（RC）承擔(dān)，其實(shí)，早在 1919年IUGG運(yùn)作之始，就已 經(jīng)建立了 RC,后來，RC與CSR進(jìn)行了很好的合作，大多數(shù)工作會(huì)議一起召開，另外，戰(zhàn) 后新建的世界氣象組織（ WMO ）,其下設(shè)的儀器和觀測方法委員會(huì)（IMO ）也設(shè)立了輻射工作組。所有這些組織密切協(xié)作，共同籌備19571958年期間舉行的國際地球物理年活動(dòng)。很明顯，如何使世界范圍內(nèi)的日射測量數(shù)據(jù)協(xié)調(diào)一致，再次彼提上議事日程。1956年在Davos舉行的RC期間，形成了一項(xiàng)解決辦法：即定義統(tǒng)一的國際直接日射測量標(biāo)尺（IPsl

8、9S6）,不 過，它們是一項(xiàng)折中，即在承認(rèn)兩標(biāo)尺間的差值仍為33年前所建議的 3. 5%的基礎(chǔ)上，IPS-l956 以 SS-l913 減少 2%或 AS-1905 增加 1. 5%來實(shí)現(xiàn)。為了具體落實(shí)IPS-l956 , WMOCIMO 的輻射工作組干/ 1959年在Davos組織了第1次國 際直接日射表比對(duì)活動(dòng)（IPCI）。在此期間，由于某些主要參與者患病以及多年后才發(fā)現(xiàn)的 代表AS標(biāo)尺的與瑞典標(biāo)準(zhǔn)儀器配套使闌的電流表有未判明的故障等而出現(xiàn)了重要的疏漏， 結(jié)果導(dǎo)致IPS-l956的實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上并未按照原定義的那樣去實(shí)施。百度文庫在1964年舉行的IPC n期間，情況仍未得到改善。只有當(dāng)現(xiàn)代

9、的電校準(zhǔn)腔體式直接日 射表被開發(fā)研制出來以后，問題才得以最后澄清”在1970年舉行的IPCin期間，已有諸多種類的現(xiàn)代腔體式直接日射表參加，這些比對(duì)結(jié)果以及 1973年瑞士物理氣象觀象臺(tái) （PMO）對(duì)自1930年以來在該臺(tái)進(jìn)行的所有與兩標(biāo)尺之間比對(duì)有關(guān)的材料進(jìn)行了重新分析，結(jié)果展 現(xiàn)出一幅不同標(biāo)尺相對(duì)位置的清晰圖表。它表明，定義 IPS-1956時(shí)所依據(jù)的兩標(biāo)尺之間的 差值為3. 5%是錯(cuò)誤的；同時(shí)也表明用傳統(tǒng)的直接日射表建立世界范圍的輻射測量基準(zhǔn)是 有困難的，希望應(yīng)寄托在電校準(zhǔn)腔體式直接日射表、即所謂的絕對(duì)輻射表上。自1970年以來，先后共有10種類型計(jì)15臺(tái)絕對(duì)輻射表參加了在 Davos舉

10、行的比對(duì)活 動(dòng)。其間共進(jìn)行過 25000多次測定，主要是由于歷史的原因， PACRAD被當(dāng)做比對(duì)的標(biāo)準(zhǔn)， 測定結(jié)果相當(dāng)一致，都集中在以高于 PACRAD0 . 2%為中心的10. 8%的范圍內(nèi)？其中的一 半甚至聚焦在土 0. 15%范圍內(nèi)。數(shù)值如此集中，表明國際單位制（ SI）全輻照度的真值就 在此范圍內(nèi)，井表明可據(jù)此來定義新的國際輻射標(biāo)準(zhǔn)一世界輻射測量基準(zhǔn)（ WRR）。、由于ECR和nBC參加同步比對(duì)的次數(shù)不到 30次，而其它儀器則多于 1000次，因此在 計(jì)算加權(quán)平均值時(shí)，未將它們包括在內(nèi)。為了考慮儀器的類型而不是儀器的數(shù)量，僅計(jì)算了各類型的平均值，權(quán)重日子按反比于每種儀器原定絕對(duì)精度的均

11、方根取值。各絕對(duì)輻射表的綜合結(jié)果與PACRAD的比值為1 . 0019,即198 =年世界氣象組織決定啟用 WRR ,它的下 確定度為10. 3%。舊標(biāo)尺轉(zhuǎn)換成 WRR的轉(zhuǎn)換因子為WRR/AS1905 1 . 026 WRR/SS1gl3=0. 977為了保證 WRR的長期穩(wěn)定，決定建立世界基準(zhǔn)組（ WSG）。WSG的成員必須滿足下列要求 ：（1）長期穩(wěn)定性優(yōu)于土 0. 2%;（2）儀器的準(zhǔn)確度優(yōu)于土 0. 3%;（3）儀器的設(shè)計(jì)不同于組中其它類型儀器。在前述10種類型儀器中，1共有4種5臺(tái)儀器符合上述要求。最后決定由ACR310、CROM、 PACRADE和PMO2組成 WSG。它們保存在瑞

12、士 Davos的世界輻射中心。為了了解其穩(wěn)定 性、組內(nèi)的儀器每年至少比對(duì)一次。盡管如此，1980年進(jìn)行IPCV時(shí)，ACR310仍因出了問題而退出了 WSG。1985年決定 重建 WSG。此次 WSG的成員由4名增至5名，即PACRADm，CROM2 , CROM3 , PMO2 和PMO5。后來又增加了 MK67814和HF18748,即目前 WSG系由7臺(tái)儀器構(gòu)成。經(jīng)過多百度文庫年運(yùn)行實(shí)踐表明， WRR的長期穩(wěn)定性優(yōu)于 2X10-4。就在WRR建立的同時(shí)，國際計(jì)量學(xué)界在研究低溫絕對(duì)輻射計(jì)( CAR)方面也取得了重 大進(jìn)展。所謂CAR也是以電替代法為原理，以超低溫、超電導(dǎo)和高真空為手段的現(xiàn)代輻

13、射 功率測量儀器。它與常溫絕對(duì)輻射表相比，有以下幾方面的特點(diǎn)：(1)在超低溫下，周圍的雜散輻射可降至忽略不計(jì)的程度；此時(shí)純銅的熱容比常溫時(shí) 降低3個(gè)數(shù)量級(jí)，熱導(dǎo)率提高：個(gè)數(shù)量級(jí)，吸收比非常接近于1,消除了輻射加熱與電加熱的 不等效性；(2)超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用，消除了電加熱引線不必要的歐姆熱損，提高了準(zhǔn)確度；/ (3)高真空環(huán)境消除了空氣對(duì)流和熱微擾。CAR的測量不確定度為 4X 1O-5,長期穩(wěn)定性優(yōu)于 1X10-5。正因CAR具有世界最高 的準(zhǔn)確度，將 WRR與其進(jìn)行一次比對(duì)，就是一項(xiàng)極有科學(xué)價(jià)值的計(jì)量工作。此項(xiàng)工作已由1 英國國家物理實(shí)驗(yàn)室(NPL)和世界輻射中心的專家共同完成。由于二種儀器的

14、量程不一，相差近20倍，故比對(duì)只能分步驟地間接進(jìn)行。結(jié)果表明，WRR與NPLSI標(biāo)尺之間的一致佳優(yōu)于0.03%。這再次表明 WRR的可信度是很高的。2、太陽常數(shù)太陽發(fā)出的能量不僅對(duì)于能源利用是重要的，它對(duì)于地理上所有生命來說都是至關(guān)重要的。地球上的天氣、氣候則完全受其入射量和其它與地球大氣、海洋、陸地等相互作用的制約。地球接收的太陽能哪怕只有千分之一的變化，只要是持續(xù)不斷的， 就會(huì)對(duì)天氣、氣候產(chǎn)生重要的影響。正因?yàn)槿绱?，在氣象學(xué)中，太陽常數(shù)測定工作一直受到關(guān)注。在氣象學(xué)領(lǐng)域 內(nèi)，除了天氣預(yù)報(bào)這項(xiàng)永恒的主題外，沒有哪一項(xiàng)工作， 能象太陽常數(shù)測定那樣應(yīng)用了從高空氣球、飛機(jī)、火箭到衛(wèi)星和航天器等如此

15、眾多的現(xiàn)代高科技手段。另一方面，從太陽光譜的變化能了解太陽大氣中發(fā)生的變化，了解太陽常數(shù)的短期變化有助于推知太陽內(nèi)部的機(jī)制，所以太陽常數(shù)的測定也是太陽物理學(xué)界極為關(guān)心的課題。自進(jìn)入大空時(shí)代以來,、各種宇航器不斷進(jìn)入太空。它們的熱狀況直接受到太陽常數(shù)值的 影響，因而準(zhǔn)確地測定太陽常數(shù)又成了宇航工作者的目標(biāo)之一。宇航界所掌握的技術(shù)無疑是最先進(jìn)的，所以他們的參與大大促進(jìn)了這項(xiàng)工作的進(jìn)展；盡管如此，太陽常數(shù)測定的進(jìn)展總體上講仍然是比較緩慢的，主要與下述原因有關(guān)：(1)受輻射測量準(zhǔn)確度的制約，從國際單位制7項(xiàng)基本單位的測量準(zhǔn)確度來看，輻射度是其中最低者。(2)從50年代到80年代，輻射測量基準(zhǔn)本身就經(jīng)歷

16、了兩次變動(dòng)，標(biāo)尺本身的不確定4百度文庫度從百分之幾提高到了千分之幾。(3)所謂的太陽常數(shù)并非一個(gè)理論推導(dǎo)出來的、有嚴(yán)格物理內(nèi)涵的常數(shù)，其本身受太 陽自身活動(dòng)的影響和制約，且具有不同時(shí)間尺度的變化。這給研究者對(duì)用自己研制的儀器在不同情況下所測定的結(jié)果進(jìn)行比較帶來困難。(4)除了在太空進(jìn)行的測量可不受地球大氣的影響外，其它在高山、飛機(jī)、氣球、火 箭等平臺(tái)上的測定，/由于儀器所處高度不一，受大氣的干擾各異。、即使進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠喺?，?于訂正并無公認(rèn)的統(tǒng)一方法，大氣成分又易變，所以訂正的準(zhǔn)確度也是有限的。這是太陽常數(shù)測定結(jié)果分散的又一原因。/ (5)太空中的儀器雖可擺脫大氣的干擾，但其工作環(huán)境為真空、低

17、溫和強(qiáng)輻射,上易受 環(huán)境影響而老化或變性，所以太空用的輻射測量儀器的質(zhì)量要求更高。這一點(diǎn)是在實(shí)踐中逐步認(rèn)識(shí)到的。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)指出，正如前一節(jié)中所介紹的， 本世紀(jì)內(nèi)輻射測量標(biāo)準(zhǔn)本身經(jīng)歷了兩次重大的工 變動(dòng)?？梢韵胍?，在舊標(biāo)尺下所獲得的太陽常數(shù)會(huì)對(duì)人們的認(rèn)識(shí)產(chǎn)生何等影響。因此，在采用某一太陽常數(shù)值時(shí)，一定要注意其產(chǎn)生的年代和其所依據(jù)的標(biāo)尺。如果撇開這一基礎(chǔ)而關(guān)心其數(shù)值本身，可能會(huì)誤入歧途。提到太陽常數(shù)就不能不提到美國Smithson研究所的天體物理觀象臺(tái)，雖然從現(xiàn)代的視角看，他們?yōu)榇硕冻龅呐Σ粺o遺憾，但一些著名的學(xué)者從1923年起至1954年的30多年里，除了在美國本土，還在非洲I、南美洲等地的高

18、山上進(jìn)行了太陽常數(shù)觀測，即使二戰(zhàn)期 間，男士從軍，觀測工作由他們的夫人堅(jiān)持了下來，因而積累了豐富的資料。一些學(xué)者利用 這些資料揭示出太陽輻射存在著長期的緩慢的且具有周期性的變化，而另一些研究者用同樣的資料卻得出太陽輸出是不變的結(jié)論。這使得美國學(xué)者Hoyt認(rèn)為，有必要對(duì)所有數(shù)據(jù)重新進(jìn)行審查和檢驗(yàn)。、經(jīng)過詳盡的分析后， 他指出，Snlithson研究所的太陽常數(shù)測量工作，在其內(nèi)部一致性上存在著嚴(yán)重問題。這種內(nèi)部的不一致， 既存在于各觀測點(diǎn)間，也存在于所用的冗長法和簡捷法之間。在訂正方法中限于歷史原因又未能將大氣衰減的所有方面考慮周全。 此外，輻射標(biāo)尺的不適當(dāng)修訂也有一些影響?？傊@項(xiàng)持續(xù)了數(shù)十截

19、的工作，只具有歷史意義，而無任何現(xiàn)實(shí)意義。正如前面已經(jīng)提到過的， 隨著太空時(shí)代的到來，對(duì)太陽常數(shù)感興趣的學(xué)科領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。 高科技部門的參與，為提高大陽常數(shù)乃至日射觀測的整體水準(zhǔn)均有巨大的促進(jìn)作用。所以形成了太陽常數(shù)測定的新高潮。在此期間，觀測已從地面擴(kuò)展到空間， 運(yùn)載工具包括高空氣球、飛機(jī)、火箭等。所使用的儀器大部分是相對(duì)的，也有絕對(duì)的，既有常規(guī)的，也有特制的。百度文庫1969年美國國家航空航天局出于宇航和其它工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的需要，專門成立了一個(gè)太 陽電磁輻射委員會(huì)(CSER),對(duì)60年代以來獲得的太陽常數(shù)最新測量結(jié)果進(jìn)行評(píng)審。委員 會(huì)首先排除了所有地面測定結(jié)果，主要集中分析研究了從高空測得的

20、數(shù)據(jù)，討論了各種誤差源。委員會(huì)區(qū)分了以下四種主要誤差的原因：(1)輻射標(biāo)尺不同；(2)大氣層中水汽成分變化劇烈，因此，紅外段的公差是不確定的；(3)太陽光譜最外兩端，在大氣中是測不到的；(4)在有大氣存在下的測定外推至零大氣時(shí)，采用任何技術(shù)都有缺陷。/ 該委員會(huì)主席 Thekaekara于1970年和1973年兩次報(bào)告了結(jié)果。 第一次未將 Willson的 測定結(jié)果包括進(jìn)去。 但無論包括與否，結(jié)果是 J樣的。這就是著名的1353W/m2太陽常數(shù)值 的由來。它迄今仍為航天部門所采用。有一點(diǎn)不容忽視，參與評(píng)審的9個(gè)太陽常數(shù)中就有 5個(gè)是以IPS 1956為基準(zhǔn)的，其余所依據(jù)的也只能說是儀器設(shè)計(jì)者個(gè)

21、人的認(rèn)識(shí)，彼此鳳缺乏足夠的比較，遠(yuǎn)達(dá)不到建立標(biāo)尺的程度，所以最后的結(jié)果仍是以IPS-1956為準(zhǔn)，鑒于IPS-1956已于1981年被廢止而代之以 WRR ,因此，即使仍習(xí)慣采用1353W/m2這一太陽常數(shù)值，也應(yīng)進(jìn)行標(biāo)尺變換，在 WRR下1353w/m2應(yīng)為1353 X 1.022=1383W/m2 ,對(duì)此， Forgan早在1977年就曾提出質(zhì)疑。當(dāng)時(shí)，經(jīng)過多次比對(duì)，絕對(duì)輻射標(biāo)尺已經(jīng)更為接近確立。 經(jīng)他對(duì)表中6次有據(jù)可查的比對(duì)結(jié)果轉(zhuǎn)換為絕對(duì)標(biāo)尺后，所得到的太陽常數(shù)值為1375W/m2。這是當(dāng)時(shí)條件下所能達(dá)到的最好結(jié)果。應(yīng)當(dāng)說，標(biāo)尺轉(zhuǎn)換確實(shí)是二個(gè)重要因素，其實(shí) 問題還遠(yuǎn)不止于此。70年代以來

22、，在太陽常數(shù)測定方面有以下兩個(gè)明顯特點(diǎn)：(1)為了不受大氣的干擾，測定工作均在大空中進(jìn)行； (2)測量儀器都采用了可自校準(zhǔn)的腔體式絕對(duì)輻射表。自 1978 年以來，先后就有 NIMBUS-7 (1978.11)、SMM (1980.2)、ERBS (1984.10)、 NOAA - 9 (1984.12)和NOAAI0 ( 1986.9)等衛(wèi)星相繼升人太空。它們均載有太陽輻射測 量儀器，并提供了 3組太陽常數(shù)測量數(shù)據(jù)。遺憾的是，這3組數(shù)據(jù)之伺的偏差大于單臺(tái)儀器測量時(shí)所產(chǎn)生的時(shí)間變化)盡管這些衛(wèi)星所攜帶的儀器比以往都要準(zhǔn)確和精密，但顯然它們對(duì)于監(jiān)測太陽常數(shù)的長期變化趨勢仍是不夠的。還要求在提高儀

23、器抗老化、長期穩(wěn)定性以及儀器校準(zhǔn)等方面做進(jìn)一步的努力。1983年12月SPACELABI成功地發(fā)射、至少從計(jì)量學(xué)的角度獲得了重大進(jìn)展，它證明 可以從太空成功地回收使用過的儀器，這推動(dòng)了美國航空航天局實(shí)施ATLAS (應(yīng)用與科學(xué)大氣實(shí)驗(yàn)室)計(jì)劃。 ATLAs1、2、3分別于1992年3月，1993年4月和1994年11月發(fā)射。 6百度文庫其間歐洲航空航天局的 EURECA也于1992年7月發(fā)射，1993年6月回收，中間在太空成 功運(yùn)行了 10個(gè)月。所有這些航天器上均載有單通道或雙通道輻射測量儀器。ATi,AS2運(yùn)行期間，正值太陽活動(dòng)水平最低的時(shí)段。此時(shí)，共有 10臺(tái)儀器在大空中工作，其中 8臺(tái)所

24、測 到的太陽常數(shù)，其標(biāo)準(zhǔn)偏差土 0. 1%。這樣優(yōu)良的測定結(jié)果為建立一個(gè)新標(biāo)尺一一空間絕 對(duì)輻射基準(zhǔn)(sARR)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)為每臺(tái)儀器確立了一個(gè)調(diào)整系數(shù)Ci,即SiSARR (t)=CiSi (t);式中，Si (t)為第i臺(tái)儀器的實(shí)際測量值；SiSARR (t)為第i臺(tái)儀器修正到空間絕對(duì)輻射基準(zhǔn)后的太陽常數(shù)值。這些儀器均被回收了， 并能再次投入運(yùn)行，即太空穿梭飛行，以便對(duì)其它儀器，特別是那些以往長期運(yùn)行，且無法回收的儀器進(jìn)行 SARR校準(zhǔn)。經(jīng)這種辦法修訂過的太陽常數(shù)，就可以將不同儀器的測定結(jié)果組成協(xié)調(diào)一致的單一時(shí)間序列。最后值得一提的是，英國國家物理實(shí)驗(yàn)室NPL研制前述低溫絕對(duì)輻射計(jì)的專

25、家們，正致力于研制一種在太空中監(jiān)測太陽常數(shù)用的低溫太陽絕對(duì)輻射表(CSAR),并準(zhǔn)備在EURECA出上使用。CSAR的測量不確定度為 0. 01%,分辨率為0. 001%,這大大高于所 有現(xiàn)存太陽輻射儀器及其改進(jìn)型儀器。如果這一目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)， 不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)太陽常數(shù)的高準(zhǔn)確度監(jiān)測，同時(shí)也會(huì)為地面太陽輻射測量標(biāo)準(zhǔn)帶來一次提高的機(jī)會(huì)。3、其它日射測量儀器這里主要介紹一下總?cè)丈浔淼那闆r?？?cè)丈浔碜?898年由英國的Callendar開發(fā)出來以后，經(jīng)過各方面不斷的改進(jìn)，已取得了重大進(jìn)展。不過，相對(duì)現(xiàn)代科技水準(zhǔn)而言，它目前所 達(dá)到程度仍不夠高。 雖然各生產(chǎn)廠家為此付出不少的努力，如試用過腔體型接收器做為

26、總?cè)丈浔淼膫鞲衅?，但最終使用效果均未顯現(xiàn)出突破，對(duì)性能的提高無明顯幫助。最近美國學(xué)者采用3種新工藝制做總?cè)丈浔砀袘?yīng)器，即 ：(1)線性薄膜鉗電阻；(2)硫化鉞熱電堆；(3) 薄膜睇。挪熱電堆。據(jù)作者所做的測試結(jié)果稱，除第3種工藝的分辨率略差外，其余 2種工藝均達(dá)到了當(dāng)前總?cè)丈浔淼淖罡咚疁?zhǔn)。由于這些都是科研的結(jié)果，尚未投產(chǎn)和實(shí)用，很難評(píng)價(jià)其實(shí)際價(jià)值。不過，即使達(dá)到了現(xiàn)行總?cè)丈浔淼淖罡邫n次，由于決定其性能的指標(biāo)有8 項(xiàng)之多，估計(jì)其綜合準(zhǔn)確度不會(huì)很高，約為土3%。目前國際上為提高總?cè)丈浔淼臏y量準(zhǔn)確度有兩個(gè)值得注意的動(dòng)向：(1)每臺(tái)儀器的靈敏度不是給出一個(gè)單一的數(shù)值，而是根據(jù)不同的入射角給出一個(gè)圖或表

27、，當(dāng)入射角不同時(shí)，再按各自的靈敏度計(jì)算。(2)采用水平直射輻照度加上散射輻照度的方法求取總?cè)丈漭椪斩龋床捎盟^的成 份法。據(jù)檢驗(yàn)研究，良好的成份法可使準(zhǔn)確度較使用單一的總?cè)丈浔硖岣?/3到一半，因此值得推廣。百度文庫太陽輻射五要素測量系統(tǒng) M164985產(chǎn)品型號(hào)：產(chǎn)品價(jià)格： 面議廠商性質(zhì)：經(jīng)銷商所在地：烏魯木齊市發(fā)布時(shí)間：2010-12-21瀏覽次數(shù)：62產(chǎn)品簡介元素分析儀詳細(xì)介紹太陽輻射五要素測量系統(tǒng)一、整體說明：該系統(tǒng)由總輻射表、散射輻射表、直接輻射表、反射輻射表、凈全輻射表、記錄儀和組合支架組成，可全天候測量太陽輻射的五個(gè)要素， 記錄儀數(shù)據(jù)存儲(chǔ)7天，RS-232通訊（可轉(zhuǎn)485或擴(kuò)展成

28、GPRS無線通信模式）, 上位機(jī)服務(wù)軟件嚴(yán)格按照國家地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件和記錄簿表格式進(jìn)行開發(fā)，記錄儀內(nèi)采集運(yùn)算按百度文庫地面氣象觀測規(guī)范 和中國氣象局監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)司相關(guān)規(guī)定進(jìn)行開發(fā)，除提供規(guī)范的月報(bào)表外還提供日?qǐng)?bào)表,實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)（每分鐘上傳一次數(shù)據(jù)）,24小時(shí)輻射強(qiáng)度曲線，地方平均太陽時(shí)換算等諸多功能。二、組成：序號(hào)名稱1HT數(shù)據(jù)采集器（5路）12總輻射表13散射輻射表14直接輻射表1百度文庫5凈全輻射表16反射輻射表17專用支架18系統(tǒng)光盤1三、技術(shù)參數(shù)： HT數(shù)據(jù)采集器信號(hào)采集方式采用24位高精度AD ,采集精度高、穩(wěn)定性好、線性度精準(zhǔn)。10百度文庫 采用后臺(tái)可視化軟件系統(tǒng)，提高儀器數(shù)據(jù)采集過程

29、的透明度，使操作人員從理性理解產(chǎn)品特性。自動(dòng)生成各種表格，便于查閱。歷史數(shù)據(jù)保存時(shí)間長度可以設(shè)定，數(shù)據(jù)最長可以保存10年以上。電源系統(tǒng)智能化自動(dòng)管理通過對(duì)上位機(jī)操作可以檢測下位機(jī)和傳感器的工況狀態(tài)，減少操作人員勞動(dòng)負(fù)荷。對(duì)含有正負(fù)區(qū)間信號(hào)的信號(hào)源，采集無階越失真。選配太陽能硅光電池充電系統(tǒng)，可以組建野外輻射測量站。針對(duì)客戶在軟件和硬件方面的特殊要求，可進(jìn)行二次開發(fā)最大程度滿足客戶的特殊要求總輻射表用途總輻射主要測量0.33.0 光譜范圍的輻射量，其中包括水平面上的太陽輻射、天空向下的散射輻射，以 及地面對(duì)上述兩項(xiàng)輻射的反射輻射的測量。結(jié)構(gòu)及原理.該表為熱電效應(yīng)原理：感應(yīng)元件采用繞線電鍍式熱電堆

30、，其表面涂有高吸收率、高發(fā)射率的黑色涂層， 其涂層可保證儀表的方位響應(yīng)和余弦響應(yīng)的偏差很小。熱接點(diǎn)在感應(yīng)面上，而冷結(jié)點(diǎn)則位于機(jī)體內(nèi)，冷熱 接點(diǎn)產(chǎn)生溫差電勢。然后換算成輻射通量密度，在線性范圍內(nèi)，輸出信號(hào)與太陽輻射照度成正比。.防風(fēng)玻璃半球罩的選擇：采用美國JGS3石英玻璃，在透過波長為 3502600納米的范圍內(nèi)，玻璃均勻平滑地保持0.95以上的透過率。防風(fēng)玻璃罩為雙層，內(nèi)罩對(duì)紅外波段有隔絕功能，這樣可以使輻射測量僅 限于短波部分，內(nèi)罩同時(shí)可以隔絕外罩的紅外輻射。.儀表內(nèi)安放了精密器件組成的集成電路，對(duì)儀器輸出的非線性進(jìn)行了補(bǔ)償，減小儀表受溫度和非線性的影響。技術(shù)參數(shù)靈敏度：714/w.m-2

31、11百度文庫響應(yīng)時(shí)間：030秒(99%)內(nèi)阻：約350Q精確度：i2 %余弦響應(yīng)偏差：土氏(太陽高度10。)溫度特性： 立 (-20 C+40 C)非線性：i2%重量：2.5kg測試范圍：O2000W/m2信號(hào)輸出：020mV使用安裝與維護(hù).總輻射表是氣象臺(tái)站進(jìn)行輻射觀測最常用的儀器，首先要考慮的是安裝場地的條件，要使玻璃半球罩上半部沒有障礙物遮擋，使整個(gè)半球的輻射都來自于天空，要保證障礙物不遮擋直接太陽輻射，因此在儀器的正東和正西方應(yīng)當(dāng)有較好的觀測條件。.將輻射表水平安裝在觀測平臺(tái)上，使表輸出插頭朝北，調(diào)好水平并固定，再把總表輸出線與記錄儀連接。.下雨及冰雹時(shí)應(yīng)停止觀測，扣上保護(hù)蓋。為保證數(shù)

32、據(jù)準(zhǔn)確，觀測人員應(yīng)定期擦拭玻璃罩上塵土，如發(fā)現(xiàn) 干燥劑硅膠粒變色應(yīng)及時(shí)更換。散射輻射表用途總輻射中把來自太陽直射部分遮蔽后測得值稱為散射輻射或天空輻射。散射輻射檢測的仍是短波輻射.散射輻射表可用于連續(xù)測定天空的散射輻射強(qiáng)度。結(jié)構(gòu)與原理12百度文庫散射輻射表由總輻射表和遮光環(huán)裝置構(gòu)成.遮光環(huán)裝置由底板調(diào)節(jié)支架，遮光環(huán)本體三部分組成。底版支 架起固定，調(diào)整，標(biāo)定南北的功能。調(diào)節(jié)支架功能有雙重性，即可以因散射輻射表的特定要求調(diào)節(jié)緯度， 又可以調(diào)節(jié)赤緯角?？傒椛浔砼c遮光環(huán)裝置配裝使用時(shí)，很方便。技術(shù)參數(shù)靈敏度：714pV/w.m-2響應(yīng)時(shí)間： (99%)內(nèi)阻：約350Q精確度：立余弦響應(yīng)偏差：土氏(太

33、陽高度10)溫度特性：立 (-20C+40 C)非線性：立重量：2.5kg測試范圍：O2000W/m2信號(hào)輸出：020mV安裝使用與維護(hù)安裝：1標(biāo)對(duì)南北調(diào)水平調(diào)節(jié)緯度標(biāo)定赤緯角整體調(diào)整使用：13百度文庫散射輻射表使用時(shí)，在日出之前，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)支架上的調(diào)整手輪，使遮光環(huán)本體軸向移動(dòng)，移動(dòng)距離按當(dāng)日赤緯角計(jì)算的要求確定.其目的在于保證遮光環(huán)本體能夠在一天的測量中全時(shí)段地遮住太陽的直接輻射.同時(shí)應(yīng)按照相關(guān)工作規(guī)程定期巡視遮光環(huán)主體是否全部遮住總輻射表感應(yīng)面.如發(fā)現(xiàn)偏移，應(yīng)及時(shí)調(diào)整.維護(hù)：遮光環(huán)裝置只有調(diào)節(jié)支架是動(dòng)配合部分，雖然主體材質(zhì)都由不銹鋼制造，但在環(huán)境惡劣的地區(qū)，仍會(huì)受到 污染，至使相關(guān)部件滯澀

34、，轉(zhuǎn)距加大，不易調(diào)節(jié).平時(shí)維護(hù)應(yīng)在調(diào)節(jié)支架上的絲杠和導(dǎo)桿上涂有潤滑脂， 以保證調(diào)節(jié)支架旋轉(zhuǎn)靈活和導(dǎo)向平滑。平時(shí)可用濕布擦拭散表上的灰塵，不可用汽油和含苯的有機(jī)液體擦 拭表體，以免對(duì)表體漆面造成腐蝕而影響其使用壽命.直接輻射表結(jié)構(gòu)與工作原理：.該表為熱電效應(yīng)原理：感應(yīng)元件采用繞線電鍍式熱電堆，其表面涂有高吸收率、高發(fā)射率的黑色涂層，其涂層可保證儀表的方位響應(yīng)和余弦響應(yīng)的偏差很小。熱接點(diǎn)在感應(yīng)面上，而冷結(jié)點(diǎn)則位于機(jī)體內(nèi)，冷熱接點(diǎn)產(chǎn)生溫差電勢。然后換算成輻射通量密度。為了只讓太陽輻射到達(dá)感應(yīng)面，使用一個(gè)0.5沫角的遮光圓筒。遮光筒的a角為10。，內(nèi)有數(shù)層光柵，可減少光漫射。對(duì)準(zhǔn)太陽時(shí)，太陽的光恰好落

35、在筒底的熱電堆感應(yīng)面上，熱電堆的引線通過跟蹤裝置連接到記錄儀。.跟蹤裝置采用12V直流步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)有微機(jī)控制并準(zhǔn)確跟蹤太陽軌跡。技術(shù)參數(shù)：靈敏 度：714pV/w.m-2響應(yīng)時(shí)間：030秒(99%)內(nèi)阻：約80Q精確度：2%跟蹤精度：96h+30s溫度特性：立 (-20C+40 C)14百度文庫非線性：i2%重量：2.5kg測試范圍：O2000W/m2信號(hào)輸出：020mV安裝使用與維護(hù)：.將直接輻射表的底板固定在觀測平臺(tái)上。調(diào)整水平，根據(jù)當(dāng)?shù)鼐暥却_定直接輻射表緯度盤緯度位置。.根據(jù)使用說明書中時(shí)差表（附表二）及當(dāng)?shù)亟?jīng)度計(jì)算出當(dāng)?shù)兀ㄕ嫣枙r(shí)），鈕動(dòng)跟蹤裝置后鈕子開關(guān)跟蹤到確 定位置后，再調(diào)

36、回到自動(dòng)跟蹤狀態(tài)。.按使用說明書中赤緯角表（附表三）調(diào)整光筒高低。.確定底盤方向，使光筒上校正光點(diǎn)重合，再把底盤固定牢固。以上步驟可反復(fù)操作，直至使光筒上校正光點(diǎn)重合。凈全輻射表凈輻射的觀測是地表與大氣體系輻射收支的最終結(jié)果，是一項(xiàng)重要的輻射觀測內(nèi)容，測量的是全波段輻射。結(jié)構(gòu)與原理：儀器上下各有兩個(gè)防風(fēng)罩，它的材料是聚乙烯薄膜，它在3000-12000nm的長波輻射帶中也有很好的透過率， 多壓制成半球形，在觀測時(shí)利用膜片泵將干燥的空氣壓入半球罩體，以保持它的外形。儀器的感應(yīng)面分上、下兩塊黑片，利用熱電堆測得兩塊感應(yīng)面的溫差電動(dòng)勢。技術(shù)參數(shù)：正負(fù)靈敏度：714pV/w.m-2響應(yīng)時(shí)間：030秒（

37、99%）15百度文庫內(nèi)阻：約350Q精確度：i2 %余弦響應(yīng)偏差：土氏(太陽高度10。)溫度特性：立 (-20 C+40 C)非線性：i2%重量：2.5kg測試范圍：02000W / m2信號(hào)輸出：-2020mV使用安裝與維護(hù)：.首先要考慮的是安裝場地的條件，最好使塑料半球罩上半部沒有障礙物遮擋，使整個(gè)半球的輻射都來自于天空，最低限度要保證障礙物不遮擋直接太陽輻射，因此在儀器的正東和正西方應(yīng)當(dāng)有較好的觀測條件，地面草坪草高度不超過 20cm,黃土地、沙地均可，不宜瀝青地面。.凈輻射表水平安裝在觀測平臺(tái)上，頭部探出20cm左右，表體南北方向放置，表輸出插頭朝下，調(diào)好水平并固定，再把凈表輸出線與記

38、錄儀連接。.下雨及冰雹時(shí)應(yīng)停止觀測，扣上保護(hù)蓋。為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，觀測人員應(yīng)定期給凈表充氣，如發(fā)現(xiàn)干燥劑 變色，應(yīng)及時(shí)更換。反射輻射表用途總輻射主要測量0.33.0光譜范圍的輻射量，當(dāng)總輻射表感應(yīng)面朝下時(shí)所接受的為反射輻射。反射輻射表與總輻射表結(jié)構(gòu)參數(shù)基本相同。結(jié)構(gòu)及原理16百度文庫.該表為熱電效應(yīng)原理：感應(yīng)元件采用繞線電鍍式熱電堆，其表面涂有高吸收率、高發(fā)射率的黑色涂層， 其涂層可保證儀表的方位響應(yīng)和余弦響應(yīng)的偏差很小。熱接點(diǎn)在感應(yīng)面上，而冷結(jié)點(diǎn)則位于機(jī)體內(nèi)，冷熱 接點(diǎn)產(chǎn)生溫差電勢。然后換算成輻射通量密度，在線性范圍內(nèi)，輸出信號(hào)與太陽輻射照度成正比。.防風(fēng)玻璃半球罩的選擇：采用美國JGS3石英

39、玻璃，在透過波長為 3502600納米的范圍內(nèi)，玻璃均勻平滑地保持0.95以上的透過率。防風(fēng)玻璃罩為雙層，內(nèi)罩對(duì)紅外波段有隔絕功能，這樣可以使輻射測量僅 限于短波部分，內(nèi)罩同時(shí)可以隔絕外罩的紅外輻射。.儀表內(nèi)安放了精密器件組成的集成電路，對(duì)儀器輸出的非線性進(jìn)行了補(bǔ)償，減小儀表受溫度和非線性的影響。技術(shù)參數(shù)靈敏度：714/w.m-2響應(yīng)時(shí)間：030秒(99%)內(nèi)阻：約350Q精確度：i2 %余弦響應(yīng)偏差：土氏(太陽高度10。)溫度特性：立 (-20 C+40 C)非線性：i2%重量：2.5kg測試范圍：O2000W/m2信號(hào)輸出：020mV使用安裝與維護(hù).總輻射表是氣象臺(tái)站進(jìn)行輻射觀測最常用的儀

40、器，首先要考慮的是安裝場地的條件，要使玻璃半球罩上半部沒有障礙物遮擋，使整個(gè)半球的輻射都來自于天空，要保證障礙物不遮擋直接太陽輻射，因此在儀器 的正東和正西方應(yīng)當(dāng)有較好的觀測條件。.將輻射表水平安裝在觀測平臺(tái)上，使表輸出插頭朝北，調(diào)好水平并固定，再把總表輸出線與記錄儀連接。17百度文庫3.下雨及冰雹時(shí)應(yīng)停止觀測，扣上保護(hù)蓋。為保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，觀測人員應(yīng)定期擦拭玻璃罩上塵土，如發(fā)現(xiàn) 干燥劑硅膠粒變色應(yīng)及時(shí)更換。四、通訊與用電通訊接口標(biāo)準(zhǔn)RS232計(jì)算機(jī)通訊口。供電方式 市電或12V直流電，同時(shí)可選配太陽能電池等供電方式。存儲(chǔ)能力：下位機(jī)循環(huán)保存數(shù)據(jù)，系統(tǒng)服務(wù)軟件存儲(chǔ)時(shí)間長度可設(shè)定，最長 10年。五、使用環(huán)境工作環(huán)境要求：-40C+50C。六、包裝與運(yùn)輸該系統(tǒng)發(fā)貨時(shí)為木質(zhì)外殼包裝，支架為纏縛包裝，運(yùn)輸是中國鐵路快運(yùn)系統(tǒng)，如貴處鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)不能到 達(dá)