實(shí)驗(yàn)一 太陽(yáng)輻射與日照時(shí)間的觀測(cè).ppt

實(shí)驗(yàn)一太陽(yáng)輻射與日照時(shí)數(shù)的觀測(cè) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解太陽(yáng)輻射與日照數(shù)的觀測(cè)觀測(cè)原理 掌握天空輻射與日照時(shí)數(shù)觀測(cè)方法 儀器與設(shè)備 天空輻射表 輻射電流表 暗筒式日照計(jì) 一 日照時(shí)數(shù)的觀測(cè) 日照的長(zhǎng)短與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)密切相關(guān) 所以日照時(shí)數(shù)是所有氣象臺(tái)站必須觀測(cè)的項(xiàng)目 太陽(yáng)中心從出現(xiàn)在一地的東方地平線(xiàn)到進(jìn)入西方地平線(xiàn) 其直射光線(xiàn)在無(wú)地物 云 霧等任何遮蔽的條件下 照射到地面所經(jīng)歷的時(shí)間 稱(chēng)為 可照時(shí)數(shù) 太陽(yáng)在一個(gè)地方實(shí)際照射地面的時(shí)數(shù) 稱(chēng)為 日照時(shí)數(shù) 日照時(shí)數(shù)以小時(shí)為單位 可用日照計(jì)測(cè)定 日照時(shí)數(shù)與可照時(shí)數(shù)之比為日照百分率 它可以衡量一個(gè)地區(qū)的光照條件 一 測(cè)定日照時(shí)數(shù)的儀器 1 暗筒式日照計(jì) 一個(gè)圓型暗筒上留有小孔 當(dāng)陽(yáng)光透過(guò)小孔射入筒內(nèi)時(shí) 裝在筒內(nèi)涂有感光藥劑的日照紙上便留下感光跡線(xiàn) 利用感光跡線(xiàn)可計(jì)算出日照時(shí)數(shù) 這是氣象臺(tái)站常用的儀器 2 聚焦式日照計(jì) 利用太陽(yáng)光經(jīng)玻璃球折射聚焦 在日照紙上留下燒灼的焦痕 根據(jù)焦痕的總長(zhǎng)度即可算出日照時(shí)數(shù) 3 光電日照計(jì) 根據(jù)1981年WMO第八屆儀器和觀測(cè)方法委員會(huì)建議 用太陽(yáng)直接輻射強(qiáng)度 120瓦 平方米作為日照閾值 使用閾值為120瓦 平方米的直接日射表作為日照基準(zhǔn)儀器 當(dāng)太陽(yáng)直接輻射照射到受光元件時(shí) 受光元件輸出與直接輻射相對(duì)應(yīng)的脈沖電壓 當(dāng)脈沖電壓幅度超過(guò)閾值電壓時(shí) 輸出一個(gè)時(shí)間脈沖 作為日照時(shí)數(shù)記錄下來(lái) 二 暗筒式日照計(jì) 1 構(gòu)造特點(diǎn) 由金屬圓筒 隔光板 緯度刻度盤(pán)和支架底座構(gòu)成 金屬圓筒底端密閉 筒口帶蓋 筒的兩側(cè)各有一個(gè)進(jìn)光小孔 兩孔前后位置錯(cuò)開(kāi) 與圓心的夾角為120 筒內(nèi)附有壓紙夾 圓筒固定在支架上 松開(kāi)固定螺釘可繞軸旋轉(zhuǎn) 使圓筒軸與地平角為當(dāng)?shù)鼐暥?使太陽(yáng)一年四季在南北緯度23 5變化時(shí) 就相當(dāng)于在暗筒洞孔的垂直切面南北23 5范圍內(nèi)變化 故一年內(nèi)太陽(yáng)光照射時(shí) 光線(xiàn)都會(huì)落到暗筒內(nèi) 在春 秋分這兩天陽(yáng)光垂直筒身 感光線(xiàn)是一條垂直圓筒軸的直線(xiàn) 下半年陽(yáng)光偏于北半球 感光線(xiàn)位于直線(xiàn)的下方 冬半年陽(yáng)光偏于南半球 陽(yáng)光跡線(xiàn)偏于直線(xiàn)上方 2 工作原理 暗筒式日照計(jì)是利用太陽(yáng)光通過(guò)儀器上的小孔射入筒內(nèi) 使涂有感光藥劑的日照紙上留下感光跡線(xiàn) 通過(guò)計(jì)算跡線(xiàn)的長(zhǎng)度確定一日的日照時(shí)數(shù) 隔光板的邊緣與小孔在同一個(gè)垂直面上 它使太陽(yáng)光除了在正午有1 2min可以同時(shí)射入兩孔外 其余時(shí)間光線(xiàn)只能從一孔射入筒內(nèi) 3 儀器的安裝 日照計(jì)要安裝在開(kāi)闊的 終年從日出到日沒(méi)都能受到陽(yáng)光照射的地方 通常安裝在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi)或平臺(tái)上 如安裝在觀測(cè)場(chǎng)內(nèi) 首先埋設(shè)鐵架 高度以便于觀測(cè)為宜 鐵架頂部要安裝一塊水平而又牢固的臺(tái)座 座面上要精確標(biāo)出南北線(xiàn) 將日照計(jì)安裝在鐵架平臺(tái)上 儀器底座要水平 筒口對(duì)準(zhǔn)正北 并將日照計(jì)底座加以固定 然后轉(zhuǎn)動(dòng)筒身 使支架上的緯度記號(hào)線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)緯度盤(pán)上當(dāng)?shù)鼐暥戎?如觀測(cè)場(chǎng)無(wú)適宜地點(diǎn) 可安置在平臺(tái)或附近較高的建筑物上 4 日照計(jì)自記紙的涂藥 日照計(jì)自記紙使用前需在暗處涂刷感光藥劑 日照記錄的準(zhǔn)確性與否與涂藥質(zhì)量關(guān)系密切 所用藥劑為顯影藥劑赤血鹽 K3Fe CN 6 和感光藥劑檸檬酸鐵銨 Fe2 NH4 4 C6H5O7 3 藥液的配制方法 赤血鹽與水的比例1 10 檸檬酸鐵銨與水的比例為3 10 按此比例 將配好的藥液分別存放于兩容器中 每次配量以能涂刷10張日照紙為宜 以免涂了藥的日照紙久存失效 涂藥方法 將配制好的兩種藥液在暗處等量混合 均勻地涂在空白的日照紙上 或者先將檸檬酸鐵銨藥液涂刷在日照紙上 陰干后逐日應(yīng)用 每天換下日照紙后 在感光跡線(xiàn)處用脫脂棉涂上赤血鹽 便可顯出藍(lán)色跡線(xiàn) 5 日照計(jì)自記紙的更換和日照時(shí)數(shù)的計(jì)算 每天在日落以后換自記紙 即使是全日陰雨 沒(méi)有日照記錄 也應(yīng)照常換下 以供日后查考 上紙時(shí) 將填好次日日期的日照紙 涂藥一面朝里卷成筒狀 放入金屬圓筒內(nèi) 使紙上10時(shí)線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)筒口白線(xiàn) 14時(shí)線(xiàn)對(duì)準(zhǔn)筒底的白線(xiàn) 紙上的兩個(gè)圓孔對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)進(jìn)光孔 壓紙夾交叉處向上 將紙壓緊 蓋好筒蓋 當(dāng)天換下的日照紙 應(yīng)根據(jù)感光跡線(xiàn)的長(zhǎng)短 在跡線(xiàn)下方用鉛筆分別描劃一直線(xiàn) 然后將日照紙放入足量的清水中浸漂3 5min拿出 全天無(wú)日照的自記紙 也應(yīng)浸漂 陰干后 再重新檢查感光跡線(xiàn)與鉛筆線(xiàn)是否一致 如感光跡線(xiàn)比鉛筆線(xiàn)長(zhǎng) 則應(yīng)補(bǔ)上這一段鉛筆線(xiàn) 最后按鉛筆線(xiàn)以十分法計(jì)算日照數(shù) 將各小時(shí)的日照時(shí)數(shù)逐一相加 精確到0 1h 即可得到全天的實(shí)照時(shí)數(shù) 若全天無(wú)日照 日照時(shí)數(shù)記為0 0 二 太陽(yáng)輻射的觀測(cè) 輻射指太陽(yáng) 地球和大氣輻射的總稱(chēng) 通常稱(chēng)太陽(yáng)輻射為短波輻射 地球和大氣輻射為長(zhǎng)波輻射 觀測(cè)的物理量主要是輻射通量密度或輻射強(qiáng)度 標(biāo)準(zhǔn)單位瓦 平方米 一 氣象上常測(cè)定以下幾種輻射量 1 太陽(yáng)直接輻射 指來(lái)自日盤(pán)0 5 立體角內(nèi)與該立體角軸垂直的面的太陽(yáng)輻射 2 天空輻射 或稱(chēng)太陽(yáng)散射輻射 指地平面上收到的來(lái)自天穹2 立體角向下的散射輻射 3 太陽(yáng)總輻射 指地平面接收的太陽(yáng)直接輻射和散射輻射之和 4 反射太陽(yáng)輻射 指地面反射的太陽(yáng)總輻射 5 地球輻射 指由地球 包括大氣 放射的輻射 6 凈輻射 指向下和向上 太陽(yáng)和地球 輻射之差 二 測(cè)量輻射的儀器 1 直接日射表 是測(cè)定太陽(yáng)直接輻射的常規(guī)儀器 進(jìn)光筒對(duì)感應(yīng)面的視張角為10 感應(yīng)面是一塊涂黑的錳銅片 它的背面緊貼熱電堆正極 負(fù)極接在遮光筒內(nèi)壁 熱電堆的電動(dòng)勢(shì)正比于太陽(yáng)輻射 用于遙測(cè)的直接日射表將進(jìn)光筒安裝在 赤道架 上 借助電機(jī)和齒輪減速器 帶動(dòng)日射表進(jìn)光筒準(zhǔn)確地自動(dòng)跟蹤太陽(yáng) 2 TBQ 2天空輻射表 TBQ 2天空輻射表 該表用來(lái)測(cè)量光譜范圍為0 3 3 m的太陽(yáng)總輻射 也可用來(lái)測(cè)量入射到斜面上的太陽(yáng)輻射 如感應(yīng)面向下可測(cè)量反射輻射 如加遮光環(huán)可測(cè)量散射輻射 因此 它可廣泛應(yīng)用于太陽(yáng)能利用 氣象 農(nóng)業(yè) 建筑材料老化及大氣污染等部門(mén)做太陽(yáng)輻射能量的測(cè)量 TBQ 2天空輻射表的工作原理 該表為熱電效應(yīng)原理 感應(yīng)元件采用繞線(xiàn)電鍍式多接點(diǎn)熱電堆 其表面涂有高吸收率的黑色涂層 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(shì) 在線(xiàn)性范圍內(nèi) 輸出信號(hào)與太陽(yáng)輻照度成正比 為減小溫度的影響則配有溫度補(bǔ)償線(xiàn)路 為了防止環(huán)境對(duì)其性能的影響 則用雙層石英玻璃罩 罩是經(jīng)過(guò)精密的光學(xué)冷加工磨制而成的 TBQ 2天空輻射表的安裝與使用 該表應(yīng)安裝在四周空曠 感應(yīng)面以上沒(méi)有任何障礙物的地方 然后將輻射表電纜插頭正對(duì)北方 調(diào)整好水平位置 將其牢牢固定 再將總輻射表輸出電纜與記錄器相連接 即可觀測(cè) 最好將電纜牢固地固定在安裝架上 以減少斷裂或在有風(fēng)天發(fā)生間歇中斷現(xiàn)象 TBQ 2天空輻射表的維護(hù) 玻璃罩應(yīng)保持清潔 要經(jīng)常用軟布或毛皮擦試 玻璃罩不可拆卸或松動(dòng) 以免影響測(cè)量精度 應(yīng)定期更換干燥劑 以防罩內(nèi)結(jié)水 3 TBB 1凈輻射表 TBB 1凈輻射表用來(lái)測(cè)量太陽(yáng)輻射及地面輻射的凈差值 它的測(cè)量范圍為0 3 3 m的短波輻射和3 50 m的地球輻射 TBB 1凈輻射表的工作原理 該表的工作原理為熱電效應(yīng)原理 感應(yīng)部分是由康銅及鍍銅組成的熱電堆 熱電堆的上下兩個(gè)面緊貼著涂有無(wú)光黑漆的感應(yīng)面 由于上下感應(yīng)面吸收輻照度不同 因此熱電堆兩端產(chǎn)生溫差 其輸出電動(dòng)勢(shì)與感應(yīng)面黑體所接收的輻照度差值成正比 當(dāng)太陽(yáng)輻射大于地面輻射時(shí)輸出為正 反之為負(fù) 為了防止惡劣環(huán)境的影響及保護(hù)感應(yīng)面 該表裝有即能透過(guò)長(zhǎng)波輻射 又能透過(guò)短波輻射的聚乙烯薄膜罩 TBB 1凈輻射表的安裝與使用 該表可安裝在專(zhuān)用臺(tái)柱上 也可臨時(shí)裝在三角架上 如果安裝在臺(tái)柱上 要用兩個(gè)夾子將表面固定 使感應(yīng)面離地高度為1 5米 調(diào)節(jié)水平泡使其處于水平位置 擰緊夾子 表的輸出電纜線(xiàn)連接到記錄儀的輸入端即可測(cè)量 4 ZDS 10F系列多探頭自動(dòng)換檔數(shù)字式照度計(jì) 工作原理 光電池是把光能直接轉(zhuǎn)換成電能的光電元件 當(dāng)光線(xiàn)射到硒光電池表面時(shí) 入射光透過(guò)金屬薄膜4到達(dá)半導(dǎo)體硒層2和金屬薄膜4的分界面上 在界面上產(chǎn)生光電效應(yīng) 產(chǎn)生電位差的大小與光電池受光表面上的照度有一定的比例關(guān)系 這時(shí)如果接上外電路 就會(huì)有電流通過(guò) 電流值從以勒克斯 Lx 為刻度的微安表上指示出來(lái) 光電流的大小取決于入射光的強(qiáng)弱和回路中的電阻 照度計(jì)設(shè)有自動(dòng)變檔裝置 如讀數(shù)大于1999時(shí) 則倍率指示箭頭自動(dòng)上跳一檔 如讀數(shù)小于100時(shí) 則下跳一檔 使用方法 把標(biāo)有A B