农业气象学实验报告

实验一、太阳辐射与光照强度的观测

实验目的：

1.了解辐射表、多探头照度计的构造原理；掌握太阳总辐射、净辐射和光

照强度的观测方法。

2.掌握太阳辐射传感器、多探头照度计测定太阳总辐射、净辐射和光照强

度的原理和方法。

仪器、设备：

TBQ-2天空辐射表、TBB-1净辐射表、太阳辐射电流表、ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计、导线

设备参数：

TBQ-2天空辐射表灵敏度：10.549um/wm2

TBB-1净辐射表灵敏度：9.124um/wm2（白天）、9.11um/wm2（夜晚）

太阳辐射电流表：辐射瞬时值（瓦/平方米）=显示值×1000/灵敏度系数

实验原理与步骤：

一、太阳总辐射、净辐射的观测

（一）TBQ-2天空辐射表原理与安装

1.TBQ-2天空辐射表构造原理：该表用来测量光谱范围为0.3-3μm的太阳总辐射，也可用来测量入射到斜面上的太阳辐射，如感应面向下可测量反射辐射，如加遮光环可测量散射辐射。因此，它可广泛应用于太阳能利用、气象、农业、建筑材料老化及大气污染等部门做太阳辐射能量的测量。TBB-1净辐射表用来测量太阳辐射及地面辐射的净差值。它的测量范围为0.3～3μm的短波辐射和3～50μm的地球辐射。

TBQ-2天空辐射表的工作原理：该表为热电效应原理，感应元件采用绕线电镀式多接点热电堆，其表面涂有高吸收率的黑色涂层。热接点在感应面上，而冷结点则位于机体内，冷热接点产生温差电势。在线性范围内，输出信号与太阳辐照度成正比。为减小温度的影响则配有温度补偿线路，为了防止环境对其性能的影响，则用双层石英玻璃罩，罩是经过精密的光学冷加工磨制而成的。

2.TBQ-2天空辐射表的安装与使用：

该表应安装在四周空旷，感应面以上没有任何障碍物的地方。然后将辐射表电缆插头正对北方，调整好水平位置，将其牢牢固定，再将总辐射表输出电缆与记录器相连接，即可观测。最好将电缆牢固地固定在安装架上，以减少断裂或在有风天发生间歇中断现象。

（二）TBB-1净辐射表原理与安装

1.TBB-1净辐射表构造原理：TBB-1净辐射表用来测量太阳辐射及地面辐射的净差值。它的测量范围为0.3～3μm的短波辐射和3～50μm的地球辐射。

TBB-1净辐射表的工作原理：该表的工作原理为热电效应原理，感应部分是由康铜及镀铜组成的热电堆，热电堆的上下两个面紧贴着涂有无光黑漆的感应面，由于上下感应面吸收辐照度不同，因此热电堆两端产生温差，其输出电动势与感应面黑体所接收的辐照度差值成正比，当太阳辐射大于地面辐射时输出为正，反之为负。为了防止恶劣环境的影响及保护感应面，该表装有即能透过长波辐射、又能透过短波辐射的聚乙烯薄膜罩。

2.TBB-1净辐射表的安装与使用：

该表可安装在专用台柱上，也可临时装在三角架上，如果安装在台柱上，要用两个夹子将表面固定，使感应面离地高度为1.5米，调节水平泡使其处于水平位置，拧紧夹子。表的输出电缆线连接到记录仪的输入端即可测量。

（三）观察与记录

（1）在太阳直射辐射不被遮蔽的开阔处，安装好TBQ-2天空辐射表、TBB-1净辐射表，调整使仪器感应面成水平位置。辐射电流表安装在辐射表的北面，其距离应使观测者读数时不遮挡天空辐射表。

（2）分别将TBQ-2天空辐射表、TBB-1净辐射表的2根导线与辐射电流表的（+）、（-）端连接好，待仪器稳定后即可开始测量。

（3）测量总辐射照度时，把TBQ-2天空辐射表头部的金属罩取下，经3-5s后即可从电流表上读取数值；测量净辐射照度时，把TBB-1净辐射表头部的两个金属罩取下，经3-5s后即可从电流表上读取数值；分别记录10:30、11:10、11:50、12:30、13:10、13:50（每隔四十分钟）时的太阳总辐射、净辐射。

（4）把上述辐射电流表上的数值按仪器使用说明书中的公式换算成辐射照度。

二、光照强度的观测

（一）ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计原理

1.ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计工作原理：光电池是把光能直接转换成电能的光电元件。当光线射到硒光电池表面时，入射光透过金属薄膜4到达半导体硒层2和金属薄膜4的分界面上，在界面上产生光电效应。产生电位差的大小与光电池受光表面上的照度有一定的比例关系。这时如果接上外电路，就会有电流通过，电流值从以勒克斯（Lx）为刻度的微安表上指示出来。光电流的大小取决于入射光的强弱和回路中的电阻。照度计设有自动变档装置，如读数大于1999时，则倍率指示箭头自动上跳一档，如读数小于100时，则下跳一档。

2.ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计使用方法：

1)把标有A、B字样的传感器探头，分别插入仪器面板上的INPUT（输入）A、B

插孔；

2)将照度计面板左上侧的Power开关由OFF位置拨到ON位置，此时仪器电源

接通，显示器上出现3个0；

3)照度计面板右上侧有一个传感器Select开关，开关置于A时，则对传感器A

的照度进行测量，以此类推；

4)打开传感器探头的遮光罩；

5)读取照度计显示的数值，并乘以显示器右侧箭头指示的倍率，即得实际照度

值。

（二）观察与记录

在太阳直射辐射不被遮蔽的开阔处，安装好ZDS-10F系列多探头自动换档数字式照度计，调整使光电池表面向上水平放置。

按上述使用方法操作，打开电源-打开盖子-读数-关电源-盖盖子，分别记录10:30、11:10、11:50、12:30、13:10、13:50（每隔四十分钟）时的光照强度。实验结果

实验分析

图1

图2

1.太阳总辐射、净辐射的日变化

太阳总辐射、净辐射从10点半到14点大体上呈升高、降低、升高的趋势，且在13点50左右达到最大值。这是由于观测当天的天气原因（云）以及观测时间较短所导致的现象，正确的变化趋势应该是呈先升高后降低的趋势，且在正午达到最大值。由于清晨太阳未完全升起、大气透明度低等因素，辐射比较弱；随着太阳的升起、大气透明度增加，辐射逐渐增强直至太阳高度角最大时，辐射最强；再随时间推移，辐射减弱。总辐射、净辐射与太阳高度角呈正相关。

2.光照强度日变化

由实验结果可知，光照强度随时间的变化，先升高后降低又升高，同样是由于观测当天的天气原因（云）以及观测时间较短所导致的，正确的变化趋势应该是呈先升高后降低的趋势，因为光照强度也和太阳高度角呈正相关，而太阳高度角在10点到15点是先增加后降低。