实验一 太阳辐射与日照时间的观测

2. 工作原理
暗筒式日照计是利用太阳光通过仪器上 的小孔射入筒内，使涂有感光药剂的日照 纸上留下感光迹线，通过计算迹线的长度 确定一日的日照时数，隔光板的边缘与小 孔在同一个垂直面上，它使太阳光除了在 正午有1-2min可以同时射入两孔外，其余 时间光线只能从一孔射入筒内。
3. 仪器的安装
日照计要安装在开阔的、终年从日出到日没都 能受到阳光照射的地方。通常安装在观测场内或平 台上，如安装在观测场内，首先埋设铁架(高度以 便于观测为宜)，铁架顶部要安装一块水平而又牢 固的台座，座面上要精确标出南北线，将日照计安 装在铁架平台上，仪器底座要水平，筒口对准正北， 并将日照计底座加以固定，然后转动筒身，使支架 上的纬度记号线对准纬度盘上当地纬度值。如观测 场无适宜地点，可安置在平台或附近较高的建筑物 上。
二、太阳辐射的观测
辐射指太阳、地球和大气辐射的总称。通 常称太阳辐射为短波辐射，地球和大气辐射 为长波辐射。观测的物理量主要是辐射通量 密度或辐射强度，标准单位瓦/平方米。
（一）气象上常测定以下几种辐 射量
（1） 太阳直接辐射，指来自日盘0.5°立体角内与 该立体角轴垂直的面的太阳辐射。
（2） 天空辐射（或称太阳散射辐射），指地平面 上收到的来自天穹2π立体角向下的散射辐射。
• 涂药方法：将配制好的两种药液在暗处等量混合， 均匀地涂在空白的日照纸上，或者先将柠檬酸铁 铵药液涂刷在日照纸上，阴干后逐日应用，每天 换下日照纸后，在感光迹线处用脱脂棉涂上赤血 盐，便可显出蓝色迹线。
5.日照计自记纸的更换和日照时数
的计算
• 每天在日落以后换自记纸，即使是全日阴雨，没有日照记 录，也应照常换下，以供日后查考。上纸时，将填好次日 日期的日照纸(涂药一面朝里卷成筒状)，放入金属圆筒内， 使纸上10时线对准筒口白线，14时线对准筒底的白线，纸 上的两个圆孔对准两个进光孔，压纸夹交叉处向上，将纸 压紧，盖好筒盖。
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。
（4）ZDS-10F系列多探头自动换 档数字式照度计
（一）测定日照时数的仪器
（1）暗筒式日照计：一个圆型暗筒上留有小 孔，当阳光透过小孔射入筒内时，装在筒 内涂有感光药剂的日照纸上便留下感光迹 线，利用感光迹线可计算出日照时数，这 是气象台站常用的仪器。
（2） 聚焦式日照计：利用太阳光经玻璃球 折射聚焦，在日照纸上留下烧灼的焦痕， 根据焦痕的总长度即可算出日照时数。
实验一 太阳辐射与日照时数的 观测
• 实验目的：了解太阳辐射与日照数的观测 观测原理，掌握天空辐射与日照时数观测 方法。
• 仪器与设备：天空辐射表、辐射电流表、 暗筒式日照计
一、日照时数的观测
日照的长短与农业生产密切相关，所以日照时 数是所有气象台站必须观测的项目。
太阳中心从出现在一地的东方地平线到进入西 方地平线，其直射光线在无地物、云、雾等任何 遮蔽的条件下，照射到地面所经历的时间，称为 “可照时数”。太阳在一个地方实际照射地面的 时数，称为“日照时数”。日照时数以小时为单 位，可用日照计测定。日照时数与可照时数之比 为日照百分率，它可以衡量一个地区的光照条件。
• 当天换下的日照纸，应根据感光迹线的长短，在迹线下方 用铅笔分别描划一直线，然后将日照纸放入足量的清水中 浸漂3—5min拿出(全天无日照的自记纸，也应浸漂)，阴 干后，再重新检查感光迹线与铅笔线是否一致，如感光迹 线比铅笔线长，则应补上这一段铅笔线，最后按铅笔线以 十分法计算日照数。将各小时的日照时数逐一相加，精确 到0.1h，即可得到全天的实照时数。若全天无日照，日照 时数记为0.0。
• 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。
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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。
TBQ-2天空辐射表的维护
1. 玻璃罩应保持清洁，要经常用软布或毛皮 擦试。
2. 玻璃罩不可拆卸或松动，以免影响测量精 度。
3. 应定期更换干燥剂，以防罩内结水。
（3）TBB-1净辐射表
• 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
（3）光电日照计：根据1981年WMO第八届 仪器和观测方法委员会建议，用太阳直接 辐射强度≥120瓦/平方米作为日照阈值。使 用阈值为120瓦/平方米的直接日射表作为日 照基准仪器，当太阳直接辐射照射到受光 元件时，受光元件输出与直接辐射相对应 的脉冲电压，当脉冲电压幅度超过阈值电 压时，输出一个时间脉冲，作为日照时数 记录下来。
（3） 太阳总辐射，指地平面接收的太阳直接辐射 和散射辐射之和。
（4） 反射太阳辐射，指地面反射的太阳总辐射。 （5） 地球辐射，指由地球（包括大气）放射的辐
射。
（6） 净辐射，指向下和向上（太阳和地球）辐射 之差。
（二）测量辐射的仪器
（1）直接日射表：是测定太阳直接辐射的常 规仪器。进光筒对感应面的视张角为10°， 感应面是一块涂黑的锰铜片，它的背面紧 贴热电堆正极，负极接在遮光筒内壁，热 电堆的电动势正比于太阳辐射。用于遥测 的直接日射表将进光筒安装在“赤道架” 上，借助电机和齿轮减速器，带动日射表 进光筒准确地自动跟踪太阳。
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
TBQ-2天空辐射表
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。
TBQ-2天空辐射表的工作原理
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。
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。
4. 日照计自记纸的涂药
• 日照计自记纸使用前需在暗处涂刷感光药剂，日 照记录的准确性与否与涂药质量关系密切。
• 所用药剂为显影药剂赤血盐(K3Fe(CN)6)和感光药 剂柠檬酸铁铵[Fe2 (NH4)4(C6H5O7)3]。
• 药液的配制方法：赤血盐与水的比例1：10，柠檬 酸铁铵与水的比例为3：10，按此比例，将配好的 药液分别存放于两容器中，每次配量以能涂刷10 张日照纸为宜，以免涂了药的日照纸久存失效。
（二）暗筒式日照计
1. 构造特点：由金属圆筒、隔光板、纬度刻度盘 和支架底座构成。金属圆筒底端密闭，筒口带盖， 筒的两侧各有一个进光小孔，两孔前后位置错开， 与圆心的夹角为120，筒内附有压纸夹。圆筒固定 在支架上，松开固定螺钉可绕轴旋转，使圆筒轴与 地平角为当地纬度，使太阳一年四季在南北纬度 23.5变化时，就相当于在暗筒洞孔的垂直切面南北 23.5范围内变化，故一年内太阳光照射时，光线都 会落到暗筒内。在春、秋分这两天阳光垂直筒身， 感光线是一条垂直圆筒轴的直线，下半年阳光偏于 北半球，感光线位于直线的下方，冬半年阳光偏于 南半球，阳光迹线偏于直线上方。