利用长波辐射计算地表温度并对比分析

利 用 长 波 辐 射 计 算 地 表 温 度 并对 比分 析
袁 志 扬
（ 东莞市气象局 ， 广东东莞 摘 ５ ２ ３ ０ ８ ６ ）
要： 介 绍了铂电阻温度传感器 观测地 表温 度和 长波辐射 计算地 表温 度原理 和方法 。把 草面
温度 （ 简称草温 ） 作为地表温度代表 ， 利用 了 ２ ０ １ １ 年１ 月至 ２ ０ １ １年 １ ２月 东莞市板岭 国家基本气 象站
自 身发射的长波辐射 和地 面反射 的部分大气逆
辐射 ， 即
Ｅ 抽＝ ｅ ｏ － ｔ ＋（ １一 ） Ｅ ， （ １ ）
１ 数据来源及观测仪器
长波辐射系统 、 地表温度 系统都安装在东莞 国家基 本 气象 站 观测 场 上 ， 海拔高度为 ５ ６ ． ０ ｍ，
四周 空 旷无 遮 蔽 物 ， 附 近 没 有 反 射 阳光 强 的物 体， 观 测 资料具 有很 好 的代 表性 。本 研 究 所 用数 据为 ２ ０ １ １年 １ —１ ２月 ， 长 波 辐 射 数 据 是 由荷 兰 Ｋ ｉ ｐ ｐ＆ Ｚ ｏ ｎ ｅ ｎ公 司生产 ， 型 号为 Ｃ Ｇ Ｒ ４， 光谱 范 围
（ １ ） 式中Ｅ 捕为地面 向上长波辐射 ； 为地表 比
辐射 率 ； 为斯 蒂芬 一玻尔 兹曼 常数 ； ｔ 为地表 温 度 ； Ｅ 鲁为大 气 逆 辐 射 。 由公 式 （ １ ） 得 到 计 算 地
表温 度 方法
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植被 的 比辐 射 率 在 ０ ． ９ ５～０ ． ９ ８之 间 ， 为 计 算 简
便， 取其中间值 ０ ． ９ ６ ， 而根据式 （ ２ ） 计算得到 的
地 表温 度在 本研 究 中称之 为地 表辐 射温度 。
作者 简介 ： 袁志扬 （ １ ９ ８ ６年生） ， 男， 助理工程 师 ， 主要从 事地 面气象观测工作。
种参考 方 法 。
４次方成正 比， 因此 ， 可 以由温度求 出绝对 黑体
的积 分 辐 出度 ； 也 可 以 由积 分 辐 出度 反 求 温 度 ，
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这就是用辐射方法测量物体温度的基础＿ ２ Ｊ 。
由于地球 是 灰 体 ， 基 于灰 体 辐 射 定 律 ， 地 面 会反 射 一 部 分 大 气 长 波 辐 射 （ 主要 指 大气 逆 辐 射） ， 因此 ， 观 测到 的地 面 向上长 波辐射 包括 地 面
第３ ６卷第 １ 期
２ ０ １ ４年 ２月
广 东 气 象
Ｇｕ ａ ｎｇ ｄ ｏ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ｅ ｏ ｒ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ
Ｖｏ ｌ ＿ ３ ６ Ｆ ｅ ｂ ｒ ｕ ａ ｒ ｙ
Ｎｏ ． １ ２ ０ １ ４
袁志扬 ． 利用长波辐射计算地表温度并对 比分析 ［ Ｊ ］ ． 广东气象 ， ２ ０ １ ４， ３ ６ （ １ ） ： ６ ９— ７ ２
中图分类号 ： Ｐ ４ １ 文献标识码 ： Ａ ｄ ｏ ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ７— ６ １ ９ ０ ． ２ ０ １ ４ ． Ｏ １ ． ０ １ ６
地 表 温度 的测 量 是 研 究 地 一气 热 量 系 统 相 互 作用 过程 中重 要 物理量 ， 同样 也是 地 面 气象 观 测 中的一 部分 ， 包括 地温 、 草温 、 雪 面温 度 。在 理 想 情况 下测 量地 表 温度 ， 只能 与 地 面表 层 进行 热 交换 ， 实 际它 的测 量 要 比空气 温度 测 量 复 杂 ， 这 是 因为 ： １ ） 外 部 环境 对 测 量 有 很 大 的 影 响 ， 例 如 Ｅ ｔ 照； ２ ） 地 表 面及 贴 面层 的温 度 梯 度 往 往 很 大 ，
７ ０
广东气象
第３ ６卷
３ 铂 电 阻观 测 地 表 温 度 方 法
根据《 地面气象观测 规范》 ， 草温 的观测是 将铂电阻温度传感器安装在草地面积约 １ ｍ ， 距 地６ ｃ ｍ高度处， 并 与 地 面大 致 平 行 。铂 电 阻 温
ｒ ７ 、
在４ ． ５～ ４ ２ ｍ 的长波辐射传感器观测所得 ， 下 垫面为草面 ； 草温数据是 由广州市德力权仪器有 限公司生产 ， 型号为 Ｐ ｔ ｌ ０ ０ Ａ的铂 电阻温度传感
器观 测所 得 。 由于 辐射 与草 温 的 日界 不 同 ， 为统
收稿 日期 ： ２ ０ １ ３— ０ ７— ２ ２
射能 ， 而把这种能量传播方式称为辐射 。由黑体
辐射 定律 可知 ， 绝 对黑 体 的积分 辐 出度 与 温度 的
面 以下 土 壤或贴 地层 空气 的影 响是不 可 能 的 ； ３ ） 即使 同一 块地 面 ， 由于地 表 不 同部 位 的 物 理 、 化 学 性能 的差 别 以及平 整度 和 土壤 颗 粒 大小 不 同 ， 测 出来 的 温 度 也 会 有 较 大 的差 别 ¨ 。因此 ， 本 研究 以草温 为代 表 ， 利 用长 波 辐射 计 算 地 表温 度， 并 与其 对 比 ， 为 更 准 确 测 量 地 表 温 度 提 供 一
草温和长波辐射资料 ， 计算和 比较分析 了地 表辐射温度与草温 的差异 。结果表 明 ， 虽 然两者 的相关 性
很好 ， 但还 是存 在一定的差异 ， 而这 种差异 主要是 由于草 温受外 部环境 影 响造 成 的 ， 通过 长波辐射 计 算地表温度则可 以避免外部环 境的影响 ， 使 观测数据更加准确 。 关键词 ： 大气探测 ； 地表 辐射 温度 ；长波辐射 ； 草温
要 使传 感 器 只与地 表面进 行 热交 换 ， 而 不 受地 表
计方 便 ， 本研 究 以北京 时 ２ ４： Ｏ ０为 日界 。
２ 长波辐射计算地 表温度原 理与方法
任何物体只要温度大于绝对零度 ， 都会 以电
磁波 形式 向四周放 射 能量 ， 同时也 接 收来 自周 围 的 电磁 波 。一 般 把 这 个 电磁 波 能量 本 身 称 为 辐