期的要求，测定自由水面高度。
冬季结冰期较长的地区停止观测，整个结冰期改用小型蒸发器观测冰面蒸发，但应将E-601B型蒸发器内的水汲净，以免冻坏。 12.2.4 维护?
蒸发器用水的要求：应尽可能用代表当地自然水体(江、河、湖)的水。在取自然水有困难的地区，也可使用饮用水(井水、自来水)。器内水要保持清洁，水面无漂浮物，水中无小虫及悬浮污物，无青苔，水色无显著改变。一般每月换一次水。蒸发器换水时应清洗蒸发桶，换入水的温度应与原有水的温度相接近。
每年在汛期前后(长期稳定封冻的地区，在开始使用前和停止使用后)，应各检查一次蒸发器的渗漏情况等；如果发现问题，应进行处理。
定期检查蒸发器的安装情况，如发现高度不准、不水平等，要及时予以纠正。 12.2.5 蒸发自动测量传感器
⑴ 原理
该传感器由超声波传感器和不锈钢圆筒组成。根据超声波测距原理，选用高精度超声波探头，对E-601B型蒸发器内水面高度变化进行检测，转换成电信号输出。并配置温度校正部分，以保证在使用温度范围内的测量精度。它的测量范围为0～100mm，分辨率0.1mm ，测量准确度±1.5%(0～+50℃)。
⑵ 安装
该传感器安装在E-601B型蒸发桶内的专用三角支架上。用三个水平调整螺钉将不锈钢筒的底座调整水平，拧紧固定螺钉。应保持不锈钢圆筒最高水位刻度线稍高于蒸发桶溢孔。桶内注水，使水面接近不锈钢筒的最高水位刻度线处。保持水面位于最高和最低刻度线之间。传感器用电缆与采集器相连。
维护：定期检查清洁传感器，发现故障时及时修复。
冬季结冰时该仪器不观测，应将传感器取下，妥善保管；解冻后再重新安装使用。若冬季结薄冰的台站，停用传感器，只在20时用测针进行补测。
⑶ 数据采集与处理
采集器能够采集蒸发桶内水面高度的连续变化，自动计算出每小时和一日(20—20时)的蒸发量（采集器自动把同一时间内降至蒸发器内的降水量减去）。因降水使日蒸发量出现负值时，该日蒸发量按0.0处理。 12.3 小型蒸发器
小型蒸发器为口径20cm，高约10cm的金属圆盆，口缘镶有内直外斜的刀刃形铜圈，器旁有一倒水小咀(见图12.3)。为防止鸟兽饮水，器口附有一个上端向外张开成喇叭状的金属丝网圈。
图12.3 小型蒸发器及蒸发罩?
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12.3.1 安装
在观测场内的安装地点竖一圆柱，柱顶安一圈架，将蒸发器安放其中。蒸发器口缘保持水平，距地面高度为70cm。冬季积雪较深地区的安装同雨量器。 12.3.2 观测和记录
每天20时进行观测，测量前一天20时注入的20mm清水(即今日原量)经24小时蒸发剩余的水量，记入观测簿余量栏。然后倒掉余量，重新量取20mm(干燥地区和干燥季节须量取30mm)清水注入蒸发器内，并记入次日原量栏。蒸发量计算式如下：
蒸发量=原量+降水量-余量
有降水时，应取下金属丝网圈；有强降水时，应注意从器内取出一定的水量，以防水溢出。取出的水量及时记入观测簿备注栏，并加在该日的“余量”中。
因降水或其它原因，致使蒸发量为负值时，记0.0。蒸发器中的水量全部蒸发完时，按加入的原量值记录，并加“＞”,如＞20.0。
如在观测当时正遇降水，在取走蒸发器时，应同时取走专用雨量筒中储水瓶；放回蒸发器时，也同时放回储水瓶。量取的降水量，记入观测簿蒸发量栏中的“降水量”栏内。
没有E-601B型蒸发器的气象站，全年使用小型蒸发器进行观测；有E-601B型蒸发器的，且冬季结冰期较长的气象站，停止E-601B型观测，用小型蒸发器进行冰面蒸发量观测，用称量法测量。二种仪器替换时间应选在结冰开始和化冰季节的月末20时观测后进行。E-601B型和小型蒸发器测得的蒸发量分别记在“大型”与“小型”栏内。
如结冰期有风沙，在观测时，应先将冰面上积存的尘沙清扫出去，然后称重。称重后须用水再将冻着在冰面上的尘沙洗去，再补足20mm水量。 12.3.3 维护
每天观测后均应清洗蒸发器，并换用干净水。冬季结冰期间，可10天换一次水。 应定期检查蒸发器是否水平，有无漏水现象，并及时纠正。
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第13章 辐射
13.1 概述
13.1.1 太阳与地球辐射
气象站的辐射测量，包括太阳辐射与地球辐射两部分。
地球上的辐射能来源于太阳，太阳辐射能量的99.9%集中在0.2～10微米（μm）的波段，其中的波长短于0.4μm的称为紫外辐射，0.4～0.73μm的称为可见光辐射，而长于0.73μm的称为红外辐射。此外，太阳光谱在0.29～3.0μm范围，称为短波辐射，目前气象站主要观测这部分太阳辐射。
地球辐射是地球表面、大气、气溶胶和云层所发射的长波辐射，波长范围为3～100μm。地球平均温度约为300K。地球辐射能量的99%波长大于5μm。 13.1.2 辐射测量单位
⑴ 辐照度E：在单位时间内，投射到单位面积上的辐射能，即观测到的瞬时值。单位为-2-2
瓦2米 （W2m），取整数。
-2-2
⑵ 曝辐量H：指一段时间（如一天）辐照度的总量或称累计量。单位为兆焦耳2米（MJ2m），
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取两位小数，1MJ=10J=10W2s。 13.1.3 气象辐射量
⑴ 太阳短波辐射
① 垂直于太阳入射光的直射辐射S：包括来自太阳面的直接辐射和太阳周围一个非常狭窄的环形天空辐射(环日辐射)，可用直接辐射表测量。
② 水平面太阳直接辐射SL ：SL 与S的关系为
SL=S2sinHA=S2cosZ (13.1) 式中，HA为太阳高度角，Z为天顶距(Z=90-HA)。
③ 散射辐射Ed↓：散射辐射是指太阳辐射经过大气散射或云的反射，从天空2π立体角以短波形式向下，到达地面的那部分辐射。可用总辐射表，遮住太阳直接辐射的方法测量。
④ 总辐射Eg↓：总辐射是指水平面上,天空2π立体角内所接收到的太阳直接辐射和散射辐射之和。可用总辐射表测量
Eg↓=SL+Ed↓ (13.2) 白天太阳被云遮蔽时，Eg↓=Ed↓，夜间Eg↓=0。
⑤ 短波反射辐射Er↑：总辐射到达地面后被下垫面(作用层)向上反射的那部分短波辐射。可用总辐射表感应面朝下测量。
下垫面的反射本领以它的反射比Ek表示
Er? E k ? （13.3）
Eg?
⑵ 太阳常数SO
在日地平均距离处，地球大气外界垂直于太阳光束方向上接收到的太阳辐照度，称为太
-2
阳常数，用SO表示。1981年世界气象组织（WMO）推荐了太阳常数的最佳值是So=1367±7W2m。
⑶ 地球长波辐射
① 大气长波辐射EL↓：大气以长波形式向下发射的那部分辐射或称大气逆辐射。
② 地面长波辐射EL↑：地球表面以长波形式向上发射的辐射(包括地面长波反射辐射)。
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它与地面温度有密切联系。
⑷ 全辐射
短波辐射与长波辐射之和，称为全辐射。波长范围为0.29～100μm。
*
⑸ 净全辐射E(辐射平衡)
太阳与大气向下发射的全辐射和地面向上发射的全辐射之差值，也称为净辐射或辐射差额。其表示式为：?
*
净全波辐射 E=Eg↓＋EL↓-Er↑-EL↑ (13.4)
?净短波辐射?E =Eg↓-Er↑ (13.5)? g净长波辐射 El?↓=EL↓-EL↑ (13.6)? 以上各种辐射，如图13.1所示。 ??
图13.1 各种辐射示意图
注：本规范中除向上、向下长波辐射用↓、↑符号外，其余各有关辐射量均省去↑、↓符号。
13.1.4 辐射传感器
气象站使用的辐射传感器都为热电型，传感器由感应面与热电堆组成，如图13.2、13.3所示。感应面是薄金属片、涂上吸收率高、光谱响应好的无光黑漆。紧贴在感应面下部是热电堆，它与感应面应保持绝缘。热电堆工作端位于感应面下端。参考端(冷端)位于隐蔽处。为了增大仪器的灵敏度，热电堆由康铜丝绕在骨架上，其中一半镀铜，形成几十对串联的热电偶。
图13.2 绕线型热电堆 图13.3 热电型辐射表原理图
当辐射表对准辐射源(如太阳)，感应面黑体吸收辐射能而增热时，使下部的热电堆点两端形成温度差，热电堆产生电动势。当辐照度E越强，热电堆两端的温差就越大，输出的电动势V也就越大，它们的关系基本是线性的：
-2
其中 V(μV)=K2E(W2m) (13.7)
-12
K (μV2W2m)=V/E (13.8)
-12
K称仪器的灵敏度，单位为μV2W2m，取2位小数。辐射仪器灵敏度定义为仪器达到稳态后，输出量与输入量之比，也就是单位辐照度产生的电压微伏数。K值是否稳定是衡量一个辐
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射表等级标准的重要指标。此外，灵敏度还随辐照度和环境条件(如温度、湿度、风)等的改变而产生变化。若已知K，测量辐射表输出电压大小，就可确定辐照度的强弱，这就是热电型辐射传感器的基本原理。
通常热电型辐射表是相对仪器，它与标准仪器对比观测（检定）后，才能求出仪器的灵敏度K。
13.2 总辐射的观测
总辐射是辐射观测最基本的项目。总辐射用总辐射表(亦称天空辐射表)测量。 13.2.1 总辐射表
总辐射表由感应件、玻璃罩和附件组成(见图13.4)。
图13.4 总辐射表?
感应件由感应面与热电堆组成，涂黑感应面通常为圆形，也有方形。热电堆由康铜、康铜镀铜构成。另一种感应面由黑白相间的金属片构成，利用黑白片的吸收率的不同，测定其
-12
下端热电堆温差电动势，然后转换成辐照度。仪器的灵敏度为7～14μV2W2m。响应时间≤60s(响应稳态值99%时)。余弦响应指标规定如下：太阳高度角为10°、30°时，余弦响应误差分别≤10%、≤5%。
玻璃罩为半球形双层石英玻璃构成。它既能防风，又能透过波长0.3～3.0μm范围的短波辐射，其透过率为常数且接近0.9。双层罩的作用是为了防止外层罩的红外辐射影响，减少测量误差。
附件：包括机体、干燥器、白色挡板、底座、水准器和接线柱等。此外还有保护玻璃罩的金属盖(又称保护罩)。干燥器内装干燥剂(硅胶)与玻璃罩相通，保持罩内空气干燥。白色挡板挡住太阳辐射对机体下部的加热，又防止仪器水平面以下的辐射对感应面的影响。 底座上设有安装仪器用的固定螺孔及调整感应面水平的三个调节螺旋。 13.2.2 仪器的安装、使用和维护
⑴ 安装
总辐射表应牢固安装在专用的台柱上。台柱是用一根金属管或木柱，上部固定一块比总辐射表底座稍大的金属板或木板构成。台柱离地面约1.50m，下部埋入地中要很牢固，长时间内不会出现下陷或变形现象，既使台柱受到严重冲击振动(如大风等)，也不改变仪器的水平状态。
安装时，先把总辐射表的白色挡板卸下，再将总辐射表安装在台上，使仪器接线柱方向朝北。用三个螺钉(最好用不生锈的材料)将仪器固定在台柱上，若台架为金属板则事先打好三个孔，用螺栓固定仪器。然后利用仪器上所附的水准器，调整底座上三个螺旋，使总辐射表的感应面处于水平状态，最后将白色挡板装上。
仪器安装后，用导线与接线柱、记录仪表连接(接线时，要注意正负极)，有的接线柱有三根引出线，其中一根连接机体，用于连接电缆的屏蔽层，起到防干扰和防感应雷击的作用。
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