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基準(zhǔn)輻射站（BSRN）
■ 測量輻射
■ 評估輻射收支變化
■ 能源評估監(jiān)測
在范圍內(nèi)進(jìn)行地球表面輻射收支的測量，是了解地球氣候系統(tǒng)以及人類對氣候變化影響的基礎(chǔ)。在衛(wèi)星上進(jìn)行的觀測，如果沒有設(shè)在地面對照區(qū)內(nèi)不同站點(diǎn)的高準(zhǔn)確度的測量進(jìn)行校準(zhǔn)和驗(yàn)證，就不可能對地表輻射收支進(jìn)行可靠的評估。以相同的準(zhǔn)確度進(jìn)行長期觀測，對于評估區(qū)內(nèi)的氣候趨勢也是需要的。這樣的測量對于評估大氣輻射傳輸?shù)睦碚摲治鼋Y(jié)果、驗(yàn)證氣候模式計(jì)算以及研究地表輻射變化趨勢也都是的。
基準(zhǔn)輻射站長期自動監(jiān)測幾種能反映氣候變化特征的輻射要素，作為我國的輻射測量基準(zhǔn)并用于其他太陽輻射資料的校準(zhǔn)，能適應(yīng)國家氣候監(jiān)測網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求，滿足觀測數(shù)據(jù)的高精度和高穩(wěn)定性要求?；鶞?zhǔn)輻射觀測主要包括太陽直接輻射、散射輻射、總輻射、反射輻射、大氣長波輻射、地面長波輻射等，根據(jù)需要還會增加紫外輻射、光合有效輻射和同步的常規(guī)氣象要素。
對于許多太陽能評估、太陽能板和太陽能工程以及太陽能熱水器效能評估可以僅僅測量短波輻射，一般是總輻射、散射輻射和直接輻射。這時我們可以選用CR3000輻射測量站，同時可以把其它的氣象、電量、電流、電壓、功率因子等等接在一起。
儀器的主要組成部分為CR3000數(shù)據(jù)采集器及其8個輻射傳感器，3個通風(fēng)罩，一個太陽跟蹤器,數(shù)據(jù)采集器控制箱，及支架和供電系統(tǒng)組成.系統(tǒng)支架把數(shù)據(jù)通過串口或光纜傳輸?shù)奖O(jiān)控計(jì)算機(jī)。
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下：
對輻射的收支的長期測量對研究天氣和氣象學(xué)有著非常重要的意義，該站為其觀測提供長期有效的數(shù)據(jù)；
輻射的測量分為太陽輻射測量和地球輻射的測量。
以下是太陽和地球輻射的光譜范圍：
紫外： 0.2~0.4μm
可見： 0.4~0.7μm
近紅外： 0.7~3.0μm
紅外： 3.0~100μm
太陽不斷向地球大氣及地面發(fā)射電磁波。大約99％的太陽輻射或短波輻射的范圍在0.3~3.0μm;而絕大多數(shù)的地球輻射或稱長波輻射集中在3.5~50μm。
在地球大氣層上表面太陽輻射的強(qiáng)度約為1370W/m2。該值被稱為太陽輻射常數(shù)。。
嚴(yán)格的說，測量直接輻射、散射輻射必須采用太陽自動跟蹤系統(tǒng)（Tracker）。散射輻射的測量采用總輻射表加遮光片測量。為了得到高精度的天空向下長波輻射，該長波探頭*好也是加遮光片的。而且對于輻射表而言需要加通風(fēng)器，以保持探頭的身體溫度的相對穩(wěn)定，以及去除可能聚結(jié)在探頭上的雨露和霧氣。
BSRN要求所有的輻射變量都以1Hz采樣。*后輸出應(yīng)該包括每一個輻射變量的1分鐘內(nèi)的均值、*小值、*大值和標(biāo)準(zhǔn)偏差。這個規(guī)范是基于上等短波輻射表和長波輻射表的典型1/e響應(yīng)時間為近似1秒。
BSRN站的管理者應(yīng)當(dāng)鼓勵輔助測量的采樣和數(shù)據(jù)記錄*遵守標(biāo)準(zhǔn)WMO程序。
當(dāng)用自動采集系統(tǒng)來測量氣壓、溫度、濕度及風(fēng)速/風(fēng)向時，*好以與輻射測量相同的頻率來測量。由于溫度、壓力及濕度數(shù)據(jù)對于充分理解不同輻射設(shè)備的能量平衡，及輻射平衡的紅外組分來說非常重要，所以BSRN站應(yīng)該進(jìn)行這些測量。至少，每個BSRN站應(yīng)當(dāng)以相同頻率測量空氣溫度。
BSRN 測量精度
BSRN 測量精度 | ||
輻射 | 目前* | 目標(biāo)** |
1. 直接太陽輻射 |
| 1% 或 2 Wm-2 |
2. 散射輻射 | 10 Wm-2 | 4% 或 5 Wm-2 |
3. 總輻射 | 15 Wm-2 | 2% 或 5 Wm-2 |
4. 反射短波輻射 | 15 Wm-2 | 5% |
5. 向下長波輻射 | 30 Wm-2 | 5% 或 10 Wm-2 |
6. 向上長波輻射 | 30 Wm-2 | 5% 或 10 Wm-2 |
| *來自 WCRP-54，1991年3月 | **來自 WCRP-64，1991年11月 |
1 直接太陽輻射
BSRN對直接太陽輻射的目標(biāo)精度為1%或2 Wm-2。建議同時使用正常入射太陽溫度計(jì)（CH1）和-概空腔輻射計(jì)（ACR）。
2 散射輻射
目標(biāo)精度為4%或5 Wm-2。所用的輻射表應(yīng)該通風(fēng)及配備本體溫度傳感器。遮擋直接輻射時，需要跟蹤盤與-概空腔輻射計(jì)保持相同視域（*大5°），并且一直*遮擋輻射表的玻璃窗。
3 總輻射
目標(biāo)精度為2%或5 Wm-2。應(yīng)該直接測量總輻射，并且使用與散射輻射相同的帶通風(fēng)的輻射表，以進(jìn)行基礎(chǔ)質(zhì)量控制及標(biāo)定的boot-strapping。
4 反射短波輻射
應(yīng)選擇與散射輻射和總輻射相同類型的帶通風(fēng)的短波輻射表。應(yīng)配備水平遮擋環(huán)以防止在低太陽高度地區(qū)接收到直接輻射。支撐角應(yīng)小于5°（例如，覆蓋天底角85°到90°）。設(shè)備應(yīng)當(dāng)固定到30m高的塔上，以提供有代表性的反射輻射區(qū)域。
5 向下長波輻射
目標(biāo)精度為5%或10 Wm-2，whichever is greater。應(yīng)用帶遮擋和通風(fēng)設(shè)備的長波輻射表來測量。
6 向上長波輻射
應(yīng)選擇與向下長波輻射相同類型的帶通風(fēng)的短波輻射表。應(yīng)配備水平遮擋環(huán)以防止在低太陽高度地區(qū)接收到直接輻射。支撐角應(yīng)小于5°（例如，覆蓋天底角85°到90°）。設(shè)備應(yīng)當(dāng)固定到30m高的塔上，以提供有代表性的反射輻射區(qū)域。
氣象測量的精度
典型氣象測量野外規(guī)范 | ||
測量 | 分辨率 | 不確定度 |
空氣溫度 | 0.1 ℃ | ±0.3 ℃ |
溫度 | 0.1 ℃ | ±0.5 ℃ |
土壤溫度 | 0.1 ℃ | ±0.3 ℃ |
相對濕度 | 1% | ±7% |
風(fēng)速 | 0.5 ms-1 | ±5% 或 ±2 ms-1 |
風(fēng)向 | 5° | ±10° |
累積降雨 | 0.2 mm | 好于±0.2 mm 或總量的±2% |
雨強(qiáng) | 0.2 mm h-1 | 好于±0.2 mm h-1 或總量的±2% |
雪深 | 1 mm | 好于±10 mm 或總量的±1% |
大氣壓力 | 0.1 hPa | ±0.5 hPa |
數(shù)據(jù)采集設(shè)備的精度
1 時間
時間精度應(yīng)該保持在平均周期的±1%，對于1分鐘的平均周期來說，相應(yīng)的精度要**0.6秒。由于時鐘精度好于1秒很難，BSRN將精度放寬到1秒。
2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)精度
精度±0.01%或±1 μV。
