农业气象观测和仪器:辐射和日照
关于辐射仪器使用技术和资料整理方法在WMO-No.8中已有详细描述,很明显,其中许多工作已超出了对三级气象人员的要求。
在论述农业气象人员特别感兴趣的某些问题之前,需要介绍一下辐射资料的重要性。
在物理气象学中一般只考虑日照记录,不考虑辐射资料,用日照资料代替短波辐射测量资料是很不恰当的,另外,对于直接测量和利用太阳能的重要性未加论证。但是, 在利用辐射能时(不仅包括水平面上的辐射能,虫包括其他面上的辐射),必须把直接辐射和散射辐射分幵。最典型的例子是建筑学,民用工程,植物、动物和人体生物气象学中各种表面上的辐射和照度,在研究温室结构以及耕作措施诸如作物行向、行距和土垄的效率时,也要考虑直接辐射和散射辐射。
详细研究日射总量表的日射记录图一般可以估计出日射和散射短波入射量的相对贡献,但这是一种没有办法的办法,必须根据几个小时或更长时间的累积资料进行推断。根据日照图推出给定时间出现或未出现日照的资料和有关太阳高度和方位角的资料,其用处可能比同时间内某一水平面上的总短波入射辐射资料的更大。
很明显,如果同时测量总辐射(太阳辐射加天空辐射) 和散射辐射(只是天空辐射);那么日照记录的价值就会大大下降,可以不必考虑它。
三级气象人员基本上只需掌握两类测量水平面短波入射 辐射的仪器:
第二类仪器——Moll-Gorczynski和Eppley的总日射表与Bellani的球形总日射表(后者更适用于亚热带和低纬度地区);
第三类仪器——Robitzsch的双金属总日射表。
Moll-Gorczynski总日射表和Eppley的最新型总日射表,都是用热电堆产生的电流探测辐射,水平安置并曝露于整个天空范围。在Bellani的仪器中,用一个装有部分液体(通常用酒精)的接收器接收和感应短波辐射,由于一些酒精蒸发。 结果量管中会出现凝结。虽然安装这个仪器是为了测量来自各个方向的辐射,但也可以把它的一部分埋入地中(或遮蔽起来),这样,球的上部在地面上,其观测资料可与水平面入射辐射资料建立相关,并可用于重要研究项目。
最经常用的这两类仪器(第二类中Eppley的仪器和第三类)都是以曝露于辐射条件下的熏、白表面之间的温差为理论依据的。主要是直接记录温差并闺此而导出入射辐射。 在Robitzsch的仪器中,有一个机械链驱使涂黑、白色的金属片做差动运动。所用的图非常类似于大家所熟悉的双金属温度计的图-现有几个仪器样品中,最好的一种所测得的曰总辐射误差为10%(如果对最新的仪器加以很好的维护,其性能显然会更好)。总的来说,用人工去分析第二类仪器的图表是非常花费时间的,但分析无云、无霾和完全阴天的特例还是比较容易的。当然需要用电来记录和处理资料。虽然第三类仪器在少云天气条件下的记录有较大的波动,但该仪器國 有的惰性反应将使记录(痕迹)趋于“平滑”,从而减少分折记录图的时间。到达地球表面的短波辐射是根据直接曰光束(直接辐射)和太阳散射辐射推导出来的,后者已经过分子、尘埃和气溶胶的散射以及云的反射,最终透过云层到达地面,这就是来自天穹各个部分的散射辐射。
如果只有一个日射总量表是可用的,而且又需要散射辐射资料,在这种情况下,可以通过用一块硬纸板一直遮挡直射光束到达感应元件的办法,得到粗略的但却是有用的估计值。
照度测量是特别困难的,用照像曝光表或类似仪器测量只能增加混乱,除用仪器测量之外,用上述方法观测的资料可能都导致得出错误的结论。