气象常测辐射种类及其应用

气象常测辐射种类及其应用一、辐射概念• 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能流率，或称辐射通量密度或辐射强度，标准单位瓦/平方米• 气象上常测定以下几种辐射量：1、总辐射（太阳辐射/短波辐射），包括太阳直接辐射、太阳散射辐射（天空辐射/漫射辐射）2、地球辐射（长波辐射），指由地球（包括大气）放射的辐射3、净辐射，指向下和向上（太阳和地球）辐射之差。4、光合有效辐射（PAR） 二、总辐射（短波辐射/太阳辐射）1、总辐射（短波辐射/太阳辐射）指地球表面某一观测点水平面上接收太阳的直射辐射与太阳散射辐射的总和，波长主要为0.15～4μm，其中最大辐射波长平均为0.5μm，主要由可见光线（0.4～0.76μm）、红外线（>0.76μm）和紫外线（<0.4μm）组成。2、产品推荐MP-100与MP-200便携式总辐射测量仪由读数表和传感器组成，典型应用包括农业、生态和水文天气网络以及太阳能电池板阵列中的短波辐射测量。SP系列总辐射传感器共计有8款传感器，类型有硅光电池与热电堆，典型应用包括农业、生态和水文天气网络中的短波辐射测量。二、地球辐射（长波辐射）1、长波辐射长波辐射的波长主要为4～120μm，其中最大辐射波长平均为10微米，由地面辐射、大气辐射和大气逆辐射 组成。地面和大气的辐射能主要集中在4～120μm之间，因为比太阳辐射（短波辐射）的波长0.15～4μm要长得多，所以气象学习惯上把地面和大气的辐射称为长波辐射。在地球辐射中，由地面向上发射的长波辐射称为地面辐射 或地面射出辐射，大气发射的长波辐射称为大气辐射，大气向下发射的长波辐射称为大气逆辐射 。2、产品推荐SL系列热电堆长波辐射传感器有SL-510（向上，测量大气逆辐射 ）与SL-610（向下，测量地面辐射 ）两款传感器，两者组合典型应用包括农业、生态和水文天气网络中的长波辐射测量以及可再生能源应用。四、地面净辐射1、地面净辐射单位时间、单位面积地表面吸收的太阳总辐射 和大气逆辐射 抵去地表本身放射辐射。将地面的短波辐射 和长波辐射 的收入与支出相抵后，地表的净收入或净支出的辐射量 就是地面净辐射（也称为地表辐射平衡）。2、产品推荐SN-500与SN-522四分量净辐射传感器由一组向上向下的长波辐射传感器和一组向上向下的总辐射传感器组成，分别测量净辐射的四个分量。可用于测量净辐射。  五、光合有效辐射（PAR）1、光合有效辐射（PAR）指绿色植物进行光合作用过程中，能够被光和色素吸收并转化的太阳辐射能量。光合有效辐射的波长范围在380～710nm，与可见光基本重合。光合有效辐射占太阳直接辐射的比例随太阳高度角增加而增加，可达45%。而在散射辐射中，光合有效辐射的比例可达60～70%之多，所以多云天反而提高了PAR的比例。光合有效辐射平均约占太阳总辐射的50%。光合有效辐射定义了要考虑的光谱，而不是光量。标注单位有两种：一是用光合辐照度表示（w/m2），主要用于太阳光的光合作用的广义研究。二是用光量子通量密度PPFD/PFD表示（μmol/m2/s），主要用于人造光源和太阳光对植物光合作用的研究。2、产品推荐① DLI-400、DLI-500与DLI-600便携式PAR、日光积分和光周期计，用于测量光合有效辐射（PAR）水平，并计算日光积分（DLI）和光周期。② MQ系列手持式光合有效辐射测量仪共有9款传感器，由手持式仪表和专用的量子传感器组成，可用于测量400~700nm的光合有效辐射，该系列产品具有可以水下测量的型号和多个传感器的型号。③ SQ-100/200/400系列光合有效辐射传感器共有7款传感器，典型应用包括室外环境、温室和生长室中植物冠层的 PPFD（光量子通量密度）测量，以及相同环境中的反射或冠层下（透射）PPFD 测量。量子传感器还用于测量水生环境中的PAR（光合有效辐射）/ PPFD，包括生长珊瑚的咸水水族馆。④ SQ-301X光合有效辐射传感器，典型应用包括在室外环境、温室和生长室中对植物冠层进行光合光子通量密度（PPFD）测量，以及在同一环境中进行反射或冠层下（透射）PPFD测量。⑤ SQ-500系列光合有效辐射传感器共有7款传感器，典型的应用包括在室外环境，温室和生长室中的植物冠层上的光合有效辐射PPFD测量，以及在相同的环境中的反射或冠层下（传播的）PPFD测量。光量子传感器也被用来测量水生环境中的PAR/PPFD。⑥ SQ-600系列光合有效辐射传感器共有7款传感器，典型应用包括测量所有生长环境中植物冠层上的总ePAR强度、监测和调整生长灯以及研究植物形态发生活性和光生物学。⑦ SQ-640系列量子光污染传感器共有5款传感器，典型应用包括室内温室或生长室中植物冠层上的传入PPFD测量，以及相同环境中的反射或冠层下（透射）PPFD测量。由于这种特殊的量子光污染传感器上的探测器对波长高达1100 nm的辐射敏感，超出了影响植物的波长范围，建议仅在使用LED灯的室内生长环境中使用。⑧ S2系列PAR-FAR双通道传感器共有5款传感器，典型应用包括监测植物光环境、研究植物形态发生活性和光生物学研究。气象常测辐射介绍 一、辐射概念 辐射指太阳、地球和大气辐射的总利。 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能流率，或称辐射通量密度或辐射强度，标准单位 瓦/平方米。 气象上常测定以下几种辐射量： 1、太阳总辐射(太阳辐射、短波辐射)包括太阳直接辐射、太阳散射辐射 (天空辐射、漫射辐射) 2、地球辐射(长波辐射)，指由地球((包括大气)向宇宙空间放射的辐射，包括地面辐射、大气辐射，不包括大气逆辐射。 3、净辐射，指向下和向上(太阳和地球)辐射之差。 地 面 二、长波辐射 1、长波辐射 长波辐射的波长主要为4~120um， 其中最大辐射波长平均为10微米，由 地面辐射、大气辐射和大气逆辐射组成。 地面和大气的辐射能主要集中在4~120um之间，因为比太阳辐射(短波辐 射)的波长(0.15~4微米)要长得多，所以气象学习惯上把地面和大气的辐射 称为长波辐射。 在地球辐射中，由地面向上发射的长波辐射称为地面辐射或地面射出辐射，大气发射的长波辐射称为大气辐射，大气向下发射的长波辐射称为大气逆辐射。 2、地面辐射 地球表面在吸收太阳辐射的同时，又将其中的大部分能量以辐射的方式传送 给大气。地表面这种以其本身的热量日夜不停地向外放射辐射的方式，称为地面 辐射。 3、大气辐射 大气吸收地面长波辐射的同时，又以辐射的方式向外放射能量，大气这种向 外放射能量的方式，称为大气辐射。由于大气本身的温度也低，放射的辐射能的 波长较长，故也称为大气长波辐射。 4、大气逆辐射 大气辐射的方向既有向上的，也有向下的。大气辐射中向下的那一部大气辐 射部分，刚好和地面辐射的方向相反，所以称为大气逆辐射。大气逆辐射是地面 获得热量的重要来源。 三、短波辐射(总辐射、太阳辐射) 1、短波辐射 短波辐射的波长为 0.1um~5um(广义)，或者0.2um~3um (狭义)。 2、太阳辐射 太阳辐射的波长主要为 0.15~4um， 其中最大辐射波长平均为0.5um， 主要 由可见光线(0.4~0.76um)、红外线(>0.76um)和紫外线 (<0.4um)组成。 太阳辐射能集中于短波波段，故将太阳辐射称为短波辐射。 3、总辐射(太阳总辐射) 地球表面某一观测点水平面上接收太阳的直射辐射与太阳散射辐射的总和。等于太阳辐射。 4、太阳直接辐射 经过大气散射和吸收的削弱之后，沿投射方向直接到达地表的太阳辐射。 5、太阳散射辐射(天空辐射、漫射辐射) 太阳辐射通过大气时，受到大气中气体、尘埃、气溶胶等的散射作用，从天 空的各个角度到达地表的一部分太阳辐射。 四、净辐射(地面净辐射) 单位时间、单位面积地表面吸收的太阳总辐射和大气逆辐射抵去地表本身放 射辐射。 将地面的短波辐射和长波辐射的收入与支出相抵后，地表的净收入或净支出 的辐射量就是地面净辐射(也称为地表辐射平衡) 五、光合有效辐射(PAR) 1、光合有效辐射(PAR) 指绿色植物进行光合作用过程中，能够被光和色素吸收并转化的太阳辐射能 量。 光合有效辐射的波长范围在380~710nm， 与可见光基本重合。 光合有效辐射占太阳直接辐射的比例随太阳高度角增加而增加，可达45%。而在散射辐射中，光合有效辐射的比例可达60~70%之多，所以多云天反而提高 了 PAR 的比例。光合有效辐射平均约占太阳总辐射的50%。 该术语定义了要考虑的光谱，而不是光量。 标注单位有两种： 一是用光合辐照度表示(w/m2)，主要用于太阳光的光合作用的广义研究。 二是用光量子通量密度 PPFD 表示 示 (umol/m2/s))，，主要用于人造光源和太 阳光对植物光合作用的研究。 2、光量子通量密度(PPFD、PFD) 光量子通量密度指光合有效辐射中的光通量密度，它表示单位时间单位面积 上在400~700nm 波长范围内入射的光量子数。有时缩写为 PFD。 图2-25太阳辐射和地面辐射、大气逆辐射关系示意