中国大气本底站总日射表热偏移物理机制及订正方法研究

准确的太阳总辐射测量对于校准卫星观测数据、验证辐射传输模式以及研究气候变化、定量评估太阳能资源是非常重要的。由于大部分总日射表采用热电堆原理制成，环境热噪声不可避免地影响了总日射表的测量精度，造成"热偏移"效应。总日射表的灵敏度随着太阳天顶角和净长波辐射而变化，如果不进行定期校准和标定，热偏移尤其是白天测量误差将越来越大。尽管引进国外先进的总日射表可减少热偏移误差，但大量的历史观测数据仍存在一定的误差。因此定量研究总日射表的热偏移特征、物理机制及历史数据的订正方法是十分必要的。本项目研究四个大气本底站总日射表的热偏移特征及其物理机制；采用两种标定方法（即成分和法和"遮/不遮"法）对PSP总日射表短波灵敏度进行校准，并对白天历史观测数据进行订正。研究结果可为我国热电型总日射表的标定和热偏移误差的订正提供理论基础和参考方法，并为气候变化研究和太阳能资源评估提供客观准确的总辐射历史观测数据。

准确的总辐射测量对于校准卫星观测数据、验证辐射传输模式以及研究气候变化、定量评估太阳能资源是非常重要的。由于国内外大部分总日射表采用热电堆原理制成，环境热噪声不可避免地影响了总日射表的测量精度，造成“热偏移”误差。热偏移的存在使得总日射表测量的总辐照度偏低，而且其误差在白天较大。目前国内外并无一致公认的订正方法，而且随仪器类型的不同而有差异，因此定量研究国产总日射表的热偏移物理机制，发展一种具有普适性、订正效果较好的热偏移订正方法是十分必要的。本项目首先从三个方面综述了国内外的最新研究进展：总日射表热偏移的提出、总日射表热偏移特征及其物理机制、总日射表热偏移订正方法，为我国的国产总辐射表热偏移物理机制及其订正方法的研究工作提供一定的参考和启示。根据国内外最新研究进展，采用国际通用的辐射数据质量评价方法对中国四个大气本底站共33年的历史辐射观测资料进行了严格的质量评估和检验，得到了四个站质量较好的历史观测数据，为后续研究奠定了客观可靠的资料基础。.通过改装国产总日射表进行对比观测试验研究国产总日射表的热偏移物理机制及其订正方法。即在3台TBQ-2-B型国产日射表内外罩、感应面和表体上分别增加了4个热敏电阻，并于2011年1月23日—11月15日在北京上甸子区域大气本底站同一观测平台上进行了总辐射、散射辐射、直射辐射和净长波辐射对比观测试验。分析了国产总日射表的热偏移时间变化和概率分布特征以及净长波辐射和云量对总辐射观测误差的影响效应；重点提出了两种新的热偏移订正方法—无量纲量法和考虑无量纲量的温度梯度法，并与国内外常用方法的订正效果进行了比较。结果显示，4台国产总日射表的热偏移时间变化特征较一致，而且概率分布均接近于正态分布；无量纲量法具有明显的优势：可以考虑净长波辐射、气温和风速对热偏移的综合影响效应、具有普适性、订正效果较好。由于热偏移的存在导致短波灵敏度系数被低估，采用“成分和”法和“遮/不遮”法对Eppley PSP总日射表的灵敏度系数进行了校准，通过对不同总日射表热偏移订正方法的试验与研究，进行了五种热偏移订正方法的比较。在用于室外成分和法校准时，PSP表灵敏度系数的准确度可提高1%，进而提高总辐射的测量精度。.研究结果可为历史辐射观测资料的质量控制以及国产总日射表的标定和热偏移订正提供参考方法，为太阳能资源评估和气候变化研究提供客观准确的辐射历史观测数据。