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太陽輻射量標準
(1) 歷史沿革1905年,在奧地利因斯布魯克召開的國際氣象會議上,Angstrom 補償式直接日射表(以A表示) 被作為測量太陽輻射的標準儀器。這就是Angstrom 標尺(以AS1905 表示) 的由來。它是建立在一組儀器基礎之上的,包括作為絕對標準的A70(保存在瑞典Uppsala 大學物理研究所和作為副基準的A158 和A153 (保存在瑞典水文氣象研究所),由于這種儀器存在著邊際效應,因此其測量結果大約偏低2% 。不過,在1956年以前,所有測量儀器都是以未加訂正的AS-1905 為準的。AS-1905在歐洲得到了廣泛的認可。
1913年,美國Smithson研究所的Abbot 設計了水流式直接日射表,從而形成了Smithson標尺(以SS-1913 表示),后來這種儀器幾經改進和完善,從而使SS-1913更加準確。研究發(fā)現,SS-1913系統偏高2.5%。這個修正值顯被用來修正太陽常數的測定結果,但卻從未用來校準臺站的日射儀器。這個修正值在1934 年、1917年和1952年多次得到了確認,由于該儀器過于笨重,操作起來也較繁瑣,因此Abol后米又設計了一種銀盤鋼射表,SS-1913就是通過它來傳遞的。SS-1913主要流行于美洲。
對上述兩種輻射標尺,在數十年的并存過程中曾多次以太陽為光源進行過比對。協調這些比對結果的主要困難在于這兩種儀器的孔徑角不一致。由于不同的太陽高度情況下日周天空亮度的變化規(guī)律不一樣兩種儀器之間的差值不可能是個常數,面是介于 3% 一6%。根據那時的測定結果,SS-1913 1比AS-1905 測量結果平均高3.5% ,在實驗室內用人工光源進行比對的結果相差2.8%。
為了便于數據資料的引用和比較,以利于國際地球物理年各項科研活動的開展,1956 年9月在瑞士達沃斯召開的國際氣象學和大氣物理學協會輻財委員會上。采納了美國學者A.J.Drummond的意見,推行一個新的國際直接日射測量標尺,以作為國際上唯一通用的日射標準。新標尺實際是前兩種標尺的折中,以IPS- 19 56 表示。這個建議得到了WMO儀器和觀調方法委員會(CTMO) 第二屆會議的認可,并定于1957 年1月1日起執(zhí)行。IPS-1956以原AS-1905增加1,5%或原SS-1913減少2.0% 來實現。
新中國成立以后,中國日射測量所參照的標準就是IPS-1956
為確保日射測量數據的一致性,WMO已建立起包括世界、地區(qū)和國家三級輻射中心的體系如下圖所示,并定期組織標準直接日射表的國際比對(IPC)
次標準直接日射表的國際比對一IPC-I是1956 年在達沃斯舉行的。IPS-1956 也就是在此次比對期間定義并傳遞的。它以原存瑞典斯德哥爾摩的標準儀器A158作為基準器,并將自身的儀器常數增加了1.5%.然而,以此為準,通過實際比對再來確定其他儀器的檢定常數。1964 年舉行了IPC-II.1959- 1964 年間,儀器常數的變化小于0.4%。但是,1969 年在卡爾龐特臘舉行的第VI區(qū)域內的標準直接日射表比對時,就發(fā)現A158的測量結果有了與眾不同的變化,相對參加過IPC-I和IPC-II的其他僅器來說,要高出1.2%.IPC 1l (1970年)期間,再次發(fā)現A158與保存在達沃斯的標準儀器A210 之間存在著1.2%的差異。經核查,這些差異源自與A158配套使用的電表超差。A158本身并無問題。但是為了避免再次發(fā)生類似情況,IPC-III后,決定用7臺儀器,即A140 (前民主德國)、A212 (前蘇聯)、A525 (瑞士),A542 《南非),A561(蘇丹)、A576 (尼日利亞) 和EA2273 (美國) 作為一標準儀器組,他們仍沿用IPC-I和IPC-II 期間所確定的常數,并以其平均值代替A158作為保持“IPC-1956”的基準器,但這已不是1956年輻射委員會所定義的IPS- 1956 了,故此加上了引號,以示區(qū)別。
另一方面,1956 年以后又進行了一系列AS-1905 和SS-1913之間的比對活動。結果表明,兩者之間的差異不止3.5%,而是介于4.4%- 5.0%。由此可見,IPS-1956本身就不是很精準,其原因是原標準儀器本身存在一些問題。
20世紀60年代以來,隨著空間科學的迅猛發(fā)展,要求不斷提高日射測量的準確度。為此需要一種能與國際單位制全輻照度相一致的絕對輻射測量基準。IPS的經驗表明,這樣的基準不可能建立在當時已有的標準直接日射表上。
20世紀60年代末,以腔本作接收器,且具有指自檢功能的絕對輻射表相繼出現。PACRAD、ECR等型號的絕對輻射表1970IPC-III。比對結果表明,"IPS-1956"與絕對輻射表之間存在2%左右的差異,"IPS-1956"偏低,但是在當時,這個數字好不能被認為十分可靠,儀器方面是準備也尚未達到足以屛棄"IPS-1956"確立新標尺的程度。輻射委員會在1975年的格勒布諾爾會議上也闡述過類似的意見。
又經過了幾年努力,直至1977年,在WMO CIMO第7屆會議上通過了建立新的輻射基準,即世界新射測量基準(以WRR表示)的建議,并于1981年1月起取代"IPS-1956"。
中國氣象局已決定接受上述建議,并于1981年1月1日起在全國執(zhí)行。