太阳辐射测量的回顾与展望

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1、太阳辐射测量的回顾与展望王炳忠(中国气象科学研究院,北京100081)1、太阳辐射标准太阳辐射测量技术发展的历史告诉人们，为了在世界范围内获取整齐一致的数据有多么困难。国家计量部门建立的辐射标准，仅限于低辐照水准，无法作为太阳辐射测量的依据。这就是气象学界借助直接日射表（Pyrheliometer）独立开发太阳辐射标准的理由。第一台测量太阳辐射的仪器是1837年由法国人Pouillet设计制造的，它的工作原理以水的卡计为基础。由于其设计简单，只能进行一些粗略的测量。随后出现的一些仪器，大多是对Pouillet仪器的改进，其中较有名的如Violle、Crova等人。

2、1884年Frolich首先采用热电堆做探测器，这种方法虽然简便，却需要另一台绝对仪器来校准。另外，为了使测量进一步精确，Michelson以Bunsen冰卡计为基础设计了一台直接日射表，但不实用。Ångström是使用双探测器制作直接日射表的第一人，测量时两个探测器交替地遮荫和曝光。后来他进一步发展这一想法:用电校准探测器代替卡计，这就是著名Ångström补偿式直接日射表。在上一世纪内，虽然在历次国际气象局长会议上多次议论过太阳辐射测量事项，但均因限于当时科学技术水平而未获解决。在1896年的会议上还建立了专门的太阳辐射委员会（CSR），其任务就是要为测量太阳

3、辐射标准仪器提出建议。直至1905年在Inrisbruck的会议上，才决定以Ångström补偿式直接日射表做为测量仪器，并以其原型A70做为标准I（保存在瑞典Uppsala大学物理研究所）。这就是Ångström标尺（AS-1905）的由来。AS-1905在欧洲被广泛采用。美国Smithson研究所使用的银盘直接日射表（Silverdisk，简称SD）是Pouillet和Violle直接日射表的混合型。使用中的该类辐射表大多数都是由Smithson研究所制造的。上世纪末，它们由Abbot所研制的水流式直接日射表校准。后来，Abbot又研制出搅水式直接日射表，并以

4、此校准水流式仪器。这一系列校准和研制标准仪器工作导致了1913年Smithson标尺的建立（SS-1913），它主要在美洲等地使用。自出现两个并列日射标尺之日起，其间存在的差异问题，倍受有关学者的关注。1912年在Rapperswill召开的CSR会议上，Kimball首次报告了他所作的比对结果:二标尺间相差5％，SS高于AS。当时，这一结果被认定为处于测量不确定度的范围内，除了继续进行类似的比对外，未做出其他结论。几乎与此同时，其他领域的研究工作者正致力于斯忒潘一玻耳兹曼常数的测定。他们接受了Ångström的设计思路，并对其进行了相应的改进。遗憾的是，他们对Å

5、ngström探测器性能的研究结果和改进意见，从未引起气象学界的注意。1923平CSR在Utrecht会议上采纳了Marten和Angstr6m分别测定的两标尺之差为3．5％的意见，并认定标尺差异之争已获“解决”。而实际上，诸多科学家对此并不以为然。1925年在CSR的Davos会议上，以彻底研究Ångström直接日射表误差源为由，要求波斯但观象台与德国物理技术研究所（PTR）协作研制一台绝对直接日射表。PTRTingwaldt着手设计了一台双腔搅水式直接日射表，并于1930年投入使用。该仪器参加了在瑞士1）avos物理气象观象台举行的L台Angstrbm直接日

6、射表和银盘直接日射表之间（即两标尺之间）的强化比对。1935年在CSR的绝对直接日射表分组会议上，对强化比对的结果进行了讨论，两标尺之间的差异，被确定为4．5—5％，与1912年Kimball的结果一样。在此比对中，Tingwaldt仪器的读数介于两者之间。以往采用的3．5％的差异，虽未被证实，但也未采取措施去更改。相反，提出了一些理由为3．5％的差异进行辩护:其中一个理由是:由于Ångström直接日射表具有矩形接收器，环日辐射带来的影响在低地站（波斯但）要比山地站（Davos）来得高。总之，两标尺之间差值的争议仍未获解决，两标尺仍在各自的领域作为气象辐射数据的

7、测量标准。二次大战期间，一切为了解决争端的国际活动均停止了。战后，CSR于1946年被解散。CSR的任务改由大地测量学与地球物理学国际联合会（IUGG）下属的国际气象学与大气物理学协会（IAMAP）辐射委员会（RC）承担，其实，早在1919年IUGG运作之始，就已经建立了RC，后来，RC与CSR进行了很好的合作，大多数工作会议一起召开，另外，战后新建的世界气象组织（WMO），其下设的仪器和观测方法委员会（IMO）也设立了辐射工作组。所有这些组织密切协作，共同筹备19571958年期间举行的国际地球物理年活动。很明显，如何使世界范围内的日射测量数据协调一致，再次彼提

8、上议事日程