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太阳辐射监测仪的太阳辐照数据预处理

张佳琦  
【摘要】:总的太阳辐射照度定义为:地球大气层外表面单位面积上所接收的太阳能量的平均值(单位:W / m~2)。当总的太阳辐射照度为一天文单位的地球-太阳距离(AU)时,这个值被称为太阳常数。太阳常数反映太阳本身的辐射能量特性,它随时间而发生变化。监测太阳常数,了解其变化的过程,探明其机理,对预测和掌握全球环境和气候变化具有重要意义。 太阳辐射监测仪是安装在风云三号气象卫星上用来测量太阳辐照度的仪器。太阳辐射监测仪采用宽视场绝对辐射计(或称电校准辐射计),它不依赖于任何辐射标准,用电功率替代辐射功率的方法自定标辐射标度,用这种绝对辐射计测量太阳辐照度,能够获得精确的太阳常数数据。风云三号气象卫星上的太阳辐射监测仪采用指向太阳安装的宽视场绝对辐射计,在飞行过程中太阳越过辐射计视场期间测量太阳辐照度。太阳辐射监测仪由三个相同的、同卫星X轴(卫星轨道面)分别成AR_122°,AR_227°,AR_332°的绝对辐射计构成。卫星工作寿命期间太阳光矢量同卫星轨道面的夹角在15°-38°之间变化。而三个绝对辐射计测量太阳辐照度的视场均为±9.3°,这样能够保证太阳辐射监测仪在轨工作期间,可以在每一天,每一圈轨道上都能测量太阳辐照度数据。 本文在阐述太阳辐射监测仪测量原理和测量流程的基础上,主要研究了卫星上太阳光扫过太阳辐射监测仪视场期间,太阳入射角的时间变化函数和在这种变角入射情况下辐射计接收腔的温度响应情况以及测量太阳辐照度的观测角变化修正问题。太阳辐射监测仪上的绝对辐射计是在腔上接收辐射功率发生微小变化的情况下,关闭快门进行电功率定标获得太阳辐射照度的。腔接收辐射功率的这种微小变化实际上是由太阳入射角不断变化引起的,绝对辐射计腔温响应值可以通过求解腔温响应函数计算出来,文中将绝对辐射计腔温预设值与电定标时刻腔温实际响应值的比值定义为角度修正系数,对太阳辐照原始值进行角度修正和日地距离修正,从而得到太阳常数值。 风云三号卫星搭载的太阳辐射监测仪于2008年6月开机测量,截止到2010年12月已经获取有效太阳辐照度数据32000多组,这些数据经过角度修正后,获得的太阳常数值为1368±4 W / m~2(不确定度为0.3%),在世界气象组织推荐值1367±7 W / m~2范围之内,并与欧美国家各类卫星上同期测量数据相一致。


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