自動(dòng)氣象站輻射表的安裝與日常維護(hù)

曹凱明，周 楓，董立亭

(貴州省大氣探測技術(shù)與保障中心，貴州 貴陽 550002)

自動(dòng)氣象站輻射表的安裝與日常維護(hù)

曹凱明，周 楓，董立亭

(貴州省大氣探測技術(shù)與保障中心，貴州 貴陽 550002)

該文介紹了自動(dòng)氣象站現(xiàn)投入運(yùn)行的5種輻射表，對它們的工作原理、儀器安裝、故障檢測和排除進(jìn)行了說明，為今后自動(dòng)氣象站輻射表的使用和日常維護(hù)提供參考。

總輻射;散射輻射;反射輻射;凈全輻射;直接輻射

1 引言

目前，貴州省的85個(gè)國家自動(dòng)氣象站中已有11個(gè)站建立了國家級(jí)一級(jí)輻射觀測站。但投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)部分臺(tái)站測報(bào)人員對該設(shè)備的使用和維護(hù)并未掌握透徹，嚴(yán)重影響輻射觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。本文總結(jié)了輻射表在日常維護(hù)和使用方面的一些方法和經(jīng)驗(yàn)，為測報(bào)人員在今后如何提高輻射觀測資料質(zhì)量提供指導(dǎo)。

2 輻射表的工作原理

國家氣象站使用的輻射表都為熱電型，由感應(yīng)面與熱電堆組成。感應(yīng)面是薄金屬片、涂上無光黑漆，感應(yīng)原件為快速響應(yīng)的線繞電鍍式熱電堆，涂黑一面稱為熱結(jié)點(diǎn)，沒有涂黑一面稱為冷結(jié)點(diǎn)。

當(dāng)輻射表對準(zhǔn)輻射源(如太陽)，熱結(jié)點(diǎn)與冷結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生溫差電勢，輸出的電勢 V與輻照度 E成正比：

V=K·E K=V/E

其中：E為輻射度，單位W/m2;V為信號(hào)電壓，單位μV;K為靈敏度系數(shù)，K可從輻射表的檢定證書上查詢。

3 輻射表的安裝

總輻射、散射輻射和反射輻射使用的都是TBQ-2-B型輻射表，直接輻射使用的是FBS-2-B型直接輻射表(以下簡稱直表)，凈全輻射使用的是FNP-2型凈全輻射表，5種輻射表均安裝在專用臺(tái)架上，如圖1所示。

圖1 輻射表安裝示意圖

3.1 總輻射表的安裝

安裝時(shí)，先把總輻射表的白色擋板卸下，再將總輻射表安裝在臺(tái)架上，接線柱方向朝北。用3個(gè)螺釘將儀器固定在臺(tái)柱上，然后利用儀器上所附的水準(zhǔn)器，調(diào)整底座上3個(gè)螺母，使總輻射表的感應(yīng)面處于水平狀態(tài)，最后將白色檔板裝上。

3.2 反射輻射表的安裝

儀器感應(yīng)面朝下安裝并調(diào)節(jié)水平，白色擋板卸下后一定要與感應(yīng)面反向安裝，否則降雨時(shí)，雨水將聚在白色擋板上，流入感應(yīng)元件，從而損壞儀器。

3.3 散射輻射的安裝

散射輻射表是由總輻射表和遮光環(huán)兩部分組成，輻射表安置在遮光環(huán)的底座上，方法與總輻射相同。遮光環(huán)必須將傳感器感應(yīng)面全部遮住，方法如下：

①遮光環(huán)架安裝在臺(tái)架上。底盤邊緣對準(zhǔn)南北向，使儀器標(biāo)尺指向正南北，再用水平尺和底板3個(gè)調(diào)節(jié)螺旋調(diào)水平后固定;

②根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡乩砭暥龋潭?biāo)尺位置;

③總輻射表水平置于遮光環(huán)平臺(tái)上，使感應(yīng)面位于環(huán)中心;

④遮光環(huán)按當(dāng)日太陽赤緯調(diào)到相應(yīng)位置，使遮光環(huán)恰好全部遮住感應(yīng)面和玻璃罩。

3.4 凈全輻射的安裝

安裝凈輻射表的架子是由臺(tái)柱和伸出的長臂組成，長臂的末端固定凈輻射表，牢固不能擺動(dòng)，長臂水平方向朝南，表的底板用不銹螺釘固定在金屬板上，用調(diào)整螺釘將感應(yīng)面調(diào)水平，同樣接線柱方向朝北。

3.5 直接輻射表的安裝

直表的安置地方要保證在所有季節(jié)和時(shí)間內(nèi)(從日出至日落)太陽直射光不受任何影響。如有障礙物在日出日落方向，其高度角不超過5°。直表的跟蹤精度與儀器的安裝是否正確關(guān)系極為密切，必須要做到調(diào)好緯度角、南北向、水平以及太陽傾角和時(shí)間，如圖2所示。

圖2 TBS-2B標(biāo)準(zhǔn)直接輻射表

3.5.1 對緯度 松開緯度盤上的旋紐9和11，轉(zhuǎn)動(dòng)刻度盤10，使其對準(zhǔn)當(dāng)?shù)鼐暥?準(zhǔn)確至0.25°)，然后再擰固緊。

3.5.2 對南北 直表底座上的方位線對準(zhǔn)南北方向是非常重要的，目的是使得地軸與直表回轉(zhuǎn)中心在同一平面上，為此必須準(zhǔn)確的測定南北線，方法如下：

①鉛垂線法：這是最常用的方法，在真太陽時(shí)的正午，用鉛垂線觀測其投影，畫出南北線，確定后即可使直表底座上的方位線與其平行(準(zhǔn)確至0.25°)。

②經(jīng)緯儀法：真太陽時(shí)的正午(此時(shí)太陽高度角最高)，用經(jīng)緯儀(通過深色玻璃)觀測太陽，然后降低物鏡到水平面一點(diǎn)，這一點(diǎn)與觀測點(diǎn)相連，即為南北線，由此可在儀器臺(tái)柱上畫出南北線。

3.5.3 調(diào)水平 用底板上的3個(gè)水平調(diào)整螺絲調(diào)水平。

3.5.4 對太陽傾角和時(shí)間 在調(diào)好緯度、南北和水平后，再調(diào)整儀器的光筒傾角13和時(shí)間刻度5，最終使光筒上的光點(diǎn)正好落在光筒小孔的中央，此時(shí)儀器的傾角與時(shí)間刻度即為當(dāng)時(shí)的太陽傾角和時(shí)間(真太陽時(shí))。為提高跟蹤精度，建議在中午時(shí)調(diào)整傾角和時(shí)間，以減少跟蹤誤差。因?yàn)樵谝惶熘刑杻A角是由小到大變化的，中午可選在中間位置。

直表安裝好后，應(yīng)試跟蹤幾天檢查是否準(zhǔn)確，如果跟蹤誤差大于0.5°，應(yīng)反復(fù)調(diào)整，直至達(dá)到要求為止。太陽傾角的指示是由刻度和游標(biāo)卡尺來完成的，刻度尺每格為 2°30'，游標(biāo)為 2°15'，所以其精度為15'，讀法與游標(biāo)卡尺相同。

3.5.5 注意事項(xiàng) 調(diào)時(shí)間刻度時(shí)一定要通過電機(jī)控制器上的手動(dòng)開關(guān)來控制，快速對時(shí)不能超過一圈，否則容易損壞電機(jī)控制器。

4 輻射表的維護(hù)和常見故障處理

4.1 TBQ-2-B型輻射表(總輻射、散射輻射和反射輻射)的維護(hù)和故障處理

4.1.1 TBQ-2-B型輻射表的日常維護(hù) ①應(yīng)在日出前把金屬蓋打開，日落后停止觀測，并加蓋。若夜間無降水或無其它可能損壞儀器的現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，也可不加蓋;

②經(jīng)常定期清洗玻璃罩，在有降雨或結(jié)露的低溫天氣為防止凍結(jié)影響觀測，要清除玻璃罩上的雨水或露水;

圖3 TBQ-2-B型輻射表測試端子

③經(jīng)常檢查儀器是否水平，感應(yīng)面與玻璃罩是否完好等。

4.1.2 TBQ-2-B型輻射表常見故障處理 ①計(jì)算機(jī)上數(shù)據(jù)顯示為0或無數(shù)據(jù)。如圖3所示，如果數(shù)據(jù)為0，通過萬用表電阻檔量取輻射表對應(yīng)在防雷板上的兩個(gè)端子(例如總輻射的31、32端子)，看是否有約為200Ω的電阻，如有，表示儀器正常。如果電阻為0，則說明輻射表和導(dǎo)線之間或輻射表內(nèi)有短路現(xiàn)象。

如果無數(shù)據(jù)，將輻射表對應(yīng)在防雷板上的兩個(gè)端子拔下，用萬用表量取兩個(gè)端子，若顯示為“1”，表示有開路現(xiàn)象，再量取輻射表插座上的1、2針是否為“1”，如果為“1”，表示輻射表內(nèi)開路，不為1表示是導(dǎo)線開路。

②計(jì)算機(jī)上數(shù)據(jù)顯示異常，即與實(shí)際天氣情況不符。用萬用表200mV檔量取輻射表對應(yīng)在防雷板上的兩個(gè)端子的電壓值V，使用上文提供的公式E=K/V進(jìn)行計(jì)算，如E與計(jì)算機(jī)顯示數(shù)據(jù)相同，表示該表靈敏度有問題，若不同，可能為計(jì)算機(jī)上自動(dòng)站軟件參數(shù)設(shè)置有問題。

4.2 凈全輻射表的維護(hù)和故障處理

凈全輻射表觀測的是全輻射差額，不僅白天觀測夜間也要觀測。記錄儀顯示的是瞬時(shí)值、時(shí)累計(jì)量和0-24時(shí)日總量，一般白天顯示正值，夜間為負(fù)值。

4.2.1 凈全輻射的日常維護(hù) 凈全輻射表除每日上下午至少各檢查一次儀器狀態(tài)外，夜間還應(yīng)增加一次檢查。每次檢查和維護(hù)的內(nèi)容如下：

①感應(yīng)面是否水平;

②薄膜罩是否清潔和呈半球凸起。罩外部如有水滴，應(yīng)用脫脂棉輕輕抹去，若有塵埃、積雪等，可用橡皮球打氣，使罩凸起并排除濕氣。

遇有雨、雪、冰雹等天氣時(shí)，應(yīng)將上下金屬蓋蓋上，降水停止后，要及時(shí)開啟。若大雨時(shí)，因感應(yīng)面弄濕，使得儀器短路或出現(xiàn)負(fù)值，應(yīng)及時(shí)把儀器烘干;

③干燥劑失效要及時(shí)更換;

④注意保持下墊面的自然和完好狀態(tài)。平時(shí)不要亂踩草面，降雪時(shí)要盡量保持積雪的自然狀態(tài)。

4.2.2 凈全輻射表常見故障處理 凈全輻射表的故障和處理方法與TBQ-2-B型輻射表基本相同。但最常見的故障是薄膜罩漏水使得感應(yīng)面潮濕，造成儀器短路或出現(xiàn)負(fù)值。

圖4 凈輻射在CAWS-FL02防雷板上的連接圖

4.3 直接輻射表的維護(hù)和故障處理

4.3.1 直接輻射表的日常維護(hù) ①檢查儀器是否水平;②檢查進(jìn)光筒處的石英玻璃窗口是否清潔，如有灰塵、水氣凝結(jié)物等，應(yīng)及時(shí)用吸水棉球或用軟布等擦凈，切忌劃傷;③每天至少要檢查一次跟蹤情況，并及時(shí)調(diào)整仰角和時(shí)間;④為保持光筒中空氣干燥，應(yīng)定期更換干燥劑，更換時(shí)旋開光筒尾部的干燥劑筒即可。

圖5 直接輻射在CAWS-FL02防雷板上的連接圖

4.3.2 直接輻射表常見故障處理 ①如果跟蹤不正常，則用萬用表檢查37、38號(hào)端子(如圖5)之間的直流電壓是否在12V左右，并把對時(shí)開關(guān)打開，看其能否正常轉(zhuǎn)動(dòng)，如果對時(shí)準(zhǔn)確，說明直表電機(jī)及控制器沒有問題，如果直表光筒上的光點(diǎn)跟不準(zhǔn)確，則檢查正南正北線是否傾斜，儀器是否水平，緯度是否調(diào)好等。

②如果跟蹤正常而數(shù)值異常，則拆下35、36號(hào)(如圖5)接線端子，用萬用表電阻檔測量其輸出電阻是否約為70Ω，如果有電阻，說明正常。如果沒有電阻，檢查導(dǎo)線是否接觸良好，或者用萬用表200mv電壓檔，紅表筆接到35端子，黑表筆接到36端子上，將光筒上光點(diǎn)對準(zhǔn)太陽光檢查是否有電壓，把保護(hù)罩蓋上，輸出電壓則應(yīng)為0。如果符合上述條件，則說明輻射傳感器正常。如果還是不正常，則應(yīng)從輻射表插頭處一直量到采集單元上的8+、8-上，看是否有電壓輸出，如果正常，則可能采集單元或軟件故障。

5 總結(jié)

隨著氣象站自動(dòng)化觀測的逐步推廣，輻射觀測必將納入到全省國家自動(dòng)氣象站的業(yè)務(wù)運(yùn)行當(dāng)中來。通過提高測報(bào)人員輻射觀測、維護(hù)的能力，對掌握貴州省輻射分布的特征和開發(fā)利用太陽能資源提供科學(xué)依據(jù)。

［1］ 李黃.自動(dòng)氣象站實(shí)用手冊［M］.北京：氣象出版社，2007.

［2］ 王炳忠.現(xiàn)代氣象輻射測量技術(shù)［M］.北京：氣象出版社，2008.

［3］ QX/T 56-2007.地面氣象觀測規(guī)范［S］.

P414

B

1003-6598(2011)05-0056-03

2011-07-13

曹凱明(1979-)，男，工程師，主要從事氣象裝備保障工作。