世界氣象組織對輻射觀測站的新分級標(biāo)準(zhǔn)

中國氣象局風(fēng)能太陽能資源中心 ■ 王炳忠 申彥波

0 引言

過去我國的輻射站也存在分級，不過其主要依據(jù)是所從事觀測的種類，例如：一級站的觀測內(nèi)容最全面，包括總輻射、直接輻射、散射輻射、反射輻射和凈輻射5種；二級站包括總輻射和凈輻射兩種；三級站則僅有總輻射。

世界氣象組織認(rèn)為，一個站點的環(huán)境條件可能會對測量誤差產(chǎn)生超過儀器設(shè)計的公差。通常更多關(guān)注的是儀器性能，而忽略了環(huán)境對測量結(jié)果會產(chǎn)生扭曲，因而影響其代表性，特別是一個站點通常認(rèn)為代表了大的地理范圍(100～1000 km2)。

對于輻射站的最新分級標(biāo)準(zhǔn)，則是針對站點對所測量輻射項目的有效性。通常，對所選擇的輻射站點，一般均要求其視野開闊，具體化時也僅限于說明：在日出和日沒方位沒有明顯遮擋，而無更具體量化要求。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，氣象站點周邊的建設(shè)難以得到有效控制，而輻射站點的建設(shè)原本就數(shù)量極為有限，總希望一個站具有更廣泛的地域代表性。顯然，如果一個測站嚴(yán)重受到區(qū)域大小的限制，其代表性就會大打折扣。當(dāng)然，世界氣象組織的著眼點并非僅限于輻射一項，對于其他像氣溫、濕度、降水和風(fēng)速等也極易遭受環(huán)境影響的要素，也分別制定了新的分級標(biāo)準(zhǔn)。每個輻射項目均分成5級：一級站可被視為一個標(biāo)準(zhǔn)參考站；五級站則是測量結(jié)果不具地區(qū)代表性的測站；其余級別介于兩者之間。應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)的是，新分級標(biāo)準(zhǔn)不是籠統(tǒng)的，而是分項的。也就是說，具體到某一個站會由于各要素的具體要求不同而不同，對于某一要素該站屬于一級，但對于另一項目則可能屬于二級，對于第3個項目屬于四級等，不能一概而論。

另外，上述分級不是一成不變的，世界氣象組織建議，進(jìn)行系統(tǒng)地年度目視檢查，如果環(huán)境的某些方面有了變化，就要重新分級。一個完整的站點分級更新，應(yīng)當(dāng)每5年進(jìn)行一次。

隨著新能源的發(fā)展，不少單位自建了一些輻射觀測站，對于國家而言，這些站點所積累的輻射數(shù)據(jù)都是極其寶貴的財富。不過，對于每個站所獲數(shù)據(jù)的代表性需要一個客觀的評價。世界氣象組織的這個新分級標(biāo)準(zhǔn)，對于評價每個測站是有幫助的。所以，本文將介紹并摘出與輻射有關(guān)部分的新分級標(biāo)準(zhǔn)，在輻射項目中細(xì)分為總輻射–散射輻射和直射–日照時間兩種。

1 總輻射-散射輻射分級標(biāo)準(zhǔn)

要避免接近障礙物。在分級中不考慮自然地形的遮光。如果一個障礙物的反照率大于0.5，就要考慮它是有反射的。高度角的參考位置是儀器的傳感器。

1.1 一級

1)太陽高度角超過5°時，沒有陰影投射到傳感器上。對于緯度≥60°的區(qū)域，這個角度限制降低到 3°(圖 1)。

2)沒有高度角超過5°和角寬度超過10°的遮蔭反射障礙物(圖2)。

1.2 二級

圖1

圖2

1)太陽高度角超過7°時，沒有陰影投射到傳感器上。對于緯度≥60°的區(qū)域，這個角度限制降低到 5°(圖 3)。

2)沒有高度角超過7°和角寬度超過20°的遮蔭反射障礙物(圖4)。

1.3 三級

圖3

圖4

1)當(dāng)太陽高度角超過10°時，沒有陰影投射到傳感器上。對于緯度≥60°的區(qū)域，這個限制降低到 7°(圖 5)。

圖5

2)沒有高度角超過15°和角寬度超過45°的遮蔭反射障礙物(圖6)。

1.4 四級

在一年中的任何一天，陰影投射均未超過日間的 30%(圖 7)。

圖7

1.5 五級

一年中至少有一天陰影投射的時間超過30%。

2 直射-日照時間分級標(biāo)準(zhǔn)

要避免接近障礙物。在分級中自然地形的遮光是不考慮的。角度的參考位置是儀器的傳感器。

2.1 一級

當(dāng)太陽高度角超過3°時，沒有陰影投射到傳感器上(圖8)。

圖8

2.2 二級

當(dāng)太陽高度角超過5°時，沒有陰影投射到傳感器上(圖9)。

圖9

2.3 三級

當(dāng)太陽高度角超過7°時，沒有陰影投射到傳感器上(圖10)。

圖10

2.4 四級

一年中的任何一天，沒有陰影投射到傳感器上的時間超過日間的30%（圖11）。

圖11

2.5 五級

一年中的任何一天，陰影投射到傳感器上的時間超過日間的30%。

3 結(jié)論

從上述輻射項目的分級標(biāo)準(zhǔn)看，最重要的要求仍是視野開闊。儀器周圍除了操作人員外，避免其他人員走動。根據(jù)這樣的要求，建筑物的頂部是上佳地點，值得推薦考慮。

[1] World Meteorological Organization. Commission for Instruments and Methods of Observation, 15-th session(R),Geneva, Switzerland, 2010, WMO-No. 1064.