Nettostrahlungssensoren zur Messung des Austausches von Strahlenenergie zwischen der Erdoberfläche und der Atmosphäre umfassen zwei Schlüsselbanden von Kurzwellen- und Langwellenstrahlung, wie folgt:Datenbereich Kurzwellenstrahlung
Spektralbereich
Kurzwellenstrahlung kommt hauptsächlich von der Sonne und hat einen Spektrumbereich von 0,3 bis 3 Mikron (300 nm bis 3000 nm), was etwa 99,5% der gesamten Sonnenergie ausmacht. Dieses Band umfasst UV, sichtbares Licht und nahes Infrarot und ist die Hauptquelle der Energieeingabe an der Oberfläche.
Messbereich
Typischer Wert: Die meisten Nettostrahlungssensoren haben einen Kurzwellenmessbereich von 0 bis 2000 W/m², der die Intensität der Sonnenstrahlung unter sonnigen und bewölkten Wetterbedingungen abdecken kann.
Extreme Werte: Kurzwellenstrahlung kann kurzzeitig über 2.000 W/m² liegen, aber Sensoren gewährleisten in der Regel die Genauigkeit der Daten durch Konstruktionsredundanz oder Kalibrierungsalgorithmen.
Anwendungsszenen
Kurzwellendaten zur Berechnung der Reflexivität der Oberfläche, des Sonnenstrahlungspotentials (wie die Bewertung von Photovoltaikkraftwerken) und der photosynthetischen Wirksamkeit der Vegetation (PAR) sind entscheidende Parameter in den Bereichen Landwirtschaft, Meteorologie und Energie.
Langwellenstrahlungsdatenbereich
Spektralbereich
Langwellenstrahlung, die von der Oberfläche und der Atmosphäre emittiert wird, hat einen Spektrumbereich von 3 bis 100 Mikron (3000 nm bis 100.000 nm) und ist eng mit der Temperatur des Objekts verbunden. Die Oberfläche setzt Energie durch Langwellenstrahlung in die Atmosphäre frei, während Treibhausgase wie Wasserdampf und Kohlendioxid in der Atmosphäre die Energie durch Langwellenstrahlung an die Oberfläche zurückgeben.
Messbereich
Typischer Wert: Der Messbereich für Langwellenstrahlung beträgt normalerweise -200 bis 200W/m². Ein negativer Wert bedeutet, dass die Langwellenstrahlung, die von der Oberfläche emittiert wird, größer ist als die Strahlung, die von der Atmosphäre zurückkehrt (z. B. nachtliche Oberflächenkühlung), während ein positiver Wert eine stärkere Gegenstrahlung in der Atmosphäre bedeutet (z. B. bei Wolkendeckung).
Extreme Werte: Langwellenstrahlung kann in extrem kalten oder extrem heißen Umgebungen diesen Bereich überschreiten, aber der Sensor korrigiert Fehler durch einen Temperaturkompensationsalgorithmus wie einen integrierten Platin-Widerstandstemperatursensor, um Datenstabilität zu gewährleisten.
Anwendungsszenen
Langwellenstrahlungsdaten, die zur Analyse der Energiebilanz der Oberfläche, der Intensität des Treibhauseffekts und des städtischen Wärmeinseleneffekts verwendet werden, sind eine wichtige Grundlage für die Klimaforschung, die Ökologieüberwachung und die Thermoentwicklung von Gebäuden.
Umfang der Nettostrahlungsdaten
Nettostrahlung ist die algebraische Summe von Kurzwellen- und Langwellenstrahlung, deren Datenbereich durch die folgende Formel bestimmt wird:
Nettostrahlung = (Eingangskurzwelle - Reflexionskurzwelle) + (Langwelle nach unten - Langwelle nach oben)
Typischer Wert: Der Messbereich der Nettostrahlung liegt in der Regel zwischen -300 und +2000 W/m², je nach Oberflächentyp, Wetterbedingungen und Tag- und Nachtveränderungen.
Tagsüber: Die Sonnenstrahlung ist stark und die Nettostrahlung ist in der Regel positiv, was darauf hindeutet, dass die Oberfläche mehr Energie aufnimmt als die freigegebene.
Nacht: Keine Sonnenstrahlung, die Nettostrahlung ist in der Regel negativ, was darauf hindeutet, dass die Erdoberfläche durch Langwellenstrahlung Energie in die Atmosphäre freigibt.
Extreme Werte: In speziellen Umgebungen wie Plateau-Frost und Wüsten kann die Nettostrahlung aufgrund der hohen oder niedrigen Reflexionsgrad der Oberfläche den typischen Bereich überschreiten, aber die Sensoren gewährleisten die Datenintegrität durch hochpräzise Thermoelektrodetektoren und mehrschichtige Beschichtungsoptiksysteme.
Auswirkungen des Sensordesigns auf den Datenbereich
Detektortyp: Der Doppelkanal-Thermoelektrodetektor kann die Kurzwellen- und Langwellenstrahlung jeweils messen und deckt den gesamten Spektrumbereich (0,3 bis 50 μm oder breiter) ab, um spektrale Abschnittsfehler herkömmlicher Einkanalsensoren zu vermeiden.
Temperaturkompensation: Eingebaute Temperatursensoren (z. B. Platinwiderstände) überwachen die Temperatur des Detektors in Echtzeit und korrigieren die Auswirkungen von Temperaturverschiebungen auf die Messgenauigkeit durch Softwarealgorithmen, um eine stabile Arbeit bei -40 ° C bis +70 ° C zu gewährleisten.
Schutzdesign: Halbkugelförmige Polyethylen-Folienhülle oder Siliziumdecke können gegen Wind und Regen, Sandstaub stören und die Auswirkungen von Umweltfaktoren auf den Datenbereich reduzieren.