世界气象组织对辐射观测站的新分级标准

中国气象局风能太阳能资源中心 ■ 王炳忠 申彦波

0 引言

过去我国的辐射站也存在分级，不过其主要依据是所从事观测的种类，例如：一级站的观测内容最全面，包括总辐射、直接辐射、散射辐射、反射辐射和净辐射5种；二级站包括总辐射和净辐射两种；三级站则仅有总辐射。

世界气象组织认为，一个站点的环境条件可能会对测量误差产生超过仪器设计的公差。通常更多关注的是仪器性能，而忽略了环境对测量结果会产生扭曲，因而影响其代表性，特别是一个站点通常认为代表了大的地理范围(100～1000 km2)。

对于辐射站的最新分级标准，则是针对站点对所测量辐射项目的有效性。通常，对所选择的辐射站点，一般均要求其视野开阔，具体化时也仅限于说明：在日出和日没方位没有明显遮挡，而无更具体量化要求。随着经济发展，气象站点周边的建设难以得到有效控制，而辐射站点的建设原本就数量极为有限，总希望一个站具有更广泛的地域代表性。显然，如果一个测站严重受到区域大小的限制，其代表性就会大打折扣。当然，世界气象组织的着眼点并非仅限于辐射一项，对于其他像气温、湿度、降水和风速等也极易遭受环境影响的要素，也分别制定了新的分级标准。每个辐射项目均分成5级：一级站可被视为一个标准参考站；五级站则是测量结果不具地区代表性的测站；其余级别介于两者之间。应当强调的是，新分级标准不是笼统的，而是分项的。也就是说，具体到某一个站会由于各要素的具体要求不同而不同，对于某一要素该站属于一级，但对于另一项目则可能属于二级，对于第3个项目属于四级等，不能一概而论。

另外，上述分级不是一成不变的，世界气象组织建议，进行系统地年度目视检查，如果环境的某些方面有了变化，就要重新分级。一个完整的站点分级更新，应当每5年进行一次。

随着新能源的发展，不少单位自建了一些辐射观测站，对于国家而言，这些站点所积累的辐射数据都是极其宝贵的财富。不过，对于每个站所获数据的代表性需要一个客观的评价。世界气象组织的这个新分级标准，对于评价每个测站是有帮助的。所以，本文将介绍并摘出与辐射有关部分的新分级标准，在辐射项目中细分为总辐射–散射辐射和直射–日照时间两种。

1 总辐射-散射辐射分级标准

要避免接近障碍物。在分级中不考虑自然地形的遮光。如果一个障碍物的反照率大于0.5，就要考虑它是有反射的。高度角的参考位置是仪器的传感器。

1.1 一级

1)太阳高度角超过5°时，没有阴影投射到传感器上。对于纬度≥60°的区域，这个角度限制降低到 3°(图 1)。

2)没有高度角超过5°和角宽度超过10°的遮荫反射障碍物(图2)。

1.2 二级

图1

图2

1)太阳高度角超过7°时，没有阴影投射到传感器上。对于纬度≥60°的区域，这个角度限制降低到 5°(图 3)。

2)没有高度角超过7°和角宽度超过20°的遮荫反射障碍物(图4)。

1.3 三级

图3

图4

1)当太阳高度角超过10°时，没有阴影投射到传感器上。对于纬度≥60°的区域，这个限制降低到 7°(图 5)。

图5

2)没有高度角超过15°和角宽度超过45°的遮荫反射障碍物(图6)。

1.4 四级

在一年中的任何一天，阴影投射均未超过日间的 30%(图 7)。

图7

1.5 五级

一年中至少有一天阴影投射的时间超过30%。

2 直射-日照时间分级标准

要避免接近障碍物。在分级中自然地形的遮光是不考虑的。角度的参考位置是仪器的传感器。

2.1 一级

当太阳高度角超过3°时，没有阴影投射到传感器上(图8)。

图8

2.2 二级

当太阳高度角超过5°时，没有阴影投射到传感器上(图9)。

图9

2.3 三级

当太阳高度角超过7°时，没有阴影投射到传感器上(图10)。

图10

2.4 四级

一年中的任何一天，没有阴影投射到传感器上的时间超过日间的30%（图11）。

图11

2.5 五级

一年中的任何一天，阴影投射到传感器上的时间超过日间的30%。

3 结论

从上述辐射项目的分级标准看，最重要的要求仍是视野开阔。仪器周围除了操作人员外，避免其他人员走动。根据这样的要求，建筑物的顶部是上佳地点，值得推荐考虑。

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