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輻射表的不確定性
不確定性，非準確性
“準確性”是一個術(shù)語，沒有特定的國際定義，同時這個術(shù)語的使用不是我們所希望的。國際標準組織（ISO）和國際氣象組織（WMO）現(xiàn)在只使用“不確定性”來描述在特定環(huán)境下的參數(shù)的測量。
ISO的” Guide to the Expression of Uncertainty Measurement (GUM)”提供一個標準方法來指明不確定性?？傮w來講在Kipp&Zonen的不確定性都是表示在95%的置信水平（K=2），“整體”的不確定性可以使用和的平方根來得到。
太陽輻射的不確定性
大多數(shù)的太陽輻射數(shù)據(jù)都是從熱電堆型的總輻射表測量得到，即水平總輻射（GHI），但是這個的“不確定性”如何？測量過程的不確定性的來源是什么,以及如何量化的？
這次我們只針對表的參數(shù)和性能表現(xiàn)來討論這個問題。
首先我們假設(shè)所有的總輻射表都正確安裝和維護——但并非總是如此！同樣我們假設(shè)數(shù)據(jù)的采集、記錄和運行都是一些正常，沒有任何的問題。同樣并非總是如此！
總輻射表的不確定性定義
WMO針對不同參數(shù)，分別設(shè)置了高限度的誤差值，將表分為“中等”，“好”，“高”的總輻射表。同樣WMO對每天誤差的總和，給出了“可達到的不確定性（95%置信水平）”然而WMO沒有就這些誤差參數(shù)是如何計算得到給出解釋。實際上，總體誤差的計算不是那么簡單的，這可能就是ISO9060：1990為什么沒給出參數(shù)的原因。
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ISO 9060:1990 |
二級 |
一級 |
次基準級 |
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Ref.No. |
技術(shù)參數(shù) |
Lower |
→ |
Higher |
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1 |
響應(yīng)時間 (95 %) |
< 60 s |
< 30 s |
< 15 s |
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2 |
?零點漂移 |
|||
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?(a) 響應(yīng)200W/m2凈輻射時 ? (通風(fēng)如果必要) |
±30 W/m2 |
±15 W/m2 |
±7 W/m2 |
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|
?(b) 響應(yīng) 5K/小時空氣溫度變化時 |
±8 W/m2 |
±4 W/m2 |
±2 W/m2 |
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3a |
?非穩(wěn)定性 ? 每年響應(yīng)率百分比改變 |
±3.0 % |
±1.5 % |
±0.8 % |
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3b |
?非線性 ? 在500 W/m2時響應(yīng)偏離 ? 在100 W/m2 to 1000 W/m2環(huán)境內(nèi) |
±3 % |
±1 % |
±0.5 % |
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3c |
?方向響應(yīng) (成束輻射) ? 各方向成束輻射1000 W/m2垂直入射時產(chǎn)生的誤差 |
±30 W/m2 |
±20 W/m2 |
±10 W/m2 |
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3d |
光譜靈敏度 ??在 0.35 μm 到 1.5 μm之內(nèi)光譜吸收和光譜透射的百分比偏離 |
±10% |
±5% |
±3% |
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3e |
溫度響應(yīng) ? 50 K溫度變化時，百分比偏離 |
8% |
4% |
2% |
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3f |
傾斜響應(yīng)? 在1000W/m2輻射時，從0°到90°角度的百分比偏離 |
±5% |
±2% |
±0.5% |
下面我們比較一下Kipp&Zonen產(chǎn)品的參數(shù)
KIPP & ZONEN 產(chǎn)品不確定性
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不確定性來源 |
CMP3 |
SMP3 |
CMP6 |
C/SMP10 C/SMP11 C/SMP21 |
C/SMP22 |
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零點漂移 a) |
1.5 % |
1.5 % |
1.2 % |
0.7 % |
0.3 % |
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零點漂移b) |
0.3 % |
0.3 % |
0.3 % |
0.1 % |
0.1 % |
|
非線性 |
1.0 % |
1.0 % |
1.0 % |
0.2 % |
0.2 % |
|
方向響應(yīng) |
2.0 % |
2.0 % |
2.0 % |
1.0 % |
0.5 % |
|
光譜靈敏度 |
0.1 % |
0.1 % |
0.1 % |
0.1 % |
0.1 % |
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溫度響應(yīng) |
5.0 % |
2.5 % |
4.0 % |
1.0 % |
0.5 % |
|
? 傾斜響應(yīng) (與GHI不相關(guān)) |
(1.0 %) |
(1.0 %) |
(1.0 %) |
(0.2 %) |
(0.2 %) |
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典型日均不確定性 – 水平總輻射 |
5.7 % |
3.7 % |
4.7 % |
1.6 % |
0.8 % |
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典型日均不確定性– 垂直傾斜 |
5.8 % |
3.8 % |
4.8 % |
1.6 % |
0.8 % |
這些日均不確定性的數(shù)據(jù)實際上是最糟情況下的數(shù)據(jù)值，同時在中緯度、非極端氣候條件下，整年數(shù)據(jù)都可以保持到這樣的水平。
標定的不確定性
所有總輻射表的儀器標簽和校準證書都給出了日均不確定性。因此在2年以內(nèi)的標定系數(shù)和證書都是有效的。根據(jù)WRR（world Radiometric Reference）也給出了輻射表標定的絕對不確定性。
典型的標定不確定性在95%置信度：
? C/SMP3???????????? ?? 二級??????????? ??? 4%
? C/SMP6???????????? ?? 一級??????????? ??? 3%
? C/SMP10/11/21? 次基級?? ????1.5%
? C/SMP22?????????? ?? 次基級 ???? ????1%
在每個輻射表的標定證書上給出了確切的數(shù)值。
保持玻璃罩干凈
如果使用的輻射表的不確定性在每日的測量中占到2%或以下，則不需要太多的去清潔玻璃外罩，如果大于2%，則需要進行清潔。
露水、雨滴會吸收和散射輻射，霧，雪會對輻射產(chǎn)生高度反射作用，灰塵、砂礫會阻止輻射到達探測器，也可能粘到球罩上，從而形成較厚的阻擋層。大氣污染物在球罩上會衰減輻射，同時也會改變到達探測器的輻射光譜。但是現(xiàn)場并不是有專門的來每天負責(zé)清潔輻射表，所以有什么辦法解決呢？
我們推薦使用CVF4通風(fēng)罩，通過CAD流體模擬軟件設(shè)計和真實測試，得到的結(jié)果相比CVF3都具有顯著的改進和提升。CVF4風(fēng)扇會在球罩表面產(chǎn)生氣流如圖，氣流可以使將玻璃球罩表面的塵埃，砂礫等吹開，同時氣流還能對沉積和露水蒸發(fā)和雨滴形成一個屏障層空氣，可以持續(xù)的保持表面清潔。風(fēng)扇使用12V直流電供電，功率為5W，轉(zhuǎn)速可控。
下圖為CVF4氣流模型
下圖為在極端的融霜、降雪的環(huán)境CVF4的12V/5.5w的加熱器的表現(xiàn)
所以在使用中，我們推薦有條件的現(xiàn)場，或是對數(shù)據(jù)要求十分嚴格的場合或是無人值守站，推薦使用CVF4來降低維護因素對輻射表不確定性的影響，以保持輻射表好的表現(xiàn)，從而使數(shù)據(jù)更加準確、可靠。
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