太阳照度测量量值溯源方法的研究

The variation of solar irradiance is the foremost parameter in investigating the climate change of the earth. The solar irradiance instruments all over the world were traced to the world radiometric reference (WRR), which is maintained at Physikalisch-Meteorologisches Observatorium Davos (PMOD). Recently, the WRR has carried out several comparisons with the most accurate SI scale realized by using a cryogenic radiometer at the UK National Physical Laboratory. In this project, the solar irradiance measurement traced to the cryogenic radiometer is to be carried out for the first time in China. In addition, a tunable laser and a high temperature blackbody which can provide radiation from (250～2500) nm will be used to study the spectral responsivity of the solar irradiance monitor(SIM).It will provide the possibility to calibrate the solar spectral irradiance monitor(SSIM) in the future. The transfer detector, known as "trap detector", is calibrated using the cryogenic radiometer. For solar irradiance instrument, the comparison with "trap detector" can realize its traceability to the cryogenic radiometer. Since the light source for the SIM is different from the one used in the laboratory, beam shaper and integrating sphere will be used to change the mode of the optical beam. Considering the difference originated from the dimension of the light source and the aperture of the solar instrument, this project will also carry on the theory calculation on the diffraction and scattering phenomenon in the performance of the solar irradiance instruments.

太阳辐射能量的变化是研究地球气候变化的重要参数，国内的太阳辐射计是通过参加世界辐射基准的比对来实现量值溯源。上世纪90年代以来，世界辐射基准已经开展了和低温辐射计的多次比对来进行数值修正。 本项目拟开展太阳辐射计直接溯源至低温辐射计的测量研究，建立直接溯源至光学最高测量不确定度的体系；并通过可调谐激光器和高温黑体的宽波段光谱输出，完成太阳辐照计的光谱响应度测量，为太阳光谱辐照计的标定提供保证。低温辐射计通过陷阱探测器的过渡，可以实现到太阳辐射计的量值传递，从而建立基于低温辐射计的太阳辐射计的标定。对于太阳辐射计接收光源和实验室光源的不同，实验室拟采用光束整形器，积分球和改变光源尺寸的方法进行测量；针对光源尺寸、腔型孔径和探测器接收面积等引起的量值差异，本项目拟建立光路传输模型，对衍射和散射现象进行理论计算。

我国的太阳辐射计溯源是通过参加世界气象组织举办的国际日射比对完成。世界气象组织的世界辐射基准和国际计量部门的低温辐射计进行了数次比对。基于低温辐射计的测量体系达到了更低的测量不确定度。项目搭建的太阳辐射照度测量装置溯源至低温辐射计，通过He-Ne激光器和溴钨灯实现了太阳辐射照度至低温辐射计的量值溯源。在低量值，实验上通过低温辐射计量传给陷阱探测器，将陷阱探测器传值给标准探测器，最后由标准探测器完成太阳辐射计的标定工作。在高量值，实验通过溴钨灯的点光源近似扣除几何光路带来的影响，进行线性延伸，完成标定工作。同时，实验开展了太阳光谱辐射照度测量的研究，评价和分析了阵列式光谱辐射计在杂散光，带宽等方面对测量的影响。实验室的工作主要体现在下面3个方面： .1.实验制作了陷阱探测器，采用积分球光源确定探测器的线性工作区间。实验自主设计积分球光源，内置溴钨灯组，采用两只可调光源进行探测器线性测试，评估探测器测量接收的激光功率范围。实验测试探测器分别在两只光源下的响应和在两只光源下共同作用下的响应，计算非线性效应。通过改变一组可调谐光源量值，实验表明探测器电流在1微安-1毫安的量级范围内线性优于0.04%。.2. 实验室采用1000W溴钨灯测量太阳辐射计在不同距离下的响应，将太阳辐射计的测量量值从100瓦/平米扩展至1450瓦/平米。由于实验涉及溴钨灯的几何尺寸、太阳辐射计视场光阑和主光阑尺寸，以及几何光路，实验室根据轴向菲涅尔近似，计算和分析了辐射测量中距离改变对线性测量的影响和实验光路中衍射的影响，计算表明几何光路在非线性测量中的影响小于0.1%。.3. 在太阳光谱辐射照度测量方面，实验测量了阵列式光谱辐射计的杂散光，带宽等参数，评价了阵列式光谱辐射计的测量不确定度，初步开展了阵列式光谱辐射计的太阳光谱辐射测量研究。