紫外辐照对绝对辐射计锥腔吸收率的影响

　　1　引　言

　　为深入研究全球环境变化和气候变迁规律,需要精确测量太阳辐照度并长期连续监测其微小变化。卫星上观测太阳辐照度的绝对辐射计,在太阳紫外辐射的照射下,其黑体接收腔的吸收率会下降,影响对太阳辐照度的精确测量及对其微小变化进行长期连续监测。美国太阳活动年任务(SMM)卫星上的测量太阳辐照度的有源腔型辐射计辐照度监测器ACRIMI在其工作的9.75年期间,锥腔吸收率下降0.06%[1],折合每年下降0.006%,欧空局太阳日光层观测器/太阳辐照度变化和引力振动(SOHO/VIRGO)上两种类型的绝对辐射计锥腔吸收率都有不同程度的下降,比利时的DIARAD每天下降0.29×,瑞士的PMO6每天下降3.34× [2],折合DIARAD每年下降0.01%,PMO6每年下降0.12%。吸收率的下降情况随腔形结构(圆锥腔、倒锥腔、圆柱腔)、涂黑材料以及涂黑层是漫反射或镜反射而有所不同。为了研究紫外辐照对星载太阳辐射监测仪的绝对辐射计锥腔吸收率的影响,进行了实验室模拟测量实验。根据正在研制的风云三号气象卫星上的太阳辐射监测仪[324]在轨道上工作测量太阳辐照度时太阳辐照绝对辐射计(SIARs)[526]接收的紫外辐照量(紫外辐照度mW/cm2×天数),在实验室用相当于卫星寿命期间太阳辐射监测仪被照的紫外辐照量的汞灯紫外光照射锥腔,定期用可同时测量镜、漫反射率的全半球反射比吸收率测量装置测量其吸收率,监测其随时间变化情况。实验结果表明:风云三号卫星太阳辐射监测仪上用的锥腔,在卫星上例行工作一年接收的紫外辐射量,使其吸收率下降0.002%,最大情况下降0.003%。

　　2　锥腔紫外辐照实验方法

　　2.1　风云三号卫星太阳辐射监测仪简介

　　风云三号卫星太阳辐射监测仪由三套相同的宽视场SIARs互成一定角度安装构成[324]。在卫星上把三台绝对辐射计朝向飞行方向安装,在卫星从地球阴影飞出的北极附近,太阳在其视场上扫过的时间内进行太阳辐照度测量[728]。每台绝对辐射计的视场角如图1所示。无遮拦视场(slope angle)为18.4°(太阳光斑全部入射辐射计),半强度视场(opening half angle)为26°(太阳光斑遮拦一半所对应的视场),全视场为34°(这一视场是太阳光刚入射所对应的视场)。

　　风云三号气象卫星上的太阳辐射监测仪三个通道的光轴位于XOY平面上,分别与卫星X轴成22°、27°、32°夹角,与Z轴垂直,与-Y轴成68°、63°、58°夹角,分别定义为AR1、AR2和AR3通道。太阳辐射监测仪三视场角及其组合排列如图2所示。

　　太阳辐射监测仪共有三种在轨工作模式:通道自测试模式、太阳辐照度测量模式和冷空间测量模式。卫星进入轨道,仪器加电开机后,自动进入通道自测试模式,然后进入等待状态;当太阳光进入绝对辐射计视场时,开始太阳辐照度测量;可采用冷空间测量来校正仪器的温度与背景辐射[9]。在极轨道太阳同步气象卫星上采用这种测量方法,可以在每一天,每一圈轨道上都能测得太阳辐照度数据。从图2可看出三台绝对辐射计的视场角大部分重叠,在此期间可两台或三台仪器同时测量。在实际应用中,通常采用三台绝对辐射计中两台进行例行测试,另一台定期测量,以便对长期工作的两通道进行稳定性考核,也就是对长期工作接收紫外辐照的两台绝对辐射计的锥腔吸收率变化情况进行考核、校正。