辐射传感器怎么选:总辐射、净辐射、光合有效
How to Choose a Radiation Sensor
辐射不是"一个量"。你要的是太阳总辐射、地气系统净辐射、还是植物能用那一段光合光子?搞混了,仪器再贵也测不到你要的东西。
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三种最常见的辐射量
- 总辐射(Global/Shortwave):水平面上接收的太阳直射+散射短波辐射,单位 W/m²。看能量收支、蒸发、光伏用。
- 净辐射(Net Radiation):短波+长波的收入减支出,是地表能量净通量,单位 W/m²。看地气能量平衡、蒸散。
- 光合有效辐射(PAR):400~700 nm 能被光合作用利用的光子通量,单位 µmol/(m²·s)。看作物、植被生产力。
它们测量的光谱范围、用途完全不同,传感器不能互相替代。
总辐射:pyranometer 的核心指标
太阳总辐射传感器(日射强度计)的关键不是"能不能测",而是余弦响应和温度补偿:
- 余弦响应:理想情况下,来自天顶、斜射、地平线的光都应按投影正确计入。廉价传感器斜射误差大,阴天/低太阳高度时偏差显著。
- 温度影响:传感器自身温升改变零点与灵敏度,好器件做温度补偿。
- 响应时间:快速变化(云过)能否跟得上。
选型时别只看"量程 0~2000 W/m²",要看余弦响应曲线和温漂指标。
净辐射:长波是难点
净辐射 = 短波净 + 长波净。长波部分靠传感器自身温度与天空温度推算,对窗口污染、通风、自身发射率极敏感。净辐射计通常要加热防风罩、保持窗口清洁,否则长波项误差会主导。
PAR:用光子而不是能量
植物关心的是光子数而非能量,所以 PAR 用光子通量密度(PPFD)表示。用总辐射除以经验系数估算 PAR 误差很大(光谱形状随天气变),作物/温室场景应直接用 PAR 量子传感器(PAR quantum sensor)。
先定义"你要的能量/光子是哪一段、干什么用",再选对应光谱范围的传感器。辐射选型错一步,后面的能量平衡和蒸散全错。