[发明专利]水体表皮温度测量装置与方法及其应用

说明书

水体表皮温度测量装置与方法及其应用，涉及自然水温度测量领域。包括红外辐射计和天空光屏蔽罩，所述天空光屏蔽罩紧密连接于红外辐射计的下方，天空光屏蔽罩的末端浸没水面之下，红外辐射计暴露于水面之上，天空光屏蔽罩的底部开口尺寸大于传感器视场角。通过对红外辐射计增设天空光屏蔽罩，屏蔽了天空光对传感器测量海水皮温带来的误差，从而实现直接“测到”水体皮温，而不是“计算”得到水体皮温，操作简单，结果准确。对任何水体都可采用，特别对于垂直分层水体，因为垂直分层水体测量的皮温和水内部的体温差别会更大；也可以用在测量内陆湖泊、河流水体温度等，适用范围广。

技术领域

本发明涉及自然水体温度领域，尤其涉及海水、湖泊、水库表皮温度测量装置与方法及其应用。

背景技术

水体表皮温度或者常常表述的海表温度(Sea Surface Temperature，SST)是气象学与海洋学研究的重要物理量。其中海水表皮温度(Sea-Surface Skin Temperature，SSST，以下用海水皮温代表一切自然水体的表皮温度)，即水体表层大约0.5mm厚度测得的温度，是热红外和微波辐射探测仪等遥感设备测得的结果，也是卫星遥感观测到的海面温度。遥感测量的海面温度与通常采用CTD等设备测量的海洋表层温度(称之为海水体温，Bulk Temperature)是不一样的，二者之间会有0.5℃或更高差异，因此不能用CTD海水温度代替海水皮温，需要单独准确测量海水皮温。

由于海洋表面温度测量易受太阳辐射、表面搅拌效应、表皮增发效应等影响，目前国外最高测量精度为±0.1℃。但此时测量的“皮温”实际并不是真实的皮温T_skin，因为仪器接收到的是海面总辐射亮度LT，该信号除海水内部本身发射的辐射Lsea外，里面还包含了部分天空光和水体表面反射的天光(以下用Lsky代表)，即外部辐射亮度(Jian et al.南海北部区域海洋水体皮温-体温模型研究[J].光子学报,2018,47(11).)，即LT＝Lsea+Lsky。因此，现有的红外辐射计一般离海水数米或数十米远，在接收到海表温度的时候，也会同时接收到水表面反射的天空光信号，导致测量结果偏差，需要测量辅助参数和后期校正。

Lsky受云量、风速(海面粗糙度)、观测角度等因素影响。

首先，在云量小时(晴朗)，校正量大，可达到0.5℃；云量大时(阴天)，校正量可能小于0.1℃。但并能不认为，阴天测量的数据较为准确。因为阴天光强不稳定，数据观测海面与天空的同步效应，将严重影响测量结果的稳定。

其次，风速不同导致的海面粗糙度变化，也将使仪器接收到不同大小的天空光信号，不仅带来误差，且很难准确校正。

最后，仪器一般安装在船体，仪器会随着船体不断摇动，观测角度(入射角)会不断变化，得到的海水发射率相应也在表动，导致误差。

综上可知，测得的水体信号包含其他信号，需要同时测量现场其他参数(风速)，再估算海面发射率，进而对数据进行校正，最后得到海水皮温T_skin。

因此，除仪器本身性能外，造成海水皮温测量不准确的很大原因是因为天空光的干扰，这会引起测量时的误差和后期校正困扰。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供水体表皮温度测量装置与方法及其应用，可直接测量得到水体表皮温度；同时，可以根据实际红外辐射计形状大小，定做适合的天空光屏蔽罩，以应用在不同的设备上及不同的水体温度测量上。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

水体表皮温度测量装置，包括红外辐射计和天空光屏蔽罩，所述天空光屏蔽罩紧密连接于红外辐射计的下方，天空光屏蔽罩的末端浸没水面之下，红外辐射计暴露于水面之上，天空光屏蔽罩的底部开口尺寸大于传感器视场角。

所述天空光屏蔽罩呈从上至下渐扩的结构。