[發明專利]一種基于熱量變化的地面材料反照率測試方法及系統

有效

• 申請號: 202210615442.1
• 申請日: 2022-06-01
• 公開（公告）號: CN115165955B
• 公開（公告）日: 2023-06-16
• 發明（設計）人: 薛育聰;葛堅;徐婉清;趙佳紅;陸江;羅曉予
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20;G01N25/48;G01N21/55;G01D21/02
• 代理公司: 紹興市知衡專利代理事務所(普通合伙) 33277
• 代理人: 施春宜

本發明涉及一種基于熱量變化的地面材料反照率測試方法及系統，其包括如下測試步驟：1)，將地面材料試樣放置于保溫容器中，并布置各種傳感器；2)，準備階段；3)，第一階段；4)，第二階段；5)，數據采集及處理系統判別第一階段與第二階段內風速最大偏差是否超過10％；6)，數據采集及處理系統計算并輸出試樣表面的反照率。本發明通過計算地面材料試樣在不同太陽輻射情況下與周圍環境的熱交換速率，可得到該試樣表面的反照率，并可同時得到試樣表面與測試環境的對流換熱系數及對流傳質系數；同時，本發明所采用的設備種類少、測試數據易得、構造簡單且價格低廉；所提出的測試方法原理可靠，準確度高。

【技術領域】

本發明涉及一種材料反照率測試方法及測試系統，具體涉及一種基于熱量變化的地面材料反照率測試方法及系統，屬于材料性能測試技術領域。

【背景技術】

在過去的一百年里，地球溫度上升了0.7℃，全球變暖對生態系統和人類社會產生了重大影響，成為當前科學研究中的熱門問題。研究表明，近表面反照率在氣候變化中起著重要作用，它不僅對區域下墊面地表能量分配具有重要的科學意義，也進一步影響了生態系統中的質能傳遞及各類生化過程(如地表熱量傳遞與水分相變過程、蒸騰作用、光合作用和呼吸作用等)，是廣泛應用于地表能量平衡方程和全球氣候變化研究中的一個重要參數。

當前，國際與國內測試反照率的方法可大致歸納為以下三種：1)，利用分光光度計對被測試樣發射一定波長的光線，通過計算反射光強度與發射光強度的比值即可得到被測試樣在這一波長范圍內的反射率；2)，在試樣上方搭建可同時測量地面反射光強度與太陽輻射強度的四分量輻射儀，通過計算反射光強度與太陽輻射強度的比值則可得到試樣的反照率；3)，在試樣表面敷設熱流傳感器，并在試樣旁放置太陽輻射傳感器，通過計算試樣熱流與太陽輻射強度的比值亦可近似得到試樣的反照率。

從上述測試原理可以看出，傳統的測試裝置以及測試方法還存在一定不足。具體的說，方法一存在的不足有：1)分光光度計價格十分昂貴，測試成本巨大；2)由于分光光度計光源波段較窄，難以完整模擬太陽光譜，故利用該方法測得的僅是試樣在一定波長內的反射率，而非反照率。方法二存在的不足有：1)四分量輻射儀較為昂貴，測試成本較大；2)由于位于試樣上方的四分量輻射儀會遮擋太陽光線，以及周圍環境的長/短波輻射亦會被四分量輻射儀捕獲，故該方法對試樣面積提出了嚴苛的要求(至少為直徑10m的圓形區域)，增大了測試難度及可行性。方法三存在的不足有：1)敷設于試樣表面的熱流傳感器影響了試樣對太陽輻射的吸收；2)熱流傳感器的表面性質與試樣表面不盡相同，測得的熱流值不能準確反映試樣表面熱流量；3)未考慮試樣表面與周圍環境的對流換熱，測試結果準確度低。此外，試樣表面與測試環境間的對流換熱系數及對流傳質系數也是反映試樣與周圍環境傳熱傳質過程的重要參數，而其難以由傳統的測試裝置以及測試方法測得。

因此，為解決上述技術問題，確有必要提供一種創新的基于熱量變化的地面材料反照率測試方法及系統，以克服現有技術中的所述缺陷。

【發明內容】

本發明的目的在于提供一種基于熱量變化的地面材料反照率測試方法，其根據地面材料試樣在不同太陽輻射情況下與周圍環境的熱交換速率，可計算得到該試樣表面的反照率，并可同時獲得地面材料表面與測試環境的對流換熱系數與對流傳質系數。

本發明的另一目的在于提供一種基于熱量變化的地面材料反照率測試系統，該系統所需設備種類少、測試數據易得、構造簡單且價格低廉。

為實現上述第一目的，本發明采取的技術方案為：一種基于熱量變化的地面材料反照率測試方法，其包括如下工藝步驟：

步驟1)，將截面積為A、高度為H的地面材料試樣放置于保溫容器中，并在試樣與保溫容器間涂抹凡士林，使二者緊密接觸；將試樣在高度方向上平均劃分為n層(20≥n≥5)，并在各層中央埋入試樣內部溫度傳感器；將試樣表面溫度傳感器淺埋于地面材料試樣內；將空氣溫度傳感器固定于地面材料試樣正上方；將太陽輻射傳感器置于地面材料試樣旁；