中国西北地区大气气溶胶散射光学厚度分析

提出一种利用地方气象台站测得的地表宽谱 ( 0 .3～ 4 μm)逐日太阳辐射日总量资料 (包括太阳总辐射和漫射太阳辐射 )来估算晴空无云天气条件下背景大气中大气气溶胶散射光学厚度的方法 ,这主要是基于地表的太阳总辐射和漫射太阳辐射对大气气溶胶散射光学特性的敏感性。该方法建立在观测数据和模式计算结果相互比较的基础上 ,而不需要知道某地相关的云、臭氧或水汽的探空资料。利用此方法 ,我们使用来自我国西北干旱地区 6个地方气象台站 (兰州、敦煌、民勤、格尔木、乌鲁木齐、喀什 ) 1986— 1992年的逐日太阳总辐射和漫射太阳辐射日总量资料 ,得到了大气气溶胶散射光学厚度在年际和月际间的时空变化特征     

北京等7个气象台站太阳总辐射观测资料的准确度评估

基于地面太阳短波总辐射对气溶胶光学特性和地表反照率的敏感性, 该文提出了一个评估我国气象台站总辐射资料准确度的方法。该方法选用气溶胶光学厚度和太阳天顶角较小情形下的晴天辐射资料, 从太阳直射辐射反演气溶胶光学厚度, 用于计算宽带透过率, 再从该透过率和总辐射资料反演太阳常数E_{0, P}, 并采用E_{0, P}对世界辐射基准 (WRR) 的偏差表示总辐射资料的不确定性。模拟结果表明:气溶胶折射率虚部和大气柱水汽含量的输入误差是两个主要的评估不确定因子。用于准确度评估的资料越多, 越有利于平滑气溶胶、水汽含量等输入参数随机误差的效应, 评估结果越合理。应用这一方法, 该文评估了2000— 2004年我国沈阳、额济纳旗、北京、乌鲁木齐、格尔木、上海和广州7个气象台站总辐射资料的准确度。7个站共有1161个太阳常数反演值, 都满足太阳天顶角余弦 (μ₀) 大于0.7的条件。这些E_{0, P}值对WRR的最大偏差为7.33%, 97.78%的E_{0, P}值对WRR的偏差小于5%, 总平均E_{0, P}值对WRR偏差只有-1.15 %。依据这些结果, 当μ₀≥0.7时, 这些台站的晴天总辐射资料的不确定度估计为5%。     

西藏羊八井辐射观测初步分析

利用西藏羊八井2009年5月至2010年4月的辐射观测数据,统计了总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射的日变化、月变化和季节变化,并分析了地表辐射超过太阳常数的发生频率及原因。结果表明,羊八井地区总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射均表现出明显的日变化、月变化和季节变化特征;总辐射与地表短波反射辐射、总辐射与紫外辐射均表现出明显的正相关关系;大气逆辐射和地表长波辐射之间呈现出一定的的正相关关系。     

云南山地太阳总辐射的分布式模拟

在前人研究的基础上,对太阳总辐射模拟模型进行了改进:利用MODIS的地表反照率产品,取代前人研究中的计算地表反照的经验公式,并且在更短的积分步长内进行计算,进而开发了复杂地形下太阳总辐射的模拟模型。应用1000 m分辨率的数字高程模型(DEM)数据以及常规气象资料和2个辐射站的实测总辐射数据对模型进行验证,结果表明:所建立的分布式太阳辐射模拟模型能准确地模拟云南的太阳总辐射,模拟值与实测值吻合非常好;云南年总辐射变化在3191~5858 J·m-2·s-1之间,四季的辐射差异不大,春季稍高,冬季次之,其次是夏季,秋季稍低,这可能是受夏季降水量以及云量较多的影响。在区域分布上,云南省境内多山,地面起伏较大,对总辐射的区域分布产生了较大的影响,如红河及南盘江两岸等,因遮蔽度较大,总辐射较低。太阳总辐射是陆地生态系统最基本也是最重要的能量来源,在小网格的尺度上进行精细化的太阳总辐射计算可以为多个学科的研究提供重要的基础数据,本研究为此提供了一个计算案例。     

2007年春末夏初珠穆朗玛峰地区辐射特征分析

利用2007年5月23日～6月22日的观测数据和先前已有的相关实测资料,分析了总辐射、大气逆辐射、地面长波辐射、有效辐射以及地表反射率.结果表明:春末夏初珠峰大本营地区出现瞬时总辐射大于太阳常数的现象相当频繁,甚至还能出现小时平均值也大于太阳常数的记录;由于珠峰地区海拔高,大气稀薄,低温低湿,大气逆辐射明显减少;地面长波辐射不仅低于平原地区,也低于青藏高原其他地区;在地表辐射平衡中.珠峰大本营地表有效辐射大于反射辐射;随着海拔高度的增加,白天净辐射正值持续的时间相应缩短而最大值减少.     

基于卫星遥感的新疆地表太阳总辐射估算

为了实现地表太阳总辐射合理的精细化模拟,本文尝试将天文辐射分布式理论模型和总辐射气候学经验模型相结合,引入重采样后的FY-2G卫星遥感总云量资料,建立了基于卫星遥感数据的地表太阳总辐射估算模型,并以气象站点稀疏的新疆为例,完成年、季地表太阳总辐射的精细化空间模拟,同时对模拟结果进行分析和检验。结果表明:(1)新疆区域年天文辐射量由南向北递减,大致以天山为界,天山以南区域的年天文辐射量高于10 000 MJ·m^-2,天山以北低于9750 MJ·m^-2,三大山脉对天文辐射的影响非常明显;(2)基于条带状重采样后的FY-2G总云量建立的日照百分率模型,其模拟的新疆区域平均绝对误差14.4%,且空间分布更加客观;(3)新疆"单站单月式"地表太阳总辐射气候学估算模型中,相关系数在夏半年较高,冬半年略有下降,且a、b系数的互补关系较为稳定;(4)从地表太阳总辐射检验结果来看,全区地表太阳总辐射的均方根误差年平均3.08 MJ·m^-2,模拟结果夏半年好于冬半年,南疆好于北疆,其中乌鲁木齐误差最大;(5)新疆年地表太阳总辐射整体表现为由西北向东南逐渐增加的空间分布,南疆盆地的总辐射量高于北疆盆地,天山山区西部为低值中心,而春、夏季总辐射由西向东呈经向分布,秋、冬季则呈纬向分布。     

中国不同时间尺度地表太阳总辐射估算研究

利用全国95个气象站点逐日地表太阳总辐射和日照时数资料,通过最小二乘法拟合回归建立地表太阳总辐射气候学计算模型。通过对比分析以日值和月值为起点的地表太阳总辐射计算模型的精度,确定了全国不同省份和区域的不同时间尺度（月、季节、生长季和年）地表太阳总辐射计算模型,并探讨了经验系数a、b值的分布及变化特征。结果表明,以日值和月值为起点建立的月、四季、生长季和年地表太阳总辐射计算模型精度无显著性差异,相对误差均低于8.5%,但以日值为起点的计算模型a、b值变异性更小。在以日值为起点建立计算模型的前提下,全国各地a、b值自西北部向南部减小,且从四季到生长季再到年尺度,随着时间尺度增大,a、b值振幅减小。根据不同省份年地表太阳总辐射计算模型经验系数a、b值,全国可划分为新甘蒙地区、青藏高原地区和中东部地区3个区域,分别确定了每个区域四季、生长季和年尺度下地表太阳总辐射计算模型。各区域不同时间尺度地表太阳总辐射计算模型均通过了显著性检验（p<0.01）,其中青藏高原地区和新甘蒙地区模型相对误差低于8.0%,模拟精度较高。     

基于DEM的广东山地高分辨率太阳辐射模拟研究

对已有太阳总辐射模型进行改进,并利用MODIS产品取代地表反照率经验公式,在更小积分步长内进行计算,开发了复杂地形下太阳总辐射高分辨率模拟模型。应用1 km分辨率的数字高程模型(DEM)数据以及常规气象资料,对广东2个辐射站的太阳总辐射进行验证。结果表明:(1) 所建立的分布式太阳辐射模拟模型能准确模拟广东省太阳总辐射分布状况,模拟值与实测值吻合较好;(2) 研究区域四季辐射中的夏季辐射最高,秋季次之,冬季最低,年均太阳总辐射为2 893～4 655 J/(m2?s),平均值为4 167 J/(m2?s);(3) 大范围区域而言,广东夏、秋、冬季太阳总辐射的纬向分布十分显著,但从局地区域看,地形是影响太阳总辐射的主导因子。太阳总辐射是各种作物最基本也是最重要的能量来源,在小网格尺度上进行的精细化太阳总辐射计算可为多种作物的布局和种植规划提供重要的基础数据。      

复杂地形下黑河流域的太阳辐射计算

基于数字高程模型(DEM)数据,在充分考虑了地形因子对太阳直接辐射和散射辐射的影响后,实际计算了起伏地形下黑河流域的太阳辐射。在忽略地表和大气之间的多次反射后,地表太阳总辐射计为三项:按起伏坡面上实际入射角考虑的太阳直接辐射、经过下垫面天空视角因子订正的坡面天空散射辐射和考虑周围地形反射效应的附加辐射。计算结果表明:局地地形起伏对太阳直接辐射、总辐射空间分布的影响非常强烈,使得复杂地形下不同坡向间总辐射和直接辐射平均计算差额十分显著,且太阳天顶角从较小增大至中等大小时,这两种平均计算差额均加大一倍多;在较小和中等大小太阳天顶角下,不同坡向间总辐射平均计算差额,均较相同条件下直接辐射平均计算差额为小,这是因为总辐射还包括了天空漫射和邻近地形反射辐射因子,这两个因子和坡面上太阳入射方位的变化共同影响地表入射太阳辐射;起伏地形主要使得太阳辐射在局地区域内背阴、向阳坡向间发生显著的重新分配。因此,在复杂地形地区进行太阳辐射计算时必须考虑地形的影响。     

1961~2003年中国大陆地表太阳总辐射变化趋势

利用中国大陆30个气象站1961～2003年地表太阳总辐射观测数据,研究了辐射年总量和季节总量的变化趋势及其空间分布特征,并探讨了其原因。结果表明:1961～1989年中国大陆地表太阳总辐射总体呈减少趋势,减少约11%;1990～2003年间略有回升,但其均值仍比1961～1965年的均值低8.2%。大部分地区春夏两季减少明显,约占年减少量的55%～85%。对各站点观测数据的趋势分析表明,地表太阳总辐射随时间的变化大致可分为4种类型,其特征分别为:1961～2003年间持续减少(占总站点数20%);20世纪60年代初到80年代中期呈显著减少趋势,其后线性趋势不明显(占总站点数40%)或呈逐步增加趋势(占总站点数16.7%);1961～2003年间无显著变化(占总站点数23.3%)。这4种类型在空间分布上无明显的区域特征。日照时数减少是总辐射减少的主要原因,可以解释地表太阳辐射年总量变化的72%,日照时数随风速的增大而增加。     

巴丹吉林沙漠腹地沙尘事件对近地表气温和太阳总辐射的影响

沙尘通过改变近地表气温和太阳总辐射对气候变化产生影响.根据巴丹吉林沙漠腹地小型气象站所观测到的风速、气温和总辐射数据,分析了沙尘事件对近地表气温和太阳总辐射的影响.结果表明:(1)沙漠腹地的沙尘事件多发生在春季,具有平均风速低、持续时间短的特点.平均风速主要集中在6.0～6.5 m/s,持续时间多在1～2 h.(2)沙...     

近50年乌鲁木齐市太阳能资源时空变化分析

利用新疆乌鲁木齐地区9个气象站1961-2010年的逐日日照时数资料和乌鲁木齐站逐日太阳总辐射资料,在使用气候学方法估算出各站逐月太阳总辐射的基础上,采用线性趋势分析和Mann Kendall检测对全市冬、春、夏、秋四季和年日照时数、太阳总辐射变化趋势以及突变特征进行分析,应用混合插值法,在ArcGis平台上完成基于数字高程模型(DEM)数据的四季和年日照时数、太阳总辐射及其突变前后变化量的精细化分布式模拟.结果表明:乌鲁木齐市春、夏、秋季和年的日照时数及太阳总辐射总体呈现“平原多,山区少”的空间分布格局,冬季日照时数、太阳总辐射呈现“山区多,平原少”的分布特点.近50年来,乌鲁木齐市春、夏季日照时数、太阳总辐射变化趋势不显著,但秋、冬季和年的日照时数及太阳总辐射呈显著的减少趋势,并于1981和1991年分别发生了突变性的减少,突变前后秋、冬季和年日照时数、太阳总辐射的变化具有明显的区域性差异,减少幅度的空间分布总体呈现“平原多,山区少”的特点.     

江苏省太阳总辐射的分布特征

利用江苏省淮安、南京、吕泗3站的逐月太阳总辐射资料和70个气象站的月日照百分率资料,采用气候学计算方法,计算并分析了全省各地逐月的太阳总辐射分布,指出江苏省太阳总辐射的季节分布特征是冬少夏多,春秋适量;太阳总辐射区域分布是北多南少;太阳总辐射的年变化呈现明显的双峰型分布,最大峰值分别出现在5月和7月下旬—8月上旬,6月下旬—7月上旬出现一个相对低谷阶段,恰好与江淮梅雨期多阴雨天气相对应。本文的结论为江苏省太阳能资源的开发利用提供了科学依据。     

1960年以来长江流域太阳总辐射的时空变化

基于长江流域147个站点的气象数据,利用气候学计算方法估算1960年以来的太阳总辐射数据,运用线性回归和相关分析等方法,探讨1960年以来太阳总辐射在长江流域的时空变化特征,并分析太阳总辐射的影响因子.结果表明:太阳总辐射在整个长江流域(除去上游源头区金沙江流域)自东向西递减,且上游地区变化波动大,中下游地区下降趋势显著;自1960年以来太阳总辐射在长江流域呈现下降趋势,1990年以后开始呈现上升趋势;近50a来太阳总辐射的减少趋势与云量和大气水汽含量没有显著相关性.     

几种水平面太阳总辐射量计算模型的对比分析

利用中国区域1961-1999年39 a间98个常规气象观测数据,建立6个模型分别以天文辐射、干洁大气总辐射和湿洁大气总辐射为起始数据,进行太阳辐射日总量的模拟,对比分析了6个水平面太阳总辐射量计算模型的性能.结果表明:在三种起始数据中,干洁大气总辐射和湿洁大气总辐射均能较好地体现宏观地势对太阳辐射空间分布的影响,以湿洁大气总辐射为起始数据的计算模型拟合精度相对较高.对6个水平面太阳总辐射量计算模型的对比分析发现:2个以日照百分率为主导因子,气温日较差为修正项的综合模型拟合误差最小,精度最高;经典的日照百分率模型次之,但其模型系数最稳定可靠;3个气温日较差模型拟合效果最差.最终选用经验系数稳定、拟合精度较高的日照百分率模型,制作了2001年中国水平面太阳辐射日总量空间分布图.     

近50年安徽省太阳总辐射的时空变化特征

采用1961—2010年安徽省辐射观测数据和常规气象要素观测资料,建立了太阳总辐射的气候学计算方法;进而推算了安徽省各地太阳总辐射,并采用趋势分析、突变检验和小波分析等方法研究了其时空变化特征。结果表明:以理论天文辐射为起始值所建立的全省统一公式,能够较好的拟合安徽省月尺度的太阳总辐射值。根据公式推算的安徽省各地太阳总辐射资源的丰富程度以3级为主,空间分布呈北多南少的特征,季节分布为夏多冬少单峰型,但在梅雨期存在波谷。近50年来安徽省各地太阳总辐射量基本呈一致的减少趋势,全省平均下降趋势为每10年减少0.31 MJ·m-2·d-1,近年来辐射下降趋缓。安徽省太阳总辐射在20世纪80年代初存在一次突变现象;近50年总辐射量以准10年和4~6年左右周期振荡较为明显,而20世纪80年代以来年代际振荡信号减弱,并且太阳总辐射气候态以偏少为主。     

贵州省分月太阳辐射参数模型计算

利用贵州省2011—2015年10个太阳辐射站观测资料,采用最小二乘法分月拟合太阳辐射计算参数a、b,结合相应站点的地理信息(纬度和海拔高度),建立参数随地理位置变化的分月模型,进行1962—1990年威宁站独立样本检验,利用2001—2010年贵阳站数据与海拔分区法进行比较;结合1981—2010年85个常规气象站日照时数资料和相应站点的地理信息推算累年各月太阳总辐射量,并探讨其空间分布规律。结果表明:用分月参数模型计算贵州省太阳辐射误差更小、精度更高,提高了太阳辐射计算的准确率;贵州省气象台站年平均太阳总辐射在3415.76~4737.04 MJ·m~(-2)之间,西部和西南部多,北部少,其中年总辐射最大值出现在威宁,最低值出现在务川。     

晴天地表太阳辐射的参数化

讨论了晴天地表太阳总辐射和地表太阳净辐射瞬时值的参数化方法。首先利用辐射传输模式和中纬度夏季标准大气廓线,分谱带计算晴天各种大气条件下地表反射率取定值时的地表太阳总辐射,并把所得的结果作为标准资料,提出参数化方案。然后将地表反射率的影响作为误差项进行订正,从而得到各种地表反射率条件下的晴天地表太阳净辐射的计算方法。该方法的拟合精度较高,拟合值与辐射模式标准值的平均相对误差在0.3%以下。该参数化公式可以用于大尺度数值模式中地表辐射平衡的计算,以期达到地表辐射平衡计算与模式积分同步进行的目的。     

五道梁地区的辐射特征

本文分析了1986年中美联合考察期间五道梁站的地面辐射平衡的气候学特征。五道梁地区夏季直接太阳辐射强,空气洁净,大气透明度好。太阳辐射在大气中的削弱以分子散射和臭氧吸收为主。总辐射中以散射为主。光谱反射率中太阳短波反射率为0.13,太阳红外反射率为0.25,雪面上二者接近;反射率受土壤湿度影响明显,在太阳高度角较小时,各波段反射率有不同的变化趋势。地表比辐射率约为0.90。地表净辐射和地面热源强度大。太阳紫外辐射大,占总辐射的比例也大。     

环渤海地区1961—2010年太阳总辐射时空变化特征

根据1961—2010年环渤海地区4个辐射站太阳总辐射资料和56个台站日照百分率资料,研究了该地区太阳总辐射的时空分布及变化特征。同时利用1991—2010年太阳总辐射数据初步分析了环渤海地区太阳能资源潜力。结果表明：年内太阳辐射呈单峰型,5月最高,4—8月是太阳能资源最丰富的时期;1961—2010年太阳总辐射在1990年之前呈显著下降,之后没有明显变化趋势;太阳总辐射趋势变化在环渤海地区有明显的空间差异,下降幅度最大的集中于京津塘周边地区以及山东中南部地区;四季总辐射均呈显著下降趋势,其中春、夏两季降幅略高,秋、冬两季降幅略低;1991—2010年环渤海地区太阳总辐射呈西北部高,向东、南方向递减的分布特征。