流域演化过程中天文辐射空间分布

基于九期人工降雨模拟流域DEM数据,运用MATLAB进行了演化条件中的流域天文辐射计算,并模拟了流域内各阶段年天文辐射量空间分布.采用统计学中均值、变异系数、峰度及偏度量化了天文辐射的数量特征,运用景观生态学指标量化了其空间结构特征.结果表明:流域演化各阶段年天文辐射的数值变化在2~12596 MJ∙m-2之间.辐射量景观格局的变化特征方面得出:斑块层次上各景观指数在小流域不同演化阶段的变化规律基本一致,而景观层次上的各指数则呈现波动性变化特征.此外,活跃演化阶段(实验阶段Ⅳ~Ⅵ)天文辐射量的数量特征及空间结构特征的变化程度最为明显.

基于DEM的黄河流域天文辐射空间分布

基于1 km×1 km分辨率的数字高程模型(DEM)数据,利用建立的起伏地形下天文辐射分布式计算模型,计算了黄河流域1 km×1 km分辨率各月天文辐射的空间分布.结果表明:局部地形对黄河流域年和四季天文辐射的空间分布影响明显;在太阳高度角较低的冬季,地理和地形因子对天文辐射的影响相当强烈,山区天文辐射的空间差异大,1月份向阳山坡(偏南坡)天文辐射可为背阴山坡(偏北坡)的2～3倍,极端天文辐射的差异可达10倍以上;而在太阳高度角较高的夏季,天文辐射空间差异较小,7月份不同地形极端天文辐射的差异仅在16%左右;四季中,地形对天文辐射影响的程度为冬季＞秋季＞春季＞夏季.

起伏地形下天文辐射分布式估算模型

基于数字高程模型(DEM),建立了起伏地形下天文辐射分布式估算模型.模型全面考虑了地形因子对天文辐射的影响,只需DEM数据作为输入项,适用于遥感图像处理、地理信息系统等数据处理平台.以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了我国全年各月天文辐射的空间分布.结果表明:我国年天文辐射总量有明显的纬向分布特点,随着纬度的降低,年天文辐射总量由北向南增加;由于受坡向、坡度和地形遮蔽因子影响,山区天文辐射表现出非地带性分布特征.本文所提供的我国天文辐射数据产品,可作为基础地理数据供相关研究应用.

基于GIS的起伏地形下天文辐射分布式模型——以贵州高原为例

天文辐射是辐射计算、太阳能资源评估及其他相关研究领域重要的起始参量,由于坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局地地形因子的影响,使实际起伏地形下获得的天文辐射与水平面上获得的天文辐射有一定差异。确定实际起伏地形下天文辐射是比较困难的。应用数字高程模型（DEM）数据和地理信息系统（G IS）,建立起伏地形下天文辐射分布式计算模型,计算了起伏地形下贵州高原100 m×100 m分辨率天文辐射精细空间分布,分析了局地地形因子对起伏地形下天文辐射的影响。结果表明：（1）贵州高原起伏地形下天文辐射的空间分布具有明显的地域分布特征。（2）贵州高原起伏地形下天文辐射年总量平均为481.7～13 041.8 M J/m2,1月、7月天文辐射分别为0.0～1 244.7 M J/m2、0.0～1 264.8 M J/m2。（3）局地地形因子对起伏地形下天文辐射空间分布的影响随季节和纬度变化,虽然坡度、坡向和地形遮蔽对天文辐射的影响,在太阳高度角较低的1月比太阳高度角较高的7月相对较大,但因为7月水平面获得的天文辐射的强度相对较大,7月局地地形对天文辐射的影响依然显著。因此,贵州高原起伏地形对天文辐射的影响是不容忽视的。

山地天文辐射的地形影响与空间尺度效应研究

基于1∶25×104数字高程模型数据,依据起伏地形下天文辐射分布式模型算法,研究了陕西山地天文辐射空间分布规律,详细分析了地形因子对天文辐射的影响规律;同时,从不同的DEM分辨率和不同地貌类型两个方面探讨了天文辐射的空间尺度效应。结果表明:陕西天文辐射总量随着纬度的升高呈由南向北降低的趋势;局地地形因子对天文辐射的影响随季节、纬度、坡度及坡向等因素而变;同时山地天文辐射的空间尺度效应在地势起伏较大的山区和高原地区表现尤为明显。

坡面天文辐射总量的椭圆积分模式

本文讨论了坡面天文辐射总量的计算方法。在坡面日出日没时角配置关系及其变化规律的基础上建立了椭圆积分模式。该模式可计算全球范围内任意坡向、坡度在任意时段内的坡面天文辐射总量。

天文辐射量的变化与气候变迁

关于过去30万年内的全球各纬度地区的天文辐射冬、夏半年总量的变化已可精确地计算得到(图1b—1c)。深海的沉积物又提供了关于这一时期的最完整、最精确的气候变迁的资料(图1a)。将两者进行对比可知:1.温暖期和寒冷期在图1b—1c上的表现是截然不同的。这种差异突出地表现在低纬度地区,而不是表现在高纬度地区。2.温暖期的气候波动比寒冷期更为剧烈。3.寒冷期的气候不应当与天文辐射量的增多(图1c)相对应;而只能与天文辐射量的减少(图1b)相对应。

起伏地形下重庆市天文辐射的空间分布

在起伏地形下天文辐射分布式模型的基础上计算了重庆市各月的天文辐射的空间分布,详细分析了坡向和坡度对天文辐射分布的影响以及重庆市实际地形下天文辐射的空间分布。分析表明:1月和7月坡向和坡度对天文辐射的影响明显不同;地形对重庆天文辐射的分布影响显著,特别是太阳高度角较小的冬季。

以前1万年至未来3千年天文辐射时空分布的长期演变

大气上界太阳辐射又称为日射、完全透明大气的太阳辐射、入射太阳辐射、没有大气时的太阳辐射或天文辐射等等。本文均采用“天文辐射”一词。它较好地揭示了大气上界太阳辐射日变化、年变化与随纬度分布的原因实质(即地球自转角速度、赤纬、日地距离等天文参数的变化及地理纬度的分布)。而且,天文辐射在地质时代的长期演变也主要取决于地球轨道参数(黄赤交角、偏心率及岁差)的周期性变化。这主要是由于太阳系中的其他8个行星以及月亮等施加的引力所造成的。根据以上的分析可以认为,采用天文辐射一词是较为确切的。它从天体力学角度揭示了大气上界太阳辐射时(日变化、年变化、长年变化)空(地理纬度)变化的原因实质,相对于其他学术词汇而言,含有实质性的信息量。

广西北回归线区域天文辐射时空特征——以宾阳县为例

基于25 m分辨率的数字高程模型(DEM)数据,依据坡面天文辐射分布式模型算法,模拟计算北回归线附近宾阳县的天文辐射空间分布,并分析地形因子对于天文辐射的影响。结果表明:宾阳县年天文辐射总量在2 718.11~13 155.07 MJ/m^2,在不同地形下天文辐射空间分布差异明显;不同月份的天文辐射在不同坡向坡度上的空间分布亦不同,就该区域而言,8月份空间分布较为均匀;山地天文辐射受到天文参数和地形因子共同作用影响。

起伏地形下深圳市天文辐射的空间分布

以起伏地形下天文辐射的分布模型为基础,借助地理信息系统(GIS)处理数据,将深圳市1∶250,000DEM数据作为地形的综合反映,模拟计算了起伏地形下(坡度、坡向和地形遮蔽)深圳市天文辐射,分析了起伏地形下深圳市天文辐射的分布规律,完成了深圳市100m×100m分辨率的各月及全年的天文辐射的空间制图。结果表明:对于局部地形起伏引起的天文辐射的变化,秋、冬季最为显著,向阳坡和背阴坡的极值差异较大,这和太阳高度角随着季节变化而冬半年相对较低、夏半年相对较高有关。坡度对天文辐射的影响在冬半年较大,随着坡度的增大,辐射差值增大的幅度呈递减趋势。

改进任意时期天文辐射总量的计算方法初探

采用本文提供的公式计算任意时期的天文辐射总量,不需要查取天文年历上的太阳赤纬、时差、日地距离等数据,只要输入台站纬度和计算日期的年内日序数,就能启动电算程序打印出准确可靠的结果。

基于DEM的武夷山地区太阳天文辐射模拟

以数字高程模型(DEM)为基本信息源,提取数字坡度和坡向信息,利用起伏地形下天文辐射分布式模型计算了武夷山地区各月的天文辐射空间分布。文中采用了该模型中的光线追踪法和分段积分来计算地形遮蔽信息,并以多层面复合分析方法对天文辐射量做出了空间可视化表达。

顾及地形影响的火星地表天文辐射时空特征分析

天文辐射指不考虑大气影响,落于地表的太阳辐射类型,亦是太阳能资源评估的重要背景。火星天文辐射及其时空分布特征的研究会为未来火星的探索提供助力,为火星太阳能资源的精细化利用和高效开发以及政府的科学决策提供基础数据。火星地形地貌错综复杂,其规模形态地球难以比拟,故而无法忽略地形对火星地表天文辐射的影响效果。然而,当下对火星天文辐射的计算和研究并未考虑火星实际地表的遮蔽效应且往往是从局部区域进行的研究。本文考虑纬度差异、时序更替的综合影响,以分辨率200 m的数字高程模型作为基本数据,提出了基于DEM计算火星天文辐射的理论模型,利用Hadoop分布式集群提供的并行计算框架以10 min为一个时间单位精细模拟了考虑地形遮蔽影响的火星全球地表天文辐射空间分布。Rb为水平面天文辐射与考虑地形遮蔽因素的天文辐射之比,一般用于评估天文辐射的地形遮蔽程度。基于全球不同纬度使用Rb进行时空分析,通过有交互的双因素方差分析、因子分析、相关性分析探寻地形因子及天文因素对阴坡和阳坡Rb值的影响程度。结果表明:地形对火星全球地表天文辐射的影响效果在时空尺度上具有明显的规律性,其影响程度不仅与地形自身发展情况(包括地形起伏,坡向,纬度等)有关,还深受正午太阳高度角等天文因素的综合影响。

起伏地形下朝鲜半岛天文辐射的时空分布

本文应用数字高程模型(DEM)数据和地理信息系统(GIS),建立了起伏地形下天文辐射分布式计算模型,计算了朝鲜半岛起伏地形下全年各月的100m×100m分辨率天文辐射精细空间分布结果,并详细分析了朝鲜半岛天文辐射的空间分布特征。计算结果表明:①在朝鲜半岛天文辐射同时受到南北方向纬度带的影响和山地条件的影响,其中山地影响大于纬度带影响;②朝鲜半岛天文辐射具有明显的季节特征;③朝鲜半岛地形对天文辐射的影响存在季节差异,夏季6月最小,冬季12月最大。

天文辐射空间分布与尺度效应研究

天文辐射是地表实际入射太阳辐射的基础背景,也是辐射计算、太阳能资源评估和农业生产潜力估算等方面的重要天文参量。本文基于分辨率为30 m的福建省数字高程模型,使用MATLAB软件提供的并行计算框架模拟了起伏地形下福建省天文辐射空间分布,定量地分析了坡度坡向对天文辐射分布的影响规律,同时探讨数字高程模型对天文辐射产生的空间尺度效应。结果表明:福建省年天文辐射量大部分处于10 000~13 000 MJ/m^2,呈现东南沿海向中西部递减的分布特征;不同季节的天文辐射分布受纬度和坡度坡向的影响具有明显的差异性,呈现季节分布的不对称性;不同坡度和坡向对天文辐射的影响与福建省总体上西北高东南低地势特征相吻合,天文辐射量随坡度增大而减小,东、东南和南坡向是天文辐射分布较集中的区域,总体上呈现山脊多、山谷少、阳坡多、阴坡少的地域差异性;数字高程模型的空间尺度效应在起伏较大的福建中西部丘陵地貌表现更加明显,该区域的天文辐射对分辨率的变化更加敏感。

近40a来青藏高原地区总辐射变化特征分析

利用青藏高原及周边22个日射站近40a的总辐射及日照百分率资料确定了Angstrom-Prescott模型(APM)系数,结合高原及毗邻地区116个地面站的资料估算了高原地区近40a的总辐射.结果表明:高原主体光照充沛,年均日照时数可达3000h以上,有较好的利用前景;总辐射40a平均年总量在高原西部为高值区,此高值带向东北和东南延伸,其中北支可抵达内蒙古高原.年代际变化在高原及周边地区不一致,但从整体上看,总辐射距平值60、70年代为正值,表明这一时期高原总辐射增大;80、90年代总辐射距平为负,这一时期总辐射减小.火山活动是该时段总辐射减小的一个重要原因;总辐射随着纬度的增大而减小,随着海拔、日照百分率的增大而增大.纬度、海拔、日照3个因子中,日照是总辐射的一个主要影响因子,纬度对总辐射影响较大,海拔对总辐射影响较小;高原地区总辐射变差系数大值区在高原西部.就平均状况而言,高原地区总辐射变差系数仅为0.031,表明高原地区总辐射波动相对较小,总辐射较稳定.

实际地形下地表太阳总辐射的简化算法及应用

为快速准确估算实际地形下地表太阳总辐射,针对辐射观测资料不足现状,通过考虑天文、大气和地理地形等因子对地表太阳总辐射的影响,构建了融合起伏地形天文辐射模型、地表太阳总辐射气候学公式和日照百分率优化插值方案的太阳总辐射简化算法。并以安徽省为例,对简化算法实施参数化和应用,采用2个辐射站观测资料统计回归得到气候学公式参数,参数化后的公式计算相对误差为7.65%。利用80个站点的日照百分率数据分析了不同插值方法适用性,逐点交叉检验结果表明,薄盘样条法对安徽省日照百分率具有更好的插值效果。基于简化算法计算得到实际地形下安徽省地表太阳总辐射平均为4500MJ·m^(-2)·a^(-1),总体呈北部高、南部低,山区南坡高、北坡低的分布特征,部分开阔南坡的太阳辐射超过同纬度水平地面。季节特征上地形对太阳辐射的影响随月份而异,在冬半年影响幅度更为明显,夏半年地形影响相对较弱,并多以削减为主。安徽省太阳能资源以3级为主,大别山和皖南山区的北坡多为4级,而在皖北低山丘陵的南坡存在零星的2级资源区。近年来由于日照百分率的下降,导致全省地表太阳总辐射普遍减少。

辐射日总量的最热坡度解析模式及其全球分布规律

本文给出了南北向坡面最热坡度的解析模式。（１）在北半球（下同），冬半年南坡存在最热坡度，且随纬度升高而增大，接近极夜时趋于９０°。（２）夏半年，存在两个临界纬度当时，南坡有最热坡度；当或时，北坡出现最热坡度。给出了和的解析式，证明分别是全球水平面上日辐射量最大值和最小值所在的纬度，它们仅依赖于赤纬。（３）最热坡度所在坡面获得的日辐射量，冬半年低纬大于高纬；夏半年低纬北坡随纬度递增，南坡时等于处水平面上日辐射量，极昼区内，北坡等于极点水平面的日辐射量。

中国三种太阳辐射起始数据分布式模拟

天文辐射、干洁大气总辐射和湿洁大气总辐射是太阳辐射模拟的3种重要起始数据。依托Iqbal Model C和起伏地形下干/湿洁大气总辐射模型,实现了水平面和起伏地形下干/湿洁大气总辐射分布式模拟。以DEM数据作为地形的综合反映,结合常规气象资料,计算了水平面和起伏地形下中国1 km×1 km分辨率日天文辐射量、干洁大气总辐射量、湿洁大气总辐射量的空间分布,并对3种太阳辐射起始数据的时空分布特征做了对比分析。结果表明:3种辐射量均遵循随纬向变化的宏观分布规律;水平面干/湿洁大气总辐射量的分布体现了海拔的影响,水平面湿洁大气总辐射量的分布还体现了水汽分布的影响;起伏地形下的3种辐射量能很好的体现坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局部地形特征对辐射量的影响;以干/湿洁大气总辐射作为起始数据,将有助于提高太阳总辐射的模拟精度。