2000-2021年青藏高原地区地表净辐射的时空变化

基于CERES卫星提供的2000年3月至2022年2月SYN1 deg–Level 3辐射数据,结合Theil-Sen Median趋势分析、Mann-Kendall检验以及EOF分析等方法,分析了22年间青藏高原地表净辐射的时空变化规律。研究发现,在空间分布特征上,青藏高原地表净辐射总体呈现南高北低的分布特征,地表净辐射变化趋势具有高度一致性,但在青藏高原南部地表净辐射变化量级远高于青藏高原北部;在时间演化特征上,地表净辐射呈现准正弦振动,年周期变化明显,特别是2016-2017年出现突变,下降约5.52 W·m^(–2),同期云覆盖度年平均值提高约18.75%。

中国地表净辐射推算方法的研究

利用我国气象系统现有的50个净辐射站1993—2000年的辐射及相关气象资料,采用5种方法计算地表净辐射月值,结果表明:论文构建的多因子综合法是一种误差最小、精度最高的推算方法,平均相对误差为0.348,4至9月误差在0.20以下,可用于全年各月地表净辐射的推算;其次为Chang Jen_Hu修正式和Penman修正式,平均相对误差都在0.64以下,误差小于0.20的站月数约占半数左右,4至9月误差都在0.25以下,可用于植物生长期间的地表净辐射推算。各种方法推算的平均相对误差,都具有北部地区明显大于南部地区,冬半年(11至2月)明显大于夏半年(3至10月)的时空分布特征。

基于多源数据集估算缺资料地区地表净辐射及其时空变化特征

本文以黄河源区为例,利用ITPCAS气象要素驱动数据集和GLASS地表反照率数据集,基于Penman-Monteith公式估算缺资料地区1979-2015年逐日地表净辐射(Rn),用GIS空间分析技术与Mann-Kendall趋势分析方法揭示其时间动态特征与空间演变规律。结果表明:1)对比ITPCAS气象要素驱动数据集和气象站数据估算的Rn,其相关系数均在0.98以上,均方根误差处于1.29～1.77之间;2)黄河源区年和四季Rn均呈下降趋势,每10年均降幅为-0.067MJ·m^(-2)·d^(-1),秋季降幅最小,春、冬降幅最大;黄河源区Rn年内呈单峰型,最大值出现在5月(14.31MJ·m^(-2)·d^(-1)),最小值出现在12月(3.34MJ·m^(-2)·d^(-1));3)年和各季节Rn值及变化趋势的空间分布相似;年平均Rn的大部分地区(91.6%)呈下降趋势,其中冬季Rn下降最明显,秋季Rn下降最不明显;4)黄河源区Rn在4 000～4 500m的区域内最大,而在4 500m以上最小;除了秋季Rn在3 500～4 000m区域外,其余季节在所有DEM分区中皆呈现下降趋势。

青藏高原西部冬季地表净辐射与中国降水的关系

本文利用1982年8月～1983年7月在青藏高原地区进行的辐射平衡观测资料,计算了高原西部地区历年冬季(11～2月)的地表净辐射。通过对高原西部冬季地表净辐射的分析阐明了高原西部地表加热场的特征,并讨论了它与我国的西南秋雨、长江流域伏旱以及黄河上游雨季降水等的关系。

由GMS资料估算我国东部地区夏季地表净辐射

利用1994年6月、7月上海和北京地区08—17时地面观测资料及同期GMS卫星红外、可见光数字云图资料,用统计的方法讨论了地表净辐射与卫星测值之间的关系,建立了用卫星资料计算08—17时各时刻地表净辐射和08—17时总地表净辐射的估算模式,并分别以1994年7月1日14时的云图和济南地区为例作了检验。结果表明用卫星数字云图资料估算地面08—17时各时刻地表净辐射和08-17时总地表净辐射是可行的。

青藏高原地区大气顶净辐射与地表净辐射的关系

地表净辐射为地气系统净辐射与大气层净辐射之差。对大气层净辐射作不同的假定，可将地表净辐射与大气顶辐射收支之间的关系表示成不同的形式。本文利用１９８２年８月—１９８３年７月青藏高原地区地面辐射收支观测资料及同期ＮＯＡＡ－７辐射收支资料，用统计方法讨论了大气顶净辐射与地表净辐射之间的相关性，建立了两者之间的回归方程，并在此基础上分析了青藏高原地区月平均地表净辐射的时空分布特征。

利用卫星资料试作青藏高原地表净辐射场的气候反演

利用 ERBE和 ISCCP卫星辐射及总云量资料 ,结合已提出的地表短波吸收辐射 ,大气逆辐射以及地表长波辐射的气候反演方法 ,计算出 2 5°～ 4 0°N,75°～ 95°E间 2 .5°× 2 .5°经纬度网络点及高原 63个站点的各月平均地表净辐射 ,绘制出其在高原的分布图 ,揭示其时空分布特征。

青藏高原地表净辐射的气候学研究

根据作者提出的地表净辐射各分量的气候学计算方法,计算出青藏高原及其周边地区173站的净辐射和其各分量的年、月平均通量密度,并分析其地理分布特征。指出高原主体为总辐射、有效辐射的高值区,地表净辐射场在冬、夏季有较大差异。冬季为一弱正值区,相对低中心呈块状散布在祁连山区等几个地区;夏季因夜雨及地表湿润的缘故,高原大部地区的地表净辐射反有加强。各地净辐射年变化基本形式与总辐射相似。有效辐射年变化一般呈双峰型,春、秋最大,冬、夏最小。

总辐射与地表净辐射相关性的气候学研究

在讨论实测总辐射与地表净辐射月平均通量密度相关性的基础上,分析了两者气候计算值间的相关性问题,并初步证实两者的一致性。绘制出利用回归方程推算的地表净辐射年平均通量密度全国分布图,与利用地表辐射平衡方程余项所得结果比较一致。还讨论了坡地总辐射与净辐射气候计算值间的相关特点,指出当坡度小于20°时,坡地总辐射与净辐射的回归方程系数与水平地面的一致。随着坡度增加,回归方程系数发生相应变化。

青藏高原地区云对地表净辐射的影响

利用１９８２年８月－１９８３年７月青藏高原地面热源观测实验资料，分析了云量、云状对地表净辐射的影响，计算了与云对地表净辐射强迫作用有关的参数。研究表明：地表净辐射是云量的线性函数；云对地表净辐射的影响有明显的季节性差异，在春季和夏季，云对地表净辐射的影响非常强烈，并且地表净辐射随云量的增多而减小，在秋季和冬季，云对地表净辐射的影响较小，并且地表净辐射随云量的增多而增大；不同云状对地表净辐射的影响差异明显，对年平均情况而言，中云（Ａｓ）对地表净辐射的影响最大，即对地表的辐射冷却效应最强，低云（Ｓｃ，Ｃｂ）次之。

青藏高原雪盖与冬季地表净辐射

根据青藏高原地区ＳＭＭＲ遥感监测雪深分布图、雪面反照率随雪深变化规律以及１９８２～１９８３年高原地表辐射平衡观测总结的有关辐射平衡分量气候学计算方法，以旬及０．５°×０．５°经纬度网格的时空高分辨率计算了高原主体１９７８／１９７９年至１９８６／１９８７年９年冬季（１１～２月）地表净辐射的时间序列。结果表明，当月均日照百分率为０．７３，雪盖率超过６０％时，高原主体１２月份地表净辐射均值已由正转负。

青海省地表净辐射通量的遥感估算方法及时空特征分析

地表净辐射通量是地气系统的关键参数,对其准确估算并进行时空特征分析是地表水热平衡研究的重要内容。本文基于2011-2019年的MODIS产品分别估算了青海省晴天和有云条件下卫星过境时刻的瞬时地表净辐射通量,并依据地表净辐射通量的日变化模型计算得到日间地表净辐射通量。在精度评价方面,利用青海省西宁和格尔木两站的辐射通量数据和50个站的气象观测数据,分别验证了瞬时和日间地表净辐射通量的遥感估算精度。结果表明,晴天条件下瞬时和日间地表净辐射通量在西宁站估算精度较高,RMSE分别达到72.35 W·m^(-2)和2.29 MJ·m^(-2),在格尔木站存在明显的高估,Bias分别达到133 W·m^(-2)和3.25 MJ·m^(-2)。在各气象站点处,遥感估算的日间地表净辐射通量有较高的精度,RMSE为2.04 MJ·m^(-2)。青海省晴天条件下地表净辐射通量的年均值为4176.62 MJ·m^(-2),年内变化呈单峰分布,最大值和最小值分别出现在6月(559.23 MJ·m^(-2))和12月(134.68 MJ·m^(-2)),其空间分布总体呈现东南高西北低的格局。

土默川地区地表总辐射及地表净辐射变化规律分析

以土默川地区的地表总辐射(Rs)和地表净辐射(Rn)为研究对象,利用1978-2017年逐日日照时数、气温及相对湿度等气象数据,通过6种日照时数模型计算了逐日Rs,同时运用1987-1991年逐日Rs的实测数据对各种模型的计算结果进行校核,从而确定了适合本地区的精度最好的计算模型,并采用FAO1990年推荐的Penman-Monteith公式中的辐射项计算公式估算了逐日Rn,通过线性趋势分析和Mann-Kendall趋势分析方法对40 a来Rn的时间变化特征进行分析,结果表明:①基于日照时数的Bahel模型总体拟合精度最好,在本地区表现出最佳的适用性;②土默川地区Rn在上半年呈上升趋势,在下半年呈下降趋势,四季Rn值表现为夏季>春季>秋季>冬季。③在40 a间,夏季平均Rn有较明显的上升趋势,年、春、秋、冬季平均Rn均呈下降趋势,其中冬季Rn下降最明显,秋季Rn下降最不明显。

多模型综合的我国地表净辐射空间分布计算及时空变化

地表净辐射是地气系统的重要参数,在推动大气循环中发挥极大作用,准确估算其时空分布对于研究不同尺度气候变化及构建多种生态模型都具有重要意义。以2010年为例,通过精度分析得出1、2、3、4、5、8、9、11月回归法精度更高,误差绝对平均值约35.23MJ/m2,标准差约28.67MJ/m2,而6、7、10、12月彭曼修正式法推算值更接近辐射观测值,其误差绝对平均值约38.47MJ/m2,标准差约28.683MJ/m2。整体上回归法误差绝对平均值约36.36MJ/m2,标准差约28.67MJ/m2,精度优于彭曼修正式法。在上述思路的基础上,计算月尺度地表净辐射的空间分布,并对其时空变化进行了分析。结果表明:区域上,纬度是影响地表净辐射的重要因素,从低纬到高纬,地表净辐射逐渐减小,最大值出现在华南区,最小值出现在东北区;时间上,十年范畴内地表净辐射一直在波动,大体上呈逐年缓慢减小的趋势,在季节方面来说,地表净辐射呈现夏峰冬谷的状态,春季与秋季处于中间,而秋季略低于春季。

近50年中国地表净辐射的时空变化特征分析

基于GIS空间分析技术与Mann-Kendall趋势分析方法,对中国陆地区域699个气象站点1961-2010年逐年、季平均地表净辐射进行时空变化特征分析,结果表明:(1)参数拟合后的FAO Penman修正式对模拟站点逐日地表净辐射的总体精度较高,均方根误差为27.9W.m-2,相关系数为0.85,平均相对误差为0.13;(2)全国近50年站点平均地表净辐射在年、季均呈现出较明显的下降过程,年均降幅为0.74W.m-2.10a-1,不同季节的下降幅度存在差异,夏季降幅最大;(3)逐站点分析显示全国大部分站点(59.8%)年均地表净辐射呈显著下降趋势(0.05),东部趋势变化比西部明显,夏季在地表净辐射年际变化中的贡献最大,华北、华中、华南地区的站点在春夏秋季均呈显著下降趋势。

1983～2012年长江流域地表净辐射变化特征

本文采用统计相关分析、Morlet小波分析、Rodionov时间序列分析与GIS空间分析等技术方法,分析了1983年7月至2012年9月长江流域SRB和CERES地表净辐射月产品的时空变化特征。结果表明：拟合后遥感产品比气象辐射站点观测值整体高15.8%,平均误差为15.31 W/m2,均方根误差为21.58 W/m2。长江流域地表净辐射多年均值为78.0 W/m2,整体呈下降趋势,于1996年突降,存在16年和10年周期;季相上,呈夏〉春〉秋〉冬。空间上,呈现西部地区〉东部地区〉中部地区;1996~2012年相较1983~1995年净辐射整体下降,其中上游流域降幅大于中下游;净辐射降低主要出现在5~7月,降幅较大地区主要是长江上游流域部分地区和长江中游流域纬度较低地区。研究结果对于认识长江流域的气候变化条件下的能量和水分循环过程等具有重要意义。

中国大陆地表净辐射估算及其时空变化特征

地表净辐射(R)是陆地生态系统水、热、碳循环过程中的重要参数,准确地估算R并分析其时空变化特征对气候变化和能量平衡等研究具有重要意义.本文基于CMFD再分析资料和GLASS地表反照率数据集估算1982~2017年中国大陆逐日R,用GIS空间分析技术、Mann-Kendall趋势分析方法和R/S分析法揭示其时间动态特征与空间演变规律.结果表明:(1)CMFD中逐日气温、相对湿度、向下短波辐射和估算的高时空分辨率的R在中国大陆各区域具有较高的精准度,具有良好的适用性;(2)1982~2017年中国大陆地区R呈微弱上升趋势;西北内陆河流域和黄河流域R呈上升趋势,其他流域R呈下降趋势,其中海河流域和淮河流域下降趋势最为显著;(3)中国大陆R年内变化呈正态分布,最大值出现在6月份;(4)中国大陆R在8月份下降速率最大,4月份上升速率最大.

地表净辐射通量观测、模拟和同化的研究进展

地表净辐射通量是陆—气相互作用水热交换过程中的一个重要物理参量,在全球变化背景下,定量研究地表净辐射通量的时空变化对气候变化研究具有重要意义。本文总结了目前定量研究地表净辐射通量的主要方法——观测、模拟和同化,分析了观测和模拟的优势和不足,提出利用数据同化方法可以弥补观测和模拟的不足,并比较分析了目前流行的同化算法的优缺点,利用不同的同化算法构建的同化系统可以同化不同来源的观测数据对模型进行校准,获取时空上连续一致的高精度地表净辐射的预报值。最后,探讨了同化多源遥感数据改进地表净辐射通量的研究中存在的问题、发展方向及其在全球变化研究中的意义。

城市地表净辐射通量的季相变化及与地表覆盖格局的关系研究

本研究利用厦门市4个季节的Landsat-5 TM遥感影像和气象资料,反演地表净辐射通量,进而分析其季相变化特征;使用景观格局指数表征和描述地表覆盖的空间组成与配置,采用相关分析、偏相关分析、逐步回归和方差分解相结合的方法,从多季节角度研究地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响。结果表明:(1)厦门市地表净辐射通量平均值夏季最高,春季次之,秋季和冬季较低,地表净辐射通量在水体和林地区域较高,建设用地和裸地等其他地表覆盖类型区域较低;(2)地表覆盖的空间配置对地表净辐射通量没有显著影响;(3)地表覆盖的空间组成对地表净辐射通量产生重要影响,全年内林地和裸地所占面积比例对地表净辐射通量的影响最显著,林地所占面积比例是影响和解释地表净辐射通量跨季节差异的最重要和持续有效的因素。该研究加深了关于地表覆盖格局对地表净辐射通量的影响的科学认知,有助于探索城市热岛的形成和演变机制,也可为城市规划和可持续发展提供理论依据和实践指导。

基于多源遥感与再分析数据估算塔克拉玛干沙漠地表净辐射日变化

作为世界第二大流动性沙漠,塔克拉玛干沙漠独特的陆表水热交换过程直接影响中国乃至全球的大气环流运动。将静止气象卫星FY-2F地表温度产品、极地轨道卫星MODIS陆表产品与中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集(CMFD)结合,反演得到时间分辨率为3 h、空间辨率为0.1°的2017年塔克拉玛干沙漠地表净辐射,利用塔中气象站观测值验证反演结果,并分析地表净辐射的时空变化特征。结果表明:(1)利用卫星遥感与再分析资料获取的地表特征参数与实测值误差较小,决定系数R2均在0.8以上。(2)地表净辐射模拟值与地面实测值具有较好的一致性,决定系数R2为0.967,均方根误差RMSE为29.193 W·m^(-2)。(3)地表净辐射日变化呈现明显的单峰型特征:早晚值较低,正午值最高,并且夜间值基本为负且变化幅度不大。(4)地表净辐射夏季>春季>秋季>冬季。(5)沙漠边缘散布的绿洲和农田地区净辐射值最高,沙漠腹地次之,沙漠南缘的昆仑山和阿尔金山冰川覆盖地区净辐射值最低。