向下短波辐射差异对草甸化草原地表辐射平衡的影响

基于向下短波辐射分位数,对中国气象局海北牧业试验站2014年9月至2020年12月四分量辐射观测数据按月进行分组。分析了向下短波辐射差异对草甸化草原辐射平衡的影响,为明晰不同光照条件下辐射平衡变化和成因提供了依据。结果表明:在相同月份中,不同光照条件下地表接收的向下短波辐射呈现出极显著的对数变化趋势,组间差异超过了季节之间的差异。不同光照条件下向上短波辐射和大气长波辐射也表现出较大差异,其中大气长波辐射差异主要与空气湿度以及云量差异有关。随光照条件的增加,地表接收的净短波辐射增多,支出净长波辐射也增多。所以不同光照条件下净全辐射与向下短波辐射的比例相差不大。不过,光照条件差异会对向下短波辐射与净全辐射的关系模型产生影响。

基于计算机模拟模型的林木冠层太阳短波辐射定量分析方法

【目的】定量模拟和刻画林木冠层太阳短波辐射的分布和截获情况,于时空变换下反演太阳短波辐射在不同林木冠层内的辐射通量变化,为林木培育经营和提质增效提供理论依据。【方法】首先,以公共数据集和真实扫描的校园内林木激光点云数据为例,结合设计的机器视觉算法,对林木激光点云进行枝叶分离和单叶分割,并用合适大小的椭圆形和圆柱体几何单元分别拟合每片叶片和骨架,开展林木真实模型重建;其次,运用计算机图形学方法,结合研究地点的经纬度和时刻,模拟太阳入射光线,并引入物理学的双向反射和透射分布函数及蒙特卡洛光线追踪算法,开展反射和透射光线与冠层内叶片的碰撞模拟;最后,根据仪器测量得到的不同树种叶片平均粗糙度和折射率,结合光线追踪算法,实现林木冠层内短波辐射分布计算和木林冠层光截获效率评估。【结果】利用本研究方法计算时空变换下不同树种(芒果、橡胶、紫薇、樱花)4株树冠及一片香樟树林的直射、反射和透射太阳辐射通量,其中直射辐射通量占比约86%、反射辐射通量占比约5%、透射辐射通量占比约9%。叶面积指数高的树冠会拦截更多直射和透射光线;在太阳高度角较小时刻(上午或下午),斜射的太阳光线反射后易与树冠中其他叶片发生二次求交,产生较多反射辐射通量。同时,由于林木的趋光性,中午树冠光线拦截率高于上午和下午10%左右。比对采用本研究方法计算的树冠辐射通量拦截比值和样地手持光电仪器实测结果,绝对误差小于6%。【结论】在测绘科学、计算机图形学及林学多学科视角融合下,本研究基于激光点云重建树木真实表观形态结构,并将蒙特卡洛光线追踪算法与物理学的双向反射和透射分布函数相融合,真实模拟光线在树冠中的传播过程,可准确获取林木冠层内太阳短波辐射分布与树冠辐射通量拦截值,对研究时空变换下林木太阳辐射吸收、光强与树冠形态结构的耦合关联及不同表型参数的林冠辐射传输模型均有重要启示意义。

中国地球系统模式对全球地表入射短波辐射和大气逆辐射的模拟效果评估

以云和地球辐射能量系统(CERES)数据集为准,量化了中国地球系统模式对地表入射短波辐射和大气逆辐射时空变化的模拟性能,明确了多模式间模拟结果存在不确定性的区域。结果表明:中国模式均能模拟出北半球地表入射短波辐射和大气逆辐射“夏高冬低”的季节变化特征。陆地上,中国模式对两个辐射分量月均值的模拟结果与CERES相当,在海洋上低于CERES结果。中国模式能模拟出地表入射短波辐射下降、大气逆辐射上升的年际变化趋势。对于2001—2014年均值,中国模式模拟的地表入射短波辐射在海洋和陆地上较CERES分别偏低3.3和3.0 W·m^(-2),模拟的大气逆辐射在海洋上与CERES结果相当,在陆地上较CERES低1.3 W·m^(-2)。除南北纬30°附近之外,中国模式在其他纬度均低估地表入射短波辐射,以热带和北极最为明显。模式对大气逆辐射的模拟偏差呈纬向波动特征,模拟误差大值出现在高大山脉处。中国模式模拟地表入射短波辐射不确定性极大的区域分布在热带雨林和南极洲沿海,模拟大气逆辐射不确定性极大的区域分布在格林兰岛、青藏高原、安第斯山脉和南极洲沿海。

基于走航观测数据的ERA5南海北部夏季短波辐射收支评估

海表短波辐射收支是海–气界面能量交换的重要物理过程。本研究利用2019年南海北部夏季科考航次的走航观测数据,评估了ERA5再分析数据的海表短波辐射通量收支。结果表明,ERA5的向下短波辐射相比观测偏小,11时和15时(北京时间)的偏差最大,可达-100 W/m^(2)。与此同时,ERA5的海表反照率整体偏低,其中高太阳高度角时段偏差较小,约为-0.03,低太阳高度角时段偏差较大,约为-0.15。向下短波辐射和反照率的偏差共同造成ERA5白天平均海表净短波辐射通量比观测偏小约25.4 W/m^(2);其中,反照率低估抵消了约50%向下短波辐射偏差的贡献。研究表明,在不同大气透射率情况下,ERA5的海表辐射收支偏差存在不同表现。ERA5海表反照率的低估可能与其采用的参数化方案在南海北部的适用性不足有关。基于观测本研究也给出了一个简单的参数优化方案。

基于CMA-WSP1.0的贵州短波辐射检验分析

该文采用常规统计学检验方法,利用2023年4—6月贵阳国家基准气候站总辐射辐照度数据对中国气象局风能太阳能预报系统CMA-WSP1.0的短波辐射数据开展检验分析。结果表明,预报值的平均值较观测值比较接近;从误差来看,6月最好,4月次之,5月最差,各月稳定性较好,各时效表现接近;观测值小于200 W/m^(2)时预报偏小,大于该值时预报常偏大,上午预报常偏小,阴天、多云时预报偏差加大,晴天时预报效果最好。

IAP AGCM中短波辐射方案的改进研究I·引入Fu-Liou短波辐射方案

冰云和水云对短波辐射性质(消光系数、单次散射反照率及不对称因子)的影响很不相同,应分别计算。Fu-Liou短波辐射方案(以下称Fu-Liou code)就是对冰云和水云分别采用了不同的参数化方案,云的短波辐射性质直接由云的物理性质来确定。因此,Fu-Liou code在云的处理方面物理意义更清晰且很合理。作者将Fu-Liou code引入IAP AGCM-II中,称为Version 2。对当代气候场的模拟结果表明,Version 2的各个物理过程是协调匹配的,且其对气候场的模拟性能是好的,从而为进一步改进IAP AGCM的短波辐射方案提供了很好的模式基础。

中国天山西部森林积雪短波辐射收支特征

基于中国科学院天山积雪与雪崩研究站不同开阔度森林下积雪表面短波辐射的观测资料,分析了森林积雪短波辐射收支、短波辐射透射率特征。结果表明:阴坡林下积雪表面短波辐射小于阳坡,且随森林开阔度的减小而减小;林下雪面短波辐射和净短波辐射随太阳高度角增加而逐渐增加,不同开阔度林下雪面短波辐射和净短波辐射的差异也随太阳高度角的增加而增大;阳坡、阴坡林冠上方和80%开阔度林下雪面短波辐射在晴天日变化呈单峰型,峰值出现时间由林冠上方直接辐射和散射辐射的相对关系决定;多云天气,短波辐射的日变化特征取决于云量的变化;日平均短波辐射透射率随林冠开阔度和太阳高度角的增加而增加,且开阔度越大,其增加速率越快,短波辐射透射率日变化呈"U"型,早晚大于中午。

任意地形实际天气条件下小时入射短波辐射模型——以黑河流域为例

建立了一个任意地形和实际天气条件下,能够计算大范围、长时间、高时空分辨率的太阳入射短波辐射模型,模型采用简化的辐射传输参数化方案和NCEP/NCAR资料相结合的方法,并成功应用于黑河流域2002年度每小时、1km×1km分辨率的总辐射、直接辐射和散射辐射的计算,所应用的地面资料仅为流域的地形信息。鉴于模型中总辐射是根据直接辐射和散射辐射推算的,而黑河流域2002年度缺乏直接辐射和散射辐射实测资料,模型采用分别位于黑河山区西水、中游临泽和下游额济纳旗3套自动观测仪器的总辐射资料进行验证,西水实测总辐射与计算总辐射的R2=0.71,而临泽和额济纳旗R2分别为0.90和0.91,但各站点均出现部分结果相差很大的情况。出现地域差异和部分结果相差很大的主要原因是由于总云量资料时空分辨率低造成的,另外计算和实测数据空间尺度的不一致也部分造成山区计算效果较差。

塔里木盆地沙尘气溶胶对短波辐射的影响--以塔中为例

利用2006年8—9月塔克拉玛干沙漠腹地塔中气象站的80 m铁塔上,距地1.5 m的KIPP&ZONEN自动辐射仪获取的监测资料,根据沙尘暴资料中PM10的小时浓度变化,参照TSP的变化趋势和塔中地面气象站的能见度和风速,将天气划分为晴空、浮尘和扬沙、沙尘暴三种类型,并分别选取其代表性天气,分析以塔中为代表的沙漠腹地,沙尘气溶胶浓度的变化对短波辐射的影响。结果表明:沙尘气溶胶减弱到达地面的总的太阳辐射,在大气总的透过率上表现为晴空是沙尘暴的2.04倍;直接辐射表现在大气透明系数的变化与沙尘暴、浮尘PM10呈显著负相关,相关系数分别为-0.714,-0.771;沙尘气溶胶改变散射辐射波形,由遁形平顶型改为倒"V"型,增加散射日总量,沙尘暴是晴空的1.68倍,浮尘是晴空的2.12倍。

关于WRF模式模拟到达地表短波辐射的统计订正

太阳能光伏发电预报研究和业务工作迫切需要开展太阳辐射预报技术研究,而中尺度数值模式直接输出的辐射预报与实测值误差较大,有必要对模式输出结果进行解释应用以提高辐射预报的准确率.基于WRF模式逐时输出结果,对模式模拟的2009年8月武汉站到达地表短波辐射进行误差订正.结果表明:1)与武汉站逐时总辐射相关性较高的模式输出因子为:到达地表短波辐射、地表温度、2m气温、2m比湿和云水混合比的垂直积分;2)简单的消除偏差方法对模式预报效果略有改进;3)综合考虑了辐射、温度和水汽条件的MOS预报效果最佳,可使平均绝对百分比误差由模式预报的38.3%减少到22.0%.可见,通过对模式输出结果进行误差订正,能够进一步提高辐射预报的准确率.

利用数字地形模型计算复杂地形下的短波辐射平衡

高山地区的短波辐射平衡由于受到坡度、坡向分异和地形遮蔽的影响,而使得各短波辐射分量在空间分布上的差异十分显著,计算也因此较复杂。本文在前人工作的基础上,全面考虑了坡地自身遮蔽和周围地形遮蔽的影响,利用数字地形模型(DTM)对短波辐射平衡进行了数值模拟。

WRF模式模拟的地表短波辐射与实况对比分析

利用中尺度数值模式WRFV3对2009年1、4、8和10月进行了约4个月的逐日(0～36小时)到达地表短波辐射模拟,将输出结果转换成逐小时太阳总辐射,并以武汉站为例,与地表实测逐小时总辐射值进行对比分析。结果表明:(1)模拟结果与观测结果有较好的对应关系,4个月的日间模拟和观测值的相关系数均在0.8以上,均通过了置信度0.01的显著性检验。(2)日间各时刻模拟值与实况相比,平均预报误差早晚小,中午大;平均绝对误差变化趋势与平均预报误差相同,平均绝对百分比误差则一般早晚大,09—15时较小且变化幅度小,可信度高于其他时刻。(3)WRFV3模式对太阳总辐射,在各种气象条件下均有一定预报能力,尤其以晴天表现最佳。距直接使用模式输出的地表短波辐射结果作为光伏发电系统初值用于发电量预报还有一些误差,可以尝试采用误差订正等方法修订,提高数值预报结果的可用性。

海北高寒湿地地气长、短波辐射的季节变化特征

利用2004年微气象观测资料，分析了海北高寒湿地长、短波辐射以及地表反射率（A）和光合有效辐射（PAR）占太阳总辐射（DR）比例（η）的变化特征。结果表明，海北高寒湿地长、短波辐射均具有明显的季节变化。DR在12月最低，4月最高。PAR在12月最低，7月最高。受下垫面性质影响，反射辐射（UR）和A在1～2月明显大于其他季节，7～10月小，A在植物生长季节的5～9月平均值为0．172，年平均值为0．299。地面长波辐射（DLR）、大气逆辐射（ULR）和净辐射（Rn）的最低值均出现在1月，最大值出现时期则不同，DLR与Rn均出现在6月，而ULR出现在8月。地面有效辐射（ELR）无明显的季节变化。叩的季节变化比较弱，7月最高值为0．434，1月最低值为0．316，年平均值为0．40。

全球气候模式对东亚地区地表短波辐射的模拟检验

利用WCRPCMIP3提供的18个全球气候模式输出结果,检验了其对东亚地区地表短波辐射的模拟能力,结果表明:多模式集合的多年平均地表短波辐射模拟偏高约8.7W/m2,晴空地表短波辐射模拟偏高约3.4W/m2,地表短波云辐射强迫模拟偏低约5.3W/m2,模式间的标准差分别达到9.6,7.8W/m2和8W/m2;多模式集合能够很好地模拟出地表短波辐射的纬向平均季节变化的位相特征,但在量值上还有较大的差距;模拟偏差分析表明,多模式集合的区域年平均地表短波辐射、晴空地表短波辐射、地表短波云辐射强迫的均方根偏差分别为34.7,17.1W/m2和29.1W/m2,表明云在地表短波辐射的模拟偏差中起着重要作用;多模式集合能够很好地模拟出地表入射短波辐射年变化的线性减小趋势,但模式高估了晴空入射辐射的减小趋势,而模拟的云辐射强迫变化趋势与ERA40完全相反。

中国地区云对太阳短波辐射吸收的研究

根据两种不同的方法 (即直接法和斜率法 ) ,对中国大陆地区有关云的异常吸收问题进行了初步的探讨 ,研究表明 :我国大陆地区云辐射强迫比小于 1 .2 ;云对短波辐射的吸收西部要比东部小 ,但季节变化较东部略大 ;在青藏高原地区 ,文中得到的云辐射强迫比约为 1 .1 3。

合肥地区无云晴天地表太阳短波辐射特征

利用SKYNET合肥站1999年9月至2005年8月期间285个无云晴天地面辐射收支观测资料,计算分析了合肥地区地表太阳短波辐射特征。结果表明,地表太阳短波辐射各个分量的日变化均呈上下午近似对称的倒“U”型分布,中午变化较平缓并出现最大值;漫射辐射与总辐射之比KDF呈“U”型日分布。太阳短波辐射各个分量的年最小值均出现在12月份,6月份总辐射、地表太阳短波净辐射和漫射辐射最强,7月份太阳直接辐射和地面反射的短波辐射最强但漫射辐射出现相对低谷。漫射辐射春季最强、夏季次之;太阳短波辐射其它各分量的季节变化均为夏季最强、春季次之、冬季最弱,而且冬夏差异较大。<KDFd>在1月份最大, 7月份值最小并有明显的突变现象;其季节变化特征为夏季最小,冬季最大;其七年平均值为38．4％。

黑河中游金塔地区地表净短波辐射及净全辐射卫星遥感研究

使用Landsat-5 TM数据推算金塔地区地表反射比、地表温度、地表净短波辐射及净全辐射。将反演值与观测值进行对比,结果表明:地表温度、地表反射比、地表净短波辐射、净全辐射反演相对误差分别小于6%、17%、12%、3%。结果基本可信,其频率分布也基本反应了当地各参量的实际分布情况。

短波辐射对人体影响的研究

为制定安全标准提供理论依据，对短波通信站２２２名作业人员（作业组１１５人，对照组１０７人）进行了短波辐射对人体健康影响的流行病学调查。短波作业人员主诉症状多为神衰症候群，心血管系统、消化系统主诉症状以及眩晕、脱发有很高发生率，与对照组均有极显著差异。心电图可疑和异常发生率、蹲位后转立位心率增量和收缩压均高于对照组（Ｐ＜０．０１或Ｐ＜０．０５），舒张压有增加趋势。提示短波电磁辐射影响人体心血管植物神经调节功能。脑电左右中央导总能量及主峰能量均低于对照组，但差别无显著意义。眼晶体混浊、晶体皮质密度增高的发生率两组间无显著差异。作业组Ｔ淋巴细胞亚群ＣＤ＋３及ＣＤ＋４／ＣＤ＋８较对照组有明显下降（Ｐ＜０．０１或Ｐ＜０．０５）。表明在场强平均为５７Ｖ·ｍ－１的中等强度短波作业环境中长期暴露时，表现出轻度免疫抑制。

短波辐射研究概述

主要阐述太阳短波辐射研究在陆面过程及陆气相互研究中的重要性,全面回顾了有关短波辐射的研究成果,结合目前在陆面过程领域具有代表性的短波辐射研究方案,指出当前在这一领域研究中有待于解决的问题和发展趋势,为进一步研究太阳短波辐射状况和特征提供科学依据。

IAP AGCM中短波辐射方案的改进研究II·短波辐射方案的改进

在Version 2的基础上,对短波辐射方案进行进一步的改进:引入了新增非灰体气体吸收效应、冰晶粒子形状效应和尺度效应以及云的不均匀性效应(称为Version 3)。数值模拟试验结果表明:Version 3能更好地模拟出全球冬、夏季的降水场、海平面气压场及地表气温场的主要分布特征,并且能相当准确地反映出这几个场的季节性变化特征。Version 3对这3个场的模拟能力明显优于原版本(Version 1)。此外,它对东亚地区的季风降雨具有很好的模拟能力,能较好地反映东亚区域降水的季节性变化。可见,Version 3为进一步研究云-辐射相互作用提供了很好的模式基础。本工作还清楚地表明,模式的进一步发展必须进行对相关物理过程中各个因子的更精确刻画,只有这样,模式才能得到更好的模拟能力。