不同日照情况下太阳日辐射估算方法研究——以江苏为例

太阳辐射是影响农田生态系统碳交换和能量收支等的关键因子。为了准确估算不同日照情况下的太阳日辐射量,更好地开展农田生态系统的相关研究,本文以江苏省为例,利用淮安、吕泗和南京3个辐射观测站2005—2020年逐日气象资料和辐射资料,以逐日日照时数是否为0,将研究样本划分为无日照和有日照两类,梳理了可观测得到的24个气象因子、3个地理因子,通过相关分析确定了不同日照情况下太阳日辐射的高度相关因子;选取3个站2005—2016年奇数年份的逐日资料样本作为建模集,采用基于最小二乘法的逐步回归方式,分别以太阳日辐射(GR)和日大气透明系数(太阳日辐射与天空辐射的比值,GR/SR)作为因变量建立了不同日照情况下的太阳日辐射估算模型;选取3个站2005—2016年偶数年份的逐日资料样本为组间验证集、2017—2020年的逐日资料样本为组外验证集。通过比较模型的拟合效果及其对建模集、组间验证集和组外验证集太阳日辐射的估算效果,最终确定太阳日辐射估算的最佳模型。结果表明:1)无论是在无日照情况还是有日照情况下,太阳日辐射都与各气象因子普遍呈现极显著相关(P<0.01)。其中在有日照情况下,太阳日辐射与日照因子呈最强的相关性,而在无日照情况下,太阳日辐射与日最高地表温度表现出最强的相关性,两者之间的相关系数高于其他气温类因子。2)无日照情况下应选择以太阳日辐射为因变量、以日最高地表温度和日露点温度为自变量的估算模型,模型的决定系数R;为0.650,对太阳日辐射的估算准确度接近75%;在有日照情况下选择以日大气透明系数为因变量、以日日照百分率和日日照时数为自变量集的估算模型,模型的决定系数R;可达0.769,对太阳日辐射的估算准确度平均为87.60%。基于该分段估算模型,江苏地区不同日照情况下的太阳日辐射估算准确度平均可达84.71%,异常点占比为2.04%。引入准确的太阳辐射量将利于更好地开展作物生长和产量模拟、土壤水分蒸散估算等研究,最终为农田生态系统的相关研究提供基础。

宁夏区域太阳日辐射通量计算方法的研究

利用银川站过去5 a的太阳日辐射观测资料（1981-1985）与大气外太阳辐射、日照时数、日照长度间的相关关系,确定了区域系数as。通过对bs的取值进行敏感测试,可得到一组最佳推算太阳辐射通量的区域系数：as=0.3,bs=0.5。用此系数和太阳日辐射通量计算公式,推算了银川站1986、1987年太阳日辐射通量并用观测值进行验证,结果表明：两者之间有很好的线性相关,R^2=0.94,验证了区域系数的可信度。通过对银川站2 a（1986,1987）资料的平均误差、平均偏差、平均绝对偏差和均方根偏差的计算表明,结果与国内相关报道基本一致。对宁夏永宁站1989-2000年的太阳日辐射通量用区域系数进行估算,并与银川站的实际观测资料比较,结果显示永宁站太阳日辐射通量估算值和银川站实测值间有很好的线性关系,12 a间的方差最小值R^2=0.88。

中国太阳日辐射量分布图研究

太阳日辐射量（mol/（m^2·d））记录每一天里所接受的光合有效光子通量,是一种非常有效地度量与植物生长相关的太阳光照的方法。利用中国45个气象观测站点在1973—2002年期间观测的水平面太阳辐射数据,建立了中国太阳日辐射图。这一地图记录了各个地区在每个月所接受的太阳日辐射量月平均值。每年12月,北部地区太阳日辐射量最低,为5-10 mol/（m^2·d）;然而,每年的5月至7月,西北地区的太阳日辐射量最高,为45-50 mol/（m^2·d）。每年10月至次年3月,太阳日辐射量大致呈东西向的水平条带状分布。每年5月至8月,中国东西部地区太阳日辐射量分布差异较大。在每年春分、秋分时节,太阳日辐射量变化最大。中国太阳日辐射图可以估测各个地区在每个月所接受的太阳日辐射量,同时也可以为温室人工光照的使用提供参考。

基于气象站资料的中国地区太阳日辐射量算法研究

现行计算水平面太阳日辐射主要有两种方式:一种是利用影响辐射的相关要素建立模型,另一种是依据实测资料进行空间插值。但后一种方法若要保证精度则需有足够多的样本。针对上述问题,利用我国不同区域67个站点的数据,在VP-RAD模型的基础上,建立了一个适用于中国地区的逐日太阳辐射算法CNR,该算法仅需要输入站点基本信息、最高最低温度和降水量。模拟结果与实际观测结果比较吻合。

太阳日总辐射量的Box-Jenkins模型

基于天文辐射和日照率数据,采用系统辨识的方法建立了模拟太阳日总辐射量的BJ(Box-Jenkins)模型。该模型与传统的ngstrm的日总辐射量的计算公式相比,模拟和预测效果更好。

我国太阳日总辐射计算方法的研究

对全国23个站点的日照时数、日最高气温、日最低气温、太阳日总辐射量等气象要素实测资料进行统计分析，利用回归分析法建立了以日照百分率和气温日较差为主要相关因子的各地日总辐射估算模型。结果表明：除了高原站拉萨以外，推算模型的复相关系数均介于0．80～0．93之间，拟合效果较好。在春、夏季使用独立的季节模型有一定的必要性，该方法适用于我国各地太阳日总辐射的推算，

基于空气污染指数的太阳日总辐射计算方法

通过对2001—2012年全国23个站实测资料的分析,利用非线性回归法建立了以气温日较差、天文日照百分率和空气污染指数为主导因子的太阳日总辐射模型,这里简称为DSRM-Y模型(Daily Solar Radiation Model-Y),检验其效果并与已有的DSRM-C模型(Daily Solar Radiation Model-C)进行效果比对。结果表明:太阳日总辐射与空气污染指数呈显著负相关,DSRM-Y模型的太阳日总辐射估算值与实测值的散点图以及平均偏差、均方根误差、误差分析均表现出较好的拟合效果。将模型应用于西宁、上海、昆明3个代表站,空气污染指数上升后,3个站太阳日总辐射均呈减少趋势;23个站DSRM-Y模型的均方根误差均小于DSRM-C模型,即DSRM-Y模型的拟合效果好于DSRM-C模型。

应用模糊技术的递归小波神经网络太阳日总辐射预测

考虑到人工神经网络在非线性函数逼近方面的特性和小波函数良好的时频域多分辨分析能力,建立了结合两者优点的递归小波BP网络(RWBPNN)模型,用以对地面太阳日总辐射进行准确预测.该模型将气象台的天气阴晴预报进行模糊化处理后输入神经网络,增加有用信息以改善模型的预测精度.同时还提出了批量平均权值法来训练网络,有效地改善了初始参数的选择问题.实例以及模型间的比较说明了本模型应用于太阳辐射预测具有更高精度和实际可行性.

基于正态分布特性的太阳日总辐射数据细化

介绍了一种气候学方法计算研究地区太阳日总辐射。利用太阳辐射观测站观测到的数据拟合出代表周边地区的每日太阳辐射量变化趋势,并与该地区太阳日总辐射量相结合,得出每目各整点时刻间的太阳辐射量分布,为研究地区的光伏发电规划奠定基础。美国尤金地区的算例结果验证了本文所提方法的有效性。

太湖流域太阳日总辐射模拟

针对太湖流域太阳总辐射的插值计算缺乏足够的观测数据这一问题,利用杭州站、南京站和吕泗站丰水年(2002年)、平水年(2007年)和枯水年(2005年)逐日太阳总辐射观测资料和相关气象资料,建立了以日照百分率和温度日较差为自变量的太湖流域月尺度太阳日总辐射计算模型。模型以杭州站2007年逐日气象数据为基础率定各月参数,并以杭州站2002、2005年,以及南京站和吕泗站三个典型年的逐日气象数据进行了模型验证,结果表明验证期模型确定性系数R2均在0.7以上。将构建的月尺度模型与已有的年尺度、季尺度模型的计算结果进行对比,结果显示,月尺度模型计算的全年日辐射误差百分比为10.9%,而年尺度模型和季尺度模型误差百分比分别为-76.72%和-83.74%,表明月尺度模型的拟合效果具明显优势。在GIS支持下利用IDW插值方法,获得太湖流域三个典型年逐日日照百分率、日最高气温、日最低气温250m×250m栅格数据,再利用该文拟合的各月太阳日总辐射计算模式,获得太湖流域太阳辐射空间分布图,为流域尺度生态水文模拟研究提供了重要基础。

用空气质量指数修正方法计算太阳日总辐射

大气污染特别是气溶胶粒子会对太阳辐射造成影响,在建立辐射模型时应考虑空气污染的影响。通过重庆2017年的实测辐射数据分析,发现空气质量指数(AQI)与太阳日总辐射具有较强的相关性,因此,引入空气质量指数对太阳日总辐射计算模型进行修正,将其与DSRM-C模型对比,并使用2016年的数据验证。结果表明,使用空气污染指数修正的DSRM-A模型的RMSE更小,模拟效果更好。

福州地区太阳辐射特征及日总辐射计算模型

根据福建福州地区1961～2003年逐日辐射观测资料和相关气象资料，分析了福州太阳总辐射的变化特征及原因，建立太阳日辐射的计算模型，并与前人的2种模型进行比较。对3种模型的模拟结果和实测值进行应用检验，结果表明：该模型模拟值与实测值之间误差最小，拟合优度最高，较适用于当地日总辐射的估算。

杭州太阳日总辐射变化特征分析

太阳辐射是地球上最基本、最重要的能源来源,也是气候形成和天气变化的主要因子之一,对工农业生产、国防建设有着重要的意义。本文利用太阳总辐射的气候学经验公式Q=Q0（a＋bs）,根据杭州1993年～2005年逐时太阳总辐射和逐日日照百分率的资料,采用SPSS统计软件的回归分析,按季节导出杭州太阳日总辐射经验公式的系数,并对四季经验公式进行检验与误差分析。结果表明：①按季节建立的经验公式的精度较高;②杭州地区月太阳总辐射平均值为359.17MJ/m^2,月太阳总辐射在（204.31-564.83）MJ/m^2之间;月变化表现为双峰型,5月和7月为两个高值,6月因受梅雨天气的影响为一相对低值;③杭州日总辐射的历年平均值为11.87MJ/m^2,上午、下午辐射总量分别7.52MJ/m^2和4.35MJ/m^2,比例约为1.7∶1一天中杭州太阳总辐射最大值在11时36分出现。

关于逐时平均光照强度的算法的修正

本文通过建立模型来对水平面太阳日辐射问题进行相关分析,并以此提供一种建立逐时光照强度的计算方法的修正,将预测结果与历史实测数据和meteonorm软件的数据对比,从而达到对本计算方法修正进行验证。