大黑子群对太阳总辐照度的影响

本文用云南天文台在第２２周太阳活动峰年期间拍摄到的大太阳黑子群照相资料，太阳黑子目视描述资料，以及Ｎｉｍｂｕｓ—７卫星上辐射计测量的太阳总辐照度，分别计算了太阳总辐射照度与大黑子群的本影视面积，大黑子群全群视面积和日面上全部黑子的总视面积的相关系数。结果表明，太阳总辐射照度与这三种视面积均存在强的负相关。其中与大黑子群本影视面积的相关最强，其次是与全群视面积的相关，最后是与日面上全部黑子的总视面积的相关。并对以上结果和其它有关结果进行了分析和讨论。

太阳总辐照度对热带中太平洋海表温度年代际变化的可能影响

为研究分析热带太平洋海表温度(SST)年代际变化对太阳辐射响应,利用SST资料、20世纪再分析资料和第六次耦合模式比较计划(CMIP6)所提供的太阳总辐照度(TSI)数据,采用线性回归的方法对TSI对热带太平洋SST年代际变化的可能影响进行了诊断研究。结果表明,热带中太平洋SST存在与TSI类似的准11年周期变化信号,TSI与SST以及其他海气变量之间存在显著相关关系。SST异常在滞后于TSI信号1~3年时的正相关达到最强,证实了热带中太平洋海表温度可能存在对TSI信号的滞后响应。进一步分析表明,由TSI所直接引起的海表净短波辐射变化可能是热带中太平洋SST在年代际尺度上变化的直接原因。海表温度的年代际异常可以通过海气相互作用引起表层纬向风的变化,并反过来增强SST的年代际变化信号。TSI正位相引起的SST正异常可促使对流层温度上升、空气中的水汽增加、上升运动加强等相应变化,进而使得总云量增加,因此滞后2~3年后可能会由于云-辐射反馈而引起进入海洋净短波辐射量的减少。

黄疸治疗设备胆红素总辐照度的校准方法探讨

黄疸治疗设备是用光照疗法治疗新生儿高胆红素血症的专用设备的总称,广泛应用于医疗机构。其关键参数是胆红素总辐照度,直接影响新生儿黄疸治疗的效果及生命安全。本文提出胆红素总辐照度的校准方法,为此类设备的量值溯源和质量控制提供参考。

太阳总辐照度的监测与重建研究进展

太阳总辐照度(TSI)变化是影响地球气候变化的重要因素,对TSI的监测与重建是研究太阳活动驱动全球气候变化机制的重要基础。本文回顾了地基平台和卫星平台的TSI监测历程及其取得的主要研究成果,分析了利用宇宙成因核素和地外天体信息重建TSI的研究进展及所存在的问题,并对该领域未来的发展方向进行展望。现有的地基平台和卫星平台TSI监测资料表明,太阳活动周期中TSI的变化幅度很小,不足以引起各种记录中所观测到的气候变化。但太阳物理领域迄今尚未完全解译TSI变化的物理过程,加之TSI监测资料所限,难以判定其过去或未来的变幅,需整合现有3种主要的数据合成方法,并继续坚持TSI长期监测。此外,还需利用宇宙成因核素、地外天体信息反演等新方法重建过去太阳活动所造成的TSI变化,以获得长周期TSI变化序列。

风云三号C星太阳总辐照度观测结果分析

第二代极轨气象卫星风云三号C星(FY-3C)携带的太阳辐射监测仪(Solar Irradiance Monitor,SIM)是FY-3A/B星上同类载荷的改进型,称为太阳辐射监测仪II型(SIM-II).针对SIM-II在轨观测获取的日地平均距离处太阳总辐照度数据,通过与国外同类产品以及太阳黑子数据进行对比分析,检验SIM-II太阳总辐照度产品精度,评估仪器在轨观测能力.比对结果显示,SIM-II太阳总辐照度数据与国外同类产品相比在变化趋势上具有很好的一致性,与美国NASA发射的太阳辐射和气候变化试验卫星(Solar Radiation and Climate Experiment,SORCE)/总辐照度监测仪(Total Irradiance Monitor,TIM)产品的相对均方根偏差约为87×10?6,与比利时皇家气象研究所(RMIB)基于多个星基太阳总辐射观测数据处理得到的太阳总辐照度合成数据(简称RMIB数据)的相对均方根偏差约为140×10?6.SIM-II太阳总辐照度与太阳黑子数的相关性分析结果显示二者在极值分布上具有较好的对应;针对2014年10月太阳超强活动过程的监测结果显示,SIM-II和TIM观测的太阳总辐照度变化与太阳黑子面积变化相关,当太阳黑子面积增大2470时,SIM-II监测到的太阳总辐照度变化为?2.94 W/m2,TIM监测结果为?2.98 W/m2,说明SIM-II的观测结果能够定量反映由太阳活动导致的辐射能量变化.研究表明,FY-3C星太阳总辐照度数据已达到国际同类产品的观测精度,可以用于太阳活动及气候变化监测等相关研究.

超短期太阳辐照度多模型预测

为了提高太阳辐射预测精度,提出了1种超短期混合预测模型。该模型用非线性方法集成多个子模型,从而克服了单一模型的局限性,提高了整体预测性能。预测时,首先将历史太阳辐射值转换为晴空系数,消除太阳位置对辐射值的影响;然后根据相关性分析,将转换的晴空系数输入各子模型,并将子模型的预测结果非线性集成。最后,将预测的晴空系数转换为目标水平总辐照度。实验结果表明:所提出的混合模型性能优于单一预测模型,非线性集成方法优于传统的平值加权集成方法,且整体预测均方差相对持续模型提高了约60%。

基于地基云图与气象数据的辐照度轻量化预测

针对总水平辐照度(Global Horizontal Irradiation,GHI)的短时快速预测问题,提出了一种基于深度学习技术的全天空太阳总辐照度轻量化预测模型.首先,区别于传统的人为处理云图区分特征方法,采用卷积神经网络结构MobileNet自动提取地基云图特征.其次,通过对9项气象参数进行特征清洗,权重连接,建立了短时辐照度的预测方案.最后,将上述模型迁移至微型终端上,在神经网络计算棒的辅助下,实现了GHI的轻量化快速预测.结果表明,相较于传统使用地基云图的时延神经网络预测模型,此轻量化GHI预测模型标准均方根误差降低了5.5%,较未轻量化模型预测速度提升了71%,可供家庭个体光伏用户进行快速预测.

敦煌地区太阳紫外辐射占总辐射的百分比

目的估算敦煌地区太阳紫外辐射量,为高分子材料及产品在该地区的老化试验与评估提供参考。方法利用2016年敦煌试验站紫外辐射和总辐射的实测数据,讨论紫总百分比的计算方法、日出日落初期紫总百分比的处理,采用方差分析研究敦煌紫总百分比随季节、时段的变化特征,给出敦煌地区四季及全年的紫总百分比平均值和标准差。结果日出日落初期,紫总百分比很大,计算方法、异常数据的判定与处理对紫总百分比的计算结果会产生较大的误差。太阳高度角较小是导致敦煌不同时段太阳紫总百分比明显不同的主要原因,夏季降雨较多是敦煌不同季节太阳紫总百分比明显不同的主要原因。结论日出日落初期紫总百分比应作为异常数据剔除,冬季紫总百分比最高、夏季最低,春秋二季相近,介于冬、夏季之间,中下午时段的紫总百分比高于上午和傍晚。敦煌地区紫总百分比年平均值、标准差分别为5.5%、1.3%。

真空环境中太阳辐照度绝对辐射计腔温响应的变化及其影响

为了考察真空环境对太阳辐照度绝对辐射计辐射测量值及其对世界辐射基准修正系数的影响,提高在轨辐射测量值向世界辐射基准的溯源精度,改善不同仪器在轨辐射量值的一致性,进行了真空环境中太阳辐照度绝对辐射计腔温响应变化及其影响的测量和评估。真空环境中,由于缺少了空气对流这一传热途径,使得在相同的加热功率下,辐射计腔温响应的时间常数变长,并且平衡温度升高,导致辐射计黑体腔响应度明显降低。在真空和空气中,对相同的测量目标进行辐射测量,结果表明由于真空中黑体腔时间常数和响应度的变化,导致测量的辐射功率有0.15%的相对偏差,进而造成真空环境中的辐射测量值向世界辐射基准的修正系数发生0.15%的相对变化。

FY-4A卫星地表太阳辐射产品在河南省适用性评估与订正方法研究

以河南省26个地面辐射站观测的地面总辐照度逐小时数据为基准,对FY-4A反演的总辐照度产品在河南省的适用性进行验证分析,并采用概率密度函数方法,对FY-4A总辐照度产品的系统误差进行订正。结果表明,(1)FY-4A总辐照度整体大于地面观测结果,两者平均误差在豫南偏大、豫北偏小,而且从时间演变看,两者相对误差在冬半年偏小,夏半年偏大,这与云量、大气相对湿度等气象要素以及不同下垫面对FY-4A反演总辐照度的影响有关;(2)FY-4A卫星与地面观测的总辐射辐照度平均误差随不同辐照度等级而变化,整体呈现出一种非独立系统误差的特性,即对于低辐照度有所高估,而对于高辐照度则相对低估;(3)概率密度函数方法对FY-4A总辐照度具有较好的订正能力,在夏季以年为单位建立订正模型进行误差订正效果更好,在秋冬季以季节为时间尺度建立订正模型效果更好。

星载太阳辐射监测仪的高精度太阳跟踪

由于FY-3(01)星和FY-3(02)星宽视场扫描式太阳辐射监测仪(SIM)测量时间短、精度低,本文利用FY-3(03)星SIM实现了太阳的高精度跟踪测量。首先,分析了SIM太阳跟踪精度指标、跟踪转动范围,测试并确定了数字太阳敏感器(DSS)的视场范围、频率、分辨率,标定了DSS在轨像面辐照度。为消除跟踪抖动现象,分析测试了控制时间间隔和跟踪精度的关系,确定了理想控制时间间隔为500ms。外场和在轨实验结果表明,SIM太阳跟踪精度优于±0.1°,俯仰在轨跟踪精度为0.029°,偏航在轨跟踪精度为0.025°,原始太阳总辐照度(TSI)值为1 353.1W/m2。另外,DSS太阳指向精确,跟踪控制可靠,大幅增加了TSI监测时间。FY-3(03)星SIM在太阳同步轨道卫星上实现了TSI的太阳跟踪测量,跟踪精度是国际空间站(ISS)同类载荷CPD跟踪精度的10倍。

基于精密太阳光谱辐射计的气象辐射观测

目前,气象业务观测普遍采用的积分型太阳辐射观测仪器存在观测数据信息量少、数据差异大的观测瓶颈,已无法满足目前众多应用科学研究领域对太阳光谱辐射精细化观测的需求,具有高光谱分辨率的精密光谱辐射计的仪器研制及观测方法与技术已成为太阳辐射观测的前沿科技问题。在此背景下,为解决气象领域太阳辐射的精细化观测问题,开展了深入的科学研究与技术开发工作。重点阐述了仪器开发成果和数据观测分析方法,首先介绍了开发研制的用于地基太阳光谱辐照度观测的光谱辐射计系统。光谱辐射计的分光系统采用了平场凹面光栅结构,具有低杂散光、高收光效率和高可靠性的特点,尤其适用于长期无人值守的户外观测。系统所采用的平场凹面光栅的像差校正特性对于300～1 100 nm这种宽谱段的应用来讲更为合适,在整个谱段范围内光谱分辨率变化很小,不同波长通道的带宽基本一致,使用25μm狭缝时光谱分辨率(FWHM)约为2 nm,像素采样间隔小于0. 5 nm。对于太阳辐射观测来讲,这是一种谱段范围和分辨率都与需求十分匹配的专用光谱辐照度观测仪器。其次,在观测数据的基础上,阐述和分析了气象等领域的光谱应用观测方法。太阳辐射照度分布的能量通过不同参数化模型约束的接收系统收集,将太阳光谱辐射在半球天穹中的变化及分布进行约束并划分为水平总辐照度(GHI),法向直接辐照度(DNI)和水平散射辐照度(DHI)三种光谱辐照度辐射分量,阐述了基于GHI,DNI和DHI三种观测形式下的数据特征与用途。其中,GHI是地表实际辐照度水平,适用于太阳能资源评估; DHI反映大气和云态; DNI作为直接透射形式,可用于计算日照时数和分析大气参量。并且,进一步分析了观测形式、光谱特征与地理(经度、纬度、海拔高度、大气质量)及气象参数(云量、大气吸收)之间的互易演算关系。与传统的波长积分式辐射观测相比,太阳光谱辐射计为辐射能量观测增加了波长信息维度。从DNI形式的光谱辐照度数据中可以看出,不同波长之间的辐射能量变化显著,而这些变化与大气变化密切相关。因此,太阳光谱辐照度数据不仅仅是为业务观测提供更精细化的太阳辐射信息,更提供了丰富的辐射能量的变化信息通道,利用特征波长维度的辐射信息,可进一步通过模型反演计算气溶胶光学厚度、臭氧、水汽等大气参数。通过精密太阳光谱辐射计,可将纳米分辨率水平的太阳光谱辐照度作为基础业务运行数据,提供精细化的太阳辐射分布及变化信息用于气象与气候模型、光伏资源评估与生态环境等研究;同时也为辐射波长分布中所蕴含的气候、农业、生态等领域关心的各种通量监测和演化关系研究提供了有力的数据信息及观测工具。

星载太阳辐射监测仪的太阳程控跟踪精度

为了避免太阳敏感器(DSS)指向故障导致星载太阳辐射监测仪(SIM)功能失效,为风云三号(FY-3(03))卫星的太阳辐射监测仪(SIM)设计了备份跟踪方式程控太阳跟踪并分析了其跟踪精度。利用星上儒略日时间和卫星轨道瞬根,基于类基准地表辐射网(BSRN)算法推导了轨道坐标系太阳矢量、俯仰角和偏航角。将计算结果与卫星给定指向数据进行了比较。结果表明:太阳矢量三轴偏差均小于0.1°,俯仰角平均偏差为0.024 6°,偏航角平均偏差为-0.080 4°。对利用程序计算的多轨道指向数据进行了太阳模拟跟踪控制实验,结果表明:SIM俯仰跟踪控制精度优于0.1°,偏航跟踪控制精度优于0.05°。为保证在轨跟踪精度,试验了俯仰零点角和偏航零点角,其分别为80.46°和-36.96°。最终分析结果表明,俯仰程控跟踪不确定度为±0.318°,偏航程控跟踪不确定度为±0.316°,满足SIM太阳跟踪精度±0.5°的要求。设计的太阳程控跟踪降低了SIM对光学指向器件的依赖,提高了在轨太阳跟踪的可靠性。

低温辐射计斜底腔吸收比测量

考虑在轨绝对辐射定标基准辐射计(ARCPR)要求其测量太阳总辐照度(TSI)的TSI腔的吸收比优于0.999 9,同时测量不确定度在0.001%以下,本文提出采用在空间和低温环境下性能优越的圆柱形斜底腔作为标定太阳总辐照度的黑体腔,并对斜底腔吸收比进行了测量与研究。介绍了斜底腔的特性,分析了低温辐射计多使用斜底腔作为黑体腔的原因。阐述了替代法测量腔体吸收比的原理,增加了参考光路用于监测激光功率,以提高测量重复性和准确性。通过测量信号与参考光路信号的比值计算了斜体腔的吸收比,并对测量结果进行了不确定度分析。测试实验显示,斜底腔吸收比为0.999 928±0.000 005,优于ARCPR对标定黑体腔的要求,验证了将斜底腔作为测量太阳总辐照度的TSI腔的可行性。实验还表明:计算信号电压与参考电压比值,通过比值计算腔体吸收比的方法可以提高测量结果的不确定度,适用于测量超高吸收比腔体的吸收比。

FY-4A地表太阳入射辐射产品在山西高原的适用性研究

以山西高原为研究区域,利用区域内3个国家级气象站的逐分钟辐射观测数据,对FY-4A的地表太阳入射辐射产品质量进行对比检验。结果表明:该产品与地面观测数据的相关性很高,能够较好地反映气象因素变化对太阳辐射的影响;但总辐照度数值总体偏高,相对误差随地面观测总辐照度的升高而降低,早晚误差大,中午误差小;3个站横向对比来看,年总辐射曝辐量越高,相对误差越小;由于FY-4A地表太阳入射辐射反演算法中太阳天顶角的临界值设为70°,导致全年白天无观测时次约占1/3,且冬季多于夏季,使得冬季的月总辐射曝辐量偏低而夏季偏高。FY-4A地表太阳入射辐射的上述特点基本都源自其反演算法或参数设置,因此具有普适性;由于相对误差呈现出较强的规律性,使得下一步对该产品进行订正、大幅降低误差水平成为可能。

北部湾全新世U_(37)~K的古海水表面温度重建研究

通过海洋沉积物有机温标U_(37)~K反演了北部湾地区一万年以来的海水表面温度(Sea Surface Temperature,SST)变化.结果表明,北部湾一万年以来的SST变化范围为22.0℃～28.0℃,平均25.4℃,整体呈现波动升高的趋势,其中1300年来的SST升高更为明显.此外,钻孔还记录到了八次具有区域意义的温度变化事件.北部湾一万年来的海表温度变化主要受到太阳总辐照度和东亚冬季风的控制,一些冷事件还受到高纬度融冰事件的影响,而暖事件可能受到赤道太平洋低纬度驱动的影响.

航天用标准太阳电池的标定

太阳电池的研究和发展,始终与航天技术的发展密切相关。早在1954年,美国贝尔电话实验室已研制成第一个实用的太阳电池,即用扩散方法制造的单晶硅太阳电池。尽管当时已认识到使用硅太阳电池可将地面上约14%的太阳能转变成电能,但是单晶硅本身成本昂贵,加上技术不太成熟。

地球观察系统使用的EOS/ACRIM-Ⅲ型测量仪器

一种用于地球观察系统(EOS)/ACRIM-Ⅲ实验的新的、模块式有源腔辐射计辐照度监视器(ACRIM)已被研制出来。ACRIM-Ⅲ仪器将于1999年底随一颗小卫星(ACRIMSAT)发射升空,用作为期5年的EOS-Ⅰ型总的太阳辐照度(TSI)的监视飞行。这种新的ACRIM-Ⅲ仪器是小型紧凑的,其重量和体积都大大减少,小于原来ACRIM仪器的1/2。由哥伦比亚大学为主的研究小组和喷气推进实验室仪器小组联合设计的结构增强的电子快门(光阑)系统,为EOS和其它潜在的应用提供了一种多用途的、精密的、现代化的TSI观察能力。

太阳辐射影响高原生态系统的湖泊沉积生物标志物证据

太阳活动与地球生态系统之间的联系是学术界较少谈及但却十分重要的论题。本文尝试利用青藏高原东部湖泊沉积物中高等植物生物标志物指标探讨高原生态系统与太阳活动之间的关系。结果表明高等植物来源正构烷烃和正构脂肪醇的碳优势指数(CPI)及平均碳链长度(ACL)敏感地响应了总太阳辐照度(TSI)的变化,忠实地记录了青藏高原东部近900 a来四次太阳活动极小期。因此我们认为高原湖泊生态系统波动背后的驱动力实质上是太阳辐射强度的变化。

基于线性回归模型的敦煌市太阳辐射预测方法

利用常规气象观测资料建立了敦煌市太阳总辐射辐照度线性回归预测模型,通过SPSS软件用残差平方和及估计标准误差方法剔除模型自变量中的冗余量,用多元线性回归模型对太阳总辐射辐照度与多个气象要素之间的相关性进行分析及对太阳辐射进行预测,结果表明,利用此模型估算的地面总辐射与实际观测值基本一致,且一天变化趋势一致,该模型能够很好的预测太阳总辐射辐照度,是一种很有发展前景的辐射预测方法。