基于光电式日照计的太阳直接辐射测量研究

为弥补中国地面辐射观测中直接辐射站稀少、空间分辨力低和数据无法满足应用等问题,文章利用中国地面气象观测业务光电式日照计开展直接辐射测量的技术可行性研究。文章选取DFC1,DFC2和DFC3 3种型号光电式日照计,与直接辐射表开展同步比对观测,利用统计方法,分析多云、少云和晴天天气条件下,光电式日照计与直接辐射表所测直接辐射之间的平均偏差、均方根误差、相关系数和线性度等。结果显示,DFC1型光电式日照计测得的直接辐射仅略高于直接辐射表测得的直接辐射,而DFC2和DFC3型光电式日照计仅在日出日落前后测得的直接辐射与直接辐射表测得结果接近,其余时间则明显低于直接辐射表测得的直接辐射值。研究结果表明开展基于光电式日照计的直接辐射测量将使直接辐射观测站点数量明显增加,对大幅提高中国直接辐射数据测量代表性和应用效益具有重要价值。

数字日照计和直接辐射表数据对比研究

选取了两个同时配备一级直接辐射表和光电式数字日照计的气象观测站点,利用选定时间段的数据对比分析,以直接辐射表的数据作为日照时数参考值,所选时间段内两台站的光电式数字日照计日照时数相对误差均未超过±5%,小于规范要求的±10%的误差范围,初步验证了数字式日照计业务应用观测数据质量,为更大范围和更长时间的日照时数观测数据分析提供了思路。

我国近50年来太阳直接辐射资源基本特征及其变化

利用全国1960～2005年的日照观测资料,采用气候学计算方法对我国的太阳直接辐射进行了估算,给出了最新的直接辐射资源气候分布图,并对近50年来资源的时空变化特征进行了分析。研究结果表明:"高原大于平原,西部干旱区大于东部湿润区"是我国直接辐射分布的基本态势,"强处更强,愈强愈稳"是我国直接辐射资源时空变化的主要特征。20世纪60～80年代,我国直接辐射资源总体呈减少趋势,但是自90年代起,下降趋势停止,甚至略有增加。

东亚地区矿物尘气溶胶直接辐射强迫的初步模拟研究

为研究东亚地区矿物尘气溶胶的直接辐射效应,在区域气候模式RegCM3中加入起尘方案、建立矿物尘气溶胶输送模式,并将其辐射过程加入区域气候模式的辐射方案.通过对2001年3月～2002年3月的模拟发现:中国西北和蒙古国年平均地表起尘率在1μg/(m2·s)以上,最大达到90μg/(m2·s)是东亚地区最主要的矿物尘气溶胶源地;东亚地区矿物尘气溶胶柱含量最大值达5g/m2,出现在塔克拉玛干沙漠和秦岭地区;气溶胶大气顶直接辐射强迫基本呈现大陆上为正、海洋上正负均有的分布特征,区域平均辐射强迫在春夏秋冬分别为1.08,0.88,0.37,0.40W/m2,短波辐射强迫在陆上为正、海上正负均有,长波辐射强迫均为正值;四季的地表辐射强迫分别为-5.64,-2.25,-1.37,-1.87W/m2;辐射强迫数值对矿物尘气溶胶单次散射反照率的变化较敏感.

1992年夏季珠穆朗玛峰地区的太阳直接辐射和总辐射

用１９９２年夏季珠穆朗玛峰地区考察的多通道有线遥测辐射观测资料，对珠峰地区的太阳直接辐射和总辐射特征进行了研究。结果表明。１９９２年珠峰地区夏季中午前后的大气透明度状况与１９５９年没有明显差异。夏季在珠峰绒布寺地区最大总辐射大于太阳常数现象的出现十分频繁。本次考察时，在有完整资料的１６天中，１４天观测到了瞬时总辐射大于太阳常数的现象；这种现象从地方时９时到１４时都可出现，有时竟连续出现５个时欢。瞬时总辐射的最大值为１６８８Ｗｍ－２，超出了太阳常数２３％。考察期间记录到的总辐射时累计值的最大值为４．７１ＭＪｍ－２，平均强度１３０８Ｗｍ－２，达太阳常数的９５．７％。青藏高原地区持续出现总辐射大于太阳常数的现象对近地面辐射平衡及生态环境的影响尚有待进一步研究。

行向对不同穗型水稻群体微气象特性影响的研究—Ⅰ行向对群体内太阳直接辐射影响的理论分析

通过几何模拟 ,从理论上分析了北半球夏半年不同行向水稻遮荫宽度在不同纬度、不同季节的日变化 ,结果表明 :中、低纬度地区东西行向遮荫宽度较小 ,有利于群体充分利用光能 ,而高纬度地区则以南北行向有较大优势。此外 ,还讨论了行向、行距与光能利用的关系。

起伏地形下黄河流域太阳直接辐射分布式模拟

基于数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料建立了起伏地形下太阳直接辐射分布式计算模型,模型充分考虑了地形因子(坡向、坡度、地形相互遮蔽)对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响;以1km×1km分辨率的DEM数据作为地形的综合反映,计算了起伏地形下黄河流域1km×1km分辨率太阳直接辐射的空间分布;深入分析了起伏地形下太阳直接辐射受地理、地形因子影响的变化规律。结果表明:受地形起伏和坡向、坡度等局地地形因子的影响,山区年太阳直接辐射量的空间差异比较明显,向阳山坡(偏南坡)的年直接辐射量明显高于背阴山坡(偏北坡)

基于GIS太阳直接辐射模型的研究

地面所接收到的太阳直接辐射量是随地面的纬度、高程、坡度、坡向以及地形遮蔽等地形因子的变化而变化的。本文基于GIS技术,利用DEM获取地形因子,在GIS中建立了晴空太阳直接辐射模型。本模型的计算结果准确率达到90%,可应用于农业、林业、生物、生态等领域。

直接辐射表与日照计观测日照时数的差异评估

随着自动化气象资料业务的发展,直接辐射表自动跟踪太阳位置观测日照时数逐渐在业务中使用,那么直接辐射表与传统日照计观测资料的差异如何,需要对两种资料定量评估。文章选取我国15个气象辐射一级站的直接辐射表与日照计平行观测日照时数资料,探讨了两种观测日照时数在不同区域、不同季节、不同时间尺度和不同天气条件下的差异分布特征,结果表明:(1)直接辐射表比日照计观测记录平均偏低0.51 h·d^(-1)(8.30%),两种资料差异具有明显的季节变化规律和区域变异,在夏季和春季较大,冬季最小,在西北及海南地区较大,东北、黄淮地区及四川盆地最小;(2)日出时段直接辐射表较日照计观测记录低0~0.3 h·h^(-1),日落时段直接辐射表较日照计观测记录高0~0.3 h·h^(-1),其他时段直接辐射表与日照计观测差值在±0.2 h·h^(-1);(3)受观测仪器和天气条件影响,在晴空、多云和阴天条件下,直接辐射表较日照计观测记录分别平均偏低0.17 h·d^(-1)(1.88%)、0.64 h·d^(-1)(9.08%)和0.62 h·d^(-1)(26.73%);(4)两种观测日照时数的相关系数在0.88以上。

黑碳气溶胶直接辐射强迫及其对中国夏季降水影响的模拟研究

利用NCAR的全球大气模式CAM3分析了黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布及其季节变化,重点讨论了云对黑碳气溶胶直接辐射强迫的影响,以及黑碳气溶胶对中国夏季降水的影响。结果表明:黑碳气溶胶在大气顶和地表的直接辐射强迫分布范围和强度都具有明显的季节变化。有云条件下,黑碳气溶胶在大气顶产生正的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为+0.33W.m-2;在地表产生负的直接辐射强迫,全球年平均强迫值为-0.56W.m-2。晴空条件下,黑碳气溶胶在大气顶和地表的全球年平均辐射强迫值分别为+0.21和-0.71W.m-2。云的存在对黑碳气溶胶的辐射强迫产生了很大的影响,使大气顶的正辐射强迫增加,地表的负辐射强迫减小。黑碳气溶胶导致夏季中国北方30°N～45°N之间区域降水明显增加;而中国长江以南地区除了海南和广西的部分城市外,降水明显减少。模拟结果表明,中国夏季近50年来经常发生的南涝北旱并非由黑碳气溶胶引起。

由卫星资料估算晴空大气太阳直接辐射和散射辐射

根据光的多次散射理论 ,对水汽、气溶胶、臭氧、混合气体等实行辐射参数化处理 ;利用中国探空站资料和诺阿 ( NOAA)气象卫星垂直业务探测器 ( TOVS)资料反演的探空资料 ,由离散纵标法计算了大气各高度上的太阳直接辐射和散射辐射 ,并与此同时的和同站点位置的卫星可见光、红外测值进行统计回归拟合 ,建立卫星测值与大气中太阳直接辐射和散射辐射的计算模式 ,据此可以利用卫星资料估算太阳直接辐射和太阳散射辐射 ,这对于大气环境光学特性和大气环流、气候变化的研究有重要意义。

日光温室山墙对室内太阳直接辐射得热量的影响

该文计算了日光温室室内各个面的太阳直接辐射,结果表明:山墙内侧的太阳直接辐射日变化规律不同于室内其它各个面。对于长度较短的温室,如果忽略山墙的作用,将会忽略山墙内外侧太阳辐射对室内得热的影响,同时忽略山墙在室内各个面产生的阴影,从而高估了室内其它面的太阳辐射得热,高估值随着温室长度的递减而递增,给日光温室热环境的分析带来误差。该文还测量了日光温室各个面的热流量,分析了山墙的蓄热放热过程及其随温室长度变化对室内得热的影响。因此,对长度较短的温室,必须考虑山墙对室内得热的影响。同时也为日光温室长度的确定和室内作物布局提供理论依据。

山区太阳直接辐射的空间高分辨率分布模型

该文以山区的高空间分辨率DEM数据为主要数据源,从中分别提取经度、纬度、坡度、坡向等相应的地形要素栅格数据,再结合多年平均的实际日照百分率资料,利用GIS技术建立山区实际太阳直接辐射的高空间分辨率分布模型,实现太阳直接辐射空间分布规律的可视化表达,分析了山区各月太阳直接辐射的空间分布特征,对于山区的农业、林业和生态环境等方面的研究具有重要的指导意义。

人为气溶胶的直接辐射效应及其对南亚冬季风的影响

运用区域气候模式RegCM4.0(Regional Climate Model Verson 4.0)耦合入一个化学过程,对硫酸盐、黑碳、有机碳这3种人为气溶胶的时空分布特征和直接辐射效应进行了数值模拟,进而研究了气溶胶对南亚冬季风的影响。结果表明:光学厚度和地表短波辐射强迫的时空变化可能主要受硫酸盐气溶胶的影响。在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期,大气层顶和地表的负短波辐射强迫分布与气溶胶分布基本一致,地表辐射强迫强度绝对值比大气层顶辐射强迫强度绝对值大得多。相关分析和合成分析表明:在南亚夏季风向冬季风转换时期和南亚冬季风盛行时期,南亚人为气溶胶主要分布区中的气溶胶柱浓度含量与南亚冬季风的建立和强度有反相关关系。这与气溶胶吸收太阳辐射,从而引起气温和位势高度的变化有关。

利用TOVS资料计算我国东南地区的太阳直接辐射和散射辐射

根据多次散射理论—离散纵标法 ,将极轨卫星产品资料 ( TOVS资料 )作为初始资料 ,利用中分辨率大气传输模式 MODTRAN3分别计算出晴空和有云情况下5个层次的观测波段的太阳直接辐射和散射辐射 ,与国家一级探空站探测的大气温、湿廓线计算出的辐射值进行比较。发现晴空状况下基本一致 ,有云时存在一定误差 ,表明由卫星的 TOVS资料估算我国东部地区的晴空辐射资料 ,可以弥补我国辐射资料的不足。

直接辐射表性能测试研究

根据WMO关于直接辐射表性能指标的要求,提出了针对响应时间、零点偏置、温度响应、倾斜响应和非线性误差的测试方法。首先介绍了测试条件,然后利用测试设备,结合上述性能指标定义,详细分析了对应的测试方法过程,最后,对四种不同型号的直接辐射表的性能测试数据进行分析研究,结果显示,上述测试方法科学可行,被测直接辐射表均达到了ISO一级表的要求,研究成果对直接辐射表性能测试,了解仪器特性,改进产品质量和提高太阳辐射测量具有重要意义。

直接辐射式日照计业务应用关键技术分析

日照时数是地面气象台站观测的基本项目.长期以来,我国主要使用暗筒式日照计进行日照时数观测,自动化程度低,精度较差,资料可比性难以保证.随着技术的发展,国外出现多种自动日照计,而国内这方面研究较少,与国外先进水平有一定差距.为了研制具有自主知识产权、可业务化应用的日照计,通过分析直接辐射式日照计的发展现状和关键技术,认为基于直接辐射式的自动日照计有广泛的应用前景,重点需要解决传感器的辐射响应、传感器设计与封装、太阳位置的自动跟踪、整机的结构优化等问题,提高仪器的环境适应性、长期稳定性和可靠性。

浙江省高分辨率太阳直接辐射图的计算和绘制

以综合考虑天空因素和地面因素的起伏地形下太阳直接辐射分布式模型为基础,采用1∶25万高分辨率数字高程模型(DEM)数据和气象站观测资料,计算了100 m×100 m分辨率的浙江省气候平均月太阳直接辐射以及年直接辐射的精细分布,并分析了起伏地形下浙江省太阳直接辐射的逐月变化规律。结果表明:浙江省太阳直接辐射量以7、8月份最高,1、2月份最低,全省气候平均年太阳直接辐射量为2 083 MJ/m2;地形因子对起伏地形下浙江省太阳直接辐射的影响程度具有随季节变化的特性;局地地形对太阳直接辐射的影响程度随季节而变,在冬半年,太阳高度角较低的季节,局地地形的影响较为显著。

基于DEM模型计算北京西部山区太阳直接辐射的空间分布

基于DEM模型，探讨了在受到自身地形遮挡和周围地形遮挡综合影响下北京西部山区太阳实际直接辐射分布的计算问题，并对研究区的太阳直接辐射分布进行了分析。分析结果认为，复杂地形条件下山区太阳直接辐射分布受多种地形因素共同影响。随着坡向由阴坡转为阳坡、坡度由小变大，太阳直接辐射量最大值逐渐增大，但在15°～20°坡度处，太阳直接辐射量开始下降。在1275～1475m海拔间太阳直接辐射的平均值最小，之后随海拔的升高和降低，其平均值向两边均逐渐增大，海拔在1075m以下，平均值差异不明显。研究区直接辐射量的最大值出现在坡度为10°～15°、坡向为-67．5°～67．5°的坡面上，低值区出现在坡度为35°～40°、坡向为112．5°～247．5°的坡面上。该试验采用的方法通用性较好，原则上适用于一切复杂地形太阳直接辐射计算。

基于MODIS数据的长三角地区气溶胶直接辐射效应研究

以长三角地区为研究区,基于MODIS卫星遥感数据和6S大气辐射传输模型,模拟计算长三角地区地表和大气层顶的气溶胶直接辐射效应(aerosol direct radiation effect,ADRE),并利用南京信息工程大学北辰楼站点CE-318实测数据进行精度验证,在此基础上分析长三角地区气溶胶直接辐射效应的时空分布特征。结果表明,利用MODIS数据反演的地表ADRE、大气层顶ADRE与实测值的拟合精度R2分别为0.92和0.95。在空间上,地表与大气层顶直接辐射效应值的分布区域与变化趋势在整体上趋于一致,其绝对值均呈现北高南低的态势,地表ADRE为-31.60^-20.54 W·m-2、大气层顶ADRE为-3.48^-2.61 W·m-2之间的ADRE绝对值高值区主要集中在北部,尤其在江苏南部的苏州、无锡和常州地区,气溶胶辐射效应显著增大;在时间上,ADRE绝对值的年变化呈波动下降趋势,地表和大气层顶ADRE均值分别在-21.78^-5.94和-2.45^-0.73 W·m-2之间。其中江苏、上海地区气溶胶辐射效应的季节性变化明显,浙江地区辐射效应的季节性差异较小,地表ADRE变化范围大多分布在-10~0 W·m-2区间,大气层顶ADRE变化范围大多分布在-1~0 W·m-2区间。