我国太阳辐射量区域性变化特征研究*

对我国近35年来到达地面的太阳辐射量观测资料进行方差分析和统计检验,结果表明:从70年代开始,我国太阳直接辐射和总辐射量普遍减少,变化趋势分别为-246MJ/m2·10a和-16.8MJ/m2·10a,减少量最大中心在长江流域。太阳散射辐射量在东北、华北以及南方地区增加,在长江流域和西北地区减少。此外,用太阳辐射量倾向率的形式归纳出我国四种典型的区域性太阳辐射量季节变化特征。     

海南岛逐日太阳总辐射长期演变特征与关联因子

为了解海南岛太阳辐射资源的时空变化规律及变化原因,以海口（1961―2013 年）和三亚（1993―2013年）2 个气象站点长时间序列逐日太阳总辐射、日照时数、气温等观测资料为基础,利用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验方法分析了全年、雨季、旱季日均太阳总辐射的长期演变特征,利用多重线性回归分析了辐射变化的主要关联气象因素。结果表明：1961―2013 年期间海口全年、雨季、旱季日均太阳总辐射气候倾向率分别为0.021、0.004、0.038 MJ/m²,1993―2013 年三亚全年、雨季、旱季日均太阳总辐射气候倾向率分别为-0.68、-0.658、-0.714MJ/m²。海口日均太阳总辐射变化呈波动趋势,全年、雨季日均太阳总辐射显著的“变暗期”分别出现在1975―1992、1975―1990 年;海口旱季日均太阳总辐射呈先降后升的趋势,1967―2003 年为下降期,2003 年之后呈现上升趋势,显著的“变暗期”为1995、1988―1989 年。1993 年以来,三亚全年、雨季、旱季日均太阳总辐射变化都呈下降趋势,显著的“变暗期”分别出现在1999―2013（全年）、2000―2003 和2009―2011 年（雨季）、1996―2001 和2004―2013 年（旱季）,突变年份分别为1997、1995、1995 年。三亚站点太阳辐射资源较海口站点丰富;日照时数与海口全年、雨季、旱季和三亚全年、雨季日均太阳总辐射变化关联度最强,而日平均气温则与三亚旱季日均总辐射变化关联度最强。     

陕西省山地太阳总辐射分布式模拟研究

基于数字高程模型数据,全面考虑了天空因子和地形因子对太阳短波辐射各辐射分量的影响,分别建立了太阳直接辐射、散射辐射和反射辐射分布式模型,最终确定山地太阳总辐射分布式模型;依据该模型计算了陕西省100 m×100 m分辨率下月、季、年平均太阳直接辐射、散射辐射、反射辐射和总辐射,并分析其时空分布特征,最后探讨了局地地形因子对山地太阳总辐射的影响规律.     

贵州高原复杂地形下太阳总辐射精细空间分布

海拔、坡度、坡向以及周围地形遮蔽作用,造成山区各部位接受到的太阳辐射能有很大差异. 在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下太阳总辐射的分布式模型,在模型中还考虑了散射辐射的各向异性及坡地反射辐射对复杂地形下太阳总辐射的影响.应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下100 m×100 m分辨率的复杂地形下太阳总辐射.结果表明:(1) 局地地形因子如坡度、坡向、地形遮蔽等对太阳总辐射影响显著,地形对复杂地形下太阳总辐射的影响是不容忽视的.(2)在缺乏复杂地形下坡面考察资料的情况下,建立以常规气象站观测资料为主的物理经验统计模型是实现细网格辐射资源计算的可行途径.     

哀牢山亚热带常绿阔叶林林区太阳辐射特征

利用中国科学院西双版纳热带植物园哀牢山森林生态系统研究站林外自动气象站2005-02到2007-12的辐射观测数据,对哀牢山北部山顶亚热带常绿阔叶林林区的太阳辐射平衡各分量的年、季节和日变化特征进行了分析,得出哀牢山林区太阳辐射年总辐射为5 146.4 MJ/(m2·a),干季的太阳总辐射量(2 764.7 MJ/m2)占全年总量的53.7%,雨季的太阳总辐射量(2 381.7 MJ/m2)占全年总量的46.3%.各辐射分量年值占总辐射年值的百分率为净辐射41.3%,反射辐射21.O%,有效辐射37.7%.太阳辐射各分量占太阳总辐射的比率在不同的季节由于天气状况和大气中含水量的不同存在一定的差异,反射辐射和有效辐射的分配率均是干季大于雨季,净辐射的分配率则是雨季大于干季.从全年来看,净辐射分配率的变幅最大(31.1%～51.9%),有效辐射次之(28.6%～48.6%),反射辐射最小(18.4%~24.2%);从分配率的日变化可知,反射辐射和有效辐射均是清晨和傍晚较高,昼间较小,净辐射则相反,各辐射分量分配率在昼间的变化均较小.不同季节各辐射分量占总辐射的比重不同,干季有效辐射所占比重最大,其次是净辐射,反射辐射最小;雨季净辐射所占比例最大,其次是有效辐射,反射辐射最小.与相近纬度的鼎湖山和鹤山林区相比,哀牢山林区总辐射量高于两地,而年均气温(热量)低于两地,由此可以认为哀牢山林区在较低的气温条件下能分布大面积的中山湿性常绿阔叶林,且生长繁茂、发育良好,较强的太阳辐射应是其重要原因之一.     

昆明市太阳辐射变化特征及影响因子分析

根据1993—2016年昆明市24 a太阳辐射及其他相关资料,采用回归分析、Mann-Kendall突变检验、小波分析和灰色关联度等方法,分析昆明市地面太阳辐射变化特征,并对其影响因子进行了分析。结果表明,近24 a来昆明市地面接收年太阳辐射量在4620.21~6221.65 MJ/m ²之间变化,最大值出现在2016年,最小值出现在2008年,平均每年的太阳辐射为5598.06 MJ/m ²,且整体上呈现波动式上升趋势。昆明市干湿季分明,干季(11月—次年4月)地面得到的太阳辐射量较多,为2825.22 MJ/m ²,雨季(5—10月)较少,为2774.41 MJ/m ²;一年中地面接收太阳辐射量最多月份在4月,其值为604.75 MJ/m ²,最少的是12月,其值为361.01 MJ/m ²,相差243.74 MJ/m ²。地面接收的太阳辐射有一个突变点为2014年,但不明显。年小波分析表明,近24 a昆明市各年地面接收的太阳辐射量主周期为15 a;季节小波分析发现,干季比雨季振幅大,其主周期都为19 d。近24 a昆明市地面太阳辐射受自然和人为因子共同影响,其中自然因子对太阳辐射影响最大的是降水量,人为因子中对太阳辐射影响最大的是工业总产值,且自然因子的作用大于人为因子。     

福建省区域尺度太阳总辐射模拟估算研究

比较了3种以常规地面气象资料为基础估算太阳总辐射的气候学估算模型(晴天辐射模型、天文辐射模型和MTCLIM气候模型),并以2004年福建省仅有的福州站和建瓯站太阳总辐射实测值进行验证.研究结果表明:以晴天总辐射为基值计算太阳总辐射估算模型的精度最高,运用该模型在ARCGIS支持下对福建省太阳总辐射进行空间插值,拟合了福建省区域尺度太阳总辐射月总量和年总量的空间分布,为省区域尺度生态系统碳循环模型,水文模型及植被净第一性生产力的估算研究提供了重要的空间表达参数.     

福建省区域尺度太阳总辐射模拟估算研究

比较了3种以常规地面气象资料为基础估算太阳总辐射的气候学估算模型(晴天辐射模型、天文辐射模型和MTCLIM气候模型),并以2004年福建省仅有的福州站和建瓯站太阳总辐射实测值进行验证.研究结果表明:以晴天总辐射为基值计算太阳总辐射估算模型的精度最高,运用该模型在ARCGIS支持下对福建省太阳总辐射进行空间插值,拟合了福建省区域尺度太阳总辐射月总量和年总量的空间分布,为省区域尺度生态系统碳循环模型,水文模型及植被净第一性生产力的估算研究提供了重要的空间表达参数.     

MTCLIM模型系列研究报告(3):辐射估算方法在我国亚热带山地的有效性验证

以已有的数据、理论和模型为基础,在南方亚热带山地对MTCLIM模型的辐射估算方法进行了验证。通过研究得到以下结论:辐射子模型在该区域内模拟效果不佳。用空间外延温度估算的日总辐射的MAE普遍高于4 6MJ/m2·d-1,与实测值相关性极低。但用各自的最高温和最低温及降雨量来估计日总辐射的总MAE为3 86MJ/m2·d-1,相关系数R2在0 51～0 71间;水汽压的估算误差对辐射子模型几乎没有影响,在有水汽压驱动下所有站点的日总辐射与实测值之间的MAE为3 811MJ/m2·d-1,相关系数R2在0 55～0 73间,与不输入水汽压时的估计结果非常接近,但模型对弱辐射估计过于偏高,对强辐射估计过于偏低。     

上海城市太阳辐射与热岛强度

本文根据上海1984年有代表性的154天,进行影响上海城市热岛强度的回归分析。发现城市热岛强度与太阳直接辐射日总量为正相关,与风速和云量为负相关。太阳直接辐射日总量对城市热岛的影响与城乡下垫面的反射、吸收和增温、冷却的差异有关。我们又用气象卫星资料,结合实测的太阳辐射日总量和城、乡的气温、云量、风速等气象资料,对上海1984年不同季节城市热岛的若干典型个例进行分析,说明上海城市太阳直接辐射日总量对上海城市热岛形成及其强度变化起着重要作用。     

基于LM-BP神经网络的西北地区太阳辐射时空变化研究

定量模拟太阳辐射对认识西北地区气候变化至关重要,但西北地区辐射站点稀少,而气象站点较多,利用众多的气象站点观测值模拟太阳辐射是获得太阳辐射数据很好的方法之一。利用LM (Levenberg-Marquardt) 算法对普通的BP神经网络进行优化（优化后的BP神经网络简称LM-BP神经网络）模拟太阳辐射,通过与传统气候模型模拟的太阳辐射结果对比发现,LM-BP神经网络模型的模拟精度最高,模拟值与实测值的拟合程度明显优于H-S模型和A-P模型。由此利用西北地区159个气象站点的气象数据和LM-BP神经网络模型模拟了1990~2012年这些气象站点的太阳总辐射月总量,将LM-BP神经网络模拟的气象站点的太阳辐射和25个辐射观测站的实测太阳辐射数据相结合,通过空间插值得到了西北地区太阳总辐射的空间分布,并分析了其时空分布及变化特征。研究结果发现西北地区1990~2012年的年均总辐射月总量变化为262~643 βMJ/m²,呈现“中间高,两端低”的空间分布特征。LM-BP神经网络模型的模拟精度高,是一种很有发展前景的辐射模拟方法,可将其应用在无辐射观测地区的太阳辐射模拟中。     

沙质麦田太阳辐射特征及小麦的光能转化率研究

从5月10日至5月24日对麦田内的太阳总辐射、反射辐射及透射辐射进行了连续监测,同时测定了小麦地上地下生物量、叶面积系数、小麦群丛平均高度和小麦热值等指标。结果表明:①测定期间太阳辐射总量为377.53MJ·m^-2,反射辐射总量为83.45MJ·m^-2,透射辐射总量301.78MJ·m^-2,相应的反射率为0.221,透射率为0.799,透射率偏大与小麦的播种方式有关;②下垫面小麦叶面积系数及高度的变化没有引起反射率的大幅度改变,反射率的波动范围在0.18~0.24之内;③透射率随叶面积系数和小麦平均高度的增大具有明显的下降趋势;④5月10日至5月24日,小麦共固定能量4.41MJ·m^-2,约占总辐射能的1.17%。     

海南岛橡胶林辐射通量特征

热带橡胶人工林作为我国热带地区最重要的生态系统,在森林辐射研究中扮演着重要角色。随着橡胶林在我国热带地区大面积地种植,对其生态效应的质疑也在增加,有必要对其辐射通量进行研究。基于海南岛橡胶林2010年1 a的辐射观测数据,分析了其时序变化和分配等规律。结果表明：研究区橡胶林的太阳总辐射（DR）、反射辐射（UR）和净辐射（NR）通量日变化呈典型的单峰曲线,大气逆辐射（DLR）、森林长波辐射（ULR）、长波有效辐射（Ln）呈波浪形;各辐射总量除Ln 外,均为雨季大于旱季;海南岛橡胶林DR年总量为5 356.99 MJ/m2,NR、UR和Ln占其比例分别为67%、15%和18%;NR通量分配率日变化呈倒“U”型曲线,Ln和UR通量分配率则呈“U”型曲线。另外,文章还研究了各辐射通量间的关系。2010年全年反射率均值为14.18%,全年DLR与ULR之比为92.89%,净辐射NR与太阳总辐射DR关系最为密切。     

秦巴山区地表太阳辐射的时空动态及农业气候区划研究

运用GIS空间分析,研究了秦巴山区1960—2015年地表太阳辐射的时空动态。结果表明：① 秦巴山区地表太阳辐射量年平均值为4 482.77 MJ/m²,呈现由南向东北、西北递增的态势;年际变异系数为8.85%,呈现由西南向东北递减的态势。② 地表太阳辐射量年际变化呈明显下降趋势,年平均递减率为?10.17 MJ/m²,1970—1992年下降尤为明显;空间上呈现西北局部不显著的微增和东部普遍显著性的减少。③ 年内地表太阳辐射量呈单峰型,最大值在7月,最小值在12月,空间上由南向西北、东北递增;7月年递减率为?0.49 MJ/m²,以西南剑阁县、北川县和东南保康县递减明显;12月年递减率为?0.715 MJ/m²,以汉滨区递减最快;④ 结合降水量和≥10℃积温,将秦巴山区分为5个农业气候区。秦巴山区地表太阳辐射量呈“北高南低的纬向变化,高纬东西分异”,年内递减区表现为“夏季纬向变化,冬季涡旋状”的空间差异。因此,区域内部地表太阳辐射量空间差异大,利用光能资源助力农业扶贫,应体现区域差异。     

太阳直接辐射光量子通量的气候学计算方法

为了把太阳直接辐射通量密度换算成光量子通量密度,取用了一个简单的大气模式,计算了各种太阳高度、地面气压和大气浑浊度下太阳直接辐射中的光合有效辐射能量通量和光量子通量,从而得到了单位光合有效辐射能量所具有的光量子数。结果表明:这个数是比较稳定的。在平原地区,10—90°的太阳高度范围内,1W.m~(-2)的光合有效辐射通量密度具有4.72±0.11μmol.m~(-2).s~(-1)的光量子通量密度。本文还采用北京地区四个季节定时的太阳直接辐射分光测量资料和高原观测资料检验了模式计算结果的可靠性,获得了满意的结果。     

呼伦贝尔沙地紫外辐射和太阳总辐射特征

利用呼伦贝尔沙地鄂温克自治旗2019年观测的辐射资料,对该地区的紫外辐射和总辐射进行了初步分析.结果表明:紫外辐射、总辐射年变化位相基本相同,年曝辐量分别为240.33、5 142.41 MJ·m-2,年均日曝辐量分别为0.66、14.09MJ.m-2,紫外辐射年均日曝辐量小于西藏拉萨地区;紫外辐射辐照度和总辐射辐照度...     

基于GIS的起伏地形下天文辐射分布式模型——以贵州高原为例

天文辐射是辐射计算、太阳能资源评估及其他相关研究领域重要的起始参量,由于坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局地地形因子的影响,使实际起伏地形下获得的天文辐射与水平面上获得的天文辐射有一定差异。确定实际起伏地形下天文辐射是比较困难的。应用数字高程模型(DEM)数据和地理信息系统(G IS),建立起伏地形下天文辐射分布式计算模型,计算了起伏地形下贵州高原100 m×100 m分辨率天文辐射精细空间分布,分析了局地地形因子对起伏地形下天文辐射的影响。结果表明:(1)贵州高原起伏地形下天文辐射的空间分布具有明显的地域分布特征。(2)贵州高原起伏地形下天文辐射年总量平均为481.7~13 041.8 M J/m2,1月、7月天文辐射分别为0.0~1 244.7 M J/m2、0.0~1 264.8 M J/m2。(3)局地地形因子对起伏地形下天文辐射空间分布的影响随季节和纬度变化,虽然坡度、坡向和地形遮蔽对天文辐射的影响,在太阳高度角较低的1月比太阳高度角较高的7月相对较大,但因为7月水平面获得的天文辐射的强度相对较大,7月局地地形对天文辐射的影响依然显著。因此,贵州高原起伏地形对天文辐射的影响是不容忽视的。     

内蒙古半干旱草原下垫面地表辐射特征

中纬度半干旱草原是全球陆地生态系统的重要类型之一,也是我国北方主要的地表类型,为深入了解我国半干旱草原区陆面对大气的辐射强迫,选取锡林浩特国家气候观象台2010年的辐射观测资料,分析了内蒙古半干旱草原下垫面地表辐射平衡各分量、地表吸收辐射和有效辐射以及地表反照率的日变化和季节变化规律,并与西北典型干旱区作了对比分析。结果表明：半干旱草原区太阳总辐射季节变化特征非常明显,季节平均日积分值由大到小依次为夏季、春季、秋季、冬季,年总量为6 036.64 MJ/m²,与黑河地区绿洲接近,明显小于戈壁和沙漠下垫面的值;半干旱草原地表反射辐射年变化趋势较为复杂,在4～10月由于下垫面植被和土壤类型、湿度等的差异,半干旱草原地表反射辐射月平均值低于黑河地区草地和荒漠的值,但高于农田的值;地表吸收辐射季节变化规律与总辐射保持一致;大气长波辐射年总量为8 155.23 MJ/m²,低于黑河地区草地、荒漠和农田下垫面的值,主要是由于半干旱草原区地理纬度较高,全年平均气温较低造成的;在植被覆盖较好的6～9月,半干旱草原区地表长波辐射月总量为4 532.14 MJ/m²,低于黑河流域的荒漠区,而高于草地和农田的值;半干旱草原区地表有效辐射年总量为2 398.75 MJ/m²,小于黑河地区沙漠和戈壁下垫面而大于绿洲;半干旱草原区地表反照率年均值为0.35,均大于西北干旱区不同下垫面,主要由于半干旱草原区冬春季地表积雪覆盖时间明显长于干旱区,可见,地表积雪对反照率的影响非常大。     

复杂地形下长江流域太阳总辐射的分布式模拟

利用长江流域气象站1960-2005年的观测资料(包括常规气象站点资料和辐射站点资料)、NOAA-AVHRR遥感数据(反演地表反照率),以1km×1km的数字高程模型(DEM)反映地形状况的主要数据,通过基于DEM数据的起伏地形下天文辐射模型和地形开阔度模型,分别建立了长江流域太阳直接辐射、散射辐射和地形反射辐射分布式模型,实现了长江流域太阳总辐射模拟,并对总辐射模拟结果进行了时空分布规律分析和对其受季节、纬度、地形因子(高度、坡度和坡向等)影响的局部规律分析,以及模拟结果的误差分析和站点验证分析。结果显示:太阳总辐射在季节上受影响的程度依次是春季>冬季>夏季>秋季;随着高度、坡度、纬度的增加,太阳总辐射受坡向影响的程度呈增强趋势,从坡向上看,向阳山坡(偏南坡)对太阳总辐射量明显高于背阴坡(偏北坡)。模拟的平均绝对误差为13.04177MJm^-2,相对误差平均值3.655%,用站点验证方法显示:模拟绝对误差为22.667MJm^-2,相对误差为4.867%。     

河西走廊干旱区春季沙尘气溶胶对辐射的影响初步研究

利用2008年春季中美沙尘暴联合观测实验中张掖站晴朗少云天正午的地表辐射和太阳光度计资料,计算分析了沙尘气溶胶对太阳辐射和大气逆辐射的影响,结果表明：沙尘对太阳总辐射有一定程度的削弱作用,经估算,大气浑浊度每增加0.1,太阳总辐射平均减少约10.45 W·m^-2;当大气浑浊度一定时,沙尘粒子越小,对太阳总辐射的削弱效率就越高;大气浑浊度小于0.3时,大气逆辐射有随大气浑浊度的增加而增加的趋势,大气浑浊度大于0.3时,大气逆辐射随大气浑浊度增加有减小的趋势。