复杂地形下山西高原太阳潜在总辐射时空分布特征

针对太阳辐射在不同区域及地形地貌条件下的差异,借鉴国内外太阳辐射最新研究成果,考虑地形和大气衰减因子及各种可能的影响因子,基于数字高程模型提取坡度、坡向以及地形遮蔽因子,建立了山西高原太阳潜在总辐射计算模型,进而利用纵跨山西南北的3个辐射观测站的5年逐日太阳总辐射晴空观测资料对模型计算结果进行了检验分析,检验结果表明模型适用可行.利用该模型计算分析了山西高原太阳潜在总辐射的时空变化以及地形因子影响下的变化特征,可望为区域小气候变化以及区域植被、农作物所应用的小气候指标提供重要的基础条件.     

丘陵山地总辐射的计算模式

本文根据对丘陵山地地形参数(平均坡向、坡度和地形遮蔽角)的数值模拟结果,应用试验观测资料,较详细地讨论了山地总辐射的理论计算模式。文中主要讨论了三个问题:山地总辐射理论模式的建立;模式参数的数值试验;模式在大别山南部局部地区的模拟结果及其分析。结果表明,山区总辐射受地形影响非常明显。本模式原则上适用于任何地区各种地形下总辐射的数值模拟。     

复杂地形下黑河流域的太阳辐射计算

基于数字高程模型(DEM)数据,在充分考虑了地形因子对太阳直接辐射和散射辐射的影响后,实际计算了起伏地形下黑河流域的太阳辐射。在忽略地表和大气之间的多次反射后,地表太阳总辐射计为三项:按起伏坡面上实际入射角考虑的太阳直接辐射、经过下垫面天空视角因子订正的坡面天空散射辐射和考虑周围地形反射效应的附加辐射。计算结果表明:局地地形起伏对太阳直接辐射、总辐射空间分布的影响非常强烈,使得复杂地形下不同坡向间总辐射和直接辐射平均计算差额十分显著,且太阳天顶角从较小增大至中等大小时,这两种平均计算差额均加大一倍多;在较小和中等大小太阳天顶角下,不同坡向间总辐射平均计算差额,均较相同条件下直接辐射平均计算差额为小,这是因为总辐射还包括了天空漫射和邻近地形反射辐射因子,这两个因子和坡面上太阳入射方位的变化共同影响地表入射太阳辐射;起伏地形主要使得太阳辐射在局地区域内背阴、向阳坡向间发生显著的重新分配。因此,在复杂地形地区进行太阳辐射计算时必须考虑地形的影响。     

复杂地形下光合有效辐射的遥感估算研究

光合有效辐射(PAR)在不同的陆地生态系统模型中都是重要的输入参数,直接利用卫星遥感数据估算光合有效辐射有利于在空间上强化空间信息的连续性与差异性。针对复杂地形条件下遥感估算模型参数存在的不确定性,以及遥感获取的瞬时PAR难以满足实际应用需求的问题,本研究在岷江上游地区开展了复杂地形下光合有效辐射的遥感估算研究。利用MODIS标准大气产品,采用简化的大气辐射传输模型,综合考虑复杂地形下太阳辐射入射角的变化以及地形遮蔽和邻近地形辐射增强的作用,完成了对瞬时PAR估算结果的地形校正,并通过线性插值方法得到了PAR日总量数据。将估算得到的岷江上游2013年22个晴空天气下的PAR与中国科学院茂县山地生态系统定位研究站同期实测数据的对比显示,瞬时光合有效辐射平均估算误差为7.26%,日总量数据的平均估算误差也为7.26%。结果表明,该模型反演估算瞬时光合有效辐射和时间尺度上推至PAR日总量都能够较好的适用岷江上游的复杂地形条件。     

基于DEM的复杂地形下太阳散射辐射分布式模拟——以贵州高原为例

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,确定实际复杂地形下太阳散射辐射是比较困难的.本文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散射辐射的分布式模型,在模型中还考虑了散射辐射的各向异性.以地形复杂的贵州高原为例,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各月及年的太阳散射辐射精细空间分布.结果表明:(1)局地地形因子(如坡度、坡向和地形遮蔽)对贵州高原复杂地形下太阳散射辐射的空间分布影响较大,随着地形的起伏变化,太阳散射辐射的空间分布明显不同,纬向分布特征不明显.(2)对于太阳散射辐射而言,地形对其的影响仍然很大,在太阳散射辐射计算时也是不容忽视的.     

贵州高原起伏地形下日照时间的时空分布

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, 实际起伏地形下的日照时间与水平面上的日照时间有一定差异。该文建立了一种基于数字高程模型 (DEM) 的起伏地形下日照时间的模拟方法, 计算了起伏地形下贵州高原100 m×100 m分辨率日照时间的时空分布。结果表明:坡度、坡向、地形遮蔽对日照时间的影响较大, 实际起伏地形下日照时间的空间分布具有明显地域特征。1月太阳高度角较低, 坡度、坡向的作用非常明显, 地形遮蔽面积较大, 日照时间的空间差异较多, 日照时间为16~142 h, 最大值约为最小值9倍; 7月太阳高度角较高, 地形遮蔽面积相对较小, 日照时间的空间差异相对较少, 日照时间为133~210 h, 最大值为最小值1.6倍, 但由于7月日照时间相对较多, 局地地形对日照时间影响仍明显。4月、10月日照时间及其变化幅度介于1月和7月之间。     

中国地表太阳总辐射空间化模拟及其时空特征分析

以1960—2019年全国99个气象台站太阳辐射观测数据和839个气象台站的气温日较差为基础数据,利用Bristow-Campbell太阳总辐射估算模型,对中国地表太阳总辐射进行空间化模拟,分析了太阳总辐射的时空变化特征。结果表明,中国地表太阳总辐射南多北少,西多东少,受地形海拔因素影响很大;青藏高原一带的地表太阳总辐射最大,四川盆地及新疆部分盆地区域的太阳总辐射最小;对研究区整体而言,分析期的地表太阳总辐射呈减小趋势,为-0.0074MJ·m-2yr-1。     

贵州高原复杂地形下月平均日最低气温分布式模拟研究

在前人研究的基础上,对以前计算平均日最低气温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太阳总辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了复杂地形下海拔高度、太阳总辐射、日照百分率为参数的月平均日最低气温的分布式模型。应用100 m×100m分辨率的DEM数据、1960—2000年贵州省及周边102个气象站常规气象要素观测资料以及NOAA-AVHRR观测资料、10个气象站的太阳辐射量资料,计算了贵州高原复杂地形下各月及年平均日最低气温空间分布。结果表明:(1)局地地形因子对贵州地区月平均日最低气温的影响较大,月平均日最低气温纬向分布不明显。贵州高原复杂地形下年平均日最低气温大部分地区介于7.5～12.4℃之间,1月平均日最低气温大部分介于-0.6～4.1℃之间,7月平均日最低气温大部分介于15.6～21.3℃之间。(2)月平均日最低气温随海拔高度的增加而降低。南坡随坡度的增大而升高;北坡随坡度的增大而降低。在坡向影响上,1～5月、10～12月偏北坡月平均日最低气温偏低,偏南坡月平均日最低气温偏高;7～8月因太阳高度较高,因此出现相反的情况,北坡高于南坡。     

丘陵山区地面热平衡场数值模拟的初步探讨

本文根据丘陵山区地形参数(平均坡度、坡向及地形遮蔽角)的数值模拟结果,以及在完成山区地面辐射场计算的基础上,从地表能量平衡方程出发,初步建立起零维地表能量平衡模式,并利用考察资料和附近气象站资料,对大别山南段赵公岭山区3.0×3.5km~2范围内100m网格点进行计算,首次绘制出热平衡各分量在该山区的分布图。结果表明,山区地面热平衡场与地形要素配合较好,显示出地形条件的决定性作用。     

起伏地形下四川省太阳直接辐射时空分布特征

利用四川省159个地面常规气象观测站及周边9个太阳辐射站观测资料,基于数字高程模型(DEM)数据,考虑坡度、坡向和地形遮蔽作用的影响,研制起伏地形下太阳直接辐射分布式模型。结合四川省90 m×90 m分辨率的DEM数据,分析起伏地形下四川省太阳直接辐射空间分布特征和时间变化趋势。结果表明:(1)四川省太阳直接辐射纬向分布不明显,受海拔高度、日照百分率、局地地形影响较大;(2)四川省太阳直接辐射年总量东部盆地较低,1 300.0 MJ·m-2,川西高原及攀西地区较大,在1 900.0~3 486.9 MJ·m-2之间;(3)四川省太阳直接辐射时间变化明显,川东盆地太阳直接辐射1 000.0 MJ·m-2的地区有增加趋势,川西地区2 800.0 MJ·m-2的区域在减小,四川省宜宾、都江堰、南充、马尔康太阳直接辐射年总量、1月、7月气候倾向率均0。     

和静县太阳总辐射计算及太阳能资源评估

基于焉耆国家基准气候站1993-2012年逐月太阳总辐射和日照观测资料以及和静、巴音布鲁克1961-2012年月日照百分率资料,建立回归分析方程,推算和静县山区及平原地区逐月的太阳总辐射,对比分析了和静县山区及平原地区太阳总辐射变化特征,从太阳能资源丰富度、资源稳定性及可利用价值等方面对和静县太阳能资源状况进行评估。结果表明：1961-2012年和静县平原及山区太阳总辐射均呈减少的趋势,平原地区7月太阳总辐射最多,山区5月最多,最少值均出现在1月;平原地区属太阳能资源很丰富区,山区为丰富区;平原地区及山区太阳能资源均较稳定;平原地区年平均可利用太阳辐射的天数为286 d,山区为267 d;平原和山区一天中上午和中午是最有利的利用时段。     

山区水库水面气温与太阳辐射的修正及应用

考虑到山区水库库面气象要素受周围地形影响, 结合前人的研究, 库区气温计算方法采用回归余项法并计入地形影响, 而对于库区水面上的太阳辐射计算, 则采用了平行山脊坡地上的简化算法。应用结果表明:由经度、纬度、海拔高度和大地形影响等4项建立的多元线性回归气温方程拟合效果显著; 并用同时期盐边气象站的资料进行检验, 检验精度在0.5℃以内。与平地相比, 在山区地形影响下的二滩库区水面太阳辐射有一定程度的改变量, 同时不同河岸坡度对水库水面接收的太阳辐射有较大影响。该方法有效揭示了山区月平均温度和太阳辐射的时空变化。修正后的气温和太阳辐射符合山区实际情况。     

甘肃马衔山区陆面过程与降水的研究

采用定西的麦田微气象观测,定西、兰州的辐射观测和马衔山区34个气象、水文和雨量站的气候资料,结合NOAA-16卫星的AVHRR资料以及反演的地表植被盖度和反射率,并用SEBAL算法推导出夏季地表净辐射、感热、潜热、土壤热通量密度的区域分布特征,并分析陆面过程对降水的影响。结果表明:本区降水的空间分布与夏季植被盖度对应最好,相关系数高达0.722,其次是土壤热通量和潜热通量,相关系数分别为-0.65和0.615。这表明森林通过降低地表反射率和表面温度,不仅增加地表净辐射,而且减少其用于感热和土壤热通量的消耗。由于林区地表水分多,从而将接收较多的太阳辐射能主要用于蒸散,增加边界层中的水汽。故林区降水远大于植被稀疏的半干旱黄土梁。     

山地风电场开发过程中水土流失相关问题研究进展

风力发电在提供清洁能源的同时亦带来了一定程度的水土流失和生态环境破坏。特别是山地风电场,由于其所在的山区土壤抗蚀性低,且植被破坏后恢复难度大,在开发过程中引起的水土流失问题尤为突出。回顾了山区风电场水土流失特点、影响风电场水土流失关键因子等方面的相关研究成果,并对其进行了总结。山区风电场水土流失具有地域不完整性及扰动多样性的特点,道路施工区、风电机组建设区是水土流失的重点区域;水土流失呈现时空分布不均性特点,水土流失时段主要集中在施工期,且流失剧烈阶段主要发生在每年的降雨集中期;降雨是影响风电场水土流失的关键因子,滑坡稳定性系数在降水期间急剧下降,降水入渗作用促进了边坡变形破坏向不利的一面发展,容易引起水土流失及边坡不稳;降雨侵蚀力指标与降雨量及雨强有关,按照获取气象资料的不同,目前主要采用月降雨量及日降雨量来分别估算降雨侵蚀力;在进行山区风电场水土流失强度预测时,将整个预测区域划分为4~6个单元,确定各预测单元工程扰动前、施工期、扰动后的土壤侵蚀模数,采用类比法结合数学模型法预测造成的水土流失量。     

植被覆盖异常变化影响陆面状况的数值模拟

利用NCAR最新的公用陆面模式CLM3．0，通过数值模拟初步研究了植被叶面积指数（LAI，leafareaindex）异常变化对陆面状况的可能影响，结果表明，植被LAI的异常变化能够引起地表能量平衡、地表水循环等陆面状况的异常。（1）植被LAI的异常变化主要影响太阳辐射在植被与地表之间的分配，以及地表的感热、潜热通量。植被LAI增大，能够引起植被吸收的太阳辐射增加，而到达土壤表面的太阳辐射减小，并导致植被的蒸发、蒸腾潜热通量增加，造成地表的蒸发潜热和感热通量不同程度的减小。（2）植被LAI增大时，植被对降水的拦截和植被叶面的蒸发增大，植被的蒸腾作用也明显增强；植被LAI增加会使得热带地区各个季节的土壤表面蒸发、地表径流减小，而土壤湿度有所增加；LAI增加造成中高纬度地区土壤蒸发的减少主要出现在夏季；LAI增加还能够引起中高纬地区冬、春积雪深度不同程度的增加，造成春末、夏初地表径流的增加。（3）植被LAI增加能够使得叶面和土壤温度有所下降，但植被LAI的变化对叶面、土壤温度的影响相对较小。     

中国不同时间尺度地表太阳总辐射估算研究

利用全国95个气象站点逐日地表太阳总辐射和日照时数资料,通过最小二乘法拟合回归建立地表太阳总辐射气候学计算模型。通过对比分析以日值和月值为起点的地表太阳总辐射计算模型的精度,确定了全国不同省份和区域的不同时间尺度（月、季节、生长季和年）地表太阳总辐射计算模型,并探讨了经验系数a、b值的分布及变化特征。结果表明,以日值和月值为起点建立的月、四季、生长季和年地表太阳总辐射计算模型精度无显著性差异,相对误差均低于8.5%,但以日值为起点的计算模型a、b值变异性更小。在以日值为起点建立计算模型的前提下,全国各地a、b值自西北部向南部减小,且从四季到生长季再到年尺度,随着时间尺度增大,a、b值振幅减小。根据不同省份年地表太阳总辐射计算模型经验系数a、b值,全国可划分为新甘蒙地区、青藏高原地区和中东部地区3个区域,分别确定了每个区域四季、生长季和年尺度下地表太阳总辐射计算模型。各区域不同时间尺度地表太阳总辐射计算模型均通过了显著性检验（p<0.01）,其中青藏高原地区和新甘蒙地区模型相对误差低于8.0%,模拟精度较高。     

重庆山地区域气象要素空间插值方法对比

利用重庆地区1999年和2018年气象数据, 分别采用薄盘光滑样条、协同克里金、普通克里金、反距离加权4种方法, 从年和月两种尺度对气温、降水、太阳总辐射三个要素进行空间插值; 采取交叉验证方法, 用MAE、MRE、RMSE评估插值精度, 确定各要素最优插值方法。结果表明: 气温和太阳总辐射最优插值方法为薄盘光滑样条, 降水为反距离加权; 插值精度上气温、太阳总辐射高值月份优于低值月份, 降水则相反, 但三个要素均表现出年尺度优于月尺度。MRE检验表明, 插值精度为气温>太阳总辐射>降水, 1999年年尺度插值精度分别为1.86%、4.60%、6.87%, 月尺度插值精度分别为2.79%、5.82%、17.42%;2018年太阳总辐射年、月尺度插值精度分别为3.03%、4.88%, 区域站加密后气温、降水年尺度插值精度分别为2.03%、11.20%, 月尺度对应插值精度分别为3.20%、23.14%。     

2011年地面入射太阳辐射变化及其与敏感因子回归分析

太阳辐射是地球上一切生命的源泉,亦是地球天气、气候系统发生发展和演变的能量来源。利用FY2E卫星遥感产品地面入射太阳辐射资料和地面常规观测资料,对2011年鹤壁市地面入射太阳辐射变化特征分析结果表明：鹤壁市2011年地面入射太阳辐射日曝辐量和月累积量的变化有明显的季节性,其年累积量为5721．38MJ·m^-2,日曝辐量3—4月增加迅速,其中3月份环比增长59％。地面入射太阳辐射总体变化趋势可以用一元多项式进行回归拟合,拟合曲线与实测资料的相关系数达0．8。地面最高温度与地面入射太阳辐射存在明显正相关,地面入射太阳辐射增大,地面最高温度就会升高。地面蒸发量对地面入射太阳辐射高度敏感,地面入射太阳辐射增大,地面蒸发量就会增大。通过对地面入射太阳辐射与地面敏感气象要素的多元回归分析发现,地面入射太阳辐射的二元线性回归预测水平高于一元线性回归预测水平。通过地面气象要素的多元线性回归预测,可估算地面入射太阳辐射值,这为相关研究及业务服务等提供了一种获取地面入射太阳辐射的方法。     

气候因子对寒温带落叶针叶林NPP影响的数值试验分析

利用陆面过程与植被生理生长过程耦合的BATS1E模式,使用大兴安岭林区漠河2001年和2002年常规地面气象观测资料和辐射观测资料,对我国北方寒温带落叶针叶林生长与气候因子之间的关系进行了试验模拟分析。结果表明：在不同的时间尺度上。NPP与气候因子之间的关系不同,NPP的日变化与太阳辐射关系最为密切．逐日NPP与日降水量具有一定的反相关关系,月NPP与月平均气温存在着明显的正相关关系。