青藏高原地区NCEP新再分析地面通量资料的检验

利用1979—1998年地面气象站温度观测资料和1982年8月-1983年7月高原热源观测资料,检验了NCEP／DOE新再分析地面气温和地面辐射收支在青藏高原地区的偏差。比较表明,气温和地面辐射量新再分析值能反映实际年变化特征,但其温度值系统性偏低,偏低幅度随地区和季节而变化。由于其气温和地表温度偏低造成地表长波辐射和大气逆辐射系统性偏低;冬季积雪地区的地表吸收太阳辐射和净辐射新再分析值偏小;地面净长波、净短波和总的净辐射与实测的偏差比较小。分析发现,同化模式地形高度与地面气象站海拔高度的差异是造成气温新再分析与实测偏差的主要原因,冬季积雪区地表反照率新再分析值偏大是造成冬季地面净辐射偏小的因素,并加剧了冬季气温新再分析的偏差。其研究对改进气候模拟结果分析有一定的启发。     

珠穆朗玛峰北坡山谷太阳辐射和大气的特征与分析

2006年5月27日～6月30日HEST2006大气科学实验对珠峰北坡山谷的辐射(总辐射、净辐射)和温、湿度、风等进行了综合观测.沿珠峰北坡山谷布设了3个观测站,3个测站的辐射、温度、风都表现出明显的日变化规律,它们在08:00或09:00(地方时,下同)达到极大值.3个测站总辐射和净辐射的日变化都七匕较一致.从日变化最大值出现的时间来看,各站的辐射通量早于气温,气温早于风速.3个测站中任意2站之间辐射(总辐射、净辐射)最大值之比与温度和风速最大值之比均比较接近.因辐射状况、地形结构、大气温度等不同,远离珠峰区域的风一天之内多次改变风向,靠近珠峰区域则24h都为南风.珠峰北坡山谷不同区域风向风速变化存在明显时差,南风强于北风,且持续时间长.研究表明,辐射能量对于珠峰北坡大气运动具有重要的驱动作用,是控制和改变其大气运动方式最基本、最重要的因子.净辐射在不同区域风向转变或风速变化过程中起着决定性的作用.     

漠河地区臭氧的观测和计算

1997年3月上旬,在黑龙江漠河地区对地面和整层臭氧、太阳辐射等进行了短期观测,以初步了解该地区臭氧和辐射的变化规律以及它们之间的相互关系.研究发现,漠河地区近地面臭氧日变化明显,其峰值出现在每日10:00(北京时间)左右,并早于紫外辐射(UV)峰值出现时间.整层大气臭氧总量的日变化特征不明显.基于UV能量守恒,建立了臭氧与其影响因子-光化学、散射、UV等因子之间较好的定量关系和经验模式,并将其用于计算地面、整层大气臭氧小时值和日平均值.结果表明,计算值与观测值吻合的都比较好,它们相对偏差的平均值分别为:地面臭氧小时值(11.9%)和日平均值(9.0%);整层大气臭氧小时值和日平均值-7.4%、1.8%.因此,地面和整层臭氧的经验算法是合理和可行的.利用散射辐射/直接辐射(D/S)和散射辐射/总辐射(D/Q)可以描述大气中的物质如气溶胶、云等的散射作用.采用D/Q表示散射作用可以提高地面臭氧和整层大气臭氧计算的准确度,特别是对云量较大的情况.       

珠穆朗玛峰北坡特殊地形下太阳辐射特征的初步研究

2006年5月27日～6月30日,对珠穆朗玛峰北坡的太阳辐射和气象参数进行了综合测量,主要包括总辐射、反射辐射、大气辐射、地面长波辐射、净辐射、温湿度和风速等。珠峰北坡的各个辐射量和气象参数都表现出明显的、非对称的日变化规律。珠峰北坡的太阳辐射远高于我国的平原地区,总辐射大于太阳常数的现象经常被观测到。研究发现,各个辐射量在9时都表现了一日最大的增长率,并因此导致了此时段及以后时段气温的增加和风速的快速增长,因而珠峰北坡特殊的地形对于地面接收到的辐射特征以及通过辐射过程对气温、大气运动等都产生了非常显著的作用。研究特殊地形条件下的辐射特征、辐射-地表-大气之间的相互作用以及地表和大气对于辐射作用的响应是非常重要的,它将有助于对局地物质与能量交换过程深入、全面的了解。     

晴天地表总辐射和净辐射瞬时值计算方法

以较为精确的大气辐射传输模式为基础,研制出晴天地表总辐射和净辐射瞬时值的计算方案。与以往的经验计算方法不同,该方案将辐射传输带模式的思路引入地面太阳辐射计算,并尽可能将大气中吸收和散射物质对太阳辐射的影响考虑进去,从而使该方法具有较好的精确性和普适性。在此基础上采用了Kokhanovsky等人提出的大气气溶胶反射率和透过率参数化方案,使得气溶胶对地面总辐射和净辐射的影响得到较好的处理。采用的自变量都是数值预报模式或卫星观测能提供的气象要素,因此该方案即可用于数值预报模式或陆面过程模式计算地表辐射平衡,又可以利用卫星观测或再分析资料估算地面太阳能资源分布。利用美国能源部三个大气辐射观测站点2005年全年的观测资料及欧洲宇航局提供的卫星反演气溶胶资料对计算方案进行了检验。结果表明,该方法十分精确,所有点的平均相对误差都小于6%,误差的均方差都小于0.3 W•m^-2。     

利用MODTRAN3计算我国太阳直接辐射和散射辐射

根据光的多次散射理论－离散纵标法，利用我国国家一级辐射测站的大气廓线，计算出晴空大气观测波段不同高度上的太阳直接辐射和向下散射辐射。将模式输出的地面辐射值与地面辐射观测资料进行比较，对不同高度的太阳直接辐射和向下散辐射以及日变化进行了讨论。最终目的是直接由MODTRAN3计算我国辐射空白站的地面辐射值，以弥补我国辐射站稀少，时空分布短缺的不足。     

利用MODTRAN 3计算我国太阳直接辐射和散射辐射

根据光的多次散射理论——离散纵标法,利用我国国家一级辐射测站的大气廓线,计算出晴空大气观测波段不同高度上的太阳直接辐射和向下散射辐射。将模式输出的地面辐射值与地面辐射观测资料进行比较,对不同高度的太阳直接辐射和向下散射辐射以及日变化进行了讨论。最终目的是直接由MODTRAN3计算我国辐射空白站的地面辐射值,以弥补我国辐射站稀少,时空分布短缺的不足。     

多层城市冠层模式的建立及数值试验研究

为在城市气象数值模拟中更好地体现由城市发展引起的下垫面土地利用改变及人为活动对大气过程的影响,建立了基于建筑物三维分布的多层城市冠层模式,冠层内动力方程组考虑了建筑物冠层拖曳力的作用及雷诺应力的影响,通过引入建筑物宽度、间距以及垂直分布密度指数等建筑物形态特征参数,以更好地体现城市复杂地表对大气温度、湿度及动量方程的影响.同时,该模式分屋顶、4个侧壤及地面分别考虑辐射及能量平衡求解表面温度,计算各表面与大气的通量交换,并考虑辐射阴影效应、冠层内部各个面之间的可视因子、以及与冠层内建筑物密度指数、可视因子等相关的多重反射辐射导致的辐射截陷作用.模式的离线检验结果表明:(1)冠层模式计算风廓线与风洞实验测量数据吻合良好;(2)离线冠层模式能够模拟实际小区的风速、温度垂直廓线,并能够较好地体现小区内气温日变化.冠层模式与区域边界层模式耦合检验结果表明:(1)耦合模拟的近地面(2 m处)气温及地表温度的结果明显优于传统的水泥平板方案,尤其是在夜间,水泥平板方案与实测气温最大偏差4 K左右,耦合模拟方案为1-2 K;(2)耦合模拟方案考虑了建筑物对冠层之上的拖曳力影响以及建筑物形态结构对雷诺应力的影响,风速(10 m处)计算结果与观测值相差约在1 m/s,水泥平板方案偏差3 m/s左右.     

太阳紫外辐射在大气中衰减的探讨

在对北京紫外辐射观测资料分析的基础上,提出了参与光化学反应的物质对太阳紫外辐射能量的吸收作用.计算表明北京地区1990年云天比晴天紫外辐射减少约为21W m-2,此值与CeSS等人的观测结果比较接近.这表明了大气中参与光化学反应的物质对光化辐射能量的吸收基本上等于云对太阳短波辐射的"异常吸收"之值.所以,在辐射传输模式、大气化学模式、气候模式中,应该考虑参与光化学反应的物质对光化辐射能量的吸收作用.     

东莞市典型天气的辐射特征及影响因子分析

通过对东莞观测站进行太阳辐射观测,得到2011年1—12月数据,来统计分析地面太阳短波辐射和地面、大气长波辐射的变化特征。分析典型天气的辐射特征及影响这些辐射变化的因子。结果表明:晴天向下短波辐射、反射辐射、地面长波辐射日总量最大,阴天次之,雨天最小。阴天和雨天的大气长波辐射均大于晴天。有云、雨的天气,净辐射的量值及其日变化特征都受到不同程度的影响。     

长江三角洲地面太阳辐射变化和相关因素分析

通过对长江三角洲地区(南京,杭州,上海,合肥)1961-2000年辐射资料的比较,根据中国气象局编写的<气象辐射观测方法>对该地区年地面太阳辐射平均值进行计算,分析长江三角洲地区地面太阳辐射的长期变化及季节差异,并讨论长江三角洲地区两个重要城市杭州和南京的部分与地面太阳辐射息息相关的因子,分析长江三角洲地区直接辐射,散射辐射与总辐射的关系.结果表明:在40 a中长江三角洲地区4个代表城市总辐射长期变化分为两个阶段,1980s为谷值,谷值前有明显的下降趋势,后期总辐射变化趋势发生逆转,就所研究城市而言,1960s到1980s地面太阳总辐射的下降主要是由于直接辐射下降引起的.     

Net total and UV-B radiation at the sea surface

A three-week continuous record from 21 September to 5 October 1988 of solar and terrestrial downward and upward radiation flux densities (1 data set per minute) obtained during the Atlantic Ocean cruise of the R/V Polarstern (ANT VII/1) along 30° W between 30° N and 30° S is evaluated. As the cruise crossed both subtropics and tropics of the Atlantic Ocean, characteristic daily cycles and meridional distributions of the radiation components and atmospheric turbidity were obtained. Special attention is given to the ultraviolet component of global radiation. The influence of cloudiness on the radiation quantities is discussed. As the knowledge of the spatial and temporal distribution of solar and longwave atmospheric radiation at the sea surface is important for numerous meteorological, oceanographic, and physico-chemical investigations, this data set is compared with other measurements of the cruise. This work is the continuation of the measurements made during the cruise ANT V/5 of R/V Polarstern along 30° W between 40° S and 40° N in March/April 1987.     

香河地区光合有效辐射的测量和计算

2004年9月12日—2006年10月31日,在河北省香河县对太阳辐射（包括光合有效辐射PAR、可见光辐射VIS和总辐射Q等）、气象参数等进行了综合测量,初步得到了PAR、VIS等的变化特征。观测表明,小时累计之比PAR/Q、VIS/Q、PAR/VIS相对稳定,2004—2006年的平均值分别为2.164、0.434 mol&#8226;MJ-1和4.967 mol&#8226;MJ-1,同时它们表现出明显的日、逐日和季节变化特征,并受到水汽、气溶胶、云等因素的影响。建立了实际天气条件计算PAR、VIS小时累计值的经验公式以及PAR与VIS转换关系式,计算值与观测值符合得较好。在考虑水汽和散射因子时,PAR、VIS计算值与观测值的相对偏差分别为9.9%和10.8%。限于实际情况,也可以只考虑水汽因子的作用来计算PAR和VIS小时累计值,它们的相对偏差分别为11.1%和11.8%。对于PAR、VIS的传输和计算来说,水汽因子的作用至关重要。散射因子的作用虽然弱于水汽因子,但它的作用不容忽视。     

Relationship between Net Radiation and Broadband Solar Radiation in the Tibetan Plateau

The characteristics of net radiation (R_n)(0.3--10 μm) in Lhasa and Haibei in the Tibetan Plateau were analyzed based on long-term in-situ measurements of surface radiation data. The monthly average of daily R_n reached a minimum during the winter period followed by an increase until May and then a decline until January. This variation is consistent with solar activity. The annual mean daily total R_n values were 0.92 MJ m^-2 d^-1 and 0.66 MJ m^-2d^-1 in Lhasa and Haibei, respectively. A relationship between R_n and broadband solar radiation (R_s) was demonstrated by a good linear correlation at the two sites. R_n can be an accurate estimate from R_s. The estimated R_n values were similar to the observed values, and the relative deviations between the estimates and measurements of R_n were 2.8% and 3.8% in Lhasa and Haibei, respectively. The application of the R_n estimating model to other locations showed that it could provide acceptable estimated R_n values from the R_s data. Furthermore, we analyzed the influence of clouds on R_n by different clear index (K_s), defined as the ratio of R_s to the extraterrestrial solar irradiance on a horizontal surface. The results indicate that more accurate results are associated with increased cloudy conditions. The influence of the albedo was also considered, but its inclusion in the model resulted in only a slight improvement. Because surface albedo is not usually measured, an expression based solely on global solar radiation could be of more extensive use.     

Radiative energy partition and cloud radiative forcing at a Po valley site

Values of downward and upward flux densities of solar and terrestrial radiation were continuously recorded between 1 December 2001 and 30 November 2002 using a four-components radiometer at S. Pietro Capofiume (SPC) in northern Italy (44°39′N, 11°37′E, alt. 11 m a.m.s.l.), which is characterized by a weakly-reflective surface. The aim of the study was to investigate the effects of clouds on surface radiation balance (SRB); the cloud fraction (N) has been retrieved through the inverted form of the parameterization proposed by Kasten and Czeplak [Solar Energy 24 (1980) 177] and cloud types estimated following the methodology of Duchon and O'Malley [J. Appl. Meteorol. 38 (1999) 132]. The cloud radiative forcing (CRF) was evaluated through the Bintanja and Van den Broeke [Int. J. Climatol. 16 (1996) 1281] formula and then associated with cloud type. Experimental results showed that during the measuring period the net shortwave (Sw) balance always decreased with increasing N, whereas the net longwave (Lw) balance increased in all seasons. The net radiation available at the surface decreased with increasing N in all seasons except in winter, where no significant dependency was detected.The analysis of the cloud radiative forcing indicates that all seasons were characterized by a net cooling of the surface except winter, where clouds seem to have no effects on the surface warming or cooling. Taking into account the dependence on solar radiation cycle, an intercomparison between the retrieved cloud types seems to indicate that the effect of stratus was a slight cooling whereas that of cumulus clouds was a stronger cooling of the surface. On the contrary, cirrus clouds seem to have slight warming effect on the surface.The annual trends of mean monthly values of shortwave and longwave radiation balances confirmed that the measurement site is characterized by a temperate climate. Moreover, in spite of the cooling effect of clouds, a monthly radiative energy surplus is available all year long for surface–atmosphere energy exchanges. The analysis is also instrumental for the detection of SRB variations.     

太阳紫外/光合有效辐射表标定方法探讨

平流层臭氧层变薄导致地面紫外辐射增加,紫外辐射的生态、气候学及环境效应使太阳紫外辐射的观测研究逐渐成为辐射研究的前沿问题。地基紫外辐射联网观测是获得紫外辐射时空分布的基础,而定期进行辐射表的标定是获取正确的、具有可比性的观测数据的基本保证。利用USB2000紫外/可见辐射光谱仪,采用标准灯传递能量的标定方法建立了紫外辐射表和光合有效辐射表标定系统,标定后的紫外辐射表不确定度为5%,光合有效辐射表不确定度为5%,能够很好地满足世界气象组织标准。该标定方法简单易行、运行费用低且精度较高,能够很好地进行中国辐射观测网中紫外与光合有效辐射表的标定工作。     

辽宁太阳紫外线辐射特征及强度预报

利用紫外线观测仪器对辽宁4个地区紫外线辐射强度进行观测,研究了辽宁地区紫外线辐射强度的变化特征;分析了影响到达地面紫外线辐射强度的因子,结合MM5数值模式建立了统计预测模型,建立了紫外线辐射强度分级标准和对人体健康影响的对应关系。结果表明:辽宁地区的紫外线辐射强度,总体上是西、北部较东、南部稍强,但相差不大;紫外线辐射强度具有明显的季节变化,夏季最大、冬季最小。每年5～9月紫外线强度维持在一个较高的水平,日最大值出现在每日的11～14时。夏季紫外线对人体的影响最大,冬季基本无影响。云量的变化对紫外线强度的影响较大。紫外线辐射强度预报模型的预测结果较为理想。     

北京地区太阳紫外辐射的观测与分析研究

利用北京地区太阳辐射和其它常规气象观测资料，得到了到达地面的太阳紫外辐射的计算公式，并将计算值与观测值进行了比较，两者吻合得比较好。最后给出了北京地区地面太阳紫外总辐射的变化趋势，计算结果表明，地面太阳紫外总辐射对大气浑浊度的变化比对大气臭氧总量的变化敏感得多。     

天津生态城太阳辐射特征分析及算法评估

利用2014年8月14日—2015年8月12日天津市生态城太阳能观测站和同期气象观测资料，统计分析生态城太阳辐射特征，并对各向同性和各向异性两种倾斜面太阳辐射计算模型的精度和误差来源进行评估，结果表明：生态城水平面和倾斜面曝辐量在月均值、季节和年总量上存在较大差异，利用水平面太阳辐射进行光伏发电预估会存在误差；太阳辐射日变化特征受不同天气条件的影响，电站需根据天气情况调整发电策略，尤其应注意多云或阴天造成的发电功率的间歇性和不稳定；两种计算模型精度相当，整体计算效果较好，引入直射比分段计算函数的不确定性是造成计算误差的主要原因。