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。     

用卫星资料计算我国东部地区晴空太阳辐射

根据光的多次散射理论的离散纵标法，利用我国东南沿海地区探空站的资料，计算出不同高度上分谱段的太阳直接辐射和向上，向下散射辐射，与相应时刻的卫星测值（可见光，红外通道S－VISSR计数值）进行逐步回归拟合，建立晴空状况下卫星测值与大气中各高度太阳直接辐射和攻射辐射的统计模式，并将拟合方法进行稳定性检验，据此可以利用卫星资料计算各高度分谱段的太阳直接辐射和散射辐射。     

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.     

晴天地表太阳辐射的参数化

讨论了晴天地表太阳总辐射和地表太阳净辐射瞬时值的参数化方法。首先利用辐射传输模式和中纬度夏季标准大气廓线,分谱带计算晴天各种大气条件下地表反射率取定值时的地表太阳总辐射,并把所得的结果作为标准资料,提出参数化方案。然后将地表反射率的影响作为误差项进行订正,从而得到各种地表反射率条件下的晴天地表太阳净辐射的计算方法。该方法的拟合精度较高,拟合值与辐射模式标准值的平均相对误差在0.3%以下。该参数化公式可以用于大尺度数值模式中地表辐射平衡的计算,以期达到地表辐射平衡计算与模式积分同步进行的目的。     

青藏高原地区地气系统太阳辐射能收支的研究

本文利用1982年8月—1983年7月Nimbus-7的月平均行星反射率资料和根据卫星资料得到的地面总辐射、地表反射率的估算结果,分析了青藏高原地区地气系统(大气顶)的太阳辐射能收支和地表、大气对太阳辐射吸收的时空变化特征,给出了表征太阳辐射能收支的一些基本参数,讨论了以行星反射率为基本参数表征大气、地表对太阳辐射吸收的参数化方法。分析表明:过渡季节5月份的行星反射率极小值的出现对青藏高原地区太阳辐射能收支有重要调节作用;全年平均而言,青藏高原地区被地气系统反射和被大气、地表吸收的太阳辐射的比例为37:18:45。     

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。     

云天地表总辐射和净辐射瞬时值的计算方法

为减少计算机时,满足实时预报要求,全球数值预报模式中的辐射计算频率通常设定为三小时。这样处理会大大减少计算量,但也同时导致较大辐射日变化偏差,并影响模式对地面能量平衡,对流及降水的模拟。为改进这一缺陷,我们开发了一种辐射快速计算方案,可用于计算瞬时地面太阳总辐射和净辐射,使到达地面的太阳辐射计算可与模式积分同步进行,从而改善地面太阳辐射日变化模拟。本文介绍云天的计算方法。该方案所用的输入变量均为预报模式或卫星观测所能提供的量。结果表明：该方案既可用于数值预报模式也可利用观测资料独立计算地面太阳辐射。经与美国能源部大气辐射观测资料检验,该方案的精度很高,地面总辐射瞬时值的平均计算误差小于7%。     

几种水平面太阳总辐射量计算模型的对比分析

利用中国区域1961-1999年39 a间98个常规气象观测数据,建立6个模型分别以天文辐射、干洁大气总辐射和湿洁大气总辐射为起始数据,进行太阳辐射日总量的模拟,对比分析了6个水平面太阳总辐射量计算模型的性能.结果表明:在三种起始数据中,干洁大气总辐射和湿洁大气总辐射均能较好地体现宏观地势对太阳辐射空间分布的影响,以湿洁大气总辐射为起始数据的计算模型拟合精度相对较高.对6个水平面太阳总辐射量计算模型的对比分析发现:2个以日照百分率为主导因子,气温日较差为修正项的综合模型拟合误差最小,精度最高;经典的日照百分率模型次之,但其模型系数最稳定可靠;3个气温日较差模型拟合效果最差.最终选用经验系数稳定、拟合精度较高的日照百分率模型,制作了2001年中国水平面太阳辐射日总量空间分布图.     

复杂地形对计算地表太阳短波辐射的影响

首先利用数字高程数据(DEM)、大气辐射传输模式6S以及野外观测资料计算了复杂地形(青藏高原)上地表入射太阳辐射,然后计算不考虑地形产生的地表辐射的计算误差,对误差进行归一化后得到相对辐射误差.结果显示,相对辐射误差的标准差(即相对地表辐射计算误差绝对值的统计平均值) Se随太阳天顶角的增加呈指数增长,随高度标准差的增加几乎呈线性增长,随数字高程数据的分辨率(或卫星资料的分辨率)降低而降低.利用分步拟合方法拟合了Se随太阳天顶角、高度标准差和数字高程分辨率的变化.利用拟合方程可以计算任意地形条件下,不同分辨率的卫星(或数字高程)资料在不同太阳天顶角情况下,不考虑地形复杂性产生的平均地表入射太阳辐射的计算误差,结果表明,使用中分辨率的卫星(如MODIS)资料计算地表太阳净辐射时,需要考虑地形复杂性.     

四川省太阳能资源气候学计算

利用SMARTS模式计算晴天总辐射,充分考虑大气对太阳辐射的削弱作用和海拔高度的影响,以四川省为例,建立了复杂自然环境条件下基于日照百分率的太阳能资源气候学计算方程。该方法不仅物理意义明确,而且计算结果误差明显降低;与实测值相比,7个辐射站年地面太阳总辐射曝辐量的相对误差均低于7%;与初始值采用天文辐射曝辐量的方法相比,无论是相对误差值还是离散程度,均降低一半以上。该方法较好地解决了在一个地形复杂、气候多变的区域采用同一计算方程的难题,从而有效避免了过去采用分区方法带来的边界不连续问题,对我国东西高差大、干湿变化明显的特殊情况具有应用价值。     

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。     

利用探空资料计算云层对辐射的影响

本文对两次江淮流域的梅雨天气过程作了辐射特征分析。着重考虑了云层对太阳辐射和大气长波辐射的影响。计算时假设云层随高度的分布由大气的湿度决定,方案考虑了大气中云层随高度的分布,所得结果能反映实际大气中各种云的辐射特征。     

GMS卫星资料估算地表旬太阳辐射

GMS－5静止气象卫星较宽的可见光波段，为估算到达地表的太阳辐射提供了极好的信息源。利用GMS－5可见光通道资料，分析估计太阳辐射的可行性，并给出了相应的卫星资料处理方法。利用逐时观测资料和济南日射观测站太阳总辐射小时辐照总量实测资料，建立了可见光反照率与小时辐照总量的统计关系，探讨了旬太阳辐射的估算模型。估算结果与日射站实测结果比较，旬辐射估计量的均方误差为7．7MJ.m^-1，平均相对误差为3．4％。     

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。     

内蒙古自治区太阳总辐射的气候学计算及其时空分布特征

通过对比分析国内外太阳总辐射的气候学计算方法,最终给出内蒙古太阳辐射最佳计算公式。根据内蒙古及周边地区24个太阳辐射观测站历年各月的总辐射和日照百分率,采用最小二乘法拟合出公式中的经验系数,并在分区基础上通过内插将a、b系数推广到内蒙古108个气象站点上,从而建立了内蒙古太阳总辐射计算模型。结果表明：内蒙古太阳总辐射年际变化总体呈下降趋势,但不显著,而且不同区域在减小速率上差异明显。年变化则表现为单峰型变化趋势,以5月辐射量最大,6、7月次之,12月最小。全年和各月总辐射的空间分布形态一致,总的分布趋势由东北向西南逐渐递增。全区年总辐射在4633～6616 MJ·m^-2之间,太阳能资源丰富程度均在丰富级别以上,而且大部分地区属于资源最丰富区和很丰富区,太阳能开发利用潜力巨大。     

太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算及特征分析

为了便于研究水气界面辐射传输、水下光辐照度以及湖泊储热量，探讨太湖地区总辐射概况及其变化。文章在概述当前太阳总辐射气候学计算的主要方法及公式基础上，采用最小二乘法，利用上海、南京、杭州3站1961~2000年共40年的历史资料，确定各站的经验系数，然后内插求出太湖无锡地区的经验系数。由此推导出太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算公式，并利用无锡站日照百分率资料求算出近40年到达地面的太阳实际总辐射。然后利用太湖站1998年的太阳总辐射实测资料检验其公式精度，确定公式的可信度。最后对计算值进行分析，阐述了近40年来太湖无锡地区太阳总辐射的变化特征及其原因。研究结果表明:无锡地区太阳总辐射呈下降趋势，而这种下降主要是由于大气中悬浮物增加所致；总辐射年内变化趋势基本上与天文辐射相吻合，但又存在差异，这主要与梅雨的存在有关。     

利用FY-2C卫星资料估算太阳辐射研究

我国FY-2C气象卫星为估算到达地面的太阳辐射提供可靠的数据源。文章以华中3省（河声、湖北和湖南）为试验区,采用神经网络方法进行FY-2C资料太阳辐射的估算,并与统计方法结果进行比较。结果表明：①FY-2C资料可以用于太阳辐射估算,它的5个波段对太阳辐射的反演均有贡献;②用FY2C资料估算太阳辐射时,神经网络方法精度优于统计方法;③FY-2C估算太阳辐射的误差主要由卫星观测与地面观测的空间和时间范围的差异引起。     

云层与气溶胶对大气吸收太阳辐射的影响

云通过辐射过程对地气系统的能量平衡起着特别显著的调节作用 ,是影响天气、气候以及全球变化的重要因子。近年来 ,有云大气对太阳短波辐射的“异常吸收”又成为云—辐射研究中的一个争论热点。有云大气的短波吸收受到多种因素的影响 ,关于这方面的研究还不够充分。本文通过计算 ,从理论上探讨了若干因素的组合对大气吸收的综合影响。在计算中 ,同时考虑了不同太阳辐射波段、不同太阳入射天顶角、不同云顶高度以及不同下垫面的影响 ,并考虑了包含大气分子、气溶胶和云滴的吸收与散射 ,以及在近红外波段大气自身的热辐射等过程 ,阐明了云与气溶胶在不同波段对大气吸收太阳辐射的影响。     

Solar absorption at the surface and in the atmosphere as determined by different observational methods

Summary The concept of effective cloud cover, elaborated on the basis of an assumption that changes in the net radiation at the top of the atmosphere are mainly caused by changing cloudiness, has been used to deduce solar surface radiation from satellite data. It has been shown that the method permits a calculation of solar surface absorption distributions that agree well with the results obtained by other authors and that the existing disagreement can be to a great extent ascribed to the differences in the data sets and analysis periods. The method allows use of early satellite measurements to get longer time series of the surface radiation budget. In this study, it has been applied to the Nimbus-7 ERB WFOV data for 1979–1986.The net solar flux at the TOA (top of the atmosphere) can be partitioned into absorption at the surface and within the atmosphere. The geographical distributions of all the three quantities as well as the zonal averages of the surface absorption for January and July have been described. Special objectives of the present study are to estimate the interannual standard deviation for the 8-year period and to analyse the shortwave cloud-radiative forcing distributions at the surface and especially within the atmosphere.The standard deviation of the TOA and the surface solar absorption shows a temporal asymmetry, being much larger in January than in July. Noticeable is the disappearance of the wintertime strong variability over the central Pacific in July. As can be expected, the strong variability areas coincide with the strong variability areas of the cloud amount, showing the values up to 27 Wm^–2 at the surface.According to our estimate, the shortwave cloud forcing at the surface is everywhere stronger than that at the TOA, so that the cloud forcing of the atmosphere is negative. This means that in the belt of 58.5° N–58.5° S a cloudy atmosphere absorbs more solar energy than a cloud-free atmosphere. Our mean annual value of the atmospheric cloud forcing for this belt is –11 Wm^–2 which is somewhat stronger than that obtained by other investigators. It must be stressed that this value is within the uncertainty limits.Shortwave cloud forcing of the atmosphere is the strongest in the lower latitude areas of heavy cloudiness above the continents and negligible in the midlatitudes in winter. This gives evidence that the value of the shortwave cloud forcing of the atmosphere is modified by a combination of cloud absorption and cloud albedo.With 4 Figures     

青藏高原地区大气顶净辐射与地表净辐射的关系

地表净辐射为地气系统净辐射与大气层净辐射之差。对大气层净辐射作不同的假定，可将地表净辐射与大气顶辐射收支之间的关系表示成不同的形式。本文利用１９８２年８月—１９８３年７月青藏高原地区地面辐射收支观测资料及同期ＮＯＡＡ－７辐射收支资料，用统计方法讨论了大气顶净辐射与地表净辐射之间的相关性，建立了两者之间的回归方程，并在此基础上分析了青藏高原地区月平均地表净辐射的时空分布特征。