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•MJ-1和4.967 mol•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。     

禹城地区光合有效辐射的计算方法

利用2005年7月-2006年10月在山东禹城对太阳辐射（包括光合有效辐射PAR、可见光辐射VIS、总辐射Q等）、气象要素等进行的4次综合观测资料,初步得到了朋R,VIS的日、季节变化特征并对其进行了分析,结果表明：各辐射的小时累计之比vIS／Q,PAR／Q,PAR／VIS相对稳定,其平均值分别为0．39,1．95（mol／MJ）,4．97（mol／MJ）,但它们均有明显的日、逐日、季节变化,并受水汽、气溶胶、云等因素的影响。同时建立了实际天气PAR,VIS的小时累计经验公式及其转换关系,计算值与观测值均比较接近。当考虑水汽和散射因子时,PAR,VIS的计算值与观测值的相对偏差分别为11．1％,10．6％。限于实际情况,可以只考虑水汽因子的作用来计算PAR和VIS的小时累计值,它们的相对偏差分别为13．3％,12．6％。水汽因子对于PAR,VIS的传输和计算具有重要作用。     

兴隆地区光合有效辐射计算方法

2005年9月11日至2006年9月2日,在河北省兴隆县对太阳辐射（光合有效辐射SPAN、可见光辐射SVIS、总辐射Q等）、气象参数进行了4次综合观测,初步得到了SAR、SVIS等的变化特征。小时累计之比SPAN／Q、SVIS／Q、SPAR／SVIS。相对稳定,其平均值分别为2．03mol／MJ、0．42、4．89mol／MJ,同时它们都表现出明显的日、逐日、季节变化特征,并受到水汽、气溶胶、云等因素的影响。建立了实际天气计算SPAR、SVIS的经验公式及SPAR与SVIS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,SPAR、SVIS计算值与观测值的相对偏差分别为13．3％、12．1％。限于实际情况,也可以只考虑水汽因子,此时,SPAR和SVIS的相对偏差分别为13．8％、12．4％。对于SPAR、SVIS的传输和计算来说,水汽因子具有重要作用,气溶胶因子的作用虽弱于水汽因子,但仍需考虑。     

以能量观点研究可见光辐射在大气中的衰减

2004年9月至2006年10月,在华北地区的4个站开展了太阳辐射、气象参数等的综合测量,得到了可见光辐射QVIS、总辐射Q等的变化特征。水汽和散射因子对QVIS/Q有明显的影响,同时对QVIS也有明显的作用。基于能量观点,建立了实际天气QVIS小时累计值(时累)的经验模式,得到了较好的计算结果。水汽因子对于QVIS在大气中的传输有一定的作用,应该给予足够重视。计算表明,华北地区受水汽因子衰减到达地面的QVIS以及占地面QVIS的比例分别为8.78W·m-2和4.24%,受散射因子衰减到达地面的QVIS以及占地面QVIS的比例分别为171.91W·m-2和95.76%。华北地区受水汽因子和散射因子影响损失于大气中的QVIS分别为16.54W·m-2和311.07W·m-2,这一能量损失有季节变化和区域差别。敏感性实验表明,到达地面的QVIS对水汽因子、散射因子的变化有不同的响应,QVIS对散射因子的变化比对水汽因子的变化更为敏感。水汽因子与可见光辐射之间的关系密切,水汽因子项的真正含义应该是大气中的各种物质成分(气、液、固态)对可见光辐射直接和间接(通过化学和光化学反应,包括均相和非均相过程)利用的总和。利用QVIS经验模式计算了大气顶的QVIS,其计算误差为3.5%。在目前及未来研究中,应重视和考虑消耗于大气中的这部分与水汽有关的能量。采用能量观点与实测资料相配合来理解和探索大气中的物理化学过程和规律是一种有效、实用的方法。     

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.       

气温与地表辐射收支的联系：基于禹城和栾城站点资料的分析

基于对华北禹城和栾城站2005—2006年辐射和气象数据的分析,建立了大气内能与地面总辐射、大气物质吸收、物质散射、大气动能和净辐射之间的能量关系。经验关系可以模拟出2站温度“月平均”的变化规律,其“月平均”计算值与观测值最大正负偏差分别为3.84和-4.05℃,“年均值”计算值与观测值的偏差小于0.36℃。敏感性计算表明,气温对净辐射的变化最敏感,其次是散射因子、吸收因子、地面总辐射、地面风速。净辐射、散射因子、吸收因子、总辐射和地面风速分别增加5%造成气温的变化分别为0.93、-0.40、0.23、-0.20和-0.12℃。研究温度的变化,除了考虑有限的温室气体（如CO2、水汽和臭氧等）的作用,还要考虑其他物质的吸收作用、气液固相物质的散射作用、地表组成和特性的变化、地面风速的变化、总辐射的变化,尤其要重视净辐射的变化。     

香河地区光合有效辐射观测分析研究

利用中国科学院大气物理研究所香河大气综合观测实验站(39°47′N,116°57′E)2004年10月至2005年12月共15个月的太阳辐射观测资料,分析了该地区光合有效辐射与太阳总辐射比值的(PAR/Rs)日变化和季节变化特征,得出月平均PAR/Rs值变化范围在1.808~2.048μE.J-1之间,最大值出现在夏季,最小值出现在冬季,年平均值为1.948μE.J-1。提出了一个利用太阳总辐射观测值计算光合有效辐射瞬时值的参数化算式,用该算式计算得到的PAR与实际观测值的均方根误差为19.28μE.m-2.s-1,有96%的计算值与观测值偏差在±10%以内。比较了香河地区与太湖地区、额济纳地区光合有效辐射瞬时最大值、小时累积最大值及日累积最大值的差异。     

大气臭氧总量的经验计算方法

依据臭氧生消与紫外辐射(UV)能量利用相互作用的观点,考虑与臭氧有关的主要因子UV、大气中物质在化学和光化学反应中对UV能量的吸收、气溶胶粒子的散射等,在分析1990—1992年臭氧总量、太阳辐射、气象资料的基础上,建立了计算臭氧总量的经验模式,其优点是所用资料均可由常规气象站获得。结果表明,计算值与观测值符合得比较好。利用该经验模式计算了北京地区1979年1月—1996年6月的臭氧总量,计算值与观测值同样比较一致,二者相对偏差的最大值、最小值、平均值分别为15.2%、0.05%和4.9%,相对偏差在±10%之内的比例为91.4%,因而该经验模式是合理、可行的。1991年之后北京地区臭氧的下降与Pinatubo火山气溶胶的影响有关。     

近20年北京晴天紫外辐射的变化趋势

在对北京晴天1990年1月～1991年12月太阳辐射观测资料进行了详细分析的基础上,得到了计算晴天紫外辐射的计算公式,结果表明,计算值与观测值吻合得比较好,计算值与观测值的最大相对偏差为6.2%,24个月相对偏差的平均值为1.9%.利用此公式计算了北京晴天1979～1998年的紫外辐射,并给出了1979～1998年紫外辐射的变化趋势,发现近20年北京地区晴天的紫外辐射呈下降趋势,并对其产生原因以及影响紫外辐射的各个因子进行了详细分析.     

额济纳地区苜蓿地光合有效辐射(PAR)的基本特征

利用额济纳地区查干毛道饲草料基地（主要种植苜蓿）内2001年6～9月的辐射观测资料．对该荒漠绿洲的光合有效辐射（PAR）的月变化、日变化、极值及其所占太阳短波辐射比例ηQ的一些基本特征作了分析和讨论,并与张掖、临泽、太湖地区及美国Texas站作了比较,发现该地区PAR的夏季总量、月平均日总量及各项极值都大于前述其它站点,辐射资源十分丰富;晴天日和阴天日PAR的变化有明显的区别;对于ηQ,云和水汽、太阳辐射强度、光周期对它都有影响。     

Observations and estimations of PAR and solar visible radiation in North China

Integrated observations were made of solar irradiance (including photosynthetically active radiation (PAR), visible radiation (VIS), global radiation (G), etc.), and meteorological parameters at 4 stations in North China between September, 2004 and October, 2006. The ratios of hourly sum of PAR to G (H _PAR/H), VIS to G (H _VIS/H), and PAR to VIS (H _PAR/H _VIS) varied smoothly but exhibited significant diurnal, daily, seasonal variations, and were influenced by several factors, such as water vapor, cloud, haze, etc. The objective of this paper is to develop empirical formulas for estimation of hourly and daily sums of PAR and VIS and their relationship under all sky conditions in North China. The calculated PAR and VIS were in agreement with measured values, the relative biases were 13.0?% and 12.4?% for hourly sums, 9.9?% and 9.0?% for daily values, respectively.     

Biogenic volatile compound emissions from a temperate forest,China: model simulation

Emissions of biogenic volatile organic compounds (BVOC) were measured using a relaxed eddy accumulation (REA) technique on an above-canopy tower in a temperate forest (Changbai Mountain, Jilin province, China) during the 2010 and 2011 summer seasons. Solar global radiation and photosynthetically active radiation (PAR) were also measured. Based on PAR energy dynamic balance, an empirical BVOC emission and PAR transfer model was developed that includes the processes of BVOC emissions and PAR transfer above the canopy level, including PAR absorption and consumption, and scattering by gases, liquids, and particles (GLPs). Simulated emissions of isoprene and monoterpenes were in agreement with observations. The averages of the relative estimator biases for the flux were 39.3 % for isoprene, and 27.1 % for monoterpenes in the 2010 and 2011 growing seasons, with NMSE (normalized mean square error) values of 0.133 and 0.101, respectively. The observed and simulated mean diurnal variations of isoprene and monoterpenes in the 2010 and 2011 growing seasons were evaluated for the validation of the empirical model. Under observed atmospheric conditions, the sensitivity analysis showed that emissions of isoprene and monoterpenes were more sensitive to changes in PAR than to water vapor content or to the magnitude of the scattering factor. The emissions of isoprene and monoterpenes in the 2010 and 2011 growing seasons (from June to September) were estimated using this empirical model along with hourly observational data, with mean hourly emissions of 1.71 and 1.55 mg m^?2 h^?1 for isoprene, and 0.48 and 0.47 mg m^?2 h^?1 for monoterpenes in 2010 and 2011, respectively. As formaldehyde (HCHO) is considered as the main oxidation product of isoprene and monoterpenes, it is necessary to investigate the link between HCHO and BVOC emissions. GOME-2 HCHO vertical column densities (VCDs) can be used to estimate BVOC emission fluxes in the Changbai Mountain temperate forest.     

Estimation of Hourly Solar Radiation at the Surface under Cloudless Conditions on the Tibetan Plateau Using a Simple Radiation Model

In this study,the clear sky hourly global and net solar irradiances at the surface determined using SUNFLUX,a simple parameterization scheme,for three stations(Gaize,Naqu,and Lhasa) on the Tibetan Plateau were evaluated against observation data.Our modeled results agree well with observations.The correlation coefficients between modeled and observed values were > 0.99 for all three stations.The relative error of modeled results,in average was < 7%,and the root-mean-square variance was < 27 W m 2.The solar irradiances in the radiation model were slightly overestimated compared with observation data;there were at least two likely causes.First,the radiative effects of aerosols were not included in the radiation model.Second,solar irradiances determined by thermopile pyranometers include a thermal offset error that causes solar radiation to be slightly underestimated.The solar radiation absorbed by the ozone and water vapor was estimated.The results show that monthly mean solar radiation absorbed by the ozone is < 2% of the global solar radiation(< 14 W m 2).Solar radiation absorbed by water vapor is stronger in summer than in winter.The maximum amount of monthly mean solar radiation absorbed by water vapor can be up to 13% of the global solar radiation(95 W m 2).This indicates that water vapor measurements with high precision are very important for precise determination of solar radiation.     

墙面可能晴天太阳辐射小时总量的计算与分布

以卡斯特洛夫公式为理论基础,得到各朝向墙面可能晴天太阳总辐射和直接辐射小时总量的计算方案,计算了我国704个气象站各月代表日各个朝向墙面的逐时辐射值,分析其变化规律,并讨论了最大1h辐射量的全国分布。结果表明：南墙晴天最大1h辐射量随纬度升高而增大,而且在冬季其辐射量在各墙面中最大;东、西墙受纬度因素影响相对较小,在夏季其辐射量在各墙面中最大。     

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。