黄淮地区辐射模型适用性评价及参数优化

利用1961—2015年黄淮地区8个辐射站太阳辐射和日照时数等常规气象资料,分别评价6种常用的太阳总辐射和有效辐射估算模型在黄淮地区的适用性,同时采用多元回归分析和迭代等方法,对辐射参数进行优化调整,建立了适合本地区的辐射最优化估算模型。结果表明:童宏良公式和邓根云公式分别在估算太阳总辐射和地面有效辐射时的误差最小,相比其余的辐射估算模型,两者在黄淮地区适用性最好。另外太阳总辐射本地化修正模型的相对误差绝对值(value of Absolute Relative Error, ARE)和均方根误差(Root Mean Squared Error, RMSE)分别为16.28%和1.730 MJ·m~(-2)·d~(-1),优于童宏良公式等常用太阳辐射估算模型;有效辐射本地化修正模型的ARE和RMSE分别为23.19%和1.404 MJ·m~(-2)·d~(-1),优于邓根云公式等常用有效辐射估算模型;因此黄淮地区本地化辐射修正模型适用于当地地表净辐射估算,且具有较好的估算精度。     

昌吉市太阳总辐射的气候学计算及其变化特征分析

利用昌吉市1961—1997年的逐日气候资料,对昌吉市1961—1997年多年平均逐日太阳总辐射进行了气候学计算,并分析了其变化特征和变化趋势,结果表明:昌吉市太阳总辐射多年平均年日总量为22.82MJ.m-2.d-1,太阳总辐射在8～9月份最高,12月份最低,昌吉市的太阳总辐射呈逐年下降趋势。     

1961-2009年大同市太阳辐射变化特征及与气象要素的关系

在全球气候变暖背景下,地面接收太阳辐射总量发生改变,探讨自然和人为因素对其影响成为热点。利用线性趋势分析、M-K突变检验和小波分析等方法,分析了1961-2009年大同市地面接收太阳辐射的变化特征,验证地面接收太阳辐射的突变年份和周期变化及未来变化趋势,探讨太阳辐射与相关气象要素的关系。结果表明：近49 a大同市地面接收太阳辐射年平均值为5617.28 MJ/m²,整体呈现明显下降趋势,但2000年后又缓慢上升;大同市地面接收太阳总辐射在1975年发生突变;太阳总辐射的振荡周期为9a,现正处于太阳辐射偏高年份;日照时数逐年递减,地面接收太阳辐射减少,二者呈现显著正相关;降水量在波动中缓慢减少,而地面接收太阳辐射总量减少,二者呈现一定正相关;云量变化逐年减少,但与地面接收太阳辐射相关性不明显,气候的自然因素变化与地面接收太阳辐射的相关性较小。     

1960-2005年京津冀地区地表太阳辐射变化及成因分析

利用1960—2005年京津冀地区的地面太阳辐射资料,综合分析了该地区45年太阳辐射的分布状况和变化趋势,并结合云量、降水量、气溶胶光学厚度和大气含水量,分析了该地区太阳辐射的变化原因。结果表明:(1)京津冀地区的太阳辐射并没有出现20世纪80年代末到90年代中期的"变亮"现象;同期冬、春季总辐射下降,夏、秋季上升;(2)在1985—1997年间,依据总辐射变化情况,京津冀地区被分为截然相反的两个区域:东部地区总辐射增加,倾向率为1.016 MJ.m-2.mon-1.(10a)-1;西部地区总辐射减少,倾向率为10.092MJ.m-2.mon-1.(10a)-1;(3)总辐射增加的区域,主要是由于云量减少、降水量减少所伴随的日照时数增加以及气溶胶光学厚度降低所造成的;(4)总辐射减少的区域,云量、气溶胶光学厚度和降水量变化并不显著,总辐射持续减少。     

浙江省太阳辐射计算及分布特征

太阳辐射是重要的农业资源和立地环境,目前主要依靠公式计算获取,因此选择适当的计算方法是必要的。论文通过比较国内外5种太阳总辐射气候学计算结果与太阳辐射观测值,其方差平均值大小顺序为：孙治安经验公式〈朱志辉经验公式〈左大康经验公式〈翁笃鸣经验公式〈埃斯屈朗方程,因此选择孙治安经验公式Q=Qn[c＋（1-c）s]为浙江省太阳总辐射的最佳计算公式。分析计算结果表明,浙江省年太阳总辐射在4332．19～4870．66MJ·m-2之间,东部沿海多,北部、西部少;多年平均年变化值呈双峰型变化,7月最大,12月或1月最小,6月份为一相对低值;以杭州站为代表分析其气候变化,发现太阳总辐射平均每10a下降20MJ·m-2。浙江省年光合有效辐射在2060．16—2310．07MJ·m-2之间;多年平均年变化呈单峰型或弱双峰型变化,分布特征与太阳总辐射类似,年际间光合有效辐射波动较小,趋势变化持平。     

贵州省分月太阳辐射参数模型计算

利用贵州省2011—2015年10个太阳辐射站观测资料,采用最小二乘法分月拟合太阳辐射计算参数a、b,结合相应站点的地理信息(纬度和海拔高度),建立参数随地理位置变化的分月模型,进行1962—1990年威宁站独立样本检验,利用2001—2010年贵阳站数据与海拔分区法进行比较;结合1981—2010年85个常规气象站日照时数资料和相应站点的地理信息推算累年各月太阳总辐射量,并探讨其空间分布规律。结果表明:用分月参数模型计算贵州省太阳辐射误差更小、精度更高,提高了太阳辐射计算的准确率;贵州省气象台站年平均太阳总辐射在3415.76~4737.04 MJ·m~(-2)之间,西部和西南部多,北部少,其中年总辐射最大值出现在威宁,最低值出现在务川。     

植被对黄河源区水热交换影响的研究

利用2013—2014年6—8月黄河源区近地面的观测数据进行CLM4.5单点模拟植被变化对近地面水热交换影响和能量平衡的研究。结果表明:(1)100%植被覆盖与控制试验(植被覆盖度为50%)向上短波的模拟差值为-6.76 W·m~(-2),裸地(植被覆盖度为0%)与控制试验的差值为7.76 W·m~(-2)。(2)植被覆盖度降低对向上长波辐射的模拟影响较大,其中裸地与控制试验的向上长波辐射模拟差值为5.34 W·m~(-2),而100%植被覆盖与控制试验的向上长波模拟差值仅为-0.62 W·m~(-2)。(3)叶面积指数减少会使地表反照率增大,但辐射通量整体变化幅度不大。其中向上短波平均增加1.35 W·m~(-2),潜热平均减小8.43 W·m~(-2)。(4)叶面积指数增加会使向上长、短波减少,同时潜热通量输送增大,且叶面积指数增加后,向上长波辐射、感热的变化范围略大于叶面积指数减少时。(5)净辐射受到云的影响较大,其变化范围为200~461 W·m~(-2)。6—7月的土壤热通量在2013年不同深度均达到峰值,其中5 cm深处土壤热通量在6—7月的平均值为6.25 W·m~(-2),最大值为30.34 W·m~(-2)。     

梅县区太阳能资源的分析与评估

基于梅县区附近汕头气象站1986—2015年历年各月太阳总辐射和日照时数观测资料,采用最小二乘法建立了梅县站各月太阳总辐射与日照时数的关系方程。用梅县区日照时数观测资料,计算出梅县区1986—2015年太阳总辐射。采用线性趋势法和资源丰富程度、稳定程度等指标,对梅县区近30年的太阳能资源进行了分析和评估。结果表明,梅县区属太阳能资源丰富区,平均年太阳总辐射为4 467.08 MJ/m~2,年最小值为4 159.74 MJ/m~2,年最大值为4 834.0 MJ/m~2,总体呈增加趋势,增加速率为每年1.32 MJ/m~2。夏季辐射丰富,冬季偏少,夏季总辐射量是冬季的1.87倍,月平均总辐射7月最多(502 MJ/m~2),2月最少(268 MJ/m~2)。太阳能资源较稳定,月最大日照时数(7月)大于6 h的天数为21 d,是月最小(3月)日照时数的3倍,2—4月不利于太阳能利用。     

洛阳地区太阳能资源分析与评估

根据1981—2010年郑州辐射站太阳辐射和日照资料、洛阳地区9个气象观测站日照资料,采用气候学计算、线性趋势分析等方法和资源丰富程度、利用价值、稳定程度等指标,对洛阳地区太阳能资源进行了计算、分析和评估。结果表明:洛阳地区多年平均总辐射为4842.4MJ·m-2·a-1,总体呈显著减少趋势,减少速率为每年1.4MJ·m-2。夏季辐射丰富,冬季偏少,夏季总辐射量是冬季的2倍;月平均总辐射5月最多(569.7MJ·m-2),12月最少(241.9MJ·m-2);年总辐射孟津最高,为4922.8MJ·m-2·a-1,宜阳最少,为4681.1MJ·m-2·a-1。多年平均日照时数为2064.7h,总体呈显著减少趋势。春季日照时数多,冬季少,春季日照时数比冬季多33.37%;月平均日照时数5月最多(217.3h),2月最少(138.2h);年日照时数孟津最多(2144.9h),宜阳最少(1909.2h)。洛阳各地属太阳能资源丰富区,利用价值较高,各月日照时数6h的天数为9.8~18.1天,全年为162.7~185.3天;太阳能资源也比较稳定,月最大日照时数12月6h的天数为16.9天,是月最小日照时数7月的1.48倍,12月至次年1月不利于太阳能利用。     

海河流域太阳辐射计算模型评估及时空变异规律

太阳辐射是气候形成和演变过程中重要的驱动力,研究太阳辐射的计算模型及时空变异规律对地球和气候系统意义重大。根据1960-2012年海河流域6个站点太阳辐射资料和45个站点日照时数、气温等气象资料,建立了4种太阳辐射计算模型,采用平均相对误差和Nash-Sutcliffe效率系数评估模型精确程度,在此基础上利用优选出的模型计算45个站点多年逐月太阳辐射值,进而研究海河流域太阳辐射的时空变异规律。结果表明:Angstr9mPrescott模型最适用于估算海河流域的太阳辐射;从时间变化来看,海河流域1960-2012年太阳辐射总体上呈显著下降趋势,平均变化速率为-10 MJ·m-2·a-1,春夏秋冬四季均呈现显著减少趋势,其中夏季减少幅度最大,其次是秋季,春季和冬季减少幅度最小;从空间分布来看,海河流域西北地区多年平均太阳辐射值最高,南部低纬度区域太阳辐射最低,除丰宁站以外的44个站点均呈现太阳辐射减少趋势,最大减少幅度达-27 MJ·m-2·a-1,减少趋势最为明显的是中南部地区。人类活动造成的大气污染物增加可能是海河流域太阳辐射减少的主要原因。     

1961-2010年河北省太阳直接辐射时空分布特征研究

利用1961-2010年河北省周边7个太阳辐射观测站的资料,拟合得出相对精确的河北省太阳直接辐射经验公式,分析了河北省太阳直接辐射时空变化特征。结果表明：河北省近50 a来太阳直接辐射年总量总体呈明显的下降趋势。其中,下降幅度相对较大的石家庄为25%,下降幅度相对较小的唐山为11%。河北省水平面太阳直接辐射年总量近50 a平均值空间差异较大,<2540MJ·m^-2 主要分布在邢台南部,>3510MJ·m^-2 主要分布在张家口西北部,大部分地区介于2540-3300MJ·m^-2 。河北省太阳能资源开发利用潜力比较大的区域主要在张家口的坝上地区。     

2000—2016年中国再分析辐射资料与观测值对比

大气再分析辐射资料克服了传统的地面观测资料缺乏和台站分布不均的缺点,以及卫星遥感反演算法的适用性和传感器精度等问题,采用不同的模型对太阳辐射状况进行动态模拟,并结合实际观测数据对模型进行校正,建立了长时间序列和不同分辨率的数据产品。尽管目前再分析辐射产品评估已经有较多的研究,但是针对我国长时间序列太阳辐射变化的不同再分析辐射资料间的精度对比评估较少,尤其缺乏不同再分析辐射资料空间差异性研究。选取2000—2016年NCEP/DOE、ERA-Interim、GLDASV2.1三种不同空间分辨率的再分析辐射资料,通过对比三种资料与我国辐射观测数据的差异,对三种再分析辐射资料在空间分布和时间序列的适用性进行详细的精确度评估。结果表明,从年资料对比来看,2000—2016年中国区域NCEP辐射资料显著高于其他三种资料,与观测值平均偏差约为1 342.2 MJ/（m2a）,东部地区高估现象严重。ERA辐射资料平均偏差为681.8 MJ/（m2a）,中国西部、华北及华中地区高估严重。GLDAS辐射资料平均偏差最小为130.2 MJ/（m2a）。从月资料对比来看,三种再分析数据在夏秋季月份的精度比冬春季月份要高。冬半年,三种再分析资料在海拔>1 000 m的东北大兴安岭、西北和云南等地相对误差低于海拔 < 1 000 m的华北、华中、华东、西南和华南地区;但夏半年这种分布现象不明显。      

吉林省太阳辐射变化规律及太阳能资源利用研究

为揭示吉林省的太阳能资源变化规律,利用线性回归分析、线性相关分析及M-K检验法对吉林省长春、延吉两个气象站点1960年以来的太阳总辐射资料进行研究。结果表明：吉林省的年平均太阳总辐射为4787.4 MJ/㎡&#8226;a,夏季太阳总辐射最大,春季次之,冬季最小。吉林省年平均太阳总辐射在波动中下降,且下降趋势不显著,20世纪60年代太阳总辐射较高,80年代达到最低值,90年代以后小幅度回升。春、秋、冬三季的太阳总辐射呈不同程度的下降趋势,冬季的下降趋势显著,夏季呈显著增加。吉林省年日照时数在空间分布上呈现出由西向东逐渐减少的地域分布差异;而在时间上也呈现出由春季到冬季依次减少的分布特征。吉林省的太阳能资源总量丰富,变化趋势不显著,这对于吉林省利用太阳能资源是十分有利的。     

山西省太阳能资源时空分布特征及利用潜力评估

按照中国气象局发布的太阳能资源评估方法,利用山西省近30 a 3个辐射观测站的太阳总辐射资料和105个站的日照资料,采用气候学方法计算了山西省的太阳总辐射,在分析山西省太阳总辐射的空间分布和时间演变特征的基础上,计算了山西省太阳能资源的各种参数,对区域太阳能资源潜力进行了客观评估。结果表明山西省太阳能资源储备丰富、稳定、可开发利用日数较多,特别是山西北部地区,尤其适合进行太阳能资源开发利用。     

西南地区夏季高温热浪时空分布特征及其成因

利用98个测站逐日最高气温资料和ERA-interim再分析数据集,对1979~2018年西南地区夏季高温热浪的时空分布特征及其年际变化异常成因进行研究。结果表明:(1)气候平均西南地区夏季高温热浪频次从东南向西北减少,空间差异显著。近几十年来,西南地区高温热浪总体上显著增多,并表现出明显的年际和年代际变化特征。(2)EOF分解第1模态主要表现为全区一致型,可以反映西南地区夏季高温热浪变化的主要特征。第2模态空间分布大致呈现出南正北负的反相变化特征。(3)西南地区高温热浪偏多可能与对流层中层青藏高原以东至朝鲜半岛的明显高压异常相联系。在这个高压异常的控制下,西太平洋副热带高压向西移动,这有利于西南地区降水减少,云量减少,到达地表的太阳短波辐射增加。同时,东亚西风急流位置北移,可以阻止来自中高纬的冷空气入侵西南地区,引起这里降水减少干旱频发。最终,异常干燥和炎热的地表条件,与有利的大气环流背景相配合,从而造成西南地区夏季高温热浪事件的发生。      

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。     

1993—2013年中国地面太阳辐射的变化特征

根据1993—2013年中国15个省份16个站点的辐射观测数据,采用线性倾向估计分析了近20年来中国不同地区的地面太阳辐射的变化特征,并分析了散射系数（散射辐射和直接辐射之比）的变化情况。结果表明：1993—2013年间地面太阳总辐射在西部和东北地区呈上升趋势,在中部和东部地区呈下降趋势。直接辐射在中部地区呈上升趋势,在其他地区表现为下降趋势。散射辐射和散射系数除了新疆的乌鲁木齐和甘肃的兰州减小外,在所有地区几乎都呈上升趋势。散射辐射最大在东南沿海地区,最小在西北（新疆的乌鲁木齐）,但是散射系数在中东部地区相对较大。     

太阳辐射经验系数插值方法的比较

利用江苏省南京、吕泗、淮安3个日射站以及周边省市共10个日射站的逐月日照百分率资料和太阳总辐射资料,利用最小二乘法拟合经验系数a、b,并利用除南京、吕泗2个日射站以外的8个日射站的经验系数a、b,采用多种插值方法计算全省70个站的经验系数a、b,并据此求出70个站点逐月太阳总辐射值并分析其分布特征。结果表明： 采用反距离权重插值法得到的经验系数a、b,误差最小。结论可为求解江苏省各地太阳总辐射提供科学参考。     

太阳辐射经验系数插值方法的比较

利用江苏省南京、吕泗、淮安3个日射站以及周边省市共10个日射站逐月日照百分率资料和太阳总辐射资料,利用最小二乘法拟合经验系数a、b,并利用除南京、吕泗2个日射站以外的8个日射站的经验系数a、b,采用多种插值方法计算江苏省70个站的经验系数a、b,并据此求出70个站点逐月太阳总辐射值并分析其分布特征。结果表明：采用反距离权重插值法得到的经验系数a、b,误差最小。结论可为求解江苏省各地太阳总辐射提供科学参考。     

辽宁省太阳能资源分布及区划初探

根据1971—2006年沈阳、大连和朝阳太阳辐射观测站历年逐月太阳总辐射和日照百分率实测资料,应用统计方法计算辽宁无辐射观测地区的太阳总辐射量,进而了解辽宁省太阳能资源分布情况。结果表明:辽西和沿海地区及长山群岛太阳能资源较好,辽北次之,东部山区较差;春夏季较好,秋冬季较差,5月最好,12月最差。太阳能资源历年变化相对平稳,各年代呈小幅度波动,其中20世纪80年代偏小、90年代偏大,近几年回落。根据各地太阳总辐射年总量,将太阳能资源定为4级评估指标,并将辽宁省太阳能资源划分为丰富、较丰富、一般和贫乏4个区域。