由GMS资料估算我国东部地区夏季地表净辐射

利用1994年6月、7月上海和北京地区08—17时地面观测资料及同期GMS卫星红外、可见光数字云图资料，用统计的方法讨论了地表净辐射与卫星测值之间的关系，建立了用卫星资料计算08—17时各时刻地表净辐射和08—17时总地表净辐射的估算模式，并分别以1994年7月1日14时的云图和济南地区为例作了检验。结果表明用卫星数字云图资料估算地面08—17时各时刻地表净辐射和08—17时总地表净辐射是可行的。     

用GMS卫星资料研究我国东南部夏季短波云辐射强迫

利用中分辨率辐射计算模式（MODTRAN3）、站点的温压湿探空资料和美国标准大气的气溶胶、臭氧和微量气体参数，计算出无云情况下的地面总辐射，再与实测地面总辐射结合得出云对太阳的辐射强迫。同时利用GMS卫星资料反演出云辐射参数——反照率和亮温，分析了短波云辐射强迫和云辐射参数的关系，建立了两者的回归模式，用于估算地面资料缺少地区的短波云辐射强迫。     

由GMS卫星资料获取我国夏季地表辐射收支

地表辐射收支是一个重要的基本辐射参数，本文导得卫星可见光和红外波段测值与地表辐射收支的基本关系，据此利用GMS静止气象卫星可见光和红外通道数值化资料和地面辐射收支观测资料，建立了几个由卫星资料估计地面辐射收支的模式，选择效果最佳的一种模式，通过内插方法求取全国辐射收支分布，回归效果与实测结果比较表明，方法有实际应用价值。     

利用气象卫星资料估算内蒙古地区的地面净辐射值

主要研究的是内蒙古地区有云条件下地面辐射收支与卫星测值之间的关系 ,根据地面实测的净辐射值 ,与相应时刻的 GMS卫星测值 (可见光、红外通道 S— VISSR计数值 )进行逐步回归拟合 ,建立有云条件下内蒙古地区卫星测值与地面净全辐射值之间的关系 ,从而可以利用卫星资料通过所建立的关系式估算有云情况下地面净全辐射的分布。     

用GMS—5气象卫星资料遥感监测白天雾的研究

用日本GMS－5静止气象卫星的可见光通道和长波红外通道的资料，采用多通道合成和图像增强技术生成云雾彩色图像，分析了云雾的纹理特征、运动规律和消散规律，探讨了白天雾和低层云的遥感监测和识别方法，对沪宁高速公路沿线大雾进行了实时监测。     

西双版纳热带次生林林窗辐射特征初步研究

利用西双版纳不同季节热带次生林林窗、林内及旷地不同波长太阳辐射的实测资料,比较分析了热带次生林窗不同波长辐射特征。分析得出：热带次生林窗中央与北侧林冠下的不同波长太阳辐射量值在中午前后迅速达到最大后又急速下降的现象明显;林窗内不同波长太阳辐射日总量值均大于林内,小于旷地;林窗中央和北侧林冠下相比较。一般是北侧林冠下的各辐射要素总量值高于林窗中央;林窗区域的总辐射日总量在干热季最高,雨季和雨季后期次之,雾凉季时最小;林窗中央和北侧林冠下的红外辐射及可见光在总辐射中所占份额随季节的变化而不同,充分显示了林窗辐射环境的异质性;与旷地和林内相比,林窗内各测点的红外辐射在总辐射中所占份额高于旷地却低于林内,而可见光占总辐射的比值情况正好相反。     

干旱地区地表辐射的计算——个例研究

我们利用在中国西部黑河流域所进行的陆气相互作用实验的预试验期间地面和卫星观测资料，研究了在于旱地区地表辐射收支演算中所遇到的困难。通过理论辐射传输计算和用卫星资料对云的反演可以得到地表辐射。计算结果与地表测量的太阳辐射和红外辐射比较表明在有些情况下会发生较大的误差。误差主要是由于缺乏气溶胶资料．云反演时的不确定性以及地面观测与卫星测量之间的时间差异所引起。在无云情况下，模式计算的太阳辐射通量系统大于测量值，当地面温度大于50℃和由于不稳定边界层造成尘埃古量大时计算误差特别大，误差的原因是计算中没有考虑气溶胶．我们发现在下午当气溶胶单次散射反射率取为9．5．光学厚度近似地取为0．2时计算误差可以减小，计算的地面太阳辐射通量和实测值比较一致，然而在大气中太阳辐射如此强的吸收原因仍不清楚．对地面测量和卫星测量资料都可以用的个例研究结果表明，地表净太阳辐射通量和红外向下辐射通量的平均误差分别为4．3和-4.7W／m^2．相应的均方根误差分别为17．4和22．1W／m^2．较大的误差出现在云量较少时，这可能是反演中误把气溶胶当成了云所造成的．研究结果强调了气溶胶在地表辐射计算中的重要性。同时，由于该地区地表温度的日变化非常大，而地面红外辐射的计算，要求温度测量有较高的时间分辨率，因此在干旱地区地面辐射计算中，从卫星资料反演气溶胶和地面温度应予以最优先考虑．     

利用卫星云图估算黄河中游地区平均面雨量

介绍了利用卫星云图资料估算黄河中游面雨量的基本方法：将GMS卫星1h间隔的可风和红外云图作为判别的两个特性进行分类，确定红外光线资料的所有最小值点作为对流核；多参照Negri-Adler的方法，应用斜率参数消除卷云；应用－维云模式确定红外线图上对流核的降水率，层状云降水通过一个温度阈值给出。另外，通过2001年7月26日至28日黄河流域出现的一次较强降雨过程进行应用分析，得出结论－－利用卫星云图估算黄河中游地区平均雨量的方法具有很好的实用价值。     

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。     

中国西北地区大气气溶胶散射光学厚度分析

提出一种利用地方气象台站测得的地表宽谱 ( 0 .3～ 4 μm)逐日太阳辐射日总量资料 (包括太阳总辐射和漫射太阳辐射 )来估算晴空无云天气条件下背景大气中大气气溶胶散射光学厚度的方法 ,这主要是基于地表的太阳总辐射和漫射太阳辐射对大气气溶胶散射光学特性的敏感性。该方法建立在观测数据和模式计算结果相互比较的基础上 ,而不需要知道某地相关的云、臭氧或水汽的探空资料。利用此方法 ,我们使用来自我国西北干旱地区 6个地方气象台站 (兰州、敦煌、民勤、格尔木、乌鲁木齐、喀什 ) 1986— 1992年的逐日太阳总辐射和漫射太阳辐射日总量资料 ,得到了大气气溶胶散射光学厚度在年际和月际间的时空变化特征     

SOLAR RADIATION AT GROUND IN EAST-ASIA FROM DATA OF THE GEOSTATIONARY SATELLITE GMS

A method(Rieland,1985)has been modified to determine the downward solar radiation at ground overEast Asia,using GMS-3 data of the satellite with a spatial resolution of 10×10 krn~2 and a time interval of 3hours.The distributions of the monthly mean global radiation are obtained for January,April,July and Octoberof 1985.These results illustrate that the topography effect of the Tibetan Plateau is not negligible.The valuesof global radiation over the high Tibetan Plateau during all seasons are higher than those in the lower-levelsurroundings.By comparing model results with ground observed data, the relative errors in monthly averagesof global radiation are 2.8％ for clear sky and 6.3％,5.3％,5.0％ and 4.5％ for cloudy sky in January,April,July and October,respectively.The relative error in daily global radiation during the snow-free season is lessthan 20％ and larger than 20％ in snow-covered winter.We,however,had no data for these comparisons whichwere measured directly at the Plateau during the year 1985.     

Retrieving daily global solar radiation from routine climate variables

Solar radiation is an important variable for studies related to solar energy applications, meteorology, climatology, hydrology, and agricultural meteorology. However, solar radiation is not routinely measured at meteorological stations; therefore, it is often required to estimate it using other techniques such as retrieving from satellite data or estimating using other geophysical variables. Over the years, many models have been developed to estimate solar radiation from other geophysical variables such as temperature, rainfall, and sunshine duration. The aim of this study was to evaluate six of these models using data measured at four independent worldwide networks. The dataset included 13 stations from Australia, 25 stations from Germany, 12 stations from Saudi Arabia, and 48 stations from the USA. The models require either sunshine duration hours (Ångstrom) or daily range of air temperature (Bristow and Campbell, Donatelli and Bellocchi, Donatelli and Campbell, Hargreaves, and Hargreaves and Samani) as input. According to the statistical parameters, Ångstrom and Bristow and Campbell indicated a better performance than the other models. The bias and root mean square error for the Ångstrom model were less than 0.25 MJ m² day^?1 and 2.25 MJ m² day^?1, respectively, and the correlation coefficient was always greater than 95 %. Statistical analysis using Student’s t test indicated that the residuals for Ångstrom, Bristow and Campbell, Hargreaves, and Hargreaves and Samani are not statistically significant at the 5 % level. In other words, the estimated values by these models are statistically consistent with the measured data. Overall, given the simplicity and performance, the Ångstrom model is the best choice for estimating solar radiation when sunshine duration measurements are available; otherwise, Bristow and Campbell can be used to estimate solar radiation using daily range of air temperature.     

利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响

采用2002年1月、2月、7月、8月每日8～16时(北京时间)的GMS-5卫星云图资料以及相同时次的漠河和郑州两个辐射站的地面净辐射资料,通过读取红外1、红外2、水汽和可见光云图上的卫星计数值,并将卫星计数值按照GMS-5定标表转换成亮度温度和反射率,最终形成一套利用卫星资料研究云对地面净辐射影响的数据集。采用统计的方法将地面净辐射与影响地面净辐射的各因子：太阳天顶角、地面及云面反射率等有关因子进行拟合,发现地面净辐射与这些因子之间有很好的相关性,特别在引入卫星红外通道亮温值减水汽通道亮温值这一因子后,在有云状况下,拟合的相关系数有较明显的提高,原因可能是这一因子包含了云分类的信息,这一方法的提出为利用卫星资料研究云对地面净辐射的影响提出了一个新的思路。     

Estimation and Long-term Trend Analysis of Surface Solar Radiation in Antarctica: A Case Study of Zhongshan Station

Long-term,ground-based daily global solar radiation (DGSR) at Zhongshan Station in Antarctica can quantitatively reveal the basic characteristics of Earth’s surface radiation balance and validate satellite data for the Antarctic region.The fixed station was established in 1989,and conventional radiation observations started much later in 2008.In this study,a random forest (RF) model for estimating DGSR is developed using ground meteorological observation data,and a highprecision,long-term DGSR dataset is constructed.Then,the trend of DGSR from 1990 to 2019 at Zhongshan Station,Antarctica is analyzed.The RF model,which performs better than other models,shows a desirable performance of DGSR hindcast estimation with an R~2 of 0.984,root-mean-square error of 1.377 MJ m~(-2),and mean absolute error of 0.828 MJ m~(-2).The trend of DGSR annual anomalies increases during 1990–2004 and then begins to decrease after 2004.Note that the maximum value of annual anomalies occurs during approximately 2004/05 and is mainly related to the days with precipitation (especially those related to good weather during the polar day period) at this station.In addition to clouds and water vapor,bad weather conditions (such as snowfall,which can result in low visibility and then decreased sunshine duration and solar radiation) are the other major factors affecting solar radiation at this station.The high-precision,longterm estimated DGSR dataset enables further study and understanding of the role of Antarctica in global climate change and the interactions between snow,ice,and atmosphere.     

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。     

山东禹城紫外辐射变化特征及其估测方程的建立

本文对2005～2011年山东禹城地区观测得到的紫外辐射的时间变化特征及紫外辐射与总辐射比值的变化特征进行了分析, 并结合气温、降水和露点温度资料建立了禹城地区的紫外辐射估测方程。结果表明:紫外辐射日累计值的变化范围为0.10～1.20 MJ m-2 d-1, 年平均值为0.468 MJ m-2 d-1;紫外辐射日、季节变化规律与总辐射一致, 季节变化都表现为冬季小夏季大, 最小值出现在1月, 最大值出现在6月, 日变化则呈现早晚小中午大的特征;紫外辐射与总辐射的比值范围为0.023～0.046, 其季节变化特征也是冬季小夏季大, 该比值随晴空指数的增大而减小, 而在晴空指数大于0.5时比较稳定。利用温度日较差(日最高气温与最低气温的差值)建立了紫外辐射估测方程, 决定系数R2达0.80, 平均相对误差为0.19, 估测紫外线等级与实测紫外线等级相差不大于1的数据占95%, 该方法可以较好地进行紫外辐射等级的估测。     

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,...     

利用Nimbus-7行星反射率观测资料估算青藏高原地区的总辐射

本文利用1982年8月—1983年7月期间Nimbus-7行星反射率的月平均资料用“物理模式方法(Raschke and Preuss,1979)”估算了青藏高原及其邻近地区月平均地面总辐射的分布。得到的结果较好地反映了纬度、海拔与云量三个主要因子对总辐射分布的支配作用。根据高原及其邻近地区23个测站的资料,对总辐射的计算值与观测值进行了比较。统计分析表明,相关系数f=0.90,标准误差RMS=27w/m~2,平均绝对误差ABS=21w/m~2(相当于有效平均总辐射的11.7％)。文中还对误差来源和敏感性问题进行了讨论。     

长波区间太阳辐射对气候模拟的影响

长波区间的太阳辐射在气候模式中往往被忽略。利用国家气候中心BCC_AGCM2.0.1大气环流模式,采用矩阵算子辐射传输算法,研究了长波区间太阳辐射对气候模式辐射通量和温度模拟结果的影响。结果表明,以ISCCP和CERES辐射资料为标准,考虑长波区间太阳辐射后,长波区间晴空大气地表向下辐射通量平均误差减小2.05 W/m2,均方根误差减少1.29 W/m2;长波区间晴空大气模式顶向上辐射通量平均误差减小0.70 W/m2,均方根误差减小0.21 W/m2;长波区间有云大气地表向下辐射通量平均误差减小1.38 W/m2,均方根误差减小1.03 W/m2;长波区间有云大气模式顶向上辐射通量平均误差减小0.99 W/m2,均方根误差减小0.30 W/m2。以ECMWF再分析资料为标准,考虑长波区间太阳辐射后,赤道地区上对流层—下平流层区域温度的冷偏差得到改善,对流层顶温度平均误差减小0.27 K,均方根误差减小0.25 K。     

The global energy balance from a surface perspective

In the framework of the global energy balance, the radiative energy exchanges between Sun, Earth and space are now accurately quantified from new satellite missions. Much less is known about the magnitude of the energy flows within the climate system and at the Earth surface, which cannot be directly measured by satellites. In addition to satellite observations, here we make extensive use of the growing number of surface observations to constrain the global energy balance not only from space, but also from the surface. We combine these observations with the latest modeling efforts performed for the 5th IPCC assessment report to infer best estimates for the global mean surface radiative components. Our analyses favor global mean downward surface solar and thermal radiation values near 185 and 342 Wm^?2, respectively, which are most compatible with surface observations. Combined with an estimated surface absorbed solar radiation and thermal emission of 161 and 397 Wm^?2, respectively, this leaves 106 Wm^?2 of surface net radiation available globally for distribution amongst the non-radiative surface energy balance components. The climate models overestimate the downward solar and underestimate the downward thermal radiation, thereby simulating nevertheless an adequate global mean surface net radiation by error compensation. This also suggests that, globally, the simulated surface sensible and latent heat fluxes, around 20 and 85 Wm^?2 on average, state realistic values. The findings of this study are compiled into a new global energy balance diagram, which may be able to reconcile currently disputed inconsistencies between energy and water cycle estimates.