都江堰紫外辐射分析和预报方法

都江堰紫外辐射特征分析及多元回归预报方程的建立研究     

广州紫外辐射强度特征及其与污染物的相关分析

利用广州2014年5月至2016年4月的紫外辐射资料,分析了该地区紫外辐射的变化特征及晴天状况下10:00—14:00逐时紫外辐射强度与空气污染物的关系。结果表明:广州紫外辐射强度具有明显的季节性,夏季最强,春秋季次之,冬季最小;紫外辐射强度最大值的极大值都出现在7月,2014年最大达到了87.61 W/m~2,2015年最大是86.59 W/m~2,其次是6和8月出现的极值只比7月略低,极小值都出现在1月,2015年最小为45.61 W/m~2,2016年最小为48.47 W/m~2,极大值与极小值相差近50%;紫外辐射强度与O_3和CO呈显著正相关,均通过P值0.01的显著性检验,紫外辐射强度与O3的相关系数均0.650,最大相关系数为0.748,表明紫外辐射强度与近地层白天O3质量浓度变化有很好的对应关系;紫外辐射强度与PM_(10)、PM_(2.5)、SO_2、NO_2均呈负相关,与PM10的负相关性要好于与PM_(2.5)的负相关性,与NO_2的负相关性未通过显著性检验,但逐时有增加趋势,表明SO_2和NO_2对紫外辐射有一定的吸收作用。     

菏泽市紫外线辐射变化特征及月预报方程

利用2008年4月至2012年12月菏泽市紫外线观测资料以及地面常规气象观测资料和空气质量资料,分析了该地区太阳紫外线辐射的变化特征及其与各因子的相关关系,并建立逐月预报方程。结果表明:菏泽紫外线辐射年总量达到187.98 W/m2,春夏两季明显高于秋冬两季,5月达到全年的最大值,1月为全年的最小值;3~9月紫外线辐射极大值均可达到5级,其他月份均可达到4级。不同天气条件下紫外线辐射强度存在明显差异,其中晴天紫外线辐射强且稳定,呈抛物线变化;多云天紫外线辐射波动较大,时强时弱;阴天紫外线辐射相对较弱。紫外线辐射强度与风速、能见度、气温呈正相关,与总云量、低云量、相对湿度呈负相关,与SO2、PM10、NO2、PM2.5多呈负相关。基于多元线性回归分析向后剔除变量方法得出的逐月预报方程,经检验总体预报效果较好,对当地紫外线等级预报工作具有参考意义。     

贵阳地区太阳紫外辐射变化特征及主要影响因子分析

利用贵阳地区近6年太阳紫外辐射的观测资料及相关的气象因子,分析了该地区太阳紫外辐射的变化特征。结果表明,贵阳地区紫外辐射逐时平均最大值为21W.m-2（四级强度）,瞬时最大值为26.4W.m-2,未出现很强辐射（五级）的情况;4～9月出现强紫外辐射的时段较长,在10：00～15：00可达四级;13：00强紫外辐射在4～...     

基于EC细网格与BP算法的辐照度预报及检验

在理想晴天天气下，可计算确定位置不同时刻的理论辐照度，但与实际辐照度在不同季节仍存在一定系统误差。利用易县某光伏电站近1年逐15 min实况，提出了一种基于理论辐照度的晴天天气下的系统误差订正方法，并进一步利用欧洲EC细网格预报资料及BP神经网络方法实现了未来24～48 h辐照度的逐15 min预测，得到以下结论：(1)晴天天气下，该系统误差订正方法可有效剔除实况资料中非晴天天气数据的影响，不同季节的平均绝对误差不超过该季节最大辐照度的5%;(2)对24～48 h逐15 min的辐照度预报，经不同季节检验，冬季误差68.5 W/m²、春季误差125.2 W/m²、夏季误差119.5 W/m²、秋季误差53.7 W/m²,对11月份的预报最为理想。该研究成果可有效降低人工筛选工作量，在服务中有很好的实用性和参考性，可作为光伏数值预报的一种有效数据源。     

西安市臭氧污染特征及其与气象条件的关系

基于2014-2017年西安市环保局臭氧观测资料、泾河气象站总辐射和气象资料以及长安气象站紫外辐射和气象资料,对西安市臭氧污染特征及其与气象条件的关系进行了研究。结果表明:西安市臭氧质量浓度的日变化和月变化均呈明显的单峰形态;日最小值22.2μg/m^3和最大值100.7μg/m^3分别出现在07时和16时;臭氧日最大8 h平均质量浓度(用C8h(O3)表示)月均值最大为148.5μg/m^3,最小为30.0μg/m^3,分别出现在7月和11月。总辐射日最大辐照度、日总辐射曝辐量和日紫外辐射曝辐量与C8h(O3)之间具有显著的正相关关系,并且以日紫外辐射曝辐量与C8h(O3)的相关性最高,表明紫外辐射对近地面臭氧质量浓度的影响更为强烈。日最高气温、平均气温、日照时数和C8h(O3)正相关,风速、相对湿度与C8h(O3)负相关,表明晴空时高温、低湿、小风更有利于近地面臭氧的形成。统计关系显示,在5-8月,当日最高气温大于35℃或日最低相对湿度小于40%时,需要警惕臭氧超标污染的发生。     

低纬高原城市紫外辐射变化特征分析

利用昆明2000年紫外辐射实测资料,研究了昆明紫外辐照度的变化特征.主要结果是:位于低纬、高原地区的昆明,紫外辐射最强的时段出现在5月,其平均紫外日曝辐量达2.11 MJ·m;最弱的时段出现在1月,其平均日曝辐量仅为0.75 MJ·m,约为5月相应值的1/3;居中的时段出现在8月,其平均日曝辐量达1.11 MJ·m2,约为5月相应值的1/2.紫外日曝辐量在日总辐射日曝辐量中所占的百分率不是常数,它随季节有明显变化:1月平均为7.75%,5月平均为12.72%,8月则为8.4%.       

一次沙尘天气过程中沙尘气溶胶对辐射的影响

沙尘气溶胶对辐射有显著影响,利用耦合了Shao2004起沙参数化方案的WRF/Chem(大气/化学全耦合模式),模拟分析了沙尘天气过程中沙尘气溶胶对辐射的影响。结果发现沙尘气溶胶可以导致地面向下的短波辐射通量减小42.51%,平均减小-3.30~-49.46 W·m~(-2),最大可达-162.67 W·m~(-2);沙尘气溶胶可以通过自身向外发射长波辐射,导致地面向下的长波辐射通量增大,地面向下的长波辐射通量平均增加为17.49~50.49 W·m~(-2),最大可达99.17 W·m~(-2)。当PM10浓度为10~20 mg·m-3,沙尘气溶胶能够减小地面向下的长波辐射通量,即沙尘气溶胶在该地区对大气具有"保温"作用;白天沙尘气溶胶主要增加大气层顶向上的长波辐射通量,夜间则减少大气层顶向上的长波辐射通量,大气层顶向外的长波辐射通量平均变化为-25.29~28.83 W·m~(-2),最大可达87.22 W·m~(-2)。     

沙漠腹地紫外辐射特征及影响因子分析

利用塔克拉玛干沙漠大气环境观测试验站2007年1—12月紫外辐射和总辐射观测资料,分析了紫外辐射的气候学特征及影响因子。结果表明：紫外辐射7月最大,12月最小。冬季大约只有夏季的2/5多一点。全年瞬时强度峰值在6月,为67.11 W·m-2。紫外辐射在总辐射中所占比例变化位相为单峰型,夏季大,冬季小,春、秋季居中。紫外辐射受云量和沙尘影响很大。与晴天相比,阴天紫外辐射减少31.68%;Sc、Ci云时,平均紫外辐射比晴天时分别减少23.63%、12.53%;沙尘暴天气被削弱了41.91%。     

夏玉米农田气温变化特征及预报模型构建

根据2016年6—9月夏玉米生长季的气候资料和齐河国家气象观测站的同期观测资料,分析不同天空状况下农田的气温变化特征,利用相关和多元线性回归方法,研究农田最低、最高气温与观测站各要素的关系并建立高低温预报方程。结果表明:(1)农田温度有明显日变化,晴天最为明显,阴天最为平缓,05:00—06:00(北京时,下同)气温最低,15:00气温最高,农田与观测站温差绝对值晴天最大,14:00—15:00差值绝对值最大达2.1℃;(2)农田气温与各预报要素的相关程度受天空状况影响,主要影响因子为观测站当天和前一天最低、最高及平均气温等,农田最低气温与观测站当天最低气温相关系数为0.956~0.994,农田最高气温与观测站当天最高气温相关系数为0.825~0.981;(3)构建的预报方程通过了显著性检验,最低、最高气温预报方程的拟合程度均较高,夏玉米拔节后期—成熟期阴天时最低气温预报效果最好,平均相对误差为0.4%,平均绝对误差和均方根误差均为0.1℃。     

基于梯度提升树算法的广州市紫外辐射拟合模型构建与相关因子分析

利用2019—2021年广州市紫外辐射数据、常规气象观测数据以及环境空气质量观测数据,对广州市紫外线辐射强度变化特征及与气象、环境因子的相关性进行分析,选择与广州市紫外辐射显著相关的7种特征因子,采用梯度提升树（Gradient Boosting Decision Tree,GBDT）算法建立广州市紫外辐射拟合模型。〖JP2〗结果表明：①广州市紫外线辐射强度具有明显的季节变化和日变化特征,季节变化表现为夏秋季高、冬春季低的特征。2020、2021年紫外辐射强度的最大值出现在7月,2019年出现在9月。3年紫外线辐射最小值都出现在3月,2020年最小为15.9 W〖DK〗·m-2。〖JP〗日变化呈现出早晚小中午大的特征,于12：00左右达到日最大值;②与紫外线辐射强度显著相关的因子为气温、能见度、总云量、相对湿度、太阳高度角、臭氧(O3)浓度、二氧化氮(NO2)浓度;③紫外线辐射模型拟合效果较好,训练集和测试集的决定〖JP2〗系数R2分别为0．93、0．80,对应的均方根误差RMSE为2.7 W〖DK〗·m－2、4.9 W〖DK〗·m－2。〖JP〗模型拟合估算等级正确的为75%,相差1级的占21%,相差2级的比例为4%。     

2011年2月—2012年1月东南极高原辐射平衡观测研究

利用东南极高原熊猫-1自动气象站2011年2月—2012年1月观测的辐射资料和相关资料,对辐射分量和辐射平衡的季节变化进行了研究。结果表明,夏季是东南极高原获得太阳能的主要时段,总辐射通量夏季平均为365.0 W/m²,总量达到2752.1 MJ/m²,占全年总辐射量的58%。各个季节均能出现总辐射瞬时值大于大气顶水平总辐射,春季发生频率最高,冬季最小,总辐射平均日变化呈单峰型。大气长波辐射除夏季外,日变化不明显。冰雪面长波辐射除冬季外,各季节平均日变化呈明显的单峰单谷型。净辐射12月和1月为很小的正值,其他月份为负值。年平均净辐射为 -8.7 W/m²,表明地表相对于大气为冷源。该站的辐射平衡特征与其他南极内陆高原站相似,雪面具有强烈的辐射冷却效应,导致净辐射绝对值都小于下降风区。     

阿克达拉大气本底站紫外辐射特征及影响因素分析

利用阿克达拉大气本底站基准辐射观测站紫外辐射UV-A和UV-B数据,分析阿克达拉大气本底站紫外辐射和UV-B在不同时间尺度、云量和降水过程的变化特征。结果表明：阿克达拉大气本底站全年紫外辐射年总量达到321.1 MJ/m2,年均日曝辐量为0.88 MJ/m2,UV-B年曝辐量为5.3 MJ/m2,紫外辐射年平均值占总辐射年平均值的比例为5.6%。紫外UV和紫外UV-B的辐射强度的季节变化表现为夏季>春季>秋季>冬季。夏季紫外辐射曝辐量是冬季的2.79倍;UV-B夏季平均日曝辐量是冬季的8.10倍。积雪导致紫外辐射及占总辐射比值增大,积雪期与非积雪期紫外辐射占总辐射比值均值分别为6.53%和5.83%,积雪使地面紫外辐射增加25.89%。在多云与阴雨时可能由于水汽作用大量吸收波长较大的红外辐射致使紫外辐射与总辐射的比值较大。     

民勤地区紫外辐射的观测与模拟研究

利用2010年春季民勤加强观测实验的地面辐射资料,分析了民勤沙漠干旱区总紫外辐射的变化特征,并对该地区的紫外辐射进行了估算和模拟。结果表明,紫外辐射和太阳总辐射表现出一致的变化特征,层云对两者的反射能力比卷云强。2010年6月紫外辐射的瞬时最大值为55.92 W·m-2,平均日总量为1.07 MJ·m-2,紫外辐射与太阳辐射比例的平均值为4.7%,其变化范围在3%~9%之间。根据晴空指数(Kt)与最大紫外辐射(UV0)及太阳总辐射(G)建立了民勤地区紫外辐射(UV)的估算方程:UV=2.94+1.22×(Kt×UV0)和UV=0.047G,均能较好地估计该地区的地表紫外辐射。由于受输入参数精度的限制,辐射传输模式SBDART低估了晴空条件下的紫外辐射,低估的总平均值为1.12 W·m-2(约5.6%),变化范围在-2.8~0.2 W·m-2之间。     

FY-4A辐射产品在贵州山区的检验与订正

本文利用2018年3月12日—2019年2月28日近一年(2018年春季—冬季)贵州山区（从江、三穗、桐梓、贵阳、紫云、兴仁、威宁7站）地面太阳辐照度观测资料对FY-4A反演辐照度进行检验与订正分析。结果表明：（1）卫星反演辐照度取值范围比地面观测小,整体而言反演辐照度偏高,晴空条件下反演精度远高于云条件,正午偏差最小,下午偏差最大。（2）卫星反演辐照度与地面观测辐照度具有较为一致的日变化和季节变化,两者呈显著正相关,相关系数随海拔高度呈负相关。（3）平均偏差往往随着地面观测的增大而减小,当地面观测辐照度大于800 W?m-2时,反演辐照度往往偏小。（4）对地面观测辐照度进行阈值划后,用多元线性回归方法对反演辐照度订正,订正后的产品在贵州具有较好的适用性。     

FY-4A辐射产品在贵州山区的检验与订正

本文利用2018年3月12日—2019年2月28日近一年(2018年春季—冬季)贵州山区（从江、三穗、桐梓、贵阳、紫云、兴仁、威宁7站）地面太阳辐照度观测资料对FY-4A反演辐照度进行检验与订正分析。结果表明：（1）卫星反演辐照度取值范围比地面观测小,整体而言反演辐照度偏高,晴空条件下反演精度远高于云条件,正午偏差最小,下午偏差最大。（2）卫星反演辐照度与地面观测辐照度具有较为一致的日变化和季节变化,两者呈显著正相关,相关系数随海拔高度呈负相关。（3）平均偏差往往随着地面观测的增大而减小,当地面观测辐照度大于800 W?m-2时,反演辐照度往往偏小。（4）对地面观测辐照度进行阈值划后,用多元线性回归方法对反演辐照度订正,订正后的产品在贵州具有较好的适用性。     

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。     

阿里地区狮泉河近30年总辐射和净辐射的变化特征

基于阿里地区狮泉河地气交换综合观测站2019年辐射观测数据和狮泉河气象站1993~2016年辐射观测数据,分析了阿里地区总辐射和净辐射的日循环、日变化、季节变化和年际变化特征。结果表明:（1）阿里地区总辐射和净辐射平均日变化峰值出现在14:30~15:00,总辐射月均值最大值出现在6月,净辐射月均值最大值出现在8月,近20 a来阿里地区总辐射和净辐射的平均日变化峰值和月均值最大值出现时间延后。（2）1993~2016年阿里地区总辐射曝辐量呈微弱的减少趋势,但其日最大辐照度呈极显著降低趋势,而净辐射曝辐量呈极显著增加趋势,但其日最大辐照度呈现微弱的减少趋势。（3）1993~2016年阿里地区总辐射和净辐射日最大值出现时间年均值均呈极显著的延后趋势,年均净辐射日最大值出现时间较总辐射日最大辐照度出现时间平均提前约13 min。      

三江平原紫外辐射变化特征

利用2005~2011年共7年的太阳辐射观测资料对三江平原紫外辐射的时间变化规律及紫外辐射与总辐射比值的变化特征进行了分析,结果表明紫外辐射与总辐射的变化规律一致,日变化为正午大、早晚小;季节变化规律是夏季高、冬季低。紫外辐射日累积值的7年年平均值为0.53 MJ m–2 d–1。紫外辐射与总辐射比值存在着明显日、季节变化特征,日变化特征为正午大、早晚小,而季节变化与紫外辐射的季节变化一致也是夏季大、冬季小。紫外辐射与总辐射比值7年平均为0.0433。利用2011年观测的总辐射、紫外辐射数据,通过紫外辐射与总辐射比值和大气质量数与晴空指数的相互依赖关系,建立了适合于三江地区紫外辐射估算的方程。利用建立的估算方程估算的紫外辐射瞬时值和日累积值与观测值之间的平均相对误差最大分别为8.5%和6.1%。     

北京城市紫外辐射变化特征及经验估算方程

利用2004年4月—2005年6月在中国科学院大气物理研究所铁塔分部的紫外辐射观测数据,分析了北京城市紫外辐射的变化特征,结果表明,紫外辐射的变化规律与太阳总辐射一致,紫外辐射与总辐射的比值变化范围在0.02~0.04之间,晴天恒定在0.03,阴天在0.04左右,在沙尘暴过程中比值最小,为0.02。通过分析紫外辐射与大气质量数和平均晴空指数之间的关系,建立了适合于北京的全天候紫外辐射的估算方程。利用建立的估算方程及观测的总辐射值进行了紫外辐射的估算,紫外辐射的计算相对误差在10%以内。