我国太阳辐射量区域性变化特征研究*

对我国近35年来到达地面的太阳辐射量观测资料进行方差分析和统计检验,结果表明:从70年代开始,我国太阳直接辐射和总辐射量普遍减少,变化趋势分别为-246MJ/m2·10a和-16.8MJ/m2·10a,减少量最大中心在长江流域。太阳散射辐射量在东北、华北以及南方地区增加,在长江流域和西北地区减少。此外,用太阳辐射量倾向率的形式归纳出我国四种典型的区域性太阳辐射量季节变化特征。     

基于LM-BP神经网络的西北地区太阳辐射时空变化研究

定量模拟太阳辐射对认识西北地区气候变化至关重要,但西北地区辐射站点稀少,而气象站点较多,利用众多的气象站点观测值模拟太阳辐射是获得太阳辐射数据很好的方法之一。利用LM (Levenberg-Marquardt) 算法对普通的BP神经网络进行优化（优化后的BP神经网络简称LM-BP神经网络）模拟太阳辐射,通过与传统气候模型模拟的太阳辐射结果对比发现,LM-BP神经网络模型的模拟精度最高,模拟值与实测值的拟合程度明显优于H-S模型和A-P模型。由此利用西北地区159个气象站点的气象数据和LM-BP神经网络模型模拟了1990~2012年这些气象站点的太阳总辐射月总量,将LM-BP神经网络模拟的气象站点的太阳辐射和25个辐射观测站的实测太阳辐射数据相结合,通过空间插值得到了西北地区太阳总辐射的空间分布,并分析了其时空分布及变化特征。研究结果发现西北地区1990~2012年的年均总辐射月总量变化为262~643 βMJ/m²,呈现“中间高,两端低”的空间分布特征。LM-BP神经网络模型的模拟精度高,是一种很有发展前景的辐射模拟方法,可将其应用在无辐射观测地区的太阳辐射模拟中。     

昆明市太阳辐射变化特征及影响因子分析

根据1993—2016年昆明市24 a太阳辐射及其他相关资料,采用回归分析、Mann-Kendall突变检验、小波分析和灰色关联度等方法,分析昆明市地面太阳辐射变化特征,并对其影响因子进行了分析。结果表明,近24 a来昆明市地面接收年太阳辐射量在4620.21~6221.65 MJ/m ²之间变化,最大值出现在2016年,最小值出现在2008年,平均每年的太阳辐射为5598.06 MJ/m ²,且整体上呈现波动式上升趋势。昆明市干湿季分明,干季(11月—次年4月)地面得到的太阳辐射量较多,为2825.22 MJ/m ²,雨季(5—10月)较少,为2774.41 MJ/m ²;一年中地面接收太阳辐射量最多月份在4月,其值为604.75 MJ/m ²,最少的是12月,其值为361.01 MJ/m ²,相差243.74 MJ/m ²。地面接收的太阳辐射有一个突变点为2014年,但不明显。年小波分析表明,近24 a昆明市各年地面接收的太阳辐射量主周期为15 a;季节小波分析发现,干季比雨季振幅大,其主周期都为19 d。近24 a昆明市地面太阳辐射受自然和人为因子共同影响,其中自然因子对太阳辐射影响最大的是降水量,人为因子中对太阳辐射影响最大的是工业总产值,且自然因子的作用大于人为因子。     

塔克拉玛干沙漠北缘过渡带紫外辐射和总辐射特征

利用塔克拉玛干沙漠北缘沙漠-绿洲过渡带肖塘地区2011年直接探测的辐射资料,对该地区紫外辐射、总辐射状况进行了初步分析。结果表明:紫外辐射、总辐射年变化位相基本相同,年曝辐量分别为242.62、5441.31 MJ\5m-2,分别比塔克拉玛干沙漠腹地少21%、10%,年平均日曝辐量分别为0.68、15.35 MJ\5m-2。总辐射辐照度最大值为1329.6 W\5m-2,紫外辐射辐照度最大值为62.7 W\5m-2,出现在6月。沙尘暴对紫外辐射的减弱作用最明显,扬沙次之,浮尘减弱作用最小。紫外辐射日平均曝辐量占总辐射日平均曝辐量的3.36%～7.25%,年平均曝辐量占4.45%。     

基于地形的福建省太阳辐射模拟计算及评估

取分布式模拟方法,利用福建省69个气象站1971—2007年日照资料及100 m×100 m分辨率的高程数据,计算了福建省范围内历年1—12月的太阳辐射量.结果表明,福建省年太阳总辐射主要在3 800~5 300 MJ/m2之间,年太阳直接辐射在1 800~2 800 MJ/m2之间;月太阳辐射介于230~590 MJ/m2之间,其中6—9月为一年中辐射较高的4个月份.太阳辐射的高值区主要位于福建东南部的莆田、泉州、厦门、漳州4市的沿海一带,年太阳总辐射超过4 500 MJ/m2,年太阳直接辐射超过2 100 MJ/m2.此外,受地形及地表特征的影响,位于福建北部的南平市的部分地区太阳辐射也相对较高.     

秦巴山区地表太阳辐射的时空动态及农业气候区划研究

运用GIS空间分析,研究了秦巴山区1960—2015年地表太阳辐射的时空动态。结果表明：① 秦巴山区地表太阳辐射量年平均值为4 482.77 MJ/m²,呈现由南向东北、西北递增的态势;年际变异系数为8.85%,呈现由西南向东北递减的态势。② 地表太阳辐射量年际变化呈明显下降趋势,年平均递减率为?10.17 MJ/m²,1970—1992年下降尤为明显;空间上呈现西北局部不显著的微增和东部普遍显著性的减少。③ 年内地表太阳辐射量呈单峰型,最大值在7月,最小值在12月,空间上由南向西北、东北递增;7月年递减率为?0.49 MJ/m²,以西南剑阁县、北川县和东南保康县递减明显;12月年递减率为?0.715 MJ/m²,以汉滨区递减最快;④ 结合降水量和≥10℃积温,将秦巴山区分为5个农业气候区。秦巴山区地表太阳辐射量呈“北高南低的纬向变化,高纬东西分异”,年内递减区表现为“夏季纬向变化,冬季涡旋状”的空间差异。因此,区域内部地表太阳辐射量空间差异大,利用光能资源助力农业扶贫,应体现区域差异。     

海河流域太阳辐射变化及其原因分析

太阳辐射是控制气候形成的基本能量,分析太阳辐射的变化有助于深入理解气候变化的原因.本文利用海河流域及其周边46个气象站气象资料以及TOMS(the Total Ozone Mapping Spectrometer)卫星反演逐日气溶胶指数资料,分析了海河流域太阳辐射的时空变化规律,并对太阳辐射变化的原因进行了初步分析.研究结果表明,1957-2008年海河流域太阳总辐射呈明显下降趋势,其中太阳直接辐射下降趋势明显,散射辐射呈增加趋势;从空间分布上看,流域南部和冀东沿海的人口高密度区相比流域北部的燕山和太行山人口低密度区太阳总辐射减小趋势更为明显.对太阳辐射下降原因的研究表明,人类活动造成气溶胶的显著增加可能是引起太阳辐射下降的重要原因.     

海河流域及周边地区太阳辐射变化成因

Solar radiation is an important driving force for the formation and evolution of climate system. Analysis of change in solar radiation is helpful in understanding mechanism of climate change. In this study, the temporal and spatial variations of solar radiation and the cause of the change in solar radiation have been analyzed based on meteorological data from 46 national meteorological stations and aerosol index data from TOMS over the Haihe River Basin and surrounding areas. The results have shown that solar radiation and direct radiation significantly decreased, while scattered radiation increased during the period 1957–2008. Spatially, the decreasing trend of solar radiation was more and more significant from low population density areas to high population density areas. The spatial distribution of increase in aerosol index is consistent with that of decrease in solar radiation. The increase in aerosols resulting from human activities was an important reason for the decrease in solar radiation.     

呼伦贝尔沙地紫外辐射和太阳总辐射特征

利用呼伦贝尔沙地鄂温克自治旗2019年观测的辐射资料,对该地区的紫外辐射和总辐射进行了初步分析.结果表明:紫外辐射、总辐射年变化位相基本相同,年曝辐量分别为240.33、5 142.41 MJ·m-2,年均日曝辐量分别为0.66、14.09MJ.m-2,紫外辐射年均日曝辐量小于西藏拉萨地区;紫外辐射辐照度和总辐射辐照度...     

西北地区居民生活碳排放现状分析及预测

我国西北地区经济发展、居民生活水平和碳排放均低于全国平均水平,随着国家政策倾斜,居民生活条件逐步改善,居民生活碳排放量提升空间较大,排放格局将受影响,这对西北地区本就脆弱的生态环境更加不利。目前有关居民碳排放的研究多集中在人类活动频繁、碳排放量大的我国东、南部地区,较少关注西北地区,但碳排放增加、环境成本加重对于欠发达地区的影响更加深远。其次,研究者关注居民碳排放预测时,通常着眼于数量预测,忽视了空间格局预测,不利于区域间协同发展。基于1997—2016年西北五省居民能源消耗和消费支出数据,首先利用直接系数法和投入产出法测算了1997—2016年西北地区居民生活碳排放,对其现状进行分析;第二,基于标准差椭圆和ARIMA模型从数量和空间格局上对2017—2021年西北居民生活碳排放进行预测。结果表明:1997—2016年,西北居民生活碳排放呈先缓慢后快速的上升趋势。直接碳排放稳定在0.3~0.4×10^8 t;间接碳排放达到2.38×10^8 t;空间分布总体稳定,呈西北—东南分布,移动趋势为西北—东南—西北,标准差椭圆中心在(99.07°E,38.19°N)附近移动。2017—2021年,直接碳排放达到0.543×10^8t;间接碳排放为3.631×10^8 t;主体区域沿X轴发散,Y轴收敛,旋转轴变化小,随着西部大开发和脱贫的推进,新疆排放量次于陕西,增速较快,推动碳排放主体区域向西北移动。旨在为实现西北地区人口、消费、环境协调发展、引导居民树立低碳消费的价值理念建言献策。     

Change of the solar radiation and its causes in the Haihe River Basin and surrounding areas

Solar radiation is an important driving force for the formation and evolution of climate system. Analysis of change in solar radiation is helpful in understanding mechanism of climate change. In this study, the temporal and spatial variations of solar radiation and the cause of the change in solar radiation have been analyzed based on meteorological data from 46 national meteorological stations and aerosol index data from TOMS over the Haihe River Basin and surrounding areas. The results have shown that solar radiation and direct radiation significantly decreased, while scattered radiation increased during the period 1957–2008. Spatially, the decreasing trend of solar radiation was more and more significant from low population density areas to high population density areas. The spatial distribution of increase in aerosol index is consistent with that of decrease in solar radiation. The increase in aerosols resulting from human activities was an important reason for the decrease in solar radiation.     

Radiation balance and the response of albedo to environmental factors above two alpine ecosystems in the eastern Tibetan Plateau

Understanding the energy balance on the Tibetan Plateau is important for better prediction of global climate change. To characterize the energy balance on the Plateau, we examined the radiation balance and the response of albedo to environmental factors above an alpine meadow and an alpine wetland surfaces in the eastern Tibetan Plateau, using 2014 data. Although our two sites belong to the same climatic background, and are close geographically, the annual incident solar radiation at the alpine meadow site(6,447 MJ/(m2·a)) was about 1.1 times that at the alpine wetland site(6,012 MJ/(m2·a)),due to differences in the cloudiness between our two sites. The alpine meadow and the alpine wetland emitted about 38%and 42%, respectively, of annual incident solar radiation back into atmosphere in the form of net longwave radiation; and they reflected about 22% and 18%, respectively, of the annual incident solar radiation back into atmosphere in the form of shortwave radiation. The annual net radiation was 2,648 and 2,544 MJ/(m2·a) for the alpine meadow site and the alpine wetland site, respectively, accounting for only about 40% of the annual incident solar radiation, significantly lower than the global mean. At 30-min scales, surface albedo exponentially decreases with the increase of the solar elevation angle; and it linearly decreases with the increase of soil-water content for our two sites. But those relationships are significantly influenced by cloudiness and are site-specific.     

Analysis of water vapour flux between alpine wetlands underlying surface and atmosphere in the source region of the Yellow River

An underlying wetland surface comprises soil, water and vegetation and is sensitive to local climate change. Analysis of the degree of coupling between wetlands and the atmosphere and a quantitative assessment of how environmental factors influence latent heat flux have considerable scientific significance. Using data from observational tests of the Maduo Observatory of Climate and Environment of the Northwest Institute of Eco-Environment and Resource, CAS, from June 1 to August 31, 2014, this study analysed the time-varying characteristics and causes of the degree of coupling(Ω factor)between alpine wetlands underlying surface and the atmosphere and quantitatively calculated the influences of different environmental factors(solar radiation and vapour pressure deficit) on latent heat flux. The results were as follows:(1) Due to diurnal variations of solar radiation and wind speed, a trend developed where diurnal variations of the Ω factor were small in the morning and large in the evening. Due to the vegetation growing cycle, seasonal variations of the Ω factor present a reverse "U" trend. These trends are similar to the diurnal and seasonal variations of the absolute control exercised by solar radiation over latent heat flux. This conforms to the Omega Theory.(2) The values for average absolute atmospheric factor(surface factor or total) control exercised by solar radiation and water vapour pressure are 0.20(0.02 or 0.22) and 0.005(-0.07 or-0.06) W/(m2·Pa), respectively. Generally speaking, solar radiation and water vapour pressure deficit exert opposite forces on latent heat flux.(3) At the underlying alpine wetland surface, solar radiation primarily influences latent heat flux through its direct effects(atmospheric factor controls). Water vapour pressure deficit primarily influences latent heat flux through its indirect effects(surface factor controls) on changing the surface resistance.(4) The average Ω factor in the underlying alpine wetland surface is high during the vegetation growing season, with a value of 0.38, and the degree of coupling between alpine wetland surface and atmosphere system is low. The actual measurements agree with the Omega Theory. The latent heat flux is mainly influenced by solar radiation.     

中国近46年来冬半年日降水变化特征分析

中国总体冬半年降水总量、日降水强度以及强降水日数都有不同程度的增加趋势。西北地区的变化相对显著,其平均降水量、降水日数及日降水强度都呈增加趋势,特别是20世纪80年代后期发生跃变。华北和中部地区降水总量趋于减少。南方3区多为增加趋势,其中东南和华南与冬季风及欧亚遥相关型有显著的负相关关系,而西南地区日降水参数则与温度和北极涛动指数显著相关。东北地区降水指标没有明显的一致趋势。     

西北地区太阳辐射量变化的研究

根据西北地区１５个日射甲种站观测的近３０年来到达地面的太阳辐射量观测资料，经方差分析表明：太阳散射辐射量有２／５的地区在增加，２／５的地区在减少，还有１／５的地区太阳散射、直接辐射量在时间变化上差异都不明显；太阳直接辐射量有４／５的地区在显著减减少；太阳总辐射量几乎各地都在减少，这种减少趋势大致从１９７８年开始，并且用太阳辐射倾向率的形式概括出３种太阳辐射量季节变化类型。     

气候变暖背景下山西区域地表干湿状况变化

利用1961─2017年山西省67个台站观测资料和FAO Penman Monteith模型,运用统计学方法,研究了山西省近57 a地表干燥度的时空变化,分析了干湿区界限的年代际波动和面积变化,探讨了影响本区域干燥度的主要影响因素,结果表明：以年干燥度指数2.0为标准,山西全省可划分为半干旱和半湿润2个分区,其分区与植被覆盖度十分吻合;山西省北部和东南部地区呈变湿趋势,2000年之后尤为明显,而西南部大部为变干趋势;干燥度指数在1960─1990年代呈波动上升趋势,之后呈下降趋势;降水量在1990年代前呈下降趋势,之后呈上升趋势;蒸散量的变化分3个阶段,1960─1970年代为上升趋势,1980─2000年代较为稳定,之后呈增加趋势;干湿区界限经历了1960─1990年代的东南向位移和之后的西北向位移2个阶段,相应的干旱区面积占总面积的比例由52%扩展到73%,之后缩减到23%;降水量和蒸散量均同干燥度有显著相关性,且降水量同干燥度的相关性大于蒸散量,而相对湿度、平均风速和日照时数同干燥度相关不显著,但同蒸散量显著相关,最高和最低气温同干燥度或蒸散量的相关性均不显著;晋西北沙漠化年代际变化趋势与干燥度变化趋势一致,干湿状况是晋西北沙漠化变化趋势的重要影响因子。     

中国海洋生态安全时空分异及演化趋势研究

基于2006—2016年统计数据,以中国11个沿海地区为例,构建了中国海洋生态安全评价指标体系,评价了中国海洋生态安全时空分异的状况,基于标准差椭圆分析了中国海洋生态安全格局重心转移的状况,最后运用Hurst指数进行了中国海洋生态安全演化趋势的研究。结果显示：在2006—2016年,中国海洋生态安全状况总体呈上升的趋势,海洋生态安全指数均值逐年增加,由0.346 2增加到0.421 0,增长率为21.6%。中国海洋生态安全整体具有阶段性。中国海洋生态安全区域差异呈现逐年扩大的趋势。在空间格局上,中国海洋生态安全整体状况良好,且大致呈现出“以上海为中心南北对称”的空间分布特征。中国海洋生态安全重心变化幅度较小,基本在31°10′N附近南北偏移,呈现以上海为重心的南北偏移,北移的趋势较南移相对明显。在演化趋势上,中国海洋生态安全以很弱的反持续性为主,Hurst指数总体位于?2~2等级,整体变化幅度相对较小,演化趋势呈现空间上的不均衡特征。     

Monthly calibration and optimization of ?ngstr?m-Prescott equation coefficients for comprehensive agricultural divisions in China

?ngstr?m-Prescott equation (AP) is the algorithm recommended by the Food and Agriculture Organization (FAO) of the United Nations for calculating the surface solar radiation (R_s) to support the estimation of crop evapotranspiration.Thus,the a_s and b_s coefficients in the AP are vital.This study aims to obtain coefficients a_s and b_s in the AP,which are optimized for China’s comprehensive agricultural divisions.The average monthly solar radiation and relative sunshine duration data at 121 stations from 1957–2016 were collected.Using data from 1957 to 2010,we calculated the monthly a_s and b_s coefficients for each subregion by least-squares regression.Then,taking the observation values of R_s from 2011 to 2016 as the true values,we estimated and compared the relative accuracy of R_s calculated using the regression values of coefficients a_s and b_s and that calculated with the FAO recommended coefficients.The monthly coefficients,a_s and b_s,of each subregion are significantly different,both temporally and spatially,from the FAO recommended coefficients.The relative error range (0–54%) of R_s calculated via the regression values of the a_s and b_s coefficients is better than the relative error range (0–77%) of R_s calculated using the FAO suggested coefficients.The station-mean relative error was reduced by 1%to 6%.However,the regression values of the a_s and b_s coefficients performed worse in certain months and agricultural subregions during verification.Therefore,we selected the a_s and b_s coefficients with the minimum R_(s )estimation error as the final coefficients and constructed a coefficient recommendation table for 36 agricultural production and management subregions in China.These coefficient recommendations enrich the case study of coefficient calibration for the AP in China and can improve the accuracy of calculating R_s and crop evapotranspiration based on existing data.     

中国西北地区气候态变化对极端天气监测的影响

中国西北地区对气候变化的响应极其敏感,西北地区1961-2013年气候变化趋势,分为Ⅰ态（1961-1990年）、Ⅱ态（1971-2000年）、Ⅲ态（1981-2010年）和Ⅳ态（1961-2013年）等4个气候态。利用西北地区年平均气温和降水资料、日最高气温极值和日最大降水量极值资料,基于两种极端天气事件的定义,分析了气候态变化对极端天气监测的影响。结果表明：年平均气温变化受气候态改变的影响较年降水量更为明显。在Ⅰ态和Ⅱ态下进行气温要素评价分析,会突出气温升高的现象,在Ⅲ态下会出现气温降低,气候态改变对降水量等级影响很小。Ⅰ态、Ⅱ态和Ⅲ态下,在20世纪70年代和90年代以来的两个时段内,日极端高温和日极端降水事件均出现增多,其中Ⅰ态增多幅度最大,Ⅲ态的影响最小。在空间分布上,西北地区受气候态影响的敏感区域,主要是新疆北部、青海北部、甘肃中部和东部、宁夏大部和陕西部分地区。     

中国综合农业分区下的(A)ngstr(o)m-Prescott公式系数逐月校正与优选

(A)ngstr(o)m-Prescott公式是联合国粮食及农业组织(FAO)推荐的计算地表有效总太阳辐射(Rs)数据以支持参考作物需水量估算等研究的简便方法.本文以优选中国综合农业分区的(A)ngstr(o)m-Prescott公式系数as、bs为目标,采用最小二乘回归方法,以全国范围内121个地面气象站点1957-...