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。     

上海城市对太阳辐射的影响

上海是我国人口密度、建筑物密度和能源消耗量最大的城市,其对太阳辐射的影响十分显著,主要表现为:(一) 自六十年代末期开始,上海龙华台的太阳直接辐射显著减少,散射辐射逐渐增加,总辐射有所减少,而在同时期内上海郊县站则无此变化。谱分析结果表明,上海城市太阳辐射的这一变化趋势,与市区的耗煤量和降尘量密切相关。(二) 由同一时期城市与郊区所观测到的日照百分率和云量记录及回归方程计算,得知城区的太阳直接辐射和总辐射值比郊区小,散射辐射值比郊区大,城市有混浊岛效应。     

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.     

哀牢山亚热带常绿阔叶林林区太阳辐射特征

利用中国科学院西双版纳热带植物园哀牢山森林生态系统研究站林外自动气象站2005-02到2007-12的辐射观测数据,对哀牢山北部山顶亚热带常绿阔叶林林区的太阳辐射平衡各分量的年、季节和日变化特征进行了分析,得出哀牢山林区太阳辐射年总辐射为5 146.4 MJ/(m2·a),干季的太阳总辐射量(2 764.7 MJ/m2)占全年总量的53.7%,雨季的太阳总辐射量(2 381.7 MJ/m2)占全年总量的46.3%.各辐射分量年值占总辐射年值的百分率为净辐射41.3%,反射辐射21.O%,有效辐射37.7%.太阳辐射各分量占太阳总辐射的比率在不同的季节由于天气状况和大气中含水量的不同存在一定的差异,反射辐射和有效辐射的分配率均是干季大于雨季,净辐射的分配率则是雨季大于干季.从全年来看,净辐射分配率的变幅最大(31.1%～51.9%),有效辐射次之(28.6%～48.6%),反射辐射最小(18.4%~24.2%);从分配率的日变化可知,反射辐射和有效辐射均是清晨和傍晚较高,昼间较小,净辐射则相反,各辐射分量分配率在昼间的变化均较小.不同季节各辐射分量占总辐射的比重不同,干季有效辐射所占比重最大,其次是净辐射,反射辐射最小;雨季净辐射所占比例最大,其次是有效辐射,反射辐射最小.与相近纬度的鼎湖山和鹤山林区相比,哀牢山林区总辐射量高于两地,而年均气温(热量)低于两地,由此可以认为哀牢山林区在较低的气温条件下能分布大面积的中山湿性常绿阔叶林,且生长繁茂、发育良好,较强的太阳辐射应是其重要原因之一.     

南极中山站地区太阳辐射的某些特征分析

本文根据1990年1～2月南极中山站的太阳辐射的首次观测数据,分析了该地区太阳分光辐射的变化特征,着重讨论了紫外辐射的变化特征和云对太阳辐射各分量的影响。结果表明,南极中山站地区晴天条件下可见光、近红外和紫外辐射占总辐射的42.2％、53.3％和4.5％;总云量的变化和云类的变化对太阳辐射各分量具有显著的影响。     

利用LM-BP神经网络估算西北地区太阳辐射

气候、生态、水文等模型的应用需要空间连续分布的太阳辐射数据,由于地形等条件的制约,气象站点的分布有限,无法利用稀少的站点获得空间连续分布的辐射数据,而BP(Back-propagation)神经网络模型对太阳辐射具有很好的预测性,但以往的研究都是基于单个站点估算太阳辐射,而且BP神经网络模型存在收敛速度慢、学习时间长等问题,为解决BP算法存在的不足,采用LM(Levenberg-Marquardt)算法优化后的BP神经网络(简称LM-BP神经网络)结合DEM(Digital Elevation Model)数据估算西北地区128个气象站点2011年的太阳总辐射月均值,通过乌鲁木齐和银川两台站的实测数据进行验证,两台站的平均百分比误差分别为2.89%和3.24%,平均偏离误差分别为0.27 MJ·m-2和0.61 MJ·m-2,且拟合优度均0.90。该模型各项误差指标较小,估算精度较高。最后将模型模拟出的辐射值,结合已有的24个辐射站点的实测值进行空间插值,得到西北地区2011年逐月太阳辐射精细化空间分布图。     

晴空下山区太阳辐射模拟

由于太阳辐射在山区的空间分布情况较为复杂,在Arcgis,Envi和C++基础上,提出了一个晴空条件下估算山区太阳辐射分布的模型。在借鉴国内外太阳辐射研究成果基础上充分考虑了地形因素和大气状况,利用Modtran大气辐射传输模型、DEM和Modis反照率数据建立了山区太阳辐射计算模型。以黑河上游山区为试验区,利用该模型模拟得到了黑河上游山区的太阳辐射,分析了坡度、坡向、海拔对太阳辐射空间分布的影响,并利用实测值对模型进行了验证,结果表明：该模型可较好地反映研究区内山区太阳总辐射的分布,可用于山区太阳辐射的估算。     

中国太阳总辐射的气候学计算法研究(英文)

Angstrom-Prescott公式的气候学计算法是应用较广的太阳辐射模拟方法,其系数一般通过线性回归确定。近年来,许多研究显示该系数存在明显的空间变异性,常见的解决方法是将研究区划分子区域逐个拟合。本研究采用1961-2010时段日照时数与太阳辐射站点资料,以天文辐射为起始值,基于地理加权回归得到全国尺度连续变化的Angstrom-Prescott系数。通过高精度曲面建模方法(HASM)构建的日照时数资料和天文辐射曲面,得到国家尺度太阳辐射曲面。空间非平稳和误差比较检验等结果表明,系数存在显著的空间非平稳性;与已有研究相比,本研究的模拟方法效果较好。     

火山喷发对辐射传输影响的研究

本文根据火山灰粒子的辐射光学特性,计算了火山灰粒子和平流层本底的辐射光学参数。另外,采用大气多次散射的辐射传输方程,计算了火山喷发对大气辐射变温的影响效果。结果表明,与平流层本底相比,火山灰粒子具有很强的吸收性。火山喷发使平流层吸收太阳辐射增温,并使到达对流层和地面的太阳辐射减少;同时,对大气长波冷却率的影响甚微。     

川西山区太阳辐射估算及其时空分布特征

山地地表接收的太阳入射辐射由于受到坡度、坡向及地形遮蔽等影响,导致其在时空分布上呈现较高的异质性。为定量分析山地地表太阳辐射的时空分布特征,本研究选择川西山区为研究对象,针对山地特殊地理环境,基于太阳直接辐射、散射辐射和周围地形反射辐射的参数化方案,采用Landsat系列卫星遥感影像数据和30m ASTER GDEM数据定量估算了研究区在不同时期的太阳辐射空间分布,并结合研究区的坡度、坡向、海拔等地形因子,选择夏、秋、冬不同季节对山地太阳辐射时空分布进行了综合分析。结果表明:(1)经过贡嘎山站观测数据的验证,本研究所采用的估算方案能够取得较高的估算精度,平均绝对误差为48.7 W·m-2,相对误差为6%;(2)山地太阳辐射分布具有很强的地形规律,总体特点是山脊大于山谷,阳坡大于阴坡;(3)随着坡度的增加,太阳辐射呈现递减的趋势;而随海拔的上升太阳辐射总体来说呈现增加趋势,只是在低海拔处由于地形遮蔽和山顶由于坡度陡峭造成坡面入射角小而略有回落;(4)在不同的季节,太阳辐射受地形因子的影响程度有所差异,这与太阳高度角的大小有着直接的关系。     

太阳辐射短时临近预报R模型的构建及验证

提高太阳辐射短时临近预报（<6 h）的准确率是确保电网调度的重要举措,也是极具挑战性的技术瓶颈之一。基于云-辐射关系,利用地面观测的太阳辐照度反演的云相对辐射强迫比值,构建了太阳辐射短时临近预报模型（R模型）,并用美国南部大平原中心站16 a的辐照度观测数据,对R模型的预报性能进行了评估。结果表明：（1）有云存在的个例中,R模型较传统的简单持续性模型（Simple模型）的预报性能有很大提升,相比于预报性能较高的智能持续性模型（Smart模型或RCRF模型）仍有2%～25%的改进。（2）在16 a包含2.9×105个8类云状个例的总体检验中,当预报时效超过1 h时,R模型的预报性能显著优于Simple模型和RCRF模型。相对于RCRF模型,R模型在6 h预报时效下,对总辐射和直接辐射的预报性能可分别提高25%和19%,预报时效分别延长了1.5 h和1 h。（3）R模型为太阳辐射短时临近预报提供了准确率更高的基准模型。同时,该模型可仅依靠地面短期的辐照度观测资料即可预报,为缺少同期气象要素观测的光伏电厂的辐射预报提供了新的途径或新的可能。     

应用SUNLIGHT模型求算微起伏区太阳辐射值：以松嫩平原大安古河道区为例

ＳＵＮＬＩＧＨＴ模型充分考虑了地形要素对太阳辐射的影响,适用于计算小流域伯太阳辐射并较精确地描述其在微起伏区的分布特性。利用ＳＵＮＬＩＧＨＴ模型,对松嫩平原大安古河道区太阳辐射的直射辐射和散射辐射进行了计算,并对该古河道区的太阳辐射能的分布作出了精确的描述,为土地潜力评价提供基础。     

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.     

绿洲边缘内外大气中水汽影响辐射传输分析

水汽是大气中影响辐射传输的重要因子之一,实验观测表明在绿洲内外近地层大气中水汽含量存在一定的差异,因此绿洲边缘内外在气中辐射传输特征也不同。本文通过应用ＭＯＤＴＲＡＮ辐射模式和“干旱环境综合研究计划９５”（简称ＡＥＣＭＰ９５）野外实验近地面观测资料,分析了局地大气对达到地面辐射通量密度或辐射率、透射的影响,并与地面观测结果进行了比较,同时对绿洲边缘内外太阳辐射近红外１．５５￣１．７μｍ带和大气窗区     

东亚地区地球—大气系统和大气的辐射平衡

地球-大气系统和大气的辐射平衡是它们的热量平衡的重要粗成部分,这两个问题的研究对于了解地球上太阳辐射能的转换过程、地球和大气的热状况、大气的动态、气候形成的规律性以及与上述问题有关的实际的或理论性问题的综合探讨都具有重要的意义。     

东亚地区地球—大气系统和大气的辐射平衡

地球-大气系统和大气的辐射平衡是它们的热量平衡的重要粗成部分,这两个问题的研究对于了解地球上太阳辐射能的转换过程、地球和大气的热状况、大气的动态、气候形成的规律性以及与上述问题有关的实际的或理论性问题的综合探讨都具有重要的意义。     

地理信息系统支持下的坡面太阳辐射计算

本文介绍了在地理信息系统(GIS)的空间数据席支持下的区域坡面太阳辐射计算方法。使用该方法,可用计算机按地表实际的地形参数计算山区地表接受太阳总辐射,直接辐射和散射辐射的日、月、年总量,揭示其空间分布规律。这对区域的自然与生态环境研宄具有更要价值。     

近40 a来新疆地区太阳辐射状况研究

本文利用1961-2000年间新疆地区的日照及地面太阳辐射观测资料，详细分析了近40a来新疆地区日照和地面太阳辐射的分布和时空变化趋势。研究表明，近40a来新疆地区日照、地面太阳总辐射和直接辐射呈总体下降趋势，但散射辐射的减少不明显。更仔细的分析可以发现，在前3la（1961—1991年）间，日照和地面太阳总辐射的减少趋势，从1978年开始显得更为明显。但是，自1992年开始，这种减少趋势发生逆转，新疆日照和地面太阳总辐射开始增加，不过尚未恢复到40a来的平均值。     

呼伦贝尔草原的太阳分光辐射能和光合潜力

在太阳辐射能中,紫外辐射具有较强的化学效应和生物学效应;可见辐射被绿色植物用来进行光合作用形成物质;红外辐射则具有重要的热学效应。在国民经济的不同领域里,往往不仅需要知道太阳辐射在全波段的能量,还需要进一步了解它的分光辐射特性。     

塔克拉玛干沙漠塔中与巴丹吉林沙漠拐子湖地表辐射特征对比

利用塔克拉玛干沙漠腹地塔中和巴丹吉林沙漠北缘拐子湖两个陆气通量监测站2013年2月-2014年1月地面辐射观测数据及相应气象资料,对比分析塔中和拐子湖两地的太阳辐射通量和地表反照率差异特征,同时也探究了两地太阳辐射通量和地表反照率与太阳高度角之间的关系。结果表明：（1）塔中和拐子湖两地各辐射通量均呈较为同步的季节变化特征;具有太阳辐射优势的塔中地区因沙尘天气的影响在部分月份地表总辐射小于拐子湖地区;拐子湖由于地表沙粒相对较粗且包含大量透明度较高的石英颗粒,地表反照率和反射辐射均大于塔中地区;两地各辐射通量月平均日变化均呈现出标准倒"U"型结构;（2）拐子湖较粗的地表沙粒导致沙尘天气过后不易形成浮尘,沙尘天气过后各辐射通量恢复至发生之前的状态较塔中地区迅速;（3）两地太阳高度角夏季最大,冬季最小,最大值均可达75°左右,最小值塔中和拐子湖地区分别为45°和40°;各辐射通量随着太阳高度角的升高而增加,地表反照率随之减小,但受多种因素影响各辐射通量最大值并未出现在太阳高度角最大的时候。