論太阳高度角的查算

水平面上的太阳辐射强度是辐射平衡方程中的一个最主要的项目,通常都是利用直接辐射表观测到的垂直于太阳射线方向的太阳,直接辐射强度s,乘以太阳高度角h的正弦求得:     

查拉鲍柯夫图的简便装置

日射观测工作中,水平面上太阳辐射强度S’是根据 S’=S·sinh公式计算,式中的h(太阳高度角)和sinh需要按真太阳时与当时的太阳倾角,在拉鲍柯夫图上查取(或按h值查函数表得出sinh)。 图上倾角斜线,从-23.5°— 23.5°间共有49条,其中在真太阳时为11—13时的时段和太阳高度较高的一段,特别密集。而倾角的小数位,还需要在两个整度间进     

杭州市紫外线辐射强度分析和预报方法研究

利用杭州市观象台2005年8月-2007年5月的紫外线辐射强度数据,分析了紫外线辐射日变化和年变化特征,总结得出太阳高度角、空气湿度、地面水平能见度和日照时数的变化是影响杭州市紫外线辐射强度的关键因素。运用逐步回归方法,求得紫外线辐射预报方程,经过信度检验和敏感试验发现,方程具有较好的预报效果,可以用于杭州市紫外线辐射强度预报。     

晴空与有云大气辐射分布的数值模拟及其对全天空图像云识别的应用

全天空图像自动云识别的研究相对来说是一项较新的研究领域。当前国际上较为通用的全天空图像云识别方法主要依靠图像蓝红灰度值对比的阈值方法进行判断。然而非洁净大气中气溶胶的增多给云识别增加了难度,同时太阳高度角不同天空色度分布情况也不同。文中利用Libradtran辐射传输模式,计算了不同能见度不同太阳高度角情况下3个典型波长(450,550,650nm;蓝/绿/红)无云及有云大气的天空辐亮度分布情况,并进行了比较分析。结果表明,相同太阳高度角情况下,无云及有云大气中蓝红比值随能见度的下降呈单调下降趋势。在特定的云光学厚度和能见度情况下,天空色度彼此呈现出类似的分布状况。全天空图像阈值判断云识别自适应算法的建立需要与太阳高度角、地面能见度联系起来。当前尚无法建立一个判断阈值随太阳高度角以及能见度变化的函数关系式。较为可行的办法是建立典型能见度、典型太阳高度角情况下的辐射信息库,在具体云识别时,首先确定太阳高度角,而后根据天空辐射比情况确定天空能见度,并利用辐射信息标准库做云或非云判别。该工作为全天空云识别算法提供判别依据,同时建立云识别随能见度和太阳高度角变化的判别信息库。     

太阳高度角及其计算

一、太阳高度角在太阳辐射测量中的意义 太阳以平行光束射向地面,太阳光线与地平面的交角就是太阳高度角。 我们知道,一日内中午最热,早晚比较凉,就是因为早晚太阳高度角低,中午太阳高度角高,太阳辐射随太阳高度角增高而加大的缘故;一年中冬季最冷,夏季最热,也同样是冬季太阳高度角低,夏季太阳高度角高的缘故。因此,太阳高度角在一定意义上,决定了到达地面的太阳辐射强度的大小。     

大连市紫外线辐射强度分析和预报方法研究

利用大连市2007年8月至2008年8月逐日紫外线观测资料,分析了紫外线辐射季、月和日变化特征及其与相关气象要素的关系。结果表明：大连市紫外线辐射强度具有明显的季节变化,夏季最大,春季次之,冬季最小。各季节紫外线辐射强度的日变化同位相,均为正午呈大致对称分布。无论何季节,日照总时数、14时能见度和太阳高度角均为影响大连市紫外线辐射强度的关键因素。同时,详细分析了雾对辐射强度的影响。并运用逐步回归方法,求得各季节紫外线辐射强度的预报方程,实现了预报的定量化。     

黑河中上游不同下垫面反照率特征及其影响因子分析

利用黑河中上游6个自动气象站2008年6月-2009年5月的观测资料,分析了该地区6种典型下垫面反照率变化特征和太阳高度角对反照率的影响,针对垭口站和花寨子站分别讨论了积雪和土壤湿度对反照率的影响。结果表明,不同季节太阳高度角对反照率的影响不同,不同的下垫面影响的程度也不一样。在积雪下垫面,太阳高度角对反照率的影响最大...     

宁波市紫外辐射分布特征及强度预报服务技术研究

利用2010—2015年宁波市紫外辐射强度资料、常规气象观测资料以及大气环境资料,分析宁波市紫外辐射强度的日、月、季节、年际变化规律及其与气象和环境条件的相关性,并对到达地表的紫外辐射与大气上界的太阳总辐射的比值η'进行逐步回归,建立η'的预报方程,最后利用辐射传输公式计算出到达地面的紫外辐射强度。预报方程充分考虑了太阳高度角,以及温度、降水、水汽、能见度等气象要素对紫外辐射的影响。并将统计方法与本地气候特征相结合,增加了气候特征判据。经检验,预报紫外线等级正确率为53. 2%,相差1级的占34. 5%,优于主观预报,能够提高现有的紫外线等级预报准确率。最后,提出一种适合本地的紫外线等级划分标准,并根据冬半年和夏半年分别制定相应的防御建议。     

太阳视动仪的设计原理及其在太阳辐射计算上的应用

一、设计的提出太阳的视运动(简称视动)有两种;一是以一日为周期的视运动,称为周日视运动。它是地球自转运动的反映;一是以一年为周期的视运动,称为周年视运动。它是地球公转运动的反映。太阳周日视运动形成了昼夜交替现象,并在一日中,太阳的高度角和方位角因时刻不同而不停地变化着,正午时,高度角最大,方位角是0°;在一年中,白昼长度和正午太阳高度逐日不同,这是太阳周年视运动所造成的。由于太阳具有这两种视运动,所以,在不同的日期时刻,它的高度角和方位角是不相同的。形成一地的气候环境的因素固然很多,而其最主要的因素是太阳辐射能的时空分布     

贵州高原起伏地形下可照时间的时空分布

该文建立一种基于数字高程模型(DEM)的起伏地形下可照时间模拟方法;在此基础上得到起伏地形下贵州高原100m×100m分辨率的可照时间的时空分布。结果表明:地形遮蔽对可照时间的影响较大,要大于纬度的影响。由于坡度坡向等局地地形因子的影响,使起伏地形下的可照时间空间差异明显。贵州高原起伏地形下1月可照时间为155.0~320.3h,1月太阳高度角较低,地形遮蔽面积较大,可照时间的空间分布具有明显的地域分布特征。7月可照时间为337.7~423.7h,7月太阳高度角较高,地形遮蔽面积较小,地域差异比1月小得多,呈明显的纬向分布。贵州高原起伏地形下年可照时间为2692.7~4367.5h,最大值是最小值的1.6倍,且纬向分布并不明显。     

2011年地面入射太阳辐射变化及其与敏感因子回归分析

太阳辐射是地球上一切生命的源泉,亦是地球天气、气候系统发生发展和演变的能量来源。利用FY2E卫星遥感产品地面入射太阳辐射资料和地面常规观测资料,对2011年鹤壁市地面入射太阳辐射变化特征分析结果表明：鹤壁市2011年地面入射太阳辐射日曝辐量和月累积量的变化有明显的季节性,其年累积量为5721．38MJ·m^-2,日曝辐量3—4月增加迅速,其中3月份环比增长59％。地面入射太阳辐射总体变化趋势可以用一元多项式进行回归拟合,拟合曲线与实测资料的相关系数达0．8。地面最高温度与地面入射太阳辐射存在明显正相关,地面入射太阳辐射增大,地面最高温度就会升高。地面蒸发量对地面入射太阳辐射高度敏感,地面入射太阳辐射增大,地面蒸发量就会增大。通过对地面入射太阳辐射与地面敏感气象要素的多元回归分析发现,地面入射太阳辐射的二元线性回归预测水平高于一元线性回归预测水平。通过地面气象要素的多元线性回归预测,可估算地面入射太阳辐射值,这为相关研究及业务服务等提供了一种获取地面入射太阳辐射的方法。     

北京地区日光温室光环境模拟及分析

针对北京地区典型日光温室, 在2003—2004年试验观测的基础上, 从室内直接辐射、散射辐射及作物生长对辐射影响3个方面, 进行了模拟和分析, 并对地面辐射的模拟结果与实测值进行了比较验证。结果表明:绝对误差为9.41 W/m2, 相关系数达到0.92, 与实测值、文献资料相比, 模拟结果的准确性和趋势有较好的一致性, 对优化温室环境控制方案具有一定的参考价值。     

五道梁地区的辐射特征

本文分析了1986年中美联合考察期间五道梁站的地面辐射平衡的气候学特征。五道梁地区夏季直接太阳辐射强,空气洁净,大气透明度好。太阳辐射在大气中的削弱以分子散射和臭氧吸收为主。总辐射中以散射为主。光谱反射率中太阳短波反射率为0.13,太阳红外反射率为0.25,雪面上二者接近;反射率受土壤湿度影响明显,在太阳高度角较小时,各波段反射率有不同的变化趋势。地表比辐射率约为0.90。地表净辐射和地面热源强度大。太阳紫外辐射大,占总辐射的比例也大。     

昆明和北京两幢建筑物表面热力效应的观测对比

利用昆明、北京两座城市内建筑物为研究对象, 对其不同朝向外墙壁面、屋顶面表面温度及壁面近旁气温进行了观测, 分析了建筑物外墙壁面表面温度及其近旁气温的垂直分布以及壁面、屋顶对周围大气的热力效应特征, 并对两座城市内建筑物的热力状况进行了比较分析。研究表明:建筑物表面温度受太阳辐射的影响要比近旁气温大得多, 一般说来, 壁面昼间是热源, 夜间是热汇; 受研究对象所在的大区域气候、人类活动等影响, 建筑物外表面的热力效应有许多异同; 建筑物屋顶面与近旁空气间的平均热通量基本为正值, 呈现较强的热源效应, 其热力效应强度与太阳辐射呈现正相关; 城市建筑物的外表面 (壁面、屋顶面) 已成为城市区域内有别于城市地面, 且对城市立体气候的形成具有不可忽视影响的热力作用面。     

THEORETICAL CALCULATION MODEL OF SHORTWAVE RADIATION FOR THE EARTH-ATMOSPHERE SYSTEM AND ITS TESTING RESULTS

On the basis of radiation transfer theory,adopting improved two-stream algorithm incorporated with addingalgorithm,we build up a theoretical calculation model of shortwave radiation for the earth-atmosphere system whichcan be applied with satellite data.The model can calculate direct solar radiation,scattering solar radiation,heating rateand other physical quantities of radiation field at every layer of the atmosphere and on the earth's surface,if the under-ground reflectance or the planetary albedo obtained from satellite can be known.The model can be used in clear orcloudy atmosphere,and its calculating speed is fairly fast.We think that the model can be incorporated into large-scaleand mesoscale climatic models for the consideration of radiation calculation,and also it is useful for the utilization of so-lar energy.     

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。     

西藏羊八井辐射观测初步分析

利用西藏羊八井2009年5月至2010年4月的辐射观测数据,统计了总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射的日变化、月变化和季节变化,并分析了地表辐射超过太阳常数的发生频率及原因。结果表明,羊八井地区总辐射、紫外辐射、长波辐射、净辐射均表现出明显的日变化、月变化和季节变化特征;总辐射与地表短波反射辐射、总辐射与紫外辐射均表现出明显的正相关关系;大气逆辐射和地表长波辐射之间呈现出一定的的正相关关系。     

1997/1998年青藏高原西部地区辐射平衡各分量变化特征

利用中日亚洲季风机制研究计划1997年9月~1998年10月在青藏高原西部改则和狮泉河2个站点自动气象站辐射平衡的观测资料,分析了高原西部2个地区辐射平衡各分量在不同季节的季节平均日变化和年变化特征,并且还与1979年5~8月第一次青藏高原气象科学实验的辐射观测资料和1982,1983年青藏高原辐射平衡观测实验的结果进行了比较分析。结果发现:高原西部辐射平衡各分量的变化不仅有季节之间和年际的差异,高原西部的不同地区之间的变化也有较大的差异:(1)总辐射在春夏两季相差很小,改则春季(3~5月平均)日变化的极大值甚至比夏季(6~8月平均)还大;(2)地表反照率的年际变化及两地之间的差异均可能较大;(3)大气逆辐射日变化、年变化特征与其他辐射分量明显不同,其日变化、年变化的位相均晚于其他分量;(4)两地之间地面辐射平衡的年变化似乎有一个位相差,改则的月平均最大值和最小值均较狮泉河晚了约1个月,因此从冬季到夏季的大部分时间里,改则的地面辐射平衡是小于狮泉河的,而在从夏季到冬季的大部分时间里,改则是大于狮泉河的。     

地球大气纬向风系、副热带高压和太阳较差自转的形成机制

利用N S(Navier Stokes)方程和一个基本假设推导出星体大气平均纬向风和平均气压公式,根据公式讨论了地球大气纬向风系和平均气压以及副热带高压的成因并进行了数值模拟。结果发现,地球大气纬向风是大气微团密度与基准大气密度存在差异而形成的,大气微团的密度大于（小于）基准密度,则为西风（东风）;密度的差距越大,风速越强。在中高纬度地区大气微团吸收的太阳辐射少而向空间辐射多,导致其密度变大,因此在中高纬度盛行西风;而在低纬度地区,因为吸收的太阳辐射多使大气微团密度变小而盛行东风。夏季（冬季）太阳辐射增强（减弱）使得大气微团密度变小（增大）,进而导致中高纬度地区西风减弱（增强）和低纬度地区的东风加强（减弱）。风速的大小还与纬度的余弦成正比,这就使得最大西风带位于中纬度地区而不是大气微团密度最大的极地附近;也使得最大的东风不是发生在太阳直射点附近而是靠近赤道一侧。根据气压公式和大气密度的经向差异可以得出中高纬度区域气压随纬度的升高而减小的分布特征,而太阳辐射所造成低纬地区密度的减小是该区域气压大于中高纬度的主要原因;在赤道上纬度的正弦为零,使得气压在赤道上存在极小值,导致了赤道槽和副热带高压的形成,且太阳辐射越强、副热带高压越强。因为纬度正弦因子的存在,使得副高脊线总是位于太阳直射点的向极一侧。在假定太阳大气为理想气体的情况下,由N S方程推导出太阳大气自转角速度随纬度的变化公式,由此解释了太阳较差自转的成因在于低纬地区的大气微团密度大于高纬度,并且在赤道上大气微团的密度最大。该公式与观测得到的经验公式在略去高阶小项后一致。由此认为,太阳大气的运动在形成机制上与地球大气没有区别,不同的是在太阳表面没有象地球表面那样受太阳辐射的影响,N S方程是所有星体（包括恒星、行星）大气共同遵守的动力方程。     

西北戈壁区夏季一次降水前后土壤温度变化规律分析

利用简单的土壤热传导方程建立模型,并结合小波变换方法,分析了2004年6月22日～8月18日金塔绿洲附近观测的戈壁土壤温度序列,重点关注地下10 cm的土壤温度变化.结果表明,在观测时段土壤温度除了有明显的日变化外,还存在周期为准4天和准两周的波动.利用滑动相关分析后发现,太阳向下短波辐射强度与土壤温度日变化能量存在显著的正相关,这与利用土壤热传导模型分析土壤日变化振幅年变化的相关研究的结论一致.太阳向下短波辐射强度与准4天周期波动实部分量在降水前后存在负相关关系.比较观测时段土壤温度准4天波动能量与同时期的天空温度,发现准4天波动可能与持续增强的云逆辐射有关.通过分析降水前后土壤温度、土壤含水量的变化,发现二者的日变化在降水后与降水前相比,振幅增大,位相前移.这一结果可以用土壤热扩散率在一定范围内随土壤含水量增大而增大得到解释.最后利用回归分析发现T10的准两周波动可能与更大范围的大气环流场异常有关.