顾及地形影响的火星地表天文辐射时空特征分析

天文辐射指不考虑大气影响，落于地表的太阳辐射类型，亦是太阳能资源评估的重要背景。火星天文辐射及其时空分布特征的研究会为未来火星的探索提供助力，为火星太阳能资源的精细化利用和高效开发以及政府的科学决策提供基础数据。火星地形地貌错综复杂，其规模形态地球难以比拟，故而无法忽略地形对火星地表天文辐射的影响效果。然而，当下对火星天文辐射的计算和研究并未考虑火星实际地表的遮蔽效应且往往是从局部区域进行的研究。本文考虑纬度差异、时序更替的综合影响，以分辨率200 m的数字高程模型作为基本数据，提出了基于DEM计算火星天文辐射的理论模型，利用Hadoop分布式集群提供的并行计算框架以10 min为一个时间单位精细模拟了考虑地形遮蔽影响的火星全球地表天文辐射空间分布。Rb为水平面天文辐射与考虑地形遮蔽因素的天文辐射之比，一般用于评估天文辐射的地形遮蔽程度。基于全球不同纬度使用Rb进行时空分析，通过有交互的双因素方差分析、因子分析、相关性分析探寻地形因子及天文因素对阴坡和阳坡Rb值的影响程度。结果表明：地形对火星全球地表天文辐射的影响效果在时空尺度上具有明显的规律性，其影响程度不仅与地形自身发展情况（包括...     

ECMWF地表太阳辐射数据在我国的误差及成因分析

利用2000-2009年中国气象局（CMA）地表太阳辐射台站资料,对欧洲中期天气预报中心（ECMWF）地表太阳下行短波辐射产品进行多时间尺度的计算与分析,检验ECMWF地表辐射产品对于中国地区太阳辐射特征的表现。本文通过聚类分析将中国地区分为8个区域,考虑到ECMWF大气因素对ECMWF地表辐射的影响和大气因子分布的空间异质性,引入地理探测器对ECMWF再分析辐射产品的时空误差进行定量分析,来判明影响ECMWF辐射精度的主要大气因子。结果表明：总体上看,ECMWF地表太阳辐射要高于地面观测数据,月均偏差为18.28W/m²;ECMWF地表太阳辐射表现出季节性差异,夏秋季节明显好于春冬季节,相对偏差较大的数据集中分布在12、1、2和3月,相对偏差较小的数据集中分布在6、7、8和9月;不同区域在冬季和夏季的主导大气影响因子不同,夏季中国西北（1区）、高原（3区）、西南（4区）和四川盆地（5区）地区主导影响因子都是气溶胶,东南（6区）地区的主导影响因子是地表反照率和气溶胶,中东部地区（7区）的主导影响因子是云覆盖率和气溶胶,但是因子解释较小,分别为0.0228和0.0202,东北地区（8区）4个因子均未通过显著性系数检验,因子对相对偏差的变化影响不显著;冬季中国西北（1区）、高原（3区）、中东（7区）、东北（8区）和四川盆地（5区）地区的主导影响因子都是云覆盖率,西南（5区）和东南（6区）地区的辐射主要受到气溶胶的影响。     

基于GIS的地下水流有限差数值模拟参数自动提取研究

本文根据地下水流有限差模拟有关参数的空间分布特点,将其划分为点状、线状与面状空间分布参数三种类型。利用GIS的空间分析功能,研究基于GIS的点状、线状与面状空间分布参数自动提取的技术路线。通过点、线、面三者之间空间位置关系的拓扑分析,确定地下水开采井、水位动态监测井、线状与面状水系、模拟区域边界、面状参数分布区与模型空间离散格网之间的空间位置关系。经过矢量数据与栅格数据互相转换,实现地下水流有限差数值模拟有关参数的自动提取。结合地下水流有限差分数值模拟有关参数数据文件的结构,将基于GIS提取的栅格结构数据文件自动转换成模型所需结构的数据文件,达到模型参数数据文件的自动组织与提高地下水流数值模拟的效率目的。     

地表CO2浓度分布模拟试验及分析

如何获取CO₂浓度时空分布特征,是气候变化研究中的一个关键问题。本文基于中国碳卫星在吉林航飞试验区的地面观测数据,分析地表CO₂浓度与环境变量的相关关系,运用多元线性回归与HASM高精度曲面建模相结合的方法,模拟航飞区地表CO₂浓度分布格局。结果表明：CO₂浓度空间分布受气象条件的影响较大,短波辐射是影响CO₂浓度的重要因素;第1时段整体浓度最高,特别是在西部区域;第2时段CO₂浓度高值区东移,呈现西低东高的分布特点;第3时段浓度空间分布与第2时段有类似的特征,但细节存在差异,且高值区缩小;精度对比显示在采样点较少及采样密度不大的情况下,HASM方法的模拟误差小于Kriging方法。因此,这种使用多元线性回归模型通过引入环境变量获得高分辨率趋势面,结合HASM模型进行修正残差提高模拟结果精度的手段,可作为模拟地表CO₂浓度时空分布的有效方法。     

林木冠层光合有效辐射分布模拟的研究

简述了冠层辐射分布的常用研究方法,介绍了光线跟踪技术的原理及其在辐射传播中的应用。针对树木模型提出正向光线跟踪的辐射传输模型,并详细阐述了模型假设、处理流程与主要算法。该模型针对光合有效辐射在树木冠层中的传输过程,采用正向光线跟踪的方法进行模拟,最后利用HSV与RGB颜色空间转换的特殊方法,直观表达了冠层辐射分布结果。在叶片光学特征分析的基础上,将该模型应用于林木冠层PAR分布模拟中,以得到冠层的反射率、透射率和吸收率等重要参数。结果表明,模拟数据与实测数据偏差不大,验证了正向光线跟踪的辐射传输模拟是有效的。     

高精度曲面建模的中国气候降尺度模型

 与站点统计降尺度插值和动力降尺度相比,高精度曲面建模(HASM)降尺度,具有不需大尺度预报因子,直接从GCM结果构建区域上高空间分辨率的未来气候模拟曲面的优势。HASM降尺度将未来气候,分为历史观测拟合的气候基准值和GCM未来气候变化值进行模拟,精度明显高于传统方法,但常系数全局拟合的气候基准值忽略了降水分布的空间非平稳性,导致降水模拟受到较大影响。为增强降水降尺度的气候背景值的描述能力,通过分析全国尺度降水的非线性非平稳性特点,提出耦合空间变系数气候基准值的HASM空间变系数降尺度模型(HASM-SVDM)以改进HASM对非平稳要素的降尺度能力,并以1961-2010年全国气温降水观测数据结合地形特征信息,利用HASM降尺度方法对HadCM3的A1Fi、A2a和B2a 3种情景的1961-1990、2010-2039、2040-2069和2070-2099时段的全国未来气温与降水进行降尺度模拟。分析表明,耦合全局线性模型的HASM常系数降尺度模型适合全国气温的降尺度模拟,而耦合空间变系数拟合的HASM-SVDM增强了空间非平稳背景值的描述能力,模拟的空间分布更能体现降水总体的非均匀分布趋势,适合全国降水的降尺度模拟。     

基于时空Logistic回归模型的漳州城市扩展预测分析

本文提出一种以时空Logistic回归模型来预测城市扩展的新方法。其首先在传统Logistic回归模型中加入空间自相关结构构建空间Logistic回归模型,然后,利用漳州市区近20年(1989-2009年)的数据,建立不同时期城市扩展模拟的多个子空间Logistic回归模型M1,再采用一次平滑指数法综合处理这些时间序列...     

太阳辐射模拟的DEM尺度影响因素分析

利用DEM分析方法为起伏地形下太阳辐射模拟提供了条件。然而DEM的尺度效应对太阳辐射模拟产生很大的影响。本文以黄土丘陵和秦岭高山为实验样区,以一系列不同分辨率的DEM,模拟日、月及年总天文辐射,比较其误差大小及地形分析的差异。实验结果显示,随着DEM栅格分辨率的降低,天文辐射逐渐增大;当栅格分辨率大于地面相对高差时,模拟的天文辐射基本稳定,坡向、坡度等地形因子对辐射的再分配作用已不显著。黄土丘陵区,当DEM分辨率接近1000m时,天文辐射年总量的相对误差为22%,超过该区域一个冬季的天文辐射量。秦岭山区地表起伏大,误差较黄土丘陵地区小,最大相对误差为17.8%。总之,地表起伏越小,DEM栅格分辨率对太阳辐射模拟的影响越大。     

天文辐射空间分布与尺度效应研究

天文辐射是地表实际入射太阳辐射的基础背景,也是辐射计算、太阳能资源评估和农业生产潜力估算等方面的重要天文参量。本文基于分辨率为30 m的福建省数字高程模型,使用MATLAB软件提供的并行计算框架模拟了起伏地形下福建省天文辐射空间分布,定量地分析了坡度坡向对天文辐射分布的影响规律,同时探讨数字高程模型对天文辐射产生的空间尺度效应。结果表明：福建省年天文辐射量大部分处于10 000~13 000 MJ/m²,呈现东南沿海向中西部递减的分布特征;不同季节的天文辐射分布受纬度和坡度坡向的影响具有明显的差异性,呈现季节分布的不对称性;不同坡度和坡向对天文辐射的影响与福建省总体上西北高东南低地势特征相吻合,天文辐射量随坡度增大而减小,东、东南和南坡向是天文辐射分布较集中的区域,总体上呈现山脊多、山谷少、阳坡多、阴坡少的地域差异性;数字高程模型的空间尺度效应在起伏较大的福建中西部丘陵地貌表现更加明显,该区域的天文辐射对分辨率的变化更加敏感。     

四川省滑坡灾害气象预警模型建立与验证

四川省滑坡灾害严重,特别是2008年之后,灾情显著加剧,如何预防滑坡灾害是保护人民生命财产安全的有效途径。滑坡灾害的预警模型研究是滑坡灾害预防领域的核心课题。本文对四川省滑坡灾害危险性进行了评价,并开展了滑坡灾害气象风险预警模型研究。①以确定性系数的方法量化坡度、地形起伏度、水文地质岩性、植被覆盖度、地震烈度和年均降雨量因子,建立逻辑回归模型,定量地进行四川省滑坡灾害危险性区划,并对结果进行验证。结果表明,四川省滑坡灾害高危险性区域成“Y”字型分布,此外川中、川东北地区滑坡灾害危险性也非常高,这与四川省滑坡灾害的空间分布情况相符。②在前期滑坡灾害与降雨量统计分析、滑坡灾害危险性评价的基础上,以滑坡灾害危险性评价为静态因子,日降雨量数据为动态因子,通过逻辑回归模型的结果,确定以当日降雨量概率化值、滑坡灾害危险性值、前一日降雨概率化值、前两日降雨概率化值、前三日降雨概率化值为临灾模型影响因子,各因子对预警结果影响程度按上述顺序递减,建立了地质-气象耦合的临灾气象预警模型。通过检验区数据对模型的检验表明,该预警模型能成功预警80%以上的滑坡灾害;通过滑坡灾害群发个例检验发现,该预警模型与四川省现用模型相比,预警区域明显减小,空报率和漏报率显著降低。     

利用CODE新光压模型的精密定轨研究

采用新光压模型ECOMC和ECOM-9,分别使用5种IGU精密超快速星历进行精密定轨,以最终IGS精密星历作为真值,比较GPS卫星的定轨精度.结果 表明,相较于ECOM-9光压模型,ECOMC光压模型能够提升卫星径向、切向和法向的轨道精度,其中径向提升较为明显;对比5种IGU超快速精密星历的定轨结果,ECOMC光压模型...     

姿态和光压模型对北斗导航卫星精密定轨的影响分析

通过GPS/BDS双系统联合定轨给出北斗系统新老卫星的轨道精度变化特征,分析不同姿态控制模式对卫星精密定轨的影响及其原因;针对光压模型的不足,讨论两种改进的定轨策略对北斗系统精密定轨的适用性。结果表明,当太阳矢量与卫星轨道面的夹角小于4°时,采用动偏-零偏转换模式的IGSO/MEO卫星会有明显的轨道精度下降,而IGSO-6卫星的轨道精度变化较为平稳,没有明显的精度衰减;ECOM光压模型较适用于IGSO-6卫星,但不适用于其他卫星;两种改进的定轨策略都能在一定程度上提高北斗导航卫星精密定轨的精度,可为北斗系统精密定轨提供参考。     

Modeling all-sky global solar radiation using MODIS atmospheric products: A case study in Qinghai-Tibet Plateau

The surface solar radiation(SSR) is of great importance to bio-chemical cycle and life activities.However,it is impossible to observe SSR directly over large areas especially for rugged surfaces such as the Qinghai-Tibet Plateau.This paper presented an improved parameterized model for predicting all-sky global solar radiation on rugged surfaces using Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer(MODIS) atmospheric products and Digital Elevation Model(DEM).The global solar radiation was validated using 11 ob...     

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太阳能腔式吸热器光热转换特性及其在油田上的应用

以油田规模化利用太阳能为背景,建立基于蒙特卡洛射线踪迹法的腔式吸热器光热转换物理模型和数学模型,通过数值模拟计算腔式吸热器的热流密度分布特性,设计一种新型太阳能腔式吸热器,结合油田应用对太阳能腔式吸热器出口水温进行计算.结果表明,新型太阳能腔式吸热器的热流密度分布基本呈正态分布,在太阳辐射强度为1100W/m2,最大辐射热流为0.22MW/m2时,系统实际聚光比为200,吸热器出口水温为50.2e,能够满足油田应用需求.     

Surface heat budget and solar radiation allocation at a melt pond during summer in the central Arctic Ocean

The heat budget of a melt pond surface and the solar radiation allocation at the melt pond are studied using the 2010 Chinese National Arctic Research Expedition data collected in the central Arctic. Temperature at a melt pond surface is proportional to the air temperature above it. However, the linear relationship between the two varies, depending on whether the air temperature is higher or lower than 0℃. The melt pond surface temperature is strongly influenced by the air temperature when the latter is lower than 0℃. Both net longwave radiation and turbulent heat flux can cause energy loss in a melt pond, but the loss by the latter is larger than that by the former. The turbulent heat flux is more than twice the net longwave radiation when the air temperature is lower than 0℃. More than 50% of the radiation energy entering the pond surface is absorbed by pond water. Very thin ice sheet on the pond surface(black ice) appears when the air temperature is lower than 0℃; on the other hand, only a small percentage(5.5%) of net longwave in the solar radiation is absorbed by such a thin ice sheet.     

Solar radiation penetrating through sea ice under very low solar altitude

Based on the optical data for transmitted radiation through sea ice in the Arctic during the late autumn and early winter of 2007,the authors studied the arriving solar radiation,reflected radiation and transmitted radiation under very low solar altitude.Through the atmosphere,the light of the arriving solar radiation at short wavelength was weakened,with the spectral distribution of double peaks centered at 490 nm and 683 nm.The magnitude of the peak at 683 nm even exceeded that at 490 nm under the very low solar radiation condition.The reflection was lower than that in summertime because of the thin thicknesses of ice and snow,allowing higher ratio of heat to enter the sea ice and snow.When higher ratio of solar radiation entered sea ice in late autumn,the new ice freezing would be affected.The spectral reflectivity from snow surface was almost a constant,but the reflection without snow decreased at longer wavelengths.In the transmission spectrum,the light of 490nm was dominant.It indicates that the radiation at longer wavelength was weakened by sea ice.Therefore,under the condition of low solar altitude,the radiation at shorter wavelength was weakened by the atmosphere while the radiation at longer wavelength was weakened by the sea ice.The combined effect of atmosphere and sea ice made the solar radiation under sea ice much weaker.The absorption of sea ice for the longer-wavelength radiation allowed the sea ice to gain more heat to slow down the freezing process.     

川滇地区4个地温钻孔监测数据分析

通过分析川滇地区4个浅层地温观测台站(宾川台、丽江台、腾冲台和五龙台)的地温日连续资料表明,太阳辐射的年周期影响随着地下深度的增加逐渐减弱,在地下14m深度,太阳辐射年周期的影响已经基本消失,与理论计算存在一定差异,可能与台站地下介质特性及川滇地区普遍发育的热泉有关。太阳辐射的波峰随深度呈指数衰减,波谷随深度呈对数增加,在14m深度处,太阳辐射的波峰波谷影响基本消失。通过牛顿迭代法反演不同深度的热扩散系数,结果显示,宾川、丽江、腾冲3个台站热扩散系数随深度增加而增大;五龙台从4m以下深度开始,其热扩散系数随深度增加而增大。虽然4个地温台站的热扩散系数随深度增加的变化幅度不同,但基本都呈指数函数变化规律。     

体感温度客观分析方法研究

影响人体体感温度的气象要素主要包括温度、湿度、风以及太阳辐射,依据这些气象要素影响人体体感温度的原理,确定了平均气温与体感温度相同时的临界相对湿度、风速及太阳辐射值.以全国有水平面直接辐射曝辐量观测项目的77个气象台站的历年逐日4次定时观测资料为基础,把相邻两个白昼(夜间)的气温差作为因变量,相对湿度差、风速差、垂直辐射差(白昼)作为自变量,以旬为时问分辨率,建立了逐旬多元回归方程.各地所建立的逐句多元线性拟合方程拟合优度相当高,F统计量检验也充分证明线性回归方程总体成立,从气候意义、统计角度来看该方法都具有充分的可行性.