山地天文辐射的地形影响与空间尺度效应研究

基于1∶25×104数字高程模型数据,依据起伏地形下天文辐射分布式模型算法,研究了陕西山地天文辐射空间分布规律,详细分析了地形因子对天文辐射的影响规律;同时,从不同的DEM分辨率和不同地貌类型两个方面探讨了天文辐射的空间尺度效应。结果表明:陕西天文辐射总量随着纬度的升高呈由南向北降低的趋势;局地地形因子对天文辐射的影响随季节、纬度、坡度及坡向等因素而变;同时山地天文辐射的空间尺度效应在地势起伏较大的山区和高原地区表现尤为明显。     

起伏地形下深圳市天文辐射的空间分布

以起伏地形下天文辐射的分布模型为基础,借助地理信息系统(GIS)处理数据,将深圳市1∶250,000DEM数据作为地形的综合反映,模拟计算了起伏地形下(坡度、坡向和地形遮蔽)深圳市天文辐射,分析了起伏地形下深圳市天文辐射的分布规律,完成了深圳市100m×100m分辨率的各月及全年的天文辐射的空间制图。结果表明:对于局部地形起伏引起的天文辐射的变化,秋、冬季最为显著,向阳坡和背阴坡的极值差异较大,这和太阳高度角随着季节变化而冬半年相对较低、夏半年相对较高有关。坡度对天文辐射的影响在冬半年较大,随着坡度的增大,辐射差值增大的幅度呈递减趋势。     

起伏地形下浙江省散射辐射时空分异规律模拟

结合影响起伏地形下太阳散射辐射的天空因素与地面因素,通过基于数字高程模型（DEM）数据的起伏地形下天文辐射模型和地形开阔度模型,综合考虑地面因素对散射辐射的影响;基于常规地面气象站观测资料建立的水平面散射辐射模型,考虑天空因素对散射辐射的影响;建立了起伏地形下浙江省散射辐射分布式估算模型;逐月计算了浙江省散射辐射（100m×100m）的空间分布。结果表明：散射分量分布与地理地形因子、季风影响、大气透明程度有关,由高纬向低纬逐渐增加;季节分布特点为,夏季〉春季〉秋季〉冬季;坡度、坡向对散射辐射的分布影响小,但辐射值与开阔度呈正相关,各季辐射最大值分布在开阔度大处,最小值在开阔度最小处,不同季节有所伸缩。计算结果可以为气候变化和环境资源研究提供基础数据。     

基于DEM的复杂地形下太阳散射辐射分布式模拟——以贵州高原为例

由于坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局地地形因子的影响,确定实际复杂地形下太阳散射辐射是比较困难的.本文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下太阳散射辐射的分布式模型,在模型中还考虑了散射辐射的各向异性.以地形复杂的贵州高原为例,应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下各月及年的太阳散射辐射精细空间分布.结果表明:(1)局地地形因子(如坡度、坡向和地形遮蔽)对贵州高原复杂地形下太阳散射辐射的空间分布影响较大,随着地形的起伏变化,太阳散射辐射的空间分布明显不同,纬向分布特征不明显.(2)对于太阳散射辐射而言,地形对其的影响仍然很大,在太阳散射辐射计算时也是不容忽视的.     

起伏地形下河南省太阳散射辐射的分布式模拟

利用河南省及周边145个气象站1961－2000年常规气象观测资料和河南省1:25万DEM数据,充分考虑起伏地形下太阳散射辐射的天空因素与地面因素后,基于分布式开阔度模型和天文辐射模型,实现了起伏地形下河南省太阳散射辐射的分布式模拟.计算了100m×100 m分辨率下河南省1－12月气候平均太阳散射辐射及多年平均年散射辐射总量的空间分布.结果表明:在充分考虑经验系数的时空分布特征后,模拟精度有了进一步提高.与郑州站的观测资料对比验证表明,模拟精度较高,年平均绝对误差为3.06 MJ·m-2,年平均相对误差为1.67％;局地地形对太阳散射辐射的影响比较明显;通过个例年验证对模型性能和模拟结果进行考察,年平均相对误差不足11％.综上表明模型的时空模拟性能良好.     

基于GIS的秦岭山地气温空间分布

提出一种以气象站点观测资料为基础,用G IS技术建立山地平均气温分布模型的方法。通过数字高程模型(DEM),获取地形数据,建立山地天文辐射模型。考虑海拔高度、地形等影响气温空间分布因子,建立山地气温分布模型。     

起伏地形下我国太阳直接辐射的分布式模拟

运用数据集群技术,建立了我国不同时空尺度直接透射率的估算模式,对比分析了不同模式的拟合精度。基于1km×1km分辨率的数字高程模型(DEM)数据,全面考虑了地形因子对太阳直接辐射的影响,实现了实际起伏地形下我国太阳直接辐射的分布式模拟,计算了我国范围内1km×1km分辨率1—12月气候平均太阳直接辐射的空间分布。结果表明:局地地形对太阳直接辐射空间分布的影响非常强烈,尤其是在太阳高度角较低的冬季和秋季;模拟结果可靠,可进行大数据量处理,适用于遥感图像处理、地理信息系统等数据处理平台。     

复杂地形下山西高原太阳潜在总辐射时空分布特征

针对太阳辐射在不同区域及地形地貌条件下的差异,借鉴国内外太阳辐射最新研究成果,考虑地形和大气衰减因子及各种可能的影响因子,基于数字高程模型提取坡度、坡向以及地形遮蔽因子,建立了山西高原太阳潜在总辐射计算模型,进而利用纵跨山西南北的3个辐射观测站的5年逐日太阳总辐射晴空观测资料对模型计算结果进行了检验分析,检验结果表明模型适用可行.利用该模型计算分析了山西高原太阳潜在总辐射的时空变化以及地形因子影响下的变化特征,可望为区域小气候变化以及区域植被、农作物所应用的小气候指标提供重要的基础条件.     

基于分布式模型方法和气候经验模型的四川省总辐射结果比较研究

利用四川省气象站常规观测数据,1:25万数字高程(DEM)数据,考虑坡度、坡向等地形因子建立气候经验统计模型和分布式模型,分别计算未考虑地形因子和起伏地形下的四川省太阳总辐射时空分布情况并进行分析。结果表明:两种模拟结果在四川省总辐射分布上趋势大致相同;分布式模拟结果所得总辐射结果范围更大,总辐射结果范围为1800~7200MJ/m2,而气候经验统计模型结果仅为3100~6280MJ/m2;经部分站点2012年总辐射实测值检验,结合地形因子采用分布式模拟的方法比单纯使用经验系数和气象参数模拟的气候学方法误差均值小0.39%。考虑了复杂地区的分布式模拟结果,比气候学拟合方法结果更为细致,更有利于查看局地结果,这对实际应用中太阳能资源的开发、电厂规模的选址和布设、电机型号的安装更能提供参考价值。四川省北部阿坝州、西部甘孜州和南部凉山州及攀西地区太阳能资源较为丰富,利于进行太阳能资源开发,交通不便地区可通过安装小型分布式发电设施,合理利用太阳能资源。     

基于DEM的广东山地高分辨率太阳辐射模拟研究

对已有太阳总辐射模型进行改进,并利用MODIS产品取代地表反照率经验公式,在更小积分步长内进行计算,开发了复杂地形下太阳总辐射高分辨率模拟模型。应用1 km分辨率的数字高程模型(DEM)数据以及常规气象资料,对广东2个辐射站的太阳总辐射进行验证。结果表明:(1) 所建立的分布式太阳辐射模拟模型能准确模拟广东省太阳总辐射分布状况,模拟值与实测值吻合较好;(2) 研究区域四季辐射中的夏季辐射最高,秋季次之,冬季最低,年均太阳总辐射为2 893～4 655 J/(m2?s),平均值为4 167 J/(m2?s);(3) 大范围区域而言,广东夏、秋、冬季太阳总辐射的纬向分布十分显著,但从局地区域看,地形是影响太阳总辐射的主导因子。太阳总辐射是各种作物最基本也是最重要的能量来源,在小网格尺度上进行的精细化太阳总辐射计算可为多种作物的布局和种植规划提供重要的基础数据。      

复杂地形下黑河流域的太阳辐射计算

基于数字高程模型(DEM)数据,在充分考虑了地形因子对太阳直接辐射和散射辐射的影响后,实际计算了起伏地形下黑河流域的太阳辐射。在忽略地表和大气之间的多次反射后,地表太阳总辐射计为三项:按起伏坡面上实际入射角考虑的太阳直接辐射、经过下垫面天空视角因子订正的坡面天空散射辐射和考虑周围地形反射效应的附加辐射。计算结果表明:局地地形起伏对太阳直接辐射、总辐射空间分布的影响非常强烈,使得复杂地形下不同坡向间总辐射和直接辐射平均计算差额十分显著,且太阳天顶角从较小增大至中等大小时,这两种平均计算差额均加大一倍多;在较小和中等大小太阳天顶角下,不同坡向间总辐射平均计算差额,均较相同条件下直接辐射平均计算差额为小,这是因为总辐射还包括了天空漫射和邻近地形反射辐射因子,这两个因子和坡面上太阳入射方位的变化共同影响地表入射太阳辐射;起伏地形主要使得太阳辐射在局地区域内背阴、向阳坡向间发生显著的重新分配。因此,在复杂地形地区进行太阳辐射计算时必须考虑地形的影响。     

自然环境条件对太阳能资源计算影响的再思考

文章简单回顾了以前国内常用的太阳辐射资源的计算方法,评论了各自存在的主要问题。其中最重要的是我国大地势以及其他自然条件影响下的基础辐射问题。在以前的研究中虽也注意到了这一问题,但解决得既不理想,也不彻底。关键是这些解决方法依靠的仅仅是辐射实测站点的天文辐射数据。由于测站有限,直接影响到对不同经度、纬度、地势、气候等自然条件下的基础数据的推算。该文利用SMARTS模式依据每个气象站的平均气压、绝对湿度、能见度等数据推算出符合当地环境条件的晴天辐射数据,作为基础辐射数据,进而达到考虑各地真实大气条件来计算晴天辐射的目的。     

Numerical simulation of sensitivities of snow melting to spectral composition of the incoming solar radiation

Snow albedo is an important factor influencing the snow surface energy budget and snow melting, yet uncertainties remain in the calculation of spectrally resolved snow surface albedo because the spectral composition (visible versus near infrared) of the incident solar radiation is seldom available. The influence of the spectral composition of the incoming solar radiation on the snow surface albedo, snow surface energy budget, and final snow ablation is investigated through sensitivity experiments of four snow seasons at two open sites in the Alps by using a multi-layer Snow-Atmosphere-Soil-Transfer scheme (SAST). Since the snow albedo in the near infrared (NIR) spectral band is significantly lower than that in the visible (VIS) band, and almost the entire NIR part of the solar radiation is absorbed in the top layer of the snow pack, given a fixed amount of incoming solar radiation, a lower VIS/NIR ratio implies that more NIR radiation is reaching the ground surface and more is absorbed by the top layer of the snow pack, therefore, speeding up the snow melting and increasing the surface runoff, although a lesser part of the solar radiation in the visible band is transmitted into and trapped by the sub-layer of the snow pack. The above VIS/NIR ratio effect of the incoming solar radiation can result in a couple of days difference in the timing of snow ablation and it becomes more significant in late spring when the total solar radiation is intensified with seasonal evolution. Snow aging also slightly intensifies this VIS/NIR ratio effect.     

1961-2007年云南太阳总辐射时空变化特征

根据云南省7个辐射站太阳总辐射资料和113个台站日照百分率资料,建立了1961-2007年全省太阳总辐射时间序列,运用旋转主分量方法将全省分为4个区,并在此基础上研究云南太阳总辐射的时空分布和变化特征。结果表明：云南太阳总辐射呈中部多,西南部次之,东部及西北部少的分布特征。1961-2007年呈波段减少的变化趋势,线性倾向率为-0.64%/10a,其中中部及东部显著减少,西南部略有增加。其间出现两次突变,一次是1986年的显著减少,另一次是1993年以后的回升。分析表明,相对湿度和云量是影响太阳总辐射变化的主要气象因子。     

卫星云图上日食阴影的订正

日食使卫星可见光云图上出现明显的阴影区，影响卫星云图的分析和利用。分析了日食对太阳辐射强度的影响，提出一种日食阴影区的订正方法，并给出订正个例。     

环渤海地区1961—2010年太阳总辐射时空变化特征

根据1961—2010年环渤海地区4个辐射站太阳总辐射资料和56个台站日照百分率资料,研究了该地区太阳总辐射的时空分布及变化特征。同时利用1991—2010年太阳总辐射数据初步分析了环渤海地区太阳能资源潜力。结果表明：年内太阳辐射呈单峰型,5月最高,4—8月是太阳能资源最丰富的时期;1961—2010年太阳总辐射在1990年之前呈显著下降,之后没有明显变化趋势;太阳总辐射趋势变化在环渤海地区有明显的空间差异,下降幅度最大的集中于京津塘周边地区以及山东中南部地区;四季总辐射均呈显著下降趋势,其中春、夏两季降幅略高,秋、冬两季降幅略低;1991—2010年环渤海地区太阳总辐射呈西北部高,向东、南方向递减的分布特征。     

THE CALCULATION AND ANALYSIS OF SLOPE NET RADIATION IN CHINA*

By using the climatological calculating method for each component of slope surface net radiation proposed by the authors,calculations and analyses are done of the distribution features of slope net radiation in China with emphasis on the discussion of variations of slope net radiation in typical stations and sites with slope direction,slope,latitude and season.The distribution features of net radiation on the north and south slopes are,for the first time,mapped and discussed,revealing the great difference on the national basis,and thus acquiringa new interesting result that the negative-value area of winter net radiation on the north slope(20°)can reach Yunnan and Guizhou Provinces and middle and upper reaches of the Changjiang River.     

基于Landsat 8的川西复杂地形太阳辐射估算研究

山地地表太阳辐射受坡度、坡向及地形遮蔽等影响,导致区域地表所接收的连续分布的太阳辐射量较难测量,而针对山地地表太阳辐射估算已成为目前研究的一个重点。为定量分析山地地表太阳辐射,本文利用Landsat8遥感影像、数字高程模型及气象观测数据计算相关参数,采用已有的太阳直射模型、天空散射模型和周围地形反射模型,综合估算研究区山地地表特定时刻的瞬时太阳辐射,同时根据气象站点获取的逐时太阳辐射和日总辐射量数据对结果进行验证。结果表明:该模型估算的山地瞬时太阳辐射误差均值为13.56 W/m2,日总辐射量误差均值为1.49 MJ/m2,估算值与观测值存在较好的一致性,结果误差小,精度高,参数可靠。山地太阳辐射分布与地形地貌密切相关,总体上阳坡大于阴坡,山脊大于山谷。山区太阳辐射随坡度增大而递减,同时受坡向、植被覆盖度等因素影响,坡面辐射量在一定坡度有略微上升趋势,当坡度大于太阳天顶角时,辐射量下降明显。山区受植被覆盖影响,随着地表植被的增加,地表辐射量呈下降趋势。