中国三种太阳辐射起始数据分布式模拟

天文辐射、干洁大气总辐射和湿洁大气总辐射是太阳辐射模拟的3种重要起始数据。依托Iqbal Model C和起伏地形下干/湿洁大气总辐射模型,实现了水平面和起伏地形下干/湿洁大气总辐射分布式模拟。以DEM数据作为地形的综合反映,结合常规气象资料,计算了水平面和起伏地形下中国1 km×1 km分辨率日天文辐射量、干洁大气总辐射量、湿洁大气总辐射量的空间分布,并对3种太阳辐射起始数据的时空分布特征做了对比分析。结果表明:3种辐射量均遵循随纬向变化的宏观分布规律;水平面干/湿洁大气总辐射量的分布体现了海拔的影响,水平面湿洁大气总辐射量的分布还体现了水汽分布的影响;起伏地形下的3种辐射量能很好的体现坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局部地形特征对辐射量的影响;以干/湿洁大气总辐射作为起始数据,将有助于提高太阳总辐射的模拟精度。     

中国三种太阳辐射起始数据分布式模拟

天文辐射、干洁大气总辐射和湿洁大气总辐射是太阳辐射模拟的3种重要起始数据。依托Iqbal Model C和起伏地形下干/湿洁大气总辐射模型,实现了水平面和起伏地形下干/湿洁大气总辐射分布式模拟。以DEM数据作为地形的综合反映,结合常规气象资料,计算了水平面和起伏地形下中国1 km×1 km分辨率日天文辐射量、干洁大气总辐射量、湿洁大气总辐射量的空间分布,并对3种太阳辐射起始数据的时空分布特征做了对比分析。结果表明：3种辐射量均遵循随纬向变化的宏观分布规律;水平面干/湿洁大气总辐射量的分布体现了海拔的影响,水平面湿洁大气总辐射量的分布还体现了水汽分布的影响;起伏地形下的3种辐射量能很好的体现坡度、坡向和地形之间相互遮蔽等局部地形特征对辐射量的影响;以干/湿洁大气总辐射作为起始数据,将有助于提高太阳总辐射的模拟精度。     

我国日照时数和总辐射的空间分布场

运用多项式回归分析和双随机样本检验,模拟日照时数和总辐射及其影响因子(可照时间、总云量和天文辐射、日照百分率)年值和1月值、7月值的三度空间分布场,取得了满意结果。这可应用在无测站地区,仅凭经纬度和海拔估算出上述气候要素值,估算的平均相对误差大多在5％以下(最好的达0.3‰)。     

福建省区域尺度太阳总辐射模拟估算研究

比较了3种以常规地面气象资料为基础估算太阳总辐射的气候学估算模型(晴天辐射模型、天文辐射模型和MTCLIM气候模型),并以2004年福建省仅有的福州站和建瓯站太阳总辐射实测值进行验证.研究结果表明:以晴天总辐射为基值计算太阳总辐射估算模型的精度最高,运用该模型在ARCGIS支持下对福建省太阳总辐射进行空间插值,拟合了福建省区域尺度太阳总辐射月总量和年总量的空间分布,为省区域尺度生态系统碳循环模型,水文模型及植被净第一性生产力的估算研究提供了重要的空间表达参数.     

福建省区域尺度太阳总辐射模拟估算研究

比较了3种以常规地面气象资料为基础估算太阳总辐射的气候学估算模型(晴天辐射模型、天文辐射模型和MTCLIM气候模型),并以2004年福建省仅有的福州站和建瓯站太阳总辐射实测值进行验证.研究结果表明:以晴天总辐射为基值计算太阳总辐射估算模型的精度最高,运用该模型在ARCGIS支持下对福建省太阳总辐射进行空间插值,拟合了福建省区域尺度太阳总辐射月总量和年总量的空间分布,为省区域尺度生态系统碳循环模型,水文模型及植被净第一性生产力的估算研究提供了重要的空间表达参数.     

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。     

利用Landsat8数据估算干旱区晴天太阳瞬时和日间净辐射

地表净辐射是地球表面的短波和长波辐射输入和输出通量辐射平衡的结果,也是地表蒸散与水热平衡研究中非常重要的方面。利用2014年8月下旬的Landsat8遥感影像,采用BISHT等提出的净辐射估算方法,首先通过计算瞬时大气传输率、瞬时短波太阳辐射和下行长波辐射得到了短波辐射与长波辐射的估算值,并进一步通过计算地表反照率等得到了瞬时净辐射和日均净辐射,最后利用地面实测净辐射值对估算结果进行了验证。研究表明：利用分辨率较高的Landsat8数据和部分气象参数能够很好地模拟该地区晴天的瞬时和日间净辐射的分布,并且与地面实测净辐射值具有较好的一致性,平均误差为14.5 W·m^-2。研究弥补了利用其他遥感数据估算地表辐射参数复杂、精度偏低的缺陷,可以适用于干旱地区的晴天瞬时和日间净辐射值的估算,并且能够有效的提高估算精度。     

基于DEM的黄河流域天文辐射空间分布

基于1 km×1 km分辨率的数字高程模型(DEM) 数据,利用建立的起伏地形下天文辐射分布式计算模型,计算了黄河流域1 km×1 km分辨率各月天文辐射的空间分布。结果表明:局部地形对黄河流域年和四季天文辐射的空间分布影响明显;在太阳高度角较低的冬季,地理和地形因子对天文辐射的影响相当强烈,山区天文辐射的空间差异大,1月份向阳山坡(偏南坡) 天文辐射可为背阴山坡(偏北坡) 的2~3倍,极端天文辐射的差异可达10倍以上;而在太阳高度角较高的夏季,天文辐射空间差异较小,7月份不同地形极端天文辐射的差异仅在16%左右;四季中,地形对天文辐射影响的程度为冬季>秋季>春季>夏季。     

基于GIS的起伏地形下天文辐射分布式模型——以贵州高原为例

天文辐射是辐射计算、太阳能资源评估及其他相关研究领域重要的起始参量,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,使实际起伏地形下获得的天文辐射与水平面上获得的天文辐射有一定差异。确定实际起伏地形下天文辐射是比较困难的。应用数字高程模型(DEM)数据和地理信息系统(G IS),建立起伏地形下天文辐射分布式计算模型,计算了起伏地形下贵州高原100 m×100 m分辨率天文辐射精细空间分布,分析了局地地形因子对起伏地形下天文辐射的影响。结果表明:(1)贵州高原起伏地形下天文辐射的空间分布具有明显的地域分布特征。(2)贵州高原起伏地形下天文辐射年总量平均为481.7~13 041.8 M J/m2,1月、7月天文辐射分别为0.0~1 244.7 M J/m2、0.0~1 264.8 M J/m2。(3)局地地形因子对起伏地形下天文辐射空间分布的影响随季节和纬度变化,虽然坡度、坡向和地形遮蔽对天文辐射的影响,在太阳高度角较低的1月比太阳高度角较高的7月相对较大,但因为7月水平面获得的天文辐射的强度相对较大,7月局地地形对天文辐射的影响依然显著。因此,贵州高原起伏地形对天文辐射的影响是不容忽视的。     

基于GIS的重庆地区气温空间分布研究

在观测资料的基础上,利用GIS技术,结合DEM引入天文辐射和高程,研究了重庆地区的多年月平均气温空间分布.并采用独立于观测站外的气象哨的多年月平均观测资料进行了验证.结果表明:天文辐射和高程的气温分布模拟,能够较好地反映地形遮蔽对气温分布的影响.天文辐射的引入较好地把地形对气温要素的影响进行了量化,是对气象要素空间分布研究的一次有益尝试,对山区气象要素空间分布的研究有一定的借鉴作用.     

GIS-based modelling of topography-induced solar radiation variability in complex terrain for data sparse region

Solar radiation not only sustains the lives on the Earth, but also creates spatial and temporal variations of hydrological ingredients, such as vegetation, soil moisture, and snow. Precise quantification of spatial solar radiation incident on the Earth's surface which accounts for the topographic modulation, especially in complex terrain, underpins the study of many catchment hydro-meteorological and hydro-ecological processes. Topography is a key parameter that affects the spatial solar radiation pattern across different scales. This article addresses the issue of modelling spatial variability of actual solar radiation caused by topography from the hydrological perspective. Models with different algorithms and different complexities, from the simple empirical equations to process-based physical approach, have been developed to parameterize and calculate the potential radiation (under clear-sky condition) and the actual radiation (under overcast cloudy condition). Based on a review of the general steps of solar radiation modelling and the corresponding models for each step, two models with easily or globally available data for spatial solar radiation modelling in complex terrain, namely, the physically parameterized, remote-sensing-oriented Heliosat-2 model and the sunshine duration-based Angström–Prescott regression model are selected and implemented in a GIS framework. The capability of both models for simulation of cloudy-sky radiation on horizontal surfaces has been verified against observed station data showing an R ² greater than 0.9. The validity of the models for modelling inclined surface is tested by comparing against each other, which has shown a satisfactory agreement and demonstrated that the simple Angström–Prescott method performed reasonably well compared with the more elaborate Heliosat-2 method. Scale sensitivity of the models and the shading effect are examined with different digital elevation model (DEM) resolutions from 30 to 500 m and reveal the existence of a threshold grid size to resolve the topography-induced spatial solar radiation variability. Spatial mapping of potential solar radiation and actual solar radiation has been demonstrated in a small catchment in Southern Germany, with a spatial difference up to 30% in winter and 5% in summer. This may lead to a significant difference for the energy-limited hydrological processes, such as snowmelt, and evapotranspiration.     

玉溪太阳能辐射资源分布特征

玉溪市太阳能辐射量资源丰富,1960~2009年平均日照时数在2 286.3~2 085.3小时,每天平均日照6小时,冬春季由于晴天多,日照最丰富;盛夏雨日多,日照最小,秋季因经常出现连阴雨天气,日照也相对较小。最大值出现在春季的3月,平均日照8.5小时,最小值出现在盛夏的7月,平均日照仅2.6小时。玉溪太阳能辐射量为57.615×108~52.55×108kJ/m2,资源从东北向西南递增,最丰富的地方主要集中在元江、新平县,其次是江川、通海县,最小是澄江县。20世纪80年代末以后,由于观测场周围环境污染和建筑物的增多增高,对太阳能辐射观测值带来较大影响,使气象站实际观测到的日照小于20世纪80年代以前,并且较不稳定。     

1961-2005年中国霾日气候特征及变化分析

利用1961-2005 年中国霾日统计资料, 对中国霾的时空气候分布特征、变化趋势进行了详细分析, 并探讨了霾变化的可能原因及其与太阳总辐射、日照时数变化的关系。结果表明: 近45 年来, 中国年和四季霾日的空间分布特征均呈现东多西少的空间分布态势, 东部地区集中在三个多发区, 分别为长江中下游、华北和华南; 季节变化, 除东北地区、青藏高原、西北西部四季霾日均很少且变化不明显外, 其余大部分地区均呈现为冬季多, 夏季少, 春秋 季居中的特点。近45 年, 全国平均年霾日数呈现明显的增加趋势, 2004 年为最高值。我国东部大部地区主要呈现增加趋势, 尤其霾多发地区, 如长江中下游、珠江流域及河南西部等 地, 霾日增加幅度大, 趋势显著, 人类活动造成的大气污染物增加及天气气候变化是这些地区霾日呈现增加趋势的可能原因, 我国西部地区和东北大部地区则以减少趋势为主。华北、长江中下游地区、华南地区霾日变化趋势与日照时数变化趋势相反, 霾的增加是造成太阳总 辐射减少的主要原因之一。东北地区、西北地区、西南地区、青藏高原霾日变化和日照时数变化均呈现不明显的减少趋势, 但由于这些地区霾日发生少, 其变化不会对日照时数和太阳总辐射变化造成很大的影响。     

墙面太阳辐照的理论计算与模式估计——以上海为例

倾斜面和墙面的太阳辐射和日照状况对于农林生态、建筑环境工程以及城市气候研究具有重要意义。为了充分利用水平面日照与日射的丰富资料以得到倾斜面和墙面相应变量的细致分布规律,本文将理论计算与模式估计相结合的方法具体应用到一个平原城市(上海)。在倾斜面直接辐射计算中,本文以倾斜面与水平面天文辐射月值的比值(R_b)取代各月代表日的(R_(bo))在倾斜面日照时间的估计中,本文提出利用水平面日照百分率的简单方法。在倾斜面辐射与日照的时空分布规律方面主要突出其随方位与随季节(月份)的变化。 作为例子,本文计算分析了上海市每月各方位墙面上的天文辐射与可能日照时间,对相应的实际日照时间进行了估计。并在计算给出的(R_b)值的基础上,利用散射辐射各向同性与非各向同性模式研究了上海各月墙面直接辐射与总辐射随方位的变化特征。     

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.     

秦岭南北日照时数时空变化及突变特征

根据秦岭南北47个气象站1960-2011年逐月数据,采用样条曲线插值法（Spline）、气候倾向率、Pettitt突变点检测、相关分析等方法对该区日照时数的时空变化特征以及影响其变化的气象要素进行了分析。结果表明：（1）研究区多年平均日照时数为1 838.7 h,空间分布呈东北向西南递减格局,按各分区日照长短排序为秦岭以北>秦岭南坡>汉水流域>巴巫谷地。四季日照时数分布特征与年尺度上的结论基本一致,4个季节按其大小排序为夏季>春季>秋季>冬季,四季均以秦岭以北的日照时数最大。（2）近52 a各区年日照时数变化趋势较为一致,绝大部分站点呈下降趋势。下降的站点占本区站点总数的比例排序为巴巫谷地>汉水流域>秦岭以北>秦岭南坡,秦岭以南的广大地区相对于秦岭以北日照下降更明显。春季47%的站点呈上升趋势,显著上升的站点集中于中部地区;夏季98%的站点呈显著下降趋势;秋季和冬季变化特征及其空间分布无明显规律。（3）年尺度、春季和夏季突变年份集中于1978-1981年间,秋季的突变特征不甚明显,突变年份和空间分布无明显规律性可言,冬季日照时数突变年份同步性和一致性较差。（4）绝大部分站点日照时数与风速、最高气温、平均气温呈正相关关系,与降水和相对湿度呈负相关关系,与最低气温关系不明显。     

Terrain revised model for air temperature in mountainous area based on DEMs: A case study in Yaoxian county

In mountainous area, spatial interpolation is the traditional method to calculate air temperature by use of observed temperature data. Due to lack of sufficient observation data in mountainous areas many precise interpolation methods could give only coarse result which could not meet the demand of precision agriculture and local climate exploration. Based on DEMs of 25 m resolution, a reversed model is constructed, with which temperature is simu-lated to the corresponding slope unit from the solar radiation. Taking Yaoxian county as a test area, and mean monthly temperature data as basic information sources, which are collected from 15 weather stations around Yaoxian county in Shaanxi province from the year of 1970 to 2000, a simulation for the solar radiation cell by cell is completed. By simulating solar radia-tion at each slope and flat cell unit, the terrain revised temperature model could be realized. A comparison between the simulated temperature and the radiation temperature from TM6 thermal infrared image shows that the terrain improved model gets a finer temperature dis-tribution at local level. The accuracy of simulated temperature in mountainous area is higher than it is in flat area.