论文总字数：17746字

目录

1 引言 1

2 资料与方法 2

2.1 资料来源与处理 2

2.2 水平面旬天文总辐射Q₀的计算 2

2.3 太阳总辐射分布式模型的建立 3

2.3.1 水平面太阳总辐射Q计算模型 3

2.3.2 复杂地形下太阳总辐射分布式模型 3

2.4 太阳直接辐射分布式模型的建立 3

2.4.1 水平面太阳直接辐射Q_b模型 3

2.4.2 复杂地形下太阳直接辐射分布式模型 3

2.5 太阳散射辐射分布式模型的建立 4

2.5.1水平散射辐射Q_d 4

2.5.2 复杂地形下太阳散射辐射 4

3 结果与讨论 4

3.1 模型模拟参数和误差分析 4

3.1.1 模型模拟参数 4

3.1.2 误差分析 8

3.2 复杂地形下全国太阳辐射的分布规律 9

3.2.1 太阳总辐射的分布规律 9

3.2.2 太阳直接辐射分布规律 12

3.2.3 太阳散射辐射分布规律 16

4 结论 18

参考文献： 19

复杂地形下旬太阳辐射分布式模拟

温嘉琪

，China

Abstract：Based on the solar radiation product which has been improved by the former to simulate,this paper used the 63 radiation sites’ observations in China from 1971-2000 and 1km ×1km of digital elevation model (DEM) datas to build the solar global radiation,direct radiation and scatter radiation distributed model under the rugged terrain,realized the aim of the national solar total radiation simulation in 36 dedaks in China.The results showed that the difference of the distribution of total solar radiation, in turn, is spring gt; winter gt; autumn gt; summer; the solar total radiation in dedaks in the same national distribution is late gt; middlegt; early .In addition ,through validating the simulation results and the error analysis,this paper got the average relative error of three radiation simulations ,they were 11.01%, 22.54% and 16.26% respectively. It’s obvious that the simulation precision is higher, and meant that the distributed simulation of the solar radiation in dedaks is reliable, established by this paper.

Key words：rugged terrain; solar radiation; debaks; distributed model

1 引言

能量既是生命的源头，也是生命得以延续和发展的不竭动力。而人类的发展，归根结底是源于太阳辐射的能量。同时，太阳辐射也是大气环流、地质运动赖以发生、发展的最主要来源。简言之，地球大气环境的形成与太阳辐射能量密不可分。太阳辐射数据在模拟地表动力和热力过程方面同样扮演着非常重要的角色。因此，探究我国太阳辐射的分布状况，对于我国合理地进行气候区划，农业设施保险等方面都有重要的理论研究和现实意义。　　　　　　　　　　　　　　　　

我国由于地理环境复杂，地形地貌特征各异，导致全国各地的辐射状况互不相同。而且辐射站和常规气象站无论在站点设置的数量（分布密度）还是地理条件上均不能实现在空间上对太阳辐射的分布进行精确描述。观测分析很大程度上不能满足对分布规律的研究和实际应用的需求。因此，当务之急是寻求一种能够合理利用常规要素的观测资料来估算太阳辐射量的方法。在计算过程中，局地因素如山地的地形、坡度、坡向等对辐射计算的影响都必须考虑在内。因此,建立以分布式模型为核心技术的太阳辐射模型，对于了解我国太阳辐射分布的特征，揭示我国气候形成，了解我国气候资源具有十分重要的理论意义和应用价值。

最早建立总辐射的计算公式的是Ångtröm[^[1]]，此后一直到现在，国内外己经建立了大量的基于日射站观测资料建立的水平面上太阳总辐射、直接辐射及散射辐射的估算模式[^[2]]。影响实际辐射场计算的因素，不仅有天文地理因子、大气状况，还包括坡地的坡向、坡度、地形起伏所造成的相互遮蔽的影响。因此，研究太阳辐射的重要突破口就是对起伏地形下的辐射特征及其计算方法的了解和拓展。傅抱璞（1958)[^[3]]，朱志辉（1988）[^[4]]，翁笃鸣（1981）[^[5]]等对起伏地形下的辐射计算模型的理论研究的局限部分也是由于受到地形数据、计算手段等因素的限制。李占青[^[6]-][^[7]][^[8]]等曾采用从地形图中直接读取100m×100m分辨率的网格点高程的方法来阐明山区太阳总辐射的分布。因此采用模式研究的方法对于精确地解决地形对辐射遮蔽的影响而言尤为重要。前人已经在太阳辐射起始数据物理模型方面做了很多研究，如 Bird Clear Sky Model[^[9]-][^[10]][^[11]]、Iqbal Model C[^[12]]、METSTAT model[^[13]]、Yang Model[^[14]]等。这些模型大多由于只考虑了大气中的主要成分的影响，而受限于数字高程资料获取、模型效率、精度等因素，所以对直接辐射与散射辐射所进行的模拟还有待于改进和完善[^[15]]。曾燕，邱新法[^[16]]基于1km×1km分辨率的DEM数据，建立了起伏地形下的可照时间、天文辐射的分布模型，包括分月估算模型、分站估算模型、分月分站估算模型等，为地表时空多变要素的定量空间拓展提供全新思路[^[17]]。

前人对太阳总辐射进行拟合建模时通常有分月模式，分站模式，分月分站模式等，但这些模式均建立在月尺度要素模拟上。不同时间尺度下太阳辐射的模拟结果以及分布状况有所不同。崔玉环，叶柏生，王杰[^[18]]等对不同时间尺度（日、旬、月、季）下径流的变化进行了分析，得出了不同时间尺度下径流与气象要素的相关性不同。桑玉强，张劲松，孟平等[^[19]]进行的不同时间尺度下气象因子以及水面蒸发对液流的影响的分析，得出不同的时间尺度下栓皮栎液流与气象因子具有很好的复相关性，且时间尺度越大，相关性越好。这些对研究对象进行不同时间尺度下的分析对研究太阳辐射模拟来说有很强的借鉴意义。所以在前人对太阳辐射进行月尺度模拟的研究基础上，本文将实现旬尺度的太阳辐射模拟，进一步细化建模的时间尺度，深入分析根据气象站观测资料所建立的水平面经验系数的时空性，这对于满足太阳辐射在时间的稳定性具有重要意义。同时在农业气象作物干旱等级区划等方面也有着更好地应用。

2 资料与方法

2.1 资料来源与处理

本文所采用的气象资料为：（1）来自国家气象中心的常规气象站 1971-2000年的逐日常规气象观测资料；(2)全国辐射站1971-2000年逐日太阳直接辐射、太阳散射辐射和总辐射观测资料；(3)全国范围 1:100 万的 DEM 数据，分辨率为1km×1km。为保证资料的齐全度和准确度，本次模拟对所选用的资料进行了严格的控制和筛选。从全国的辐射站点中筛选出63个站点进行质量控制，然后将逐日资料处理为各站各年的旬平均资料，得到全国63个站点1971-2000年36旬气象数据，用于模型模拟，单位为MJ m^-2。