[發明專利]復雜地形條件下太陽短波入射輻射估算方法

有效

• 申請號: 201410750687.0
• 申請日: 2014-12-10
• 公開（公告）號: CN104406686A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發明（設計）人: 張彥麗;李新;陽坤;趙軍;擺玉龍
• 申請（專利權）人: 西北師范大學
• 主分類號: G01J1/00
• 分類號: G01J1/00;G06F17/50
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 周立新

技術領域

本發明屬于太陽能技術領域，涉及一種復雜地形條件下太陽短波入射輻射估算方法。?

背景技術

太陽短入射波輻射（Downward?Surface?Shortwave?Radiation，DSSR）是地球表層上的物理、生物和化學過程（如雪融、蒸騰、作物光合等）的主要能源，也是生態系統過程模型、水文模型和生物物理模型中的必要參數。大氣、地表特性等因素和過程決定了地表接收的太陽入射短波輻射，因此有必要確定地表短波輻射局地、區域和全球尺度上的時空變化。獲得DSSR時空變化的傳統方法是地表測量。當地表平坦，在大氣水平均一的假定下，可以把地面站點的測量向二維空間外推。但當地表不均一或崎嶇不平時，太陽短波入射輻射空間異質性非常強，就不能進行外推。利用衛星遙感資料、數字高程模型（Digital?Elevation?Model，DEM）并結合大氣輻射傳輸模型估算復雜地形條件下太陽短波入射輻射，是近十年來發展的新方法。

山區地表接收的DSSR來自三個方面：太陽直接輻射、大氣散射輻射和周圍地形反射輻射。三種分量不同程度地受大氣與地形條件影響。復雜地形條件下寬波段太陽短波入射輻射主要受四種因素的影響，即太陽-地表幾何因素、大氣衰減、地形因素和地表覆蓋類型。其中，幾何因素決定太陽短波入射輻射的緯度效應和季節變化特征，控制全球尺度和中尺度的太陽空間分布特征；太陽短波輻射在到達地表之前穿過大氣受大氣衰減，而復雜地形區大氣透過率隨時空變化，尤其是水汽和氣溶膠透過率變化較劇烈；地形因素描述由于不同坡度、坡向及周圍地形影響等造成的太陽短波入射輻射能量不均勻分配，決定在地形小尺度太陽短波入射輻射量的變化特征。在以上四個影響因素中，太陽短波入射輻射估算的困難在于大氣效應與地形效應以及兩者作用的疊加。?

發明內容

本發明的目的是提供一種復雜地形條件下太陽短波入射輻射估算方法，同時顧及大氣和地形效應，提高估算精度。

為實現上述目的，本發明所采用的技術方案是：一種復雜地形條件下太陽短波入射輻射估算方法，其特征在于，該估算方法具體按以下步驟進行：

步驟1：基于MODIS大氣產品的寬波段大氣透過率估算：

寬波段大氣透過率分為兩類：直射輻射透過率和散射輻射透過率，具體參數化方案選擇陽坤大氣透過率模型；

直射輻射透過率公式為：

式中：T_r(θ_s)、T_a(θ_s)、T_g(θ_s)、T_σ3(θ_s)和T_w(θ_s)分別表示瑞利散射透過率、氣溶膠散射透過率、穩定氣體吸收透過率、臭氧吸收透過率與水汽吸收透過率。

散射輻射透過率T_d(θ_s)計算公式為：

太陽直接輻射在大氣中的衰減大小由直射輻射透過率決定，散射輻射的衰減量由散射輻射透過率確定；周圍地形的反射輻射是周圍地物接收的直接輻射與散射輻射的函數；?

1、寬波段水汽吸收透過率估算：

式中的大氣質量m(θ_s)參見世界氣象組織建議計算公式；w是大氣可降水厚度，單位是厘米，用MODIS水汽產品PW代替；

2、寬波段氣溶膠散射透過率估算：

式中：β為渾濁度；MODIS水汽產品直接輸入水汽透過率公式，而陽坤大氣透過率模式中，其假設為波長指數假設為1.3，且β由0.50μm處氣溶膠光學厚度推導而來，即：

β=τ_0.500.5^{1.3?????????????????????}（6）

式中，τ表示氣溶膠光學厚度，τ_0.50表示0.50μm氣溶膠光學厚度；