[發明專利]一種利用地面氣象觀測資料估算地表反照率的方法

有效

• 申請號: 201910599095.6
• 申請日: 2019-07-04
• 公開（公告）號: CN110411982B
• 公開（公告）日: 2021-09-24
• 發明（設計）人: 陳剛;顧世祥;周密;陳金明;謝波;梅偉;蘇建廣;浦承松;吳雷;高蓉
• 申請（專利權）人: 云南省水利水電勘測設計研究院
• 主分類號: G01N21/47
• 分類號: G01N21/47;G01W1/00
• 代理公司: 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 楊宏偉

本發明公開了一種利用地面氣象觀測資料估算地表反照率的方法，首先獲取目標站點的氣象觀測數據，包括該站點所在的地理位置、逐日的輻射作用層的葉面指數LAI_k和日照時數n_k，根據目標站點的地位位置計算太陽傾角δ_k；然后根據不同計算需求的時間尺度對數據進行整理，之后根據太陽傾角和地理位置數據計算目標站點的太陽正午時角天頂距，獲得的數據計算晴空地表反照率的天頂值；對時角積分得到晴天地表反照率的日平均值；之后采用日照時數考慮云量對反照率的影響，計算地表反照率的日平均值。本發明具有適用范圍廣、計算精度高、便于應用等優點，是一種計算簡便，計算精度高的方法。

技術領域

本發明屬于地面觀測領域，涉及一種地表反照率計算方法，具體涉及一種利用地面氣象觀測資料估算地表反照率的方法。

背景技術

地表反照率是指地表反射輻射通量與入射輻射通量的比值，是模擬各種農林氣象、生物化學和生物地球化學過程的關鍵參數。地表反照率主要受輻射作用層特性(例如裸土的顏色、濕度、粗糙度等)和其他外部因素(云量、風向、積雪)的影響。反照率可用兩個背靠背水平安裝的輻射計直接測量得到。然而，受直接測量有關的經濟和技術的限制，僅有極少數的站點觀測到地表反照率。例如，在2500多個氣象站中，只有18個站點觀測逐日的反射輻射，用于估算地表反照率。此外，由于地表特性和各種外部因素隨時空變化，從特定站點測量得到的地表反照率不適用于其他未監測的地點。

為此，許多科技工作者致力于地表反照率估算方法的研究，提出了許多地表反照率的計算方法，大致分為基于地面觀測的方法和基于遙感的方法兩大類。雖然基于地面觀測的模型在輸入方面相當簡單，在應用上也較為方便，但是大多數模型都是針對幾個特定站點擬合得到的，能否推廣應用于其他地方還有待檢驗。基于遙感的方法通常用于較大空間尺度的研究中，以往的許多研究都集中在需要遙感測量的地表反照率區域值上。自1965年Conover首次將衛星影像應用于確定云層和地表的反照率以來，科技工作者一直致力于從衛星平臺利用中分辨率成像光譜儀(Moderate Resolution ImagingSpectroradiometer,MODIS)等遙感測量資料推算區域表面反照率。盡管MODIS反照率產品因其低成本的可獲取性，被廣泛用于區域表面反照率的估算。然而，這些產品的最小分辨率為1公里，周期為16天，這限制其在較小空間尺度和假定表面(如參考作物)上的應用。因此需要一種成本低廉，數據準確度高的地表反照率獲取方法。

發明內容

本發明的目的是提出一種估算地表反照率的氣象學方法，能夠簡便、快速、精確地利用氣象觀測資料估算地表反照率。

為了解決上述技術問題，本發明采用技術方案是：

一種利用地面氣象觀測資料估算地表反照率的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、氣象觀測數據收集與整理，獲取目標站點的氣象觀測數據，包括該站點所在的地理位置、逐日的輻射作用層的葉面指數LAI_k和日照時數n_k，其中k為表示時序的下標，根據目標站點的地理位置計算太陽傾角δ_k；

步驟2、根據太陽傾角和目標站點的地理位置計算目標站點的太陽正午時角天頂距，計算公式如下：

上式中，Z_k，表示第k日或第k月平均太陽正午時角天頂距；

步驟3、根據步驟1和步驟2獲得的數據計算晴空地表反照率的天頂值α_zz,k；

步驟4、計算晴天反照率的日或月平均值，由于太陽角天頂距隨太陽東升西落的時角不斷變化，第k日或第k月的地表反照率平均值是隨時間變化，對時角積分得到晴天地表反照率的日或月平均值；

步驟5、計算地表反照率的日或月平均值，采用日照時數考慮云量對反照率的影響，則地表反照率的日或月平均值為