模擬青海高原30年月、年平均太陽總輻射空間格局差異,大氣科學(xué)論文太陽輻射是地球上一切活動(dòng)的主要能量來源,也是地球氣候構(gòu)成的最重要的因子,對地表輻射平衡、能量交換以及天氣氣候的構(gòu)成具有決定性的意義.但是我們國家陸地范圍太陽輻射觀測站太少,遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能知足實(shí)際需要.通過考慮地理、氣象因子影響,利用站點(diǎn)所觀測的太陽輻射資料,建立基于物理模型的太陽輻射空間模型,對太陽輻射進(jìn)行空間格局模擬研究具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值.國外在20世紀(jì)70年代,已有很多學(xué)者進(jìn)行了輻射模型數(shù)學(xué)方式方法研究.隨著GIS和RS技術(shù)的發(fā)展,對太陽輻射的研究轉(zhuǎn)向太陽輻射模型與GIS的結(jié)合.青海省平均海拔3000m以上,假如把國內(nèi)研究中得到的經(jīng)歷體驗(yàn)系數(shù)應(yīng)用于高原區(qū)域太陽輻射計(jì)算,難免會(huì)產(chǎn)生較大的誤差,并且青海省因其重要的生態(tài)地位,可根據(jù)太陽輻射對該區(qū)域的草地生產(chǎn)力進(jìn)行研究.同時(shí),太陽輻射還是太陽能光伏發(fā)電站地址選擇的重要決策根據(jù).研究通過構(gòu)建青海省月、年平均太陽總輻射模型,最終模擬了青海高原30年月、年平均太陽總輻射空間格局差異,以彌補(bǔ)太陽輻射觀測站少而無法得到太陽輻射資源的具體情況.1、研究區(qū)大概情況及數(shù)據(jù)來源青海省位于青藏高原東北部,其地勢西高東低,地形復(fù)雜多樣,構(gòu)成了獨(dú)具特色的高原大陸性氣候,日照時(shí)間長,空氣稀薄,平均海拔在3000m以上,境內(nèi)山脈高聳,河流縱橫,湖泊星羅棋布.由于地域遼闊,地形復(fù)雜,境內(nèi)太陽總輻射的空間格局復(fù)雜多變.我們收集了青海省玉樹市、格爾木市、西寧市3個(gè)太陽輻射觀測站1961年1月2007年12月的逐日太陽總輻射和逐日日照百分率資料,以保證所用資料驗(yàn)證模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性.1.1太陽輻射模型的構(gòu)建及計(jì)算到達(dá)地球上界的太陽輻射主要取決于地球與太陽的互相空間位置及它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,而到達(dá)地面的太陽輻射又隨著季節(jié)、緯度、時(shí)刻、海拔、大氣透明度等不同而發(fā)生變化.太陽總輻射的空間分布模型的建立分為地外水平面太陽總輻射的計(jì)算和太陽總輻射的氣候?qū)W推算兩部分.對于某一給定日期垂直于太陽光線的外表,從太陽獲得的輻照度的計(jì)算公式為華而不實(shí):為該地緯度;H為該時(shí)刻太陽高度角;為該日太陽赤緯;為時(shí)角;為日角.詳細(xì)數(shù)值參見以下為以下為參考文獻(xiàn).華而不實(shí):Q為太陽總輻射;Q為潛在總輻射理想、大氣總輻射或天文總輻射;n、N分別為實(shí)際日照時(shí)數(shù)和可能日照時(shí)數(shù)(即日照百分率);a、b為待定系數(shù).1.2太陽總輻射模型基于晴天總輻射的太陽總輻射模擬公式為華而不實(shí):Q為太陽總輻射;Q為112月各月的最大晴天總輻射,月總量(MJ/m);為地理緯度(H為海拔(m);e為月平均水汽壓(hPa);i=1,2,3,,12(月);C0i、C1i、C2i、C3ie是方程的待定系數(shù)(詳細(xì)數(shù)值見文獻(xiàn)),實(shí)際觀測太陽總輻射值、日照百分率、潛在太陽總輻射值,經(jīng)統(tǒng)計(jì)回歸獲得112月各月的a、b系數(shù)(見表1),參見以下為以下為參考文獻(xiàn),Si為各月日照百分率.2、結(jié)果分析2.1模型驗(yàn)證將格爾木、西寧、玉樹三站19801983年的資料作為模型效果驗(yàn)證使用.圖1為三站1980年112月模擬值和實(shí)測值比照分析結(jié)果.三站模擬效果均較理想,模型能完全模擬三站月輻射變化趨勢.玉樹站最小絕對誤差值0.23MJ/m2(12月),最大絕對誤差值82.75MJ/m2(6月).格爾木站最小絕對誤差值0.14MJ/m2(10月),最大絕對誤差值48.97MJ/m2(4月).兩站各月誤差值有正有負(fù),屬于模型隨機(jī)誤差.西寧站最小絕對誤差值20.14MJ/m2(12月),最大絕對誤差值65.78MJ/m2(6月).模擬值整體高于實(shí)測值,這可能是由于大氣透射率的計(jì)算誤差引起的.西寧市為青海省人口聚集區(qū)和工業(yè)區(qū),其大氣透明系數(shù)要小于理想大氣的透明系數(shù).至于二者的定量關(guān)系,還需要進(jìn)一步研究.2.2青海省年、月太陽總輻射空間格局青海省近30年(19712000年)太陽總輻射年平均值為6771.95MJ/m2,空間格局呈現(xiàn)從西北到東南逐步減少的趨勢(見圖2).三個(gè)最高值分別位于可可西里、柴達(dá)木盆地南部山區(qū)和大柴旦西部,最低值位于東部的河湟谷地,祁連山區(qū)和青南南部是次低值區(qū).圖3是估算的青海省近30年(19712000年)112月太陽總輻射結(jié)果.圖3中所示48月是太陽輻射量到達(dá)地面最集中和最多的時(shí)段.因而,全省15月太陽總輻射均值逐步增加,5月到達(dá)最高值717.24MJ/m2,6月降低為695.48MJ/m2,7月又上升到次高值701.96MJ/m2,從8月開場持續(xù)減少,12月份到達(dá)最低值352.63MJ/m2.全省各月總輻射的空間分布特征不盡一致,冬春季節(jié)柴達(dá)木盆地、河湟谷地、青南南部是低值區(qū),而從4月份開場,柴達(dá)木盆地成為輻射的高值區(qū).另外,可可西里、海西州的都蘭也是兩個(gè)高值區(qū),這種特征一直持續(xù)到8月份,48月太陽總輻射量約占全年總輻射的60%以上,進(jìn)而也決定了上述區(qū)域年太陽總輻射為全省的高值區(qū).3、結(jié)論研究應(yīng)用DEM高程模型及青海省日照百分率資料,構(gòu)建了青海高原的月、年太陽總輻射模型,總體模擬結(jié)果良好.模擬結(jié)果表示清楚:青海省近30年(19712000年)太陽總輻射年平均值為6771.95MJ/m2,空間格局不均勻,呈西北到東南逐步減少的趨勢.三個(gè)最高值區(qū)分別位于可可西里地區(qū)、柴達(dá)木盆地南部山區(qū)、大柴旦西部地區(qū),而東部河湟谷地為最低值地區(qū).近30年(19712000年)月太陽總輻射呈現(xiàn)明顯的季節(jié)性變化,且空間格局和年太陽總輻射基本一致.從1月份開場太陽總輻射增加,到5月份到達(dá)最高值,6月份降低,7月份又到達(dá)次高值,從8月份開場持續(xù)減少,直至12月份到達(dá)最低值.研究在估算太陽輻射時(shí),日照百分率格點(diǎn)值通過插值獲取.另外,大氣透射率的計(jì)算也應(yīng)用了經(jīng)歷體驗(yàn)公式,這可能對估算精度帶來一定的影響.假如這兩個(gè)參數(shù)用遙感資料來反演,將會(huì)在很大程度上提高估算的精度.以下為以下為參考文獻(xiàn):[1]翁篤鳴.中國輻射氣候[M].北京:氣象出版社,1997.[2]張運(yùn)林,秦伯強(qiáng),陳偉民,等.太湖無錫地區(qū)太陽總輻射的氣候?qū)W計(jì)算及其特征分析[J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào),2003,14(3):329-330.[3]劉新安,范遼生,王艷華,等.遼寧省太陽輻射的計(jì)算方式方法及其分布特征[J].資源科學(xué),2002,24(1):82-87.[4]林文鵬,陳金華,王長耀.福建沿海地區(qū)太陽輻射時(shí)空變化分析[J].華僑大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版,2004,25(4):430-434.[5]周秉榮,李鳳霞,顏亮東,等.青海省太陽總輻射估算模型研究[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2018,32(4):495-499.[6]鐘強(qiáng),金娥.利用Nimbus-7行星反照率估算青藏高原地區(qū)的總輻射[J]．氣象學(xué)報(bào),1989,30(2):165-172.[7]繆啟龍,周鎖銓,吳息,等.西部山區(qū)總輻射氣候?qū)W計(jì)算及分布[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報(bào),1994,17(2):177-182.[8]盧端,袁士孔.甘肅省平均太陽輻射量確實(shí)定方式方法[J].甘肅科學(xué)學(xué)報(bào),1990,2(3):55-57.[9]李云艷,孫治安,曾憲寧,等.晴天地表太陽輻