日太阳辐射分布式模型研究

摘要

本文在以往研究的基础上,综合考虑天空因素和地面因素对太阳辐射空间分布的影响,建立了日太阳辐射分布式模型。利用我国1km×1kmDEM数据、NCEP海平面气压再分析资料、气象站和辐射站的逐日观测资料,实现了起伏地形下我国太阳辐射日总量的分布式模拟,制作了2001年1km×1km分辨率的太阳辐射日总量空间分布图。
　　本文主要完成了以下几个方面的工作:
　　1)以压高方程为基础,建立地面气压模型,利用常规气象站实测资料和NCEP再分析海平面气压资料,率定模型参数,模拟月平均气压和日平均气压。加密站验证结果表明:月平均气压绝对误差平均值为0.93hPa,日平均气压绝对误差平均值为1.02hPa。制作了2001年我国1Km*1Km月平均气压和日平均气压空间分布图。
　　2)建立水平面三种起始数据:日天文辐射、干洁大气可能辐射和湿洁大气可能辐射的计算方案,完成了2001年我国1km*1km分辨率的水平面三种起始数据的空间制图,并对比分析了三种起始数据。湿洁大气可能辐射能较好的体现宏观地势对太阳辐射的影响,空间分布更加合理。
　　3)对比分析采用不同气象因子的6个水平面太阳辐射日总量估算模型的性能:2个以日照百分率为主导因子,气温日较差为修正项的综合模型拟合误差最小,精度最高;经典的日照百分率模型次之,但其模型系数最稳定可靠;3个气温日较差模型拟合效果最差。最终选用经验系数稳定、拟合精度较高的日照百分率模型,制作了2001年我国水平面太阳辐射日总量的空间分布图。
　　4)建立起伏地形下三种起始数据:天文辐射、干洁大气可能辐射和湿洁大气可能辐射的计算方案,完成我国1km*1km分辨率的2001年起伏地形下三种起始数据的空间制图,并对比分析了三种起始数据。5)利用三种起始数据:天文辐射、干洁大气可能辐射和湿洁大气可能辐射,建立起伏地形下日太阳辐射分布式模型,实现了我国1km*1km分辨率的2001年起伏地形下太阳辐射日总量的空间制图。相似像元法验证的绝对平均误差为1.709MJ/m2,相对误差为15.22％,表明日太阳辐射分布式模型具有较好的模拟性能。
　　对比以往众多学者的研究内容和方法,本文有以下创新:1)基于压高公式,考虑海拔高程、气温等因素对地面气压的影响,建立物理意义明确的物理经验统计模型推算地面气压,完成了精度高、分辨率高的地面气压空间制图。2)充分考虑大气中各因子对辐射传输的影响,分别以天文辐射、干洁大气可能辐射、湿洁大气可能辐射为起始数据推算太阳辐射日总量,相对之前的研究,起始数据更加丰富。3)对比了日照百分率模型、气温日较差模型、日照百分率和气温日较差综合模型三种共6个物理统计模型,分析了更多气象因子在太阳辐射估算模型中的应用。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.2.1 水平面太阳辐射研究

1.2.2 起伏地形下的太阳辐射研究

1.3 研究区域概况

1.4 研究内容与技术路线

1.4.1 研究内容

1.4.2 研究数据

1.4.3 研究特色

1.4.4 技术路线

第二章 地面气压空间化模型

2.1 研究资料及研究方法

2.1.1 研究资料

2.1.2 研究方法

2.2 模拟与验证

2.2.1 月平均气压计算模型

2.2.2 日平均气压计算模型

2.3 地表气压模拟结果与分析

2.4 小结

第三章 水平面起始数据计算模型

3.1 三种起始数据的计算方法

3.1.1 水平面天文辐射

3.1.2 水平面干洁大气可能辐射

3.1.3 水平面湿洁大气可能辐射

3.2 三种起始数据对比分析

3.3 小结

第四章 水平面太阳辐射估算模型

4.1 研究资料和研究方法

4.1.1 研究资料

4.1.2 研究方法

4.2 建模与分析

4.3 验证

4.4 水平面太阳辐射日总量空间分布

4.5 小结

第五章 起伏地形起始数据计算模型

5.1 起伏地形下天文辐射

5.2 起伏地形下的干洁大气可能辐射

5.3 起伏地形下的湿洁大气可能辐射

5.4 起伏地形下三种起始数据的空间分布

5.5 小结

第六章 起伏地形总辐射分布式模型

6.1 直接辐射

6.1.1 计算方法

6.1.2 水平面直接辐射模型

6.2 散射辐射

6.2.1 计算方法

6.2.2 水平面散射辐射模型

6.2.3 地形开阔度

6.3 地形反射辐射

6.4 日总辐射

6.5 验证

6.6 小结

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

附录 本文对应图表

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