（气象学专业论文）实际地形下浙江省太阳辐射分布式模拟.pdf

摘要 本文利用浙江省7 1 个气象观测站月平均气象常规资料，浙江省内以及周边城市共7 个 日射站辐射资料，结合浙江省l ：2 5 0 ，0 0 0 d f m 数据，对浙江省山地辐射时空分布进行了模拟 研究。并完成了浙江省1 0 0 m 1 0 0 m 分辨章的天文辐射、直接辐射、散射辐射以及地形反射 辐射、总辐射的空间制图。所提供的数据可作为基础地理数据供相关研究应用。 太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输， 对环境无任何污染。所以在能源缺乏的年代，精细模拟太阳辐射的时空分布对合理利用太 阳能源具有重大意义和广阔的研究前景。 本文主要完成了以下几方面的工作： ( 1 )在以往辐射研究的基础上，以地理信息系统( g i s ) 为数据处理平台，根据太阳 光线与复杂地形之间的几何关系和坡地太阳辐射机理，通过晴空指数、直接 分量、散射分量等综合描述大气对太阳辐射影响的参数，以浙江省d e m 数 据作为地形的综合反映，模拟了实际地形下( 坡度、坡向和地形遮蔽) 浙江 省太阳辐射时空分布。 ( 2 )对浙江省的天文辐射、直接辐射、散射辐射、地形反射辐射、总辐射的时空 分布规律进行了详细的分析，以及对影响它们的因素也作了探讨。 ( 3 )完成了起伏地形下1 0 0 m x l 0 0 m 分辨率的精细太阳辐射的空间分布制图。所 提供的数据可作为基础地理数据供相关研究使用。类似的精细模拟在国内外 相关研究中尚不多见。 研究特色在于： ( t ) 采用1 ：2 5 0 ，0 0 0 d e m 数据，更精细地模拟出地理地形特征。 ( 2 ) 在成分分解模型基础上建立起伏地形下的辐射分布式模型。并对浙江省多年 月平均资料进行分析，拟合出适用于浙江省的经验系数。 关键字：实际地形；浙江省太阳辐射；1 ：2 5 0 ，0 0 0 d e m ；g i s a b s t r a c t z h e j i a n g ss o l a rr a d i a t i o nm o d e l so fd i f f e r e n tt e m p o r a la n ds p a t i a ls c a l e sw e r ee s t a b l i s h e d b yu s i n gg r o u n do b s e r v e dd a t af r o m7 1m e t e o r o l o g i c a ls t a t i o n s b a s e do n7p r i n c i p l e so fd i r e c t a n dd i f f u s es o l a rr a d i a t i o no nt i t l es u r f a c ei no ra r o u n dz h e j i a n gp r o v i n c e ，t h ed i s t r i b u t i o no f d i r e c t , d i f f u s ea n dt o p o g r a p h yr e f l e c ts o l a rr a d i a t i o no v e rr u g g e dt e r r a i n sw a ss i m u l a t e d c o m b i n e dw i t hi ：2 5 0 ，0 0 0d e m a n dt h e yw e r em a p p e df o rz h e j i a n gp r o v i n c e t h e s ed a t ac a nb e e m p l o y e df o rr e l e v a n ts t u d i e s s o l a re n e r g yi si n s t a n t a n e o u sa n dr e b i r t h i tc a nb eu s e dc o n v e n i e n t l ya ta n yp l a c ew i t hn o p o l l u t i o n s oi ti sv e r yi m p o r t a mt ou se s p e c i a l l yi nt h e s ey e a r so f e n e r g ys o l l f g ea b s e n c e t h em a i na c h i e v e m e n t so f t h i sp r o j e c tw e r ec o n c l u d e da sf o l l o w s ： ( 1 ) g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ( g i s ) a st h ed a t ap r o c e s s i n gp l a t f o r m ，t h et h e s i s s t u d i e dt h eg e o m e t r i c a lr e l a t i o nb e t w e e nt h e s u n r a ya n dr e a lt o p o g r a p h y , s o l a r r a d i a t i o no ns l o p i n gf i e l d s a n ds o m ea t m o s p h e r i cp a r a m e t e r ss u c ha sc l e a r n e s s i n d e x 扁a n dd i r e c tc o m p o n e n t f 6w h i c hh a v ee f f e c to ns o l a rr a d i a t i o n w i t hd e m d a t a o fz h e j i a n gp r o v i n c ea st h ec o n s o l i d a t er e f l e c t i o no ft o p o g r a p h y , t h es p a t i a l d i s t r i b u t i o no fs o l a rr a d i a t i o no f z h e j i a n gp r o v i n c e0 n t h er e a lt o p o g r a p h y ( g r a d i e n t ， a s p e c to fs l o p ea n dt o p o g r a p h i c a ls h a d e ) w a sa c c u r a t e l ys i m u l a t e db a s e do nt h e p r e v i o u ss t u d i e s a n dt h ed i s t r i b u t i o no fa s t r o n o m i c a lr a d i a t i o no f z h e j i a n gp r o v i n c e f o re a c h m o n t h w a s d r a w n w i t h t h er a s o l u t i o no f l 0 0 m x l 0 0 m u t i l i z i n g d e m d a t a ( 2 ) t h er u l eo f t h es o l a rr a d i a t i o na b o u ts p a c ea n dt i m ew a sa n a l y z e d a n dt h ee f f e c t e d f a c t o r so ns o l a rr a d i a t i o nw e r ed i s c u s s e d ( 3 ) t h e d i s t r i b u t i o no fs o l a rr a d i a t i o no f z h e j i a n gp r o v i n c eu n d e rr e a lt o p o g r a p h yw a s d r a w nw i t ht h er e s o l u t i o no f1 0 0 m 1 0 0 m t h ep r o v i d e dd a t ac a nb eu t i l i z e da st h e b a s i cg e o g r a p h i c a ld a t af o rr e l a t i v es t u d i e s s i m i l a rf i n es i m u l a t e dw o r ki sr a r ei n t h er e l a t e dr e s e a r c hf r o mh o m ea n da b r o a d t h et h e s i si sc h a r a c t e r i z e db y ： ( 1 ) t h eg e o g r a p h i c a la n dt o p o g r a p h i c a lc h a r a c t e r sw e r es i m u l a t e dm o r ep r e c i s e l yu s i n g t h e1 ：2 5 0 ，0 0 0d e md a t a ( 2 ) b a s e do nt h ec o m p o n e n ta n a l y s i st h ed i s t r i b u t e dm o d e lu n d e rr e a lt o p o g r a p h yw a s i i c o n s t r u c t e d i tw a sa p p l i e dt o2 2 x e j i a n gp r o v i n c e e x p e r i e n t i a lc o e f f i c i e n t ss u i tf o r z h e j i a n gp r o v i n c ea l e c l l l v ef i t t e dt h r o u g hm o n t h j ya v e r a g ed a t ao fz h e j i a n gf o r y e a r s k e y w o r d s ：r e a lt o p o g r a p h y , s o l a rr a d i a t i o no f z h e j i a n gp r o v i n c e ，1 ：2 5 0 ，0 0 0d e m ，g i s i n 学位论文独创性声明 本人郑重声明： 1 、坚持以。求实、刨新”的科学精神从事研究工作。 2 、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究 成果。 3 、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。 4 、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构 已经发表或撰写过的研究成果。 5 、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示 了谢意。 作者签名： 日期： 学位论文使用授权声明 王品品 s - 1 5 本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规 定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论 文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制 并允许论文进入学校图书馆被查阅：有权将学位论文的内容编入有 关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密 的学位论文在解密后适用本规定。 作者签名：幽 日期：茎。! 互 1 1 研究区域概况 第一章引言 浙江省位于中国东南沿海长江三角洲南翼，在东经1 1 8 。0 0 1 2 3 。0 0 、北纬2 7 。1 2 3 l 。3 1 ，之间，东濒东海，南接福建，西与江西、安徽相连，北与上海、江苏为邻。浙江省 东匿和南北的直线距离均为4 5 0 公里左右。全省陆域面积1 0 1 8 万平方公里，为全国面积 的l0 6 9 6 ，是中国面积最小的省份之一。全省面积中，山地和丘陵占7 0 4 ，平原和盆地占 2 3 2 ，河流和湖泊占6 4 ，故有“七山一水二分田”之说。浙江海域广阔，岛屿星罗棋 布，海岸线总长6 4 0 0 余公里，居全国首位。 图1 1 浙江省行政区划图 1 1 1 地形地貌 浙江地形复杂，整个地势由西南向东北倾斜。西南山地的主要山峰海拔多在千米以上， 龙泉市境内的黄茅尖高1 9 2 9 米，为最高山峰。中部以丘陵为主，大小盆地错落分布于丘陵 山地之间。东北部是低平的冲积平原。按地表形态的相似性和地域间的差异性区分，全省 大致可分为浙北平原、浙西中山丘陵、浙东丘陵、中部金衢盆地、浙南山地、东南沿海平 原及滨海岛屿等六个地形区。浙江的海域广阔，海岸曲折，形成了众多的港湾，如杭州湾、 象山港、三门湾、台、f i 湾、温州湾、乐清湾等。浙江的大陆岸线北起平湖市金丝娘桥，南 至苍南县的虎头鼻，长达1 8 4 0 0 7 公里。沿海岛屿星罗棋布，形同串珠，北自嵊泗县花鸟 山岛，南至苍南县七星岛，面积5 0 0 平方米以上的岛屿共有3 0 6 1 个。 1 1 2 江河湖泊 主要有钱塘江、瓯江、灵江、苕溪、甬江、飞云江、鳌江、曹娥江等八条水系。钱塘 江全长约6 0 5 公里，是浙江省第一大江。此外，还有以杭卅【为起点的大运河。大运河是著 名的京杭大运河的组成部分，浙江境内长1 2 9 公里，贯穿杭嘉湖平原。杭州西湖、绍兴东 湖、嘉兴南湖、鄞县东钱湖为浙江四大湖泊。东钱湖面积2 2 平方公里，为浙江省最大湖泊。 新安江水库即千岛湖，是浙江省最大的人工湖泊，面积约5 8 0 平方公里。 1 1 i3 气候 浙江位于亚热带季风气候区，冬季受蒙古冷高压控制，盛行西北风，以晴冷、干燥天 气为主，是全年低温、少雨季节。夏季受太平洋副热带高压控制，以东南风为主，海洋带 来充沛的水汽，空气湿润，是高温、强光照季节。春秋两季为冬夏季风过渡时期，气旋活 动频繁，锋面降水甚多，冷暖变化亦大。浙江省气候总的特点是：冬夏季风交替显著，年 温适中，四季分明，光照充足，热量丰富，降水充沛，空气湿润。同时，因濒临海洋，受 明显的海洋影响，温、湿条件比同纬度的内陆季风区优越，是我国自然条件最优越的地区 之一。 12 浙江省实际地形下太阳辐射模拟的意义与目的 太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。尽管太阳辐射到地球大气 层的能量仅为其总辐射能量( 约为3 7 5 1 0 2 6 w ) 的2 2 亿分之一，但已高达1 7 3 ，0 0 0 t w ， 2 也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当子5 0 0 万吨煤。地球上的风能、水能、海 洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料 ( 如煤、石油、天然气等) 从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳 能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转 换。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输， 对环境无任何污染。 太阳辐射是地球生态系统最主要和最直接的能量来源，影响到地球上所有的物理、生 物和化学过程；是维持地表温度，促进地球上的水、大气、生物活动和变化的主要动力。 太阳辐射作为大气的唯一热源，成为控制气候的基本能量。它在地球上的时间和空间分布， 制约着地球上气候系统的运动，是气候形成和演变过程中重要的外参数。太阳辐射能量 在地表上的分配的变化会根本改变云覆盖、温度、湿度、降水和大气环流特征，而且还伴 随着热力和动力过程，与地表水分循环密切相关。太阳辐射也是植物光合作用、植物蒸腾 作用、土壤蒸发等陆面过程的主要驱动因子。因此，地表辐射研究在国内外些重大的研 究计划中一直受到重视“j 。 随着数字地球概念的提出，地球科学正向定量化、综合化方向发展【j j 。实际生产、科 学研究等领域要更加精细、正确的气象信息支持【4 “。遥感、地理信息系统等现代空间信息 技术的进展已使气象数据采集进入卫星观测世纪i ，j ，基础地理信息的分析、处理、表达进 入空间化时代 8 】。 入射到水平面的太阳总辐射包括直接辐射和散射辐射两部分，而在实际地形中还要考 虑山地的遮蔽度和下垫面的多样性。实际地形中山地的遮蔽度取决于周围地形的相互遮蔽。 下垫面的地表的性质能决定了多少辐射被下垫面所吸收和反射。引入地表反照率来反映地 形对太阳辐射的反射，使得复杂地形下的太阳总辐射包含了三个分量：太阳直接辐射、太 阳散射辐射和地形反射辐射，丰富了太阳总辐射的物理意义。分布式模型因为可以考虑每 个网格点的地形特征及其与周围地形间的相互影响，因此可以详细地模拟太阳辐射在复杂 地形下的空间分布规律，是研究复杂地形下太阳辐射精细空间分布的有利工具。 1 3 国内外研究进展 1 3 1 水平面辐射研究 水平面的辐射研究主要集中在两类模式，理论模式和经验模式。 理论模式具有坚实的物理基础，但模式的结构非常复杂，且模式的输入参数中包括臭 氧厚度、气溶胶含量、大气可降水量等很难获得的变量，这限制了理论模式的推广应用。 主要的理论模型见表1 1 。 表1 , 1 理论模型 模型名称作者时间 b i f dc l e a rs k ym o d e l b i r d h u l s t r o m1 9 8 l i q b a lm o d e lc 1 0 ji q b a l 1 9 8 3 m e t s t a tm o d e l n 】m a x w e l l1 9 9 8 a s h r a em o d e l 嘲 a s h r a e 1 9 9 9 p a g em o d e l 1 qp a g e 1 9 9 7 r e s tm o d e l 1 4 】g u e y m a r d2 0 0 2 经验模式结构简单，主要有日照百分率模式、成分分解模式、云量模式。使用日照百 分率、云量等常规气象观测资料建立的辐射经验佶算模式，使得在更多的地区估算辐射量 成为可能。但经验模式中的经验系数需要长期的辐射观测资料来确定，且经验系数随时间、 地点而变化。成分分解模式在估算散射辐射或直接辐射时，必须先知道晴空指数，即：必 须先有总辐射资料，或必须先通过其他途径估算晴空指数或总辐射，这可能会给散射辐射 或直接辐射的估算带来双重误差。但成分分解模式中提出的晴空指数、直接透射率、散射 系数等概念是描述大气对太阳短波辐射影响的综合指标，从而将太阳辐射在复杂地表上的 重分布过程与大气过程独立开来，这无疑对起伏地形下太阳辐射的空间分布研究是有益的。 1 3 2 国内外起伏地形下的太阳辐射研究 傅抱璞( 1 9 5 8 ) 1 、朱志辉( 1 9 8 8 ) 3 、翁笃鸣”1 ( 1 9 8 1 ，1 9 9 7 ) 、r e v f e i m ( 1 9 7 8 ) 对坡地太 阳辐射进行了理论研究和区域性实验，提供了重要的理论基础。但由于受地形数据、计算 工具的限制，研究的多为单一、无限长的倾斜坡面，与实际地形下的太阳辐射分布还有一 定的距离；李占清“1 等( 1 9 8 7 ，1 9 8 8 ) 曾尝试从地形图中提取网格高程来计算山地的太阳 辐射； w i l l i a m s 3 ( 1 9 7 2 ) 、d o z i e r 。“( 1 9 9 0 ) 、b o c q u e t 3 ( 1 9 8 4 ) 、李新j ( 1 9 9 9 ) 等尝 试用d i n 来计算山地的太阳辐射为实际地形下的太阳辐射计算提供了新思路；邱新法 。3 ( 2 0 0 3 ) 、曾燕2 ”“( 2 0 0 3 ) 等利用d f m 地形数据，对实际地形下的太阳辐射数值模拟进行了 理论探索。 d 参考文献 【1 翁笃鸣，著中国辐射气候北京：气象出版社，1 9 9 7 2 】邱新法起伏地形下太阳辐射分布式模型研究南京大学博士学位论文，2 0 0 3 f 3 1 万红桃，周成虎，万庆，等地理信息系统与水文模型集成研究评述水科学进 展，2 0 0 1 1 2 ( 4 ) ：5 6 0 - 5 6 8 4 翁笃鸣，陈万隆，沈觉成，等小气候和农田小气候北京：农业出版社，1 9 8 1 ， 1 3 - 1 9 5 牛振国，李报国，张风荣，等参考作物蒸散量的分布式模型水科学进展，2 0 0 2 ， 1 3 0 ) ：3 0 3 - 3 0 7 6 】a n t o n i c ，0 m o d e l i n gd a i l yt o p o g r a p h i cs o l a rr a d i a t i o nw i t h o u ts i t e 。s p e c i f i ch o u r l y r a d i a t i o nd a t a , e c 0 1 m o d e l l ，1 9 9 8 ，1 1 3 ：3 1 - 4 0 7 陈述彭，赵英时遥感地学分析河北：测绘出版社，1 9 9 0 ：1 - 3 8 张超，陈丙威，邬伦地理信息系统北京：高等教育出版社，1 9 9 5 ：7 1 8 8 9 b i r dr e ，r l h u l s t r o m as i m p l i f i e dc l e a r - s k ym o d e lf o r t h ed i r e c ta n dd i f f i a s e i n s o l a t i o no nh o f i z o n t ms u r f a c e s ，u s s e r t r - 6 4 2 7 6 1 ，n a t i o n a lr e n e w a b l ee n e r g y l a b o r a t o r y ，g o l d e n ，c o l o r a d o ，1 9 8 i 1 0 i q b a l ，m ，a ni n t r o d u c t i o nt os o l a rr a d i a t i o n ，t o r o n t o ：a c a d e m i cp r e s s ，1 9 8 3 1 1 m a x w e l le l m e t s t a r t - 也es o l a rr a d i a t i o nm o d e lu s e di nt h ep r o d u c t i o no f t h e n s r d b s o l a re n e r g y ，1 9 9 8 ，6 2 ( 4 ) ，2 6 3 _ 2 7 9 1 2 a m e r i c a ns o c i e t yo f h e a r t i n g ，r e f r i g e r a t i n ga n da i rc o n d a i o m n ge n g i n e e r s ( a s h r a e ) h a n d b o o k ：h v a ca p p l i c a t i o n a t l a n t a ( g a ) ：a s h r a e ，1 9 9 9 1 3 p a g ej k p r o p o s e dq u a l i t yc o n t r o lp r o c e d u r e sf o r t h em e t e o r o l o g i c a lo f f i c ed a t at a p e s r e l a t i n gt og l o b a ls o l a rr a d i a t i o n ，d i f f u s es o l a rr e l a t i o n ，s u n s h i n ea n dc l o u di nt h eu k ， r e p o r tf c i b s e ，19 9 7 1 4 c h r i sag u e y m a r d h i 曲p e r f o r m a n c ef o rc l e a r - s k yi r r a d i a n c ea n di l l u m i n a n c e s o l a r e n e r g y ，2 0 0 4 1 5 傅抱璞坡地对日照和太阳辐射的影响南京大学学报( 自然科学) ，1 9 5 8 ，( 2 ) ：2 3 4 6 1 6 朱志辉非水平面天文辐射的全球分布。中国科学b 辑，1 9 9 8 ，( 1 0 ) ：11 0 0 - i11 0 1 7 翁笃鸣，孙治安，史兵，中国坡地总辐射的计算和分析，气象科学，1 9 9 0 ，1 0 ( 4 ) ： 3 4 8 3 5 7 f 1 8 李占清、翁笃鸣，一个计算山地的日照时间的计算机模式，科学通报，1 9 8 7 ，( 1 7 ) ： 1 3 3 3 - 1 3 3 5 f 1 9 李占清、翁笃鸣，丘陵山地总辐射的计算模式，气象学报，1 9 8 8 ，4 6 ( 4 ) ：4 6 1 - 4 6 8 2 0 李占清、翁笃鸣，坡面散射辐射的分布特征及其计算模式，气象学报，4 6 ( 3 ) ：3 4 9 - 3 5 6 2 1 w i l l i a m s l d ，b a r r y r g ，a n d r e w sj t a p p l i c a t i o no f c o m p u t e g l o b er a d i a t i o n f o r a l e a so f h i g hr e l i e f j o u r n a lo f a p p l i e dm e t e o r o l o g y ，1 9 7 2 ，( 11 ) ：5 2 6 5 3 3 2 2 】d o z i e rj ，f l e wj ，r a p i dc a l c u l a t i o no f m r r a l np a r a m e t e r sf o rr a d i a t i o nm o d e l i n gf r o m d i g i t a le l e v a t i nd a t a i e e et r a n s a c t i o no ng e o s c i e n c ea n dr e m o t es e n s i n g , 1 9 9 0 ， 2 8 ( 5 ) ：9 6 3 - 9 6 9 2 3 d o z i e rj ，q u t c a l tsi a na p p r o a c ht oe n e r g yb a l a n c es i m u l a t i o no v e rr u g g e d t e r r a i n g e o g r a p h a n a l ，1 9 7 9 ，( 11 ) ：6 5 8 5 2 4 b o c q u e tg m e t h o do fs t u d ya n dc a r t o g r a p h yo f t h ep o t e n t i a ls u n n yp e r i o d si n m o u n t a i n o u sa r e a s j o u r n a lo f c l i m a t o l o g y ，1 9 8 4 ，1 ( 4 ) ：5 8 7 5 9 6 2 5 1 李新，程国栋，陈贤章，等任意地形下太阳辐射模型的改进，科学通报，1 9 9 9 ， 4 4 ( 9 ) ：9 9 3 9 9 8 2 6 曾燕， 邱新法， 缪启龙，等起伏地形下我国可照时间的空间分布自然科学 进展，2 0 0 3 1 3 ( 5 ) ：5 4 5 5 4 8 ， 2 7 曾燕，邱新法，刘昌明，等基于d e m 的黄河流域天文辐射空间分布地理学 报，2 0 0 3 ，5 8 ( 6 ) ：8 1 0 8 1 6 6 第二章复杂地形下浙江天文辐射分布式模拟 在不考虑大气影响的情形下，仅由日地天文关系和地理、地形因素所决定的地表太阳 辐射为天文辐射，它是地表实际入射太阳辐射的基础背景【l j ，也是辐射计算、太阳能资源 评估及其它相关研究领域重要的起始参量【2 ”。水平面上的天文辐射摄由季节纬度和一天中 的具体时间决定1 4 j 。然而在实际起伏地形情况下( 简称坡面) ，投射到坡面上的天文辐射 除受上述因子影响外，还受地形因子影响，包括坡度、坡向和地形遮蔽的影响。随着太阳 在天空中运行轨迹的变化，她形之间的相互遮蔽影响也在不断的响应变化之中，这使得起 伏地形下天文辐射场的计算变得异常复杂。因此，在以往的天文辐射计算中，往往忽略地 形因子的影响。或者仅考虑地形因子中的坡度、坡向的影响，而不考虑地形之间相互遮蔽 的影响【5 。7 】。事实上，起伏地形中，周围地形的遮蔽作用会强烈影响局地可照时间的分布n 不同坡面上太阳光线入射角的不同，使其接受的太阳辐射量存在显著差异【9 ，从而形成复 杂的太阳辐射空间分布。 在借鉴以往学者研究工作的基础上 1 0 - 1 3 ，利用建立的起伏地形下天文辐射分布式计算 模型，在全面考虑地形园子对辐射影响的情况下，以1 ：2 5 0 ，0 0 0 分辨率的数字高程模型( d e m ) 数据作为地形的综合反映，并且考虑地形之间的相互遮蔽情况，计算浙江各月天文辐射的 空间分布( 1 0 0 m l o o m 分辨率) ，探讨局部地形对天文辐射空间分布影响的基本规律。 2 1 研究方法 2 1 1 水平面天文辐射， 水平面天文辐射方面的研究已经相当成熟。在不考虑大气影响的情况下，根据朗伯 定律，地球上各处水平面上的太阳辐照度j ( 天文辐照度) 与太阳高度角h 。的正弦或太阳 天顶距磊的余弦成正比，即 ，= ：( 吉) 2 ，。s t r 血。= = ( 吉) 2 ，。c 。s z 。 c z t ， 其中； 为不考虑大气影响情况下的水平面上的太阳辐照度，单位：m j 一i n ； 而为太阳常数，是日地处于平均距离时，大气上界与太阳光垂直的单位面积单位时间 所接收的太阳辐射能，根据w m o 的标准，一般取o = o 0 8 2m j m - 2 m i n 1 ； 古) 2 为日地距离订正系数c 又称地球轨道偏心率订正因子，无l l g g ) , 根据太阳视轨道方程： s i n h 目= s i n 妒s i n 8 + c o s 伊c o s 占c o s o ) ( 2 2 ) 则水平面天文辐射辐照度，可表示为： ，= ( 去) 2 ，。( s i n 妒s 抽占+ c 。s 妒c 。s 艿c 。s 。) c ：s ， 其中： p 为测点地理纬度，单位：弧度( m ： d 为太阳赤纬，在天赤道以北为正，以南为负，单位：弧度( f q d ) 为太阳时角，从真太阳时正午算起，向西为正，向东为负，单位：弧度( m 印； 太阳赤纬与日地距离订正系数的计算式采用左大康“】等根据1 9 8 6 年中国天文年历中 的列表值进行f o u r i e r 分析后给出： 占= 0 0 0 6 8 9 4 0 3 9 9 5 1 2 c o s f + 0 0 7 2 0 7 5 s i n f 一0 0 0 6 7 9 9 c o s 2 f + 0 0 0 0 8 9 6 s i n 2 f 一0 0 0 2 6 8 9 c o s 3 f + o 0 0 1 5 1 6s i n 3 f ( 2 4 ) f 土 2 ：1 o 0 0 1 0 9 + o 0 3 3 4 9 4 c 。s f + o 0 0 1 4 7 2 s i n f l p ( 2 - 5 ) + o 0 0 0 7 6 8c o s2 r + 0 0 0 0 0 7 9s i n2 r 其中： f 为日角，以弧度( t a d ) 表示，可用曰序见来确定，d 。从1 月1 日的1 到1 2 月3 1 日的 3 6 5 ( 假定2 月为2 8 天) ，也即： f = 2 万慨一1 ) 3 6 5 ( 2 6 ) 令太阳高度角h f = 0 ，利用( 2 2 ) 式可以得到水平面上日出、日落时的太阳时角： o = a r c c o s ( - - t a n 妒t a n 8 ) ( 2 7 ) 其中，。o 对应曰出时的太阳时角；o 对应日落时的太阳时角。 根据( 2 3 ) 式，可以计算任一地点、任一时刻水平面天文辐照度，但必须满足= 0 的 条件，即在o 春季 秋季 冬季，表现出四季分布时间的差异性， 这主要是由于日地距离的变化所致。 从特征统计表上可以看出：标准差的大小依次为，冬季 秋季 春季 夏季。次 序正好与四季天文辐射均值分布时间变化趋势相反。说明夏季天文辐射分布的数据离 散度小。夏季由于太阳高度角较高，地形因子对天文辐射的影响相对于其他季节要小， 夏季天文辐射的空间差异不大，整体水平都比较高，所以空间分布不明显；而冬季则 反之，这是因为太阳高度角较低，地理、地形因子的影响较大。所以由标准差的值的 变化规律也可以得出：地形园子在四季中的作用大小依次为：冬季 秋季 春季 夏 季。 衰2 2 起伏地形下四季天文辐射量 2 4 2 山区天文辐射特点 从四季分布图中可以看出山区的天文辐射空间差异非常明显，冬季向阳山坡和背阴山 坡的天文辐射差异非常大，而在夏季效果要小得多，没有明显的坡向差异。可见在冬半年 选择合理的坡面坡形对太阳能资源的利用有很大的帮助。 2 4 3 年天文辐射空间变化 年天文辐射总量从图中可以看出最小值为2 3 9 6 1 0 0 6m j m 。，最大值为1 3 0 6 6 5 5 7 6 m j m ，平均值经过计算为1 1 2 6 7 3 0 8 4m j m 。由于浙江省地理纬度跨度较小，所以年天文 辐射量的纬向分布差异不明显。而由于受坡形、坡度、地形遮蔽度的影响，山区的阳坡和 背阴坡的天文辐射分布差异明显。 1 9 2 5 结论 圈2 6 起伏地形下年天文辐射量 本章得出的主要结论为： ( 1 )从四季分布图中，可以看出季度天文辐射总量的大小依次为夏季 春季 秋季 冬季。说明四季分布有时问上的差异。 ( 2 ) 从各季度、年天文辐射量特征统计表上可以看出：极值的差异大小、标准差的 大小表明天文辐射量分布的空间差异的大小。由于冬季太阳高度角比较低，地形 因子( 坡度、坡向、遮蔽度因子) 对浙江省天文辐射的影响相对比较大。背阴山 坡和阳坡的差异很大，背阴山坡的极小值可为0 。而夏季太阳高度角较高，以上 特征虽存在，但效果不明显。四季中地形和地理因子对辐射影响大小为冬季 秋 季 春季 夏季。 ( 3 )山区中，辐射的高值区出现在坡地的阳面，可见合理地选择坡面、坡形资源可 使得太阳能资源得到最大程度的应用。 参考文献 1 】z u od a k a n g d i c t i o n a r yo fc o n t e m p o r a r yg e o g r a p b y b e i j i n g ：t h ec o m m e r c i a lp r e s s ，19 9 0 2 】f ub a o p u m o u n t a i nc l i m a t e b e l l i n g ：s c i e n c ep r e s s ，1 9 8 3 3 w e n gd u m i n g , c h e nw a n l o n g ，s h e nj u c h e n g ，e ta 1 m i c r o c l i m a t ea n di t sa p p l i c a t i o nt o f a r m l a n d b e i j i n g ：a g r i c u l t u r ep r e s s f 4 曾燕，邱新法，刘昌明，等基于d e m 的黄河流域天文辐射空间分布地理学报， 2 0 0 3 ，5 8 ( 6 ) ：8 1 0 - 8 1 6 5 傅抱璞不同地形下辐射收支各分量的差异与变化大气科学，1 9 9 8