广州地区光化辐射通量与辐照度的特征

应用NCAR TUV辐射模式与地表实际观测分析了理论上广州地区地表可获得的最强光化辐射通量、辐照度及其波谱变化特征与月、日变化特征,计算与观测的差异用于评估气溶胶对紫外辐射通量的作用.结果表明,光化辐射通量与辐照度均具有正弦曲线的日变化特征,但光化辐射通量的正弦波形较辐照度的更为宽广,其辐射强度随太阳天顶角的增加下降幅度也更为缓慢;光化辐射中的总能量可见光谱区约占86%,紫外谱区仅占约14%;理论计算与实际观测表明,不同监测波段范围的紫外辐射表,虽然其标识均为监测UVA或UVB的辐射,但差异明显;广州地区的气溶胶污染显著影响紫外辐射通量.由于紫外辐射通量是影响对流层臭氧生产力的关键因子,有必要更加深入地认识广州地区气溶胶与紫外辐射通量的相互作用.     

大气臭氧总量的一个统计计算方法

根据大气臭氧和太阳紫外辐射的观测资料，利用相关分析，得到了计算臭氧总量的一个统计计算方法，并计算了１９９１年北京地区晴天和实际天然条件下臭氧总量的月平均值，计算结果表明，计算值与观测值吻合得比较好，计算值与观测值相对偏差的平均值小于２．５％，大气中的光化学反应是影响臭氧总量的主要因子。     

北京地面紫外辐射与空气污染的关系研究

基于北京城区太阳辐射和污染气体观测资料,运用TUV4.4辐射传输模型,研究了城市大气中太阳紫外辐射与空气污染的相互关系.结果表明,臭氧总量平均为329DU,并呈冬春季较高,夏秋季较低的季节变化规律,到达地面的紫外辐射呈现相反的变化趋势;受城区大气污染的影响,地面处的紫外辐射量大幅减少(最大50%),且在夏季波动较大;云和污染物对紫外辐射的影响要大于总辐射,紫外辐射衰减约为总辐射衰减的2倍;城市低层大气中O3和NOx浓度的增加是造成紫外辐射衰减的重要原因,午后O3浓度与紫外辐射衰减相关系数为0.70.     

西藏日太阳总辐射估算模型的优化与时间尺度效应

根据2012～2014年拉萨站点的日太阳辐射观测数据,对3种日太阳总辐射估算模型(左大康、Prescoff和王炳忠等提出的估算模型)的估算结果和实际观测结果进行误差检验分析,结果表明:3种模型都通过了显著性检验,其平均绝对误差(MAE)分别为6.17 MJ/(m~2·d)、6.42 MJ/(m~2·d)和12.31 MJ/(m~2·d),均方根误差(RMSE)分别为1.60 MJ/(m~2·d)、1.65 MJ/(m~2·d)和2.78 MJ/(m~2·d),表明利用地理位置信息和日照时数的左大康估算模型对拉萨日太阳总辐射的估算效果优于Prescoff和王炳忠估算模型。利用左大康估算模型分别估算得到2015年拉萨、那曲和葛尔地区的日太阳总辐射值,并进行模型验证。通过分析拉萨1971～2015年的太阳总辐射变化和周期性特征,研究日太阳总辐射估算模型的时间尺度效应。按照11年和四季两种不同的时间尺度,利用线性回归法对日太阳总辐射估算结果和实际观测结果进行误差和相关性分析,得到经验参数a和b的值与时间尺度有一定关系。11年和四季两种时间尺度除夏季以外,其他时间拟合模型的精度均得到了提高。通过线性回归法得出45年的西藏日太阳总辐射优化估算模型,该模型估算日太阳总辐射的误差小于左大康模型,估算精度较高。     

气溶胶消光作用造成的辐射削减：基于2022年6月河南地区的观测分析

气溶胶粒子的消光作用会对紫外辐射造成削减并影响大气光化学反应进程,其消光性质主要受气溶胶粒径分布、浓度、混合状态以及化学组分等因素的影响,但目前气溶胶消光作用对紫外辐射影响程度的研究尤其是基于观测资料的研究较少.本文利用2022年6月河南省内11个观测站紫外辐射和总太阳辐射的连续观测数据,结合卫星遥感的气溶胶光学特性参数,通过线性回归拟合洁净大气下的辐射量,据此评估各观测站气溶胶对辐射的消光作用.结果表明：(1)河南省气溶胶消光作用造成的紫外辐射削减表现出显著的区域性差异,北部地区的气溶胶消光作用明显强于南部地区,其中,安阳市紫外辐射受气溶胶消光作用造成的平均削减率为14.2%,濮阳市出现了最高的紫外辐射削减率,达25.7%;南部城市南阳市的气溶胶消光作用最弱,紫外辐射平均削减率为3.6%.(2)同一观测站同期的紫外辐射和总太阳辐射观测数据分析表明,气溶胶消光作用对紫外辐射的削减显著高于对总太阳辐射的削减,该现象是由气溶胶细粒子影响所致.(3)嵩山站虽为高山站,但气溶胶对紫外辐射的消光作用较多数观测站高,紫外辐射平均削减率达6.8%,该现象是因为嵩山站在地理位置上接近高污染排放地区,细...     

中国陆地生态信息空间化技术研究(Ⅱ)——太阳辐射要素

论文以MTCLIM模型为基础,根据中国的实际情况,对模型的参数进行了优化与调整,建立了适合我国的基于温度、降水和相对湿度等因子的太阳总辐射计算模式。提出了太阳总辐射空间化的模式,即先参数化,然后采用合适的空间插值方法(论文中采用地统计学方法)实现空间化。同时鉴于逐日太阳总辐射空间化工作量庞大,提出了在计算月均日结果的基础之上,采用线性插值技术快速得到逐日太阳辐射值。从而得到了中国太阳总辐射的空间分布结果。     

敦煌地区太阳紫外辐射占总辐射的百分比

目的估算敦煌地区太阳紫外辐射量,为高分子材料及产品在该地区的老化试验与评估提供参考。方法利用2016年敦煌试验站紫外辐射和总辐射的实测数据,讨论紫总百分比的计算方法、日出日落初期紫总百分比的处理,采用方差分析研究敦煌紫总百分比随季节、时段的变化特征,给出敦煌地区四季及全年的紫总百分比平均值和标准差。结果日出日落初期,紫总百分比很大,计算方法、异常数据的判定与处理对紫总百分比的计算结果会产生较大的误差。太阳高度角较小是导致敦煌不同时段太阳紫总百分比明显不同的主要原因,夏季降雨较多是敦煌不同季节太阳紫总百分比明显不同的主要原因。结论日出日落初期紫总百分比应作为异常数据剔除,冬季紫总百分比最高、夏季最低,春秋二季相近,介于冬、夏季之间,中下午时段的紫总百分比高于上午和傍晚。敦煌地区紫总百分比年平均值、标准差分别为5.5%、1.3%。     

FY2 号气象卫星估算地面太阳辐射研究

综合考虑太阳因素、地形因素、地表积雪覆盖情况、云量以及非均质大气对太阳辐射的影响,基于FY2 号静止卫星构建晴空太阳总辐射计算模型,并利用山西省3 个辐射观测站2011 年逐时、逐日、逐月太阳总辐射观测资料对其估算结果进行检验。研究结果显示：逐时误差在±1 MJ·m^-2之间,逐日误差在±5 MJ·m^-2之间,表明模型计算的太阳辐射误差较小,稳定性较好;逐月误差结果显示,三个站模拟值都大于实测值,且误差趋势一致,均表现为冬季误差高于夏季;进一步对模拟值和实测值进行相关性分析,三站线性拟合度均在0.86～0.92 之间,且相关系数均达到显著相关水平,表明模型计算的太阳辐射准确性和精度较高,且在数值拟合上较好地反映了实际的太阳总辐射量,证实该模型应用于FY2 号气象卫星的可行性。     

臭氧层衰竭的生物学影响

如果大气中总臭氧量有损耗,太阳紫外-B 辐射(190～320nm)将增强,这可能对动、植物和人类产生影响,因此必须确证这种影响并做出数量估价。特别是对农业、渔业生产和人类健康的影响——要检验紫外-B 辐射对生物体分子、细胞、物种和生态系统的作用机理。已知紫外-B 辐射对生物的影响大部分是     

中国地表太阳辐射资源空间化模拟

基于1981—2010年全国122个气象台站的太阳辐射和气温日较差观测数据,将Bristow-Campbell太阳辐射估算模型在中国八大自然区分别进行了参数校正和验证;利用地理信息空间分析平台,采用PRISM模型对中国区域平均最高与最低气温空间化的结果,将其输入Bristow-Campbell模型,实现太阳总辐射的空间栅格化模拟;通过斯忒藩-玻耳兹曼定律计算全国地表长波辐射平衡;进而根据太阳辐射平衡公式,得到中国地表太阳辐射平衡的空间格局。结果表明:经过校验的Bristow-Campbell可以较准确地估算中国区域太阳总辐射资源;基于Bristow-Campbell辐射估算模型,结合气象数据的空间化模型,是实现太阳净辐射资源空间化模拟的有效途径;我国地表太阳净辐射总体空间格局表现为高值区位于青藏高原,每年可达9 000 MJ·m^-2,东部地区的净辐射年总量较低,东北稍高,浙闽地区稍低,低值区位于川黔地区,年平均约为2 000 MJ·m^-2左右。     

多云天气异戊二烯排放通量的计算

根据2002和2003年夏季内蒙古草原的实测资料,发现多云天气下,云通过可见光辐射对异戊二烯排放带来明显影响.研究和提高云量较大条件下异戊二烯排放通量计算的准确性是非常必要和重要的,它将有助于全面了解和准确估算不同天气、所有时段异戊二烯的排放通量.研究表明,对于云量≥6的时段,可以将经验公式中的大气质量(m)取为1,并使用原计算系数来计算异戊二烯的排放通量,其计算值与观测值相对偏差的平均值可降为72%,该方法可以明显降低多云天气下排放通量计算值的不确定性.      

鼎湖山臭氧、氮氧化物和太阳可见光辐射相互关系的研究

给出了１９９６年了在广东肇庆鼎湖山自然保护区对太阳可见光 段辐射，地面臭氧、ＮＯ、ＮＯ２浓度的观测结果，对影响地面臭氧、ＮＯ、ＮＯ２的主要因子进行了分析，并得到了较好的结果，晴天条件下，地面臭氧浓度、ＮＯ、ＮＯ２浓度有明显的日变化；阴天条件下，地面臭氧浓度、ＮＯ、ＮＯ２浓度的日变化要复杂一些。     

我国太阳总辐射气候学计算方法研究

目前太阳辐射主要通过计算获得,因此建立太阳辐射的气候学计算方法十分必要。论文利用中国54个站1961—2000年的逐日太阳总辐射和日照百分率资料,分别以天文辐射、晴天太阳辐射和理想大气太阳辐射作为三种起始值建立了各站的太阳辐射回归方程,并对其经验系数进行聚类分析,分为东部和西部两个地区。然后利用54个站1961—1990年的资料建立了3种起始值情况下,东部、西部地区和全国统一的太阳总辐射计算公式。最后利用这些站1991—2000年的观测资料对所建立的公式进行了检验。结果表明:无论是利用分区还是全国统一公式都是以天文辐射为起始值时计算结果好,其中分区公式比全国统一公式的计算结果精度略高,但差别不大。全国54个站以天文辐射为起始值的分区公式相对误差变化于2.67%~19.30%,平均为7.79%。全国统一公式的相对误差变化于3.33%~18.75%,平均为8.39%。从模拟结果的地区差异看,无论采用何种起始值,都是西部地区模拟误差小于东部地区,这与西部地区干燥、空气湿度小有密切关系。与其他研究结果相比,论文所建立的各种公式模拟结果较好,这是由于采用的资料序列长、站点多。考虑到计算天文辐射所需参数容易获得,因此建议实际应用时,采用以天文辐射为起始值的全国统一公式。     

内蒙古草原光合有效辐射的计算方法

2002年夏季,对内蒙古草原太阳分光辐射以及气象因素进行了同步观测。依据一定的物理基础,在对实测资料进行分析的基础上,计算得到了内蒙古草原地区光合有效辐射某一时段累计值的经验公式。实际天气条件下,计算结果与观测值比较接近,该经验公式的适用性亦比较好。根据不同条件,可以选择不同的因子来计算光合有效辐射。当选择全部因子时,计算值与观测值的最大相对偏差为8 13%,平均相对偏差为2 45%。研究表明,大气中所有物质对光合有效辐射的吸收作用小于它们的散射作用。      

Empirical corroboration of an earlier theoretical resolution to the UV paradox of insect polarized skylight orientation

It is surprising that many insect species use only the ultraviolet (UV) component of the polarized skylight for orientation and navigation purposes, while both the intensity and the degree of polarization of light from the clear sky are lower in the UV than at longer (blue, green, red) wavelengths. Why have these insects chosen the UV part of the polarized skylight? This strange phenomenon is called the "UV-sky-pol paradox". Although earlier several speculations tried to resolve this paradox, they did this without any quantitative data. A theoretical and computational model has convincingly explained why it is advantageous for certain animals to detect celestial polarization in the UV. We performed a sky-polarimetric approach and built a polarized skylight sensor that models the processing of polarization signals by insect photoreceptors. Using this model sensor, we carried out measurements under clear and cloudy sky conditions. Our results showed that light from the cloudy sky has maximal degree of polarization in the UV. Furthermore, under both clear and cloudy skies the angle of polarization of skylight can be detected with a higher accuracy. By this, we corroborated empirically the soundness of the earlier computational resolution of the UV-sky-pol paradox.     

鼎湖山地面臭氧、氮氧化物变化特征的分析

给出了１９９６年夏季在广东肇庆鼎湖山自然保护区对太阳紫外Ｂ辐射、地面臭氧、ＮＯ、ＮＯ２浓度的观测结果，对影响地面臭氧、ＮＯ、ＮＯ２的主要因子进行了分析，并得到了较好的结果．晴天条件下，地面臭氧浓度、ＮＯ、ＮＯ２浓度有明显的日变化；阴天条件下，地面臭氧浓度、ＮＯ、ＮＯ２浓度的日变化要复杂一些．晴天和阴天条件下，ＵＶＢ因子与ｑ１、ｑ２、ｑ３、ｑ４之间存在着很好的相关关系，其关系式为ｌｎ（ＱＵＶＢ／ｍ）＝ａ１ｑ１＋ａ２ｑ２＋ａ３ｑ３＋ａ４ｑ４＋ａ０．说明大气中的光化学反应是决定地面臭氧浓度、ＮＯ、ＮＯ２浓度变化规律的主要原因．     

利用卫星资料估算我国西北地区直接辐射

在缺乏直接辐射、云量、日照时数等地面观测资料情况下,如何正确估算太阳直接辐射对太阳能合理开发利用有重要意义。利用NCEP/NCAR再分析资料、EOS-AURA卫星和FY-2C气象卫星反演资料,采用一个改进的宽带辐射传输模型对我国西北5个地面辐射站点2006年和2007年直射日曝辐量进行了估算。模型首先在Bird模型基础上对晴空条件下的太阳直接辐射进行了计算,然后结合FY-2C气象卫星总云量和云类反演数据,引入了一个线性方程,对实际天气状况下的直射日曝辐量进行了计算。结果表明:5个站点模拟的直射日曝辐量与实测值均存在较好一致性,评价效率系数NSE介于0.68~0.8,而对月均直射日曝辐量的模拟结果则显示模型在4-10月的估算精度要高于11-3月结果。     

自然环境超高加速光老化试验系统研制

目的 设计一种能够高效强化太阳紫外光辐射强度的自然环境加速试验设备,在自然环境环境中,用于高分子材料及制品、零部件的耐光老化高加速试验与快速评估。方法 自然环境超高加速光老化试验系统研制主要采用模块化设计思路,基于3个太阳辐射强化原理,开展紫外反射镜开发,设计系统总体结构、试验主机、太阳能供电分系统和控制分系统等,对主机结构进行有限元强度和变形量分析,开发以PLC为核心的控制系统和以触摸屏及计算机为媒介的人机交互软件。结果 研制的自然环境超高加速光老化试验系统采用太阳能清洁能源供电,实现了40倍以上的太阳紫外辐射强化。结论 研制的自然环境超高加速光老化试验系统加工与制造难度小,加速倍率高,环境友好,使用效费比高,更适用于户外装备用高分子材料及制品的耐光老化评估。     

光合有效辐射在大气中的衰减

2004年9月～2006年10月,在华北地区的4个站点开展了太阳辐射、气象参数等的综合观测,得到了光合有效辐射PAR、总辐射Q等的变化特征.水汽和散射因子对于PAR/Q和PAR有明显的影响.基于能量观点,建立了实际天气PAR小时累计值(时累)的经验模式,获得了较好的计算结果.水汽因子对于PAR在大气中的传输有一定的作用,应给予重视.计算表明,华北地区受水汽因子衰减到达地面的PAR以及占地面PAR的比例分别为7.99W.m-2和4.24%,受散射因子衰减到达地面的PAR以及占地面PAR的比例分别为172.36W.m-2和95.76%.华北地区受水汽因子和散射因子影响损失于大气中PAR分别为15.33、309.30W.m-2,这一能量损失表现出明显的季节变化和区域差别.敏感性实验表明,地表PAR对于水汽因子、散射因子的变化有不同的响应,PAR对散射因子的变化比对水汽因子的变化更敏感.水汽因子与PAR之间的关系与水密切相关,水汽因子项的真正含义应该是大气中的各种物质成分(气、液、固态)对于PAR的直接吸收和间接利用(通过化学和光化学反应,包括均相和非均相过程)的总和.利用PAR经验模式计算了大气顶的PAR,计算误差为-3.5%.在目前及未来研究中,应该重视和考虑消耗于大气中的且与水汽有关的这部分能量.基于能量观点分析实测资料并研究大气中的物理化学过程及其规律是一种行之有效的方法.     

列车表面涂层光老化试验加速因子建模研究

目的建立客观、定量的列车表面防护涂层实验室模拟紫外辐射当量对自然太阳紫外辐射的加速因子计算模型。方法以兰新高铁为例,设计一种建模方案,主要步骤包括选取建模列车站点、确定站点气象地理区划、计算站点环境变量影响距离、建立站点太阳辐射环境谱,分别建立二级气象地理区划、一级气象地理区划和全线太阳辐射环境谱,最后,建立加速因子模型。结果基于NASA Surface Meteorology and Solar Energy(SSE)地面太阳辐射数据,结合实验室条件,计算了兰新高铁表面防护涂层紫外光老化试验的加速因子,约为9.5。结论上述实验室光老化试验加速因子建模思路,解决了列车这种跨越大范围区域的装备光老化试验加速因子的计算问题,简单实用,可推广至飞机、轮船、汽车等相似装备表面涂层以及金属等其他材料的紫外光暴露试验评价。