[发明专利]复杂地形条件下太阳短波入射辐射估算方法

说明书

技术领域

本发明属于太阳能技术领域，涉及一种复杂地形条件下太阳短波入射辐射估算方法。 

背景技术

太阳短入射波辐射（Downward Surface Shortwave Radiation，DSSR）是地球表层上的物理、生物和化学过程（如雪融、蒸腾、作物光合等）的主要能源，也是生态系统过程模型、水文模型和生物物理模型中的必要参数。大气、地表特性等因素和过程决定了地表接收的太阳入射短波辐射，因此有必要确定地表短波辐射局地、区域和全球尺度上的时空变化。获得DSSR时空变化的传统方法是地表测量。当地表平坦，在大气水平均一的假定下，可以把地面站点的测量向二维空间外推。但当地表不均一或崎岖不平时，太阳短波入射辐射空间异质性非常强，就不能进行外推。利用卫星遥感资料、数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）并结合大气辐射传输模型估算复杂地形条件下太阳短波入射辐射，是近十年来发展的新方法。

山区地表接收的DSSR来自三个方面：太阳直接辐射、大气散射辐射和周围地形反射辐射。三种分量不同程度地受大气与地形条件影响。复杂地形条件下宽波段太阳短波入射辐射主要受四种因素的影响，即太阳-地表几何因素、大气衰减、地形因素和地表覆盖类型。其中，几何因素决定太阳短波入射辐射的纬度效应和季节变化特征，控制全球尺度和中尺度的太阳空间分布特征；太阳短波辐射在到达地表之前穿过大气受大气衰减，而复杂地形区大气透过率随时空变化，尤其是水汽和气溶胶透过率变化较剧烈；地形因素描述由于不同坡度、坡向及周围地形影响等造成的太阳短波入射辐射能量不均匀分配，决定在地形小尺度太阳短波入射辐射量的变化特征。在以上四个影响因素中，太阳短波入射辐射估算的困难在于大气效应与地形效应以及两者作用的叠加。 

发明内容

本发明的目的是提供一种复杂地形条件下太阳短波入射辐射估算方法，同时顾及大气和地形效应，提高估算精度。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种复杂地形条件下太阳短波入射辐射估算方法，其特征在于，该估算方法具体按以下步骤进行：

步骤1：基于MODIS大气产品的宽波段大气透过率估算：

宽波段大气透过率分为两类：直射辐射透过率和散射辐射透过率，具体参数化方案选择阳坤大气透过率模型；

直射辐射透过率公式为：

式中：T_r(θ_s)、T_a(θ_s)、T_g(θ_s)、T_σ3(θ_s)和T_w(θ_s)分别表示瑞利散射透过率、气溶胶散射透过率、稳定气体吸收透过率、臭氧吸收透过率与水汽吸收透过率。

散射辐射透过率T_d(θ_s)计算公式为：

太阳直接辐射在大气中的衰减大小由直射辐射透过率决定，散射辐射的衰减量由散射辐射透过率确定；周围地形的反射辐射是周围地物接收的直接辐射与散射辐射的函数； 

1、宽波段水汽吸收透过率估算：

式中的大气质量m(θ_s)参见世界气象组织建议计算公式；w是大气可降水厚度，单位是厘米，用MODIS水汽产品PW代替；

2、宽波段气溶胶散射透过率估算：

式中：β为浑浊度；MODIS水汽产品直接输入水汽透过率公式，而阳坤大气透过率模式中，其假设为波长指数假设为1.3，且β由0.50μm处气溶胶光学厚度推导而来，即：

β=τ_0.500.5^1.3                     （6）

式中，τ表示气溶胶光学厚度，τ_0.50表示0.50μm气溶胶光学厚度；