地表太阳辐射的卫星遥感研究

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太阳辐射作为地球-大气系统的最终能量来源,是决定区域和全球气候的重要因子。到达地表的太阳辐射是全球能量收支中的一个重要分量,也是可利用的清洁能源。准确获取地表太阳辐射的分布状况,是全球气候变化原因分析研究以及相应应对措施制定和太阳能高效利用等的重要基础。  随着空间遥感技术的发展,用卫星遥感资料作为获取地表太阳辐射的数据源成为主流。卫星观测不受地区限制,为估算广大区域的地表太阳辐射提供了新途径。但是,我国重霾污染事件频发,云光学厚度、云有效粒子半径等云光学参数卫星反演误差,仍限制着辐射收支估算的精度。本文利用地基观测资料、卫星遥感资料,结合大气辐射传输模式计算了到达地表的太阳辐射,并分析了从卫星资料估算地表太阳辐射误差产生的主要原因。主要工作和获得的结论如下:  (1)利用MODIS气溶胶和云产品卫星数据与大气辐射传输模式RSTAR,进行了晴空和有云条件下地表太阳辐射计算,并与香河综合实验站的地基辐射测量值相比较。对比分析表明,晴空下计算与实测二者相关性较好,相关系数平方R2值为0.95,均方根误差RMSE为38.8W/m2;有云条件下,计算结果较差于晴空条件下,R2值为0.88,RMSE为88.2W/m2。分析显示,在香河站云-气溶胶共存现象时有出现,而MODIS云微物理参数反演时仅按单一层的云处理,导致模式估算输入参数偏差,给地表太阳辐射计算结果引入较大不确定性。  (2)利用正演和反演模型,进行了云下气溶胶层影响对卫星资料估算地表太阳辐射的敏感性研究。首先利用RSTAR计算了不同云和气溶胶光学厚度组合时在特定波段卫星观测的辐亮度值;然后用不同结构的云和气溶胶分别反演其光学和微物理参数,再利用反演的结果分别计算相应的地表太阳辐射。结果表明,相对于单一云层的反演结果,云下气溶胶光学厚度(AOT)为0.1时,由反演误差所导致的地表太阳辐射估算误差较小;而随着AOT增加其影响明显增大;在AOT为1.2时,相对差达17.8%-18.4%。对于灰霾污染较重的华北地区,分析云覆盖下的气溶胶对地表太阳辐射的影响,有助于提高有云条件下地表太阳辐射的计算精度。  (3)通过香河站Himawari-8卫星的短波辐射产品与地面辐射观测的对比验证显示,晴空条件下,辐射产品精度高于云天。污染背景下,短波辐射产品精度较差,相对差范围为24.8%-111.7%。所以,有云条件下,气溶胶层对地表太阳辐射反演估算的影响不能忽视。
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