太陽輻射數據分析及質量控制方法

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摘要：本文利用索倫國家基準氣候站1993年~2017年逐月輻照度資料，使用統計學分析方法對索倫太陽輻照度數據變化規律進行分析，研究輻照度質量控制方法，提高觀測系統的精準度，為農業生產、太陽能開發利用和決策服務提供及時、準確的服務。

關鍵詞：輻射數據；質量控制方法；索倫

索倫國家基準氣候站太陽輻射觀測業務積累了27年觀測數據，為了保證歷史資料數據的準確性，便于開展應用服務，有必要對索倫太陽輻射數據進行分析及質量控制方法研究。為農業生產、太陽能開發利用和決策服務提供及時、準確的服務。

1研究資料和方法

本文利用索倫國家基準氣候站1993年~2017年逐月輻照度資料，使用統計學分析方法對索倫太陽輻照度數據變化規律進行分析，并研究了輻照度質量控制方法。季節劃分采用常規的劃分標準：春季3~5月，夏季6~8月，秋季9~11月，冬季12月到次年2月。

2索倫太陽輻射數據分析

2.1索倫太陽輻照度年變化。2.1.1平均輻照度。近25年索倫平均太陽輻照度為1467W•m-2，結合1993年~2017年逐年平均太陽輻照度變化趨勢圖，把近25年索倫太陽平均輻照度數據劃分為三個階段：1993年~2004年太陽輻射度變化呈現緩慢減少的趨勢；2004年~2011年則呈現出逐年增加的趨勢；從2011年往后太陽輻射度逐年增加。2.1.2最大平均輻照度。結合1993年~2017年索倫平均太陽最大輻射度數據逐年變化趨勢圖，可以將最大平均輻照度劃分為兩個階段：1993年~1999年索倫最大平均輻照度呈現出逐年增加的趨勢；2000年~2011年呈現出快速下降的趨勢；從2011年往后最大平均輻照度呈現出直線上升趨勢。索倫最大平均輻照度的減少幅度要低于增加幅度，也就是說索倫最大平均輻照度總體呈現出逐年增加的趨勢。2.2太陽輻照度季節變化。近25年索倫春、夏、秋、冬四季的太陽輻射度的平均值分別為1862.9W•m-2、2011.4W•m-2、1188.4W•m-2、805.4W•m-2，索倫春季和冬季太陽平均輻照度呈現出逐年增加的趨勢，而夏季和秋季則呈現出逐年減少的趨勢，四季太陽平均最大輻照度有一定的差異。近25年索倫春、夏、秋、冬四季的太陽最大輻射度的平均值分別為1141W•m-2、1289.2W•m-2、879.1W•m-2、586.6W•m-2，索倫春季和冬季太陽平均最大輻照度呈現出逐年增加的趨勢，而夏季和秋季則呈現出逐年減少的趨勢，四季太陽平均最大輻照度不盡相同。

3索倫太陽輻射數據質量控制方法

3.1缺測檢查。在實際的觀測工作中，若輻射傳感器出現故障、防雷板和采集器連接線出現虛接等，會導致輻射觀測輸出值不是數值的情況，而是字符串“NAN”或“INF”或“INF”。為了對缺測情況進行檢查，首先應判斷在觀測過程中是否有類似的上述字符串出現，若出現，則可以認為該時次的數據為缺測，無需進行其他檢查。3.2太陽短波輻射觀測資料訂正。通過分析索倫國家基準氣候站2010年的短波輻射觀測數據發現，太陽總輻射和短波反射觀測值在夜間均不為0，平均值分別為-1.169W•m-2和2.006W•m-2。其中太陽總輻射數據低于0的觀測數據是夜間數據的88.4%；短波反射輻射大于0的數據則是夜間數據的98.9%，短波輻射傳感器的“零點漂移”是產生測量誤差的主要原因，應做好太陽總輻射和短波反射輻射觀測數據的訂正。3.3“物理上可能值”范圍檢查“物理上可能值”范圍檢查主要是查看觀測中的最大誤差和數據過程中的隨機誤差。一旦輻射觀測值超過規定的合理范圍，可以將其作為錯誤數據進行處理。3.4“極端觀測值”范圍檢查。主要是檢查觀測數據是否在以前同期觀測值的范圍內，若輻射觀測數據超過規定的界限范圍，則可以認為是可疑數據，需要進一步檢查，判斷數據是否正確。3.5“與經驗公式估算值比較”檢查此項的檢查較為嚴格，主要是檢查測量誤差較小的錯誤數據或可疑數據，該過程主要是基于常規氣象參數觀測值建立的經驗公式預算方案。3.5.1地面太陽總輻射的估算方案。太陽直接輻射和天空散射輻射到達地面水平面上的總量稱之為地面太陽總輻射，可以通過降水量、氣溫、日照時數等常規氣象參數的觀測值進行估算。3.5.2大氣長波輻射和地面長波輻射的估算方案。黃妙芬等認為，Izomonetal模型中大氣比輻射率表達式能反映大氣真實情況，作為半濕潤季風氣候類型夏季大氣發射率的計算公式是合理的，并對有云情況下的估算模型進行修正，得到各種天空狀況下的參數化模型：（1）地面向上長波輻射包括地表發射的長波輻射和地表反射的部分環境輻射，即：（2）3.5.3估算方案的可行性論證。為了對錯誤或者可疑的太陽總輻射數據進行檢查，可以發現3.5.1節中的計算方案是可行的。觀測值與估算值之間的吻合程度相對較高，說明3.5.2節中的計算方案有較高的合理性水平。

4結語

總體來說，通過上述估算方法可以很好的判斷原始觀測資料中是否存在錯誤或可疑數據。

參考文獻

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[2]程愛珍,何秋香,黃理,等.氣象要素對草面溫度的影響分析及其質量控制方法[J].氣象研究與應用,2009,30(01).

作者:李艷君 單位:興安盟索倫國家基準氣候站