索倫太陽輻射數(shù)據(jù)分析及質(zhì)量控制方法

摘要：本文利用索倫國家基準(zhǔn)氣候站1993年～2017年逐月輻照度資料，使用統(tǒng)計學(xué)分析方法對索倫太陽輻照度數(shù)據(jù)變化規(guī)律進(jìn)行分析，研究輻照度質(zhì)量控制方法，提高觀測系統(tǒng)的精準(zhǔn)度，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、太陽能開發(fā)利用和決策服務(wù)提供及時、準(zhǔn)確的服務(wù)。

關(guān)鍵詞：輻射數(shù)據(jù)；質(zhì)量控制方法；索倫

中圖分類號： P413 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A DOI編號： 10.14025/j.cnki.jlny.2018.22.075

索倫國家基準(zhǔn)氣候站太陽輻射觀測業(yè)務(wù)積累了27年觀測數(shù)據(jù)，為了保證歷史資料數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，便于開展應(yīng)用服務(wù)，有必要對索倫太陽輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及質(zhì)量控制方法研究。為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、太陽能開發(fā)利用和決策服務(wù)提供及時、準(zhǔn)確的服務(wù)。

1 研究資料和方法

本文利用索倫國家基準(zhǔn)氣候站1993年～2017年逐月輻照度資料，使用統(tǒng)計學(xué)分析方法對索倫太陽輻照度數(shù)據(jù)變化規(guī)律進(jìn)行分析，并研究了輻照度質(zhì)量控制方法。季節(jié)劃分采用常規(guī)的劃分標(biāo)準(zhǔn)：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(shù)據(jù)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1467 W·m-2，結(jié)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(shù)據(jù)劃分為三個階段：1993年～2004年太陽輻射度變化呈現(xiàn)緩慢減少的趨勢；2004年～2011年則呈現(xiàn)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(jié)合1993年～2017年索倫平均太陽最大輻射度數(shù)據(jù)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(xiàn)出逐年增加的趨勢；2000年～2011年呈現(xiàn)出快速下降的趨勢；從2011年往后最大平均輻照度呈現(xiàn)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(xiàn)出逐年增加的趨勢。

2.2太陽輻照度季節(jié)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、805.4 W·m-2，索倫春季和冬季太陽平均輻照度呈現(xiàn)出逐年增加的趨勢，而夏季和秋季則呈現(xiàn)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(xiàn)出逐年增加的趨勢，而夏季和秋季則呈現(xiàn)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(shù)據(jù)質(zhì)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(xiàn)故障、防雷板和采集器連接線出現(xiàn)虛接等，會導(dǎo)致輻射觀測輸出值不是數(shù)值的情況，而是字符串“NAN”或“INF”或“INF”。為了對缺測情況進(jìn)行檢查，首先應(yīng)判斷在觀測過程中是否有類似的上述字符串出現(xiàn)，若出現(xiàn)，則可以認(rèn)為該時次的數(shù)據(jù)為缺測，無需進(jìn)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(zhǔn)氣候站2010年的短波輻射觀測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，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-1.169 W·m-2和2.006W·m-2。其中太陽總輻射數(shù)據(jù)低于0的觀測數(shù)據(jù)是夜間數(shù)據(jù)的88.4%；短波反射輻射大于0的數(shù)據(jù)則是夜間數(shù)據(jù)的98.9%，短波輻射傳感器的“零點漂移”是產(chǎn)生測量誤差的主要原因，應(yīng)做好太陽總輻射和短波反射輻射觀測數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)過程中的隨機(jī)誤差。一旦輻射觀測值超過規(guī)定的合理范圍，可以將其作為錯誤數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

3.4 “極端觀測值”范圍檢查

主要是檢查觀測數(shù)據(jù)是否在以前同期觀測值的范圍內(nèi)，若輻射觀測數(shù)據(jù)超過規(guī)定的界限范圍，則可以認(rèn)為是可疑數(shù)據(jù)，需要進(jìn)一步檢查，判斷數(shù)據(jù)是否正確。

3.5 “與經(jīng)驗公式估算值比較”檢查

此項的檢查較為嚴(yán)格，主要是檢查測量誤差較小的錯誤數(shù)據(jù)或可疑數(shù)據(jù)，該過程主要是基于常規(guī)氣象參數(shù)觀測值建立的經(jīng)驗公式預(yù)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(dá)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(shù)等常規(guī)氣象參數(shù)的觀測值進(jìn)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(rèn)為，Izomon et al模型中大氣比輻射率表達(dá)式能反映大氣真實情況，作為半濕潤季風(fēng)氣候類型夏季大氣發(fā)射率的計算公式是合理的，并對有云情況下的估算模型進(jìn)行修正，得到各種天空狀況下的參數(shù)化模型：

（1）

地面向上長波輻射包括地表發(fā)射的長波輻射和地表反射的部分環(huán)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(shù)據(jù)進(jìn)行檢查，可以發(fā)現(xiàn)3.5.1節(jié)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(jié)中的計算方案有較高的合理性水平。

4 結(jié)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(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]宋建洋，鄭向東，程興宏，等.臨安與龍鳳山輻射數(shù)據(jù)質(zhì)量及初步結(jié)果比較[J].應(yīng)用氣象學(xué)報，2013，24（01）：65-74.

[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(zhì)量控制方法[J].氣象研究與應(yīng)用，2009，30（01）.

作者簡介：李艷君，蒙古族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向：綜合觀測。