关于不同海拔的太阳辐射计算

发布时间：2020-08-04 20:13

【摘要】：太阳辐射是地球上所有活动的重要能量来源,也是地球气候形成的最主要的影响因子,对地表能量交换、维持地表辐射平衡以及天气和气候的形成均起到诀定性的作用。太阳辐射的变化对气候变化、农业生产以及日常生活都具有非常重要影响。当前,能源危机越来越严重,提高自然资源的利用效率也越来越重要,而99.8%的地表能源都是来源于太阳能,因此,准确地计算地表太阳辐射(包括单波长太阳辐射和太阳辐照度)并确定其时间和空间的分布,有着十分重要的理论和实践价值。 我国虽然现有各类气象观测台站2500多个,但可以用于观测太阳辐射的气象观测台站只有100多个,专为太阳辐射测量的气象观测台站几乎没有,现有的可用于太阳辐射研究的实测资料,远远不能满足太阳辐射研究的需要。所以在研究太阳辐射时,往往都需要借助建立模型来进行理论计算。 相关文献提出的太阳辐射计算公式一般只适用于海平面或低海拔地方,这对某些太阳能工程设计是远远不够的。比如在太阳能飞机的设计中,需要适用于高海拔的太阳辐射计算公式。针对这种情况,为得到计算任意海拔的太阳辐射公式,提出了非均质大气模型,即大气均匀混合且大气分子浓度和大气层密度垂直分布,同一离地高度的大气分子浓度和大气层密度相同且大气分子浓度和大气层密度随高度变化。则可以由比尔定律得到,大气层的吸收系数K(x,λ)=A(λ)n(x),其中A(λ)是与分子浓度无关的常数(与波长相关),可由已测得的海平面和外太空的光谱分布得到；n(x)是大气分子浓度,与大气密度ρ(x)成正比,其比例系数为γ。这样就将计算复杂的吸收系数转化为计算大气分子浓度或大气层密度,从而得到通用的计算任意海拔高度的太阳辐射公式。 根据计算大气分子浓度的两种计算方法,将非均质大气模型分为标准大气模型和概率统计大气模型。 在推导计算公式时,先假设大气层是水平的,得到太阳辐射的近似公式,在通过分析将大气层视为水平的假设带来的误差,推导得到减少这种误差的修正公式,并指出当天顶角小于75°时,这种误差可以忽略,基于非均质大气模型推导得到的太阳辐射计算公式可不做修正；当天顶角大于75°时,若精确度要求不高,可通过线性处理来简化修正公式。 一天内海平面的太阳辐照度实测数据和非均质大气模型(标准大气模型和概率统计大气模型)的计算数据基本相差不到5%；不同海拔的大气透明系数实测数据在标准大气模型和概率统计大气模型的计算数据附近排列,且标准大气模型和概率统计大气模型的计算数据和实测数据的误差小于5%,验证了本文提出的标准大气模型和概率统计大气模型可以计算不同海拔的地表和任意大气层高度的太阳辐射。 将标准大气模型和概率统计大气模型的计算数据进行比较,可以发现,标准大气模型的误差小于概率统计大气模型的误差,所以基于标准大气模型推导得到的太阳辐射计算公式比基于概率统计大气模型推导得到的太阳辐射计算公式更准确。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P422.1
【图文】：

光的强度随着穿透深度（传播距离）的增加而减弱的现象，被称为光的吸收，光的吸收可以分为真吸收和散射两种情况[2]。图1-1描述了大气层外和穿过大气层后到达海平面（海拔为0的地方）的太阳能的光谱分布，其积分面积为大气层外太阳辖射能量密度和地表的太阳辐照度。图中地表的太阳辖照度显银齿状是由于大气层的选择吸收造成的，比如03、H2O/O2和C02等气体[3】。1

得到了外太空单波长太阳辖射数据，且其数据误差大约是2?5%，并可以根据其得到的数据画出外太空单波长太阳福射的光谱分布图，如图3-1所示[33]。2,0 ■ ntf\p

本文编号：2781035