基于不同机器学习法的黄土高原地区太阳辐射模拟比较研究

发布时间：2021-12-23 23:06

　　由于我国太阳辐射观测站稀少,很难靠辐射站点的内插或者外推获得较高精度的太阳辐射数据。黄土高原地区太阳辐射观测站很少,符合本文研究的仅有14个站点,而黄土高原地区的气候、水文、生态等研究需要较高精度的太阳辐射数据,因此黄土高原地区的太阳辐射模拟研究就显得尤为重要。现有研究表明机器学习法可以很好地模拟太阳辐射,但不同的机器学习法在不同区域模拟精度不同,为了获得黄土高原地区的精度较高的太阳辐射数据,本文首先分析了各站点气象因素与太阳辐射实测值的相关性,选择了与太阳辐射相关程度较高的平均气压、平均气温、平均水汽压、日照时数、云量、云光学厚度、臭氧、可降水水汽以、DEM、坡度、坡向共11个变量作为模型的输入参数,然后对随机森林（RF）、BP神经网络和支持向量机（SVM）这三种不同机器学习法在黄土高原区的模拟结果及模拟误差进行比较研究,由于黄土高原区太阳辐射站点稀少,为了使模型的训练样本多一些,本文选取了2003²009年黄土高原地区14个辐射站点的实测数据和2010²016年10个辐射站点的实测数据作为模型的训练数据,其中留出了2010²

【文章来源】：西北师范大学甘肃省

【文章页数】：59 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

研究区概况Fig.2.1Locationofstudyarea

5太阳辐射时空分布特征33图5.12003~2016年太阳辐射空间分布Fig.5.1Spatialdistributionofsolarradiationin2003~20162003~2016年太阳辐射空间变化趋势5.2所示，变化趋势在-0.05~0.48MJ·m-2之间波动，2003~2016年太阳辐射变化趋势的平均值为0.11MJ·m-2，说明2003~2016年期间太阳辐射呈现一个平均缓慢上升的趋势，在黄土高原的东部地区太阳辐射上升的趋势比较显著，最大上升趋势为0.48MJ·m-2，黄土高原西北部太阳辐射上升幅度较小，在黄土高原的西北部，2003~2016年出现了轻幅度的下降趋势，为-0.05MJ·m-2，说明黄土高原西北部太阳辐射下降趋势也不明显。在整个黄土高原及周边地区，2003~2016年太阳辐射出现缓慢上升趋势的主要原因是气温的上升，

5太阳辐射时空分布特征342003~2016年随着气温的上升，地表温度也在上升，空气中的相对湿度降低，导致水汽对太阳辐射的吸收作用减弱，因此，太阳辐射出现缓慢上升的趋势。图5.22003~2016年太阳辐射空间变化趋势Fig.5.2spatialvariationofsolarradiationin2003~20165.2月太阳辐射时空分布特征本文利用随机森林模拟得到的黄土高原区97个气象站点2003~2016年这14年每年的月均太阳辐射，其中以2016年为例的太阳辐射模拟结果空间分布如图5.3所示，2016年黄土高原地区的太阳辐射最高值出现在5月（25.1MJ·m-2），最低值出现在12月（6MJ·m-2），在空间上来看，1月、2月、11月、12月的太阳辐射在黄土高原周边的西南部布较多，其余月份在黄土高原区的西北部分布较多，而黄土高原的东南部太阳辐射分布较少，出现这一特征的原因是，黄土高原的西北部海拔较高，气压低，因此，空气较稀薄，导致黄土高原西北部的太阳辐射受到大气的削弱作用较弱。而黄土高原东南部空气较湿润，相对湿度高，大气对太阳辐射的削弱作用较强，且由于黄土高原区内的降水量从东到西是有差异的，导致了黄土高原区东部降水量比西部多，因此，出现了黄土高原区太阳辐射西北部高东南部少的特征。黄土高原区2003~2016年这14年每年各月的平均太阳辐射最高值大多数出现在6月，最低值大多数出现在12月，综合2003~2016年每年各月的太阳辐射值，可以得到黄土高原区的月太阳辐射最高值出现在6月，最低值出现在12月，即最高值在夏季，最低值在冬季，夏季天气炎热，气温高，所以太阳辐射强，而冬季寒冷干燥，多风沙，太阳辐射较弱，因此冬夏季的气候条件是造成

【参考文献】：
期刊论文
[1]基于BP神经网络的华东地区太阳辐射模拟及时空变化分析[J]. 冯姣姣,王维真,李净,刘雯雯.  遥感技术与应用. 2018(05)
[2]淮北平原太阳总辐射的估算及时空特征分析[J]. 罗悦,俞文政,袁真艳.  长江流域资源与环境. 2018(05)
[3]基于随机森林算法的地表温度降尺度研究[J]. 华俊玮,祝善友,张桂欣.  国土资源遥感. 2018(01)
[4]一种基于随机森林的太阳能辐射预测模型[J]. 刘剑,曹美燕,高治军,许可.  控制工程. 2017(12)
[5]基于多传感器数据的新疆太阳辐射估算及其时空分布特征分析[J]. 刘羽,张显峰,Jonathan Li,吕扬.  干旱区资源与环境. 2015(03)
[6]A Remote Sensing Model to Estimate Sunshine Duration in the Ningxia Hui Autonomous Region,China[J]. 朱晓晨,邱新法,曾燕,高佳琦,何永健.  Journal of Meteorological Research. 2015(01)
[7]利用卫星资料估算福建晴空太阳辐射[J]. 张春桂,文明章.  自然资源学报. 2014(09)
[8]2011年地面入射太阳辐射变化及其与敏感因子回归分析[J]. 靳冰凌.  气象与环境科学. 2014(02)
[9]结合极轨卫星MODIS和静止气象卫星MTSAT估算黑河流域地表太阳辐射[J]. 孙洋,黄广辉,郝晓华.  遥感技术与应用. 2011(06)
[10]随机森林方法研究综述[J]. 方匡南,吴见彬,朱建平,谢邦昌.  统计与信息论坛. 2011(03)

博士论文
[1]基于支持向量机的特征选择方法的研究与应用[D]. 毛勇.浙江大学 2006

硕士论文
[1]基于多源遥感数据的高分辨率太阳辐射模拟研究[D]. 王丹.西北师范大学 2018
[2]南极冰盖大气结构探测及资料验证研究[D]. 傅良.中国气象科学研究院 2014



本文编号：3549360