太阳辐射数据分析及质量控制方法

摘要：本文利用索伦国家基准气候站1993年~2017年逐月辐照度资料，使用统计学分析方法对索伦太阳辐照度数据变化规律进行分析，研究辐照度质量控制方法，提高观测系统的精准度，为农业生产、太阳能开发利用和决策服务提供及时、准确的服务。

关键词：辐射数据；质量控制方法；索伦

索伦国家基准气候站太阳辐射观测业务积累了27年观测数据，为了保证历史资料数据的准确性，便于开展应用服务，有必要对索伦太阳辐射数据进行分析及质量控制方法研究。为农业生产、太阳能开发利用和决策服务提供及时、准确的服务。

1研究资料和方法

本文利用索伦国家基准气候站1993年~2017年逐月辐照度资料，使用统计学分析方法对索伦太阳辐照度数据变化规律进行分析，并研究了辐照度质量控制方法。季节划分采用常规的划分标准：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索伦太阳辐射数据分析

2.1索伦太阳辐照度年变化。2.1.1平均辐照度。近25年索伦平均太阳辐照度为1467W•m-2，结合1993年~2017年逐年平均太阳辐照度变化趋势图，把近25年索伦太阳平均辐照度数据划分为三个阶段：1993年~2004年太阳辐射度变化呈现缓慢减少的趋势；2004年~2011年则呈现出逐年增加的趋势；从2011年往后太阳辐射度逐年增加。2.1.2最大平均辐照度。结合1993年~2017年索伦平均太阳最大辐射度数据逐年变化趋势图，可以将最大平均辐照度划分为两个阶段：1993年~1999年索伦最大平均辐照度呈现出逐年增加的趋势；2000年~2011年呈现出快速下降的趋势；从2011年往后最大平均辐照度呈现出直线上升趋势。索伦最大平均辐照度的减少幅度要低于增加幅度，也就是说索伦最大平均辐照度总体呈现出逐年增加的趋势。2.2太阳辐照度季节变化。近25年索伦春、夏、秋、冬四季的太阳辐射度的平均值分别为1862.9W•m-2、2011.4W•m-2、1188.4W•m-2、805.4W•m-2，索伦春季和冬季太阳平均辐照度呈现出逐年增加的趋势，而夏季和秋季则呈现出逐年减少的趋势，四季太阳平均最大辐照度有一定的差异。近25年索伦春、夏、秋、冬四季的太阳最大辐射度的平均值分别为1141W•m-2、1289.2W•m-2、879.1W•m-2、586.6W•m-2，索伦春季和冬季太阳平均最大辐照度呈现出逐年增加的趋势，而夏季和秋季则呈现出逐年减少的趋势，四季太阳平均最大辐照度不尽相同。

3索伦太阳辐射数据质量控制方法

3.1缺测检查。在实际的观测工作中，若辐射传感器出现故障、防雷板和采集器连接线出现虚接等，会导致辐射观测输出值不是数值的情况，而是字符串“NAN”或“INF”或“INF”。为了对缺测情况进行检查，首先应判断在观测过程中是否有类似的上述字符串出现，若出现，则可以认为该时次的数据为缺测，无需进行其他检查。3.2太阳短波辐射观测资料订正。通过分析索伦国家基准气候站2010年的短波辐射观测数据发现，太阳总辐射和短波反射观测值在夜间均不为0，平均值分别为-1.169W•m-2和2.006W•m-2。其中太阳总辐射数据低于0的观测数据是夜间数据的88.4%；短波反射辐射大于0的数据则是夜间数据的98.9%，短波辐射传感器的“零点漂移”是产生测量误差的主要原因，应做好太阳总辐射和短波反射辐射观测数据的订正。3.3“物理上可能值”范围检查“物理上可能值”范围检查主要是查看观测中的最大误差和数据过程中的随机误差。一旦辐射观测值超过规定的合理范围，可以将其作为错误数据进行处理。3.4“极端观测值”范围检查。主要是检查观测数据是否在以前同期观测值的范围内，若辐射观测数据超过规定的界限范围，则可以认为是可疑数据，需要进一步检查，判断数据是否正确。3.5“与经验公式估算值比较”检查此项的检查较为严格，主要是检查测量误差较小的错误数据或可疑数据，该过程主要是基于常规气象参数观测值建立的经验公式预算方案。3.5.1地面太阳总辐射的估算方案。太阳直接辐射和天空散射辐射到达地面水平面上的总量称之为地面太阳总辐射，可以通过降水量、气温、日照时数等常规气象参数的观测值进行估算。3.5.2大气长波辐射和地面长波辐射的估算方案。黄妙芬等认为，Izomonetal模型中大气比辐射率表达式能反映大气真实情况，作为半湿润季风气候类型夏季大气发射率的计算公式是合理的，并对有云情况下的估算模型进行修正，得到各种天空状况下的参数化模型：（1）地面向上长波辐射包括地表发射的长波辐射和地表反射的部分环境辐射，即：（2）3.5.3估算方案的可行性论证。为了对错误或者可疑的太阳总辐射数据进行检查，可以发现3.5.1节中的计算方案是可行的。观测值与估算值之间的吻合程度相对较高，说明3.5.2节中的计算方案有较高的合理性水平。

4结语

总体来说，通过上述估算方法可以很好的判断原始观测资料中是否存在错误或可疑数据。

参考文献

[1]宋建洋,郑向东,程兴宏,等.临安与龙凤山辐射数据质量及初步结果比较[J].应用气象学报,2013,24(01):65-74.

[2]程爱珍,何秋香,黄理,等.气象要素对草面温度的影响分析及其质量控制方法[J].气象研究与应用,2009,30(01).

作者:李艳君 单位:兴安盟索伦国家基准气候站