龐明珠,周黛怡,陳勇航,*,鐘 珂*,辛 渝,秦 榕,劉 瓊,胡 俊

(1.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海201620;

2.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所,新疆 烏魯木齊 830002;3.新疆氣象局信息中心,新疆 烏魯木齊 830002)

基于CERES/Aqua衛(wèi)星資料的新疆地面向下短波輻射時(shí)空分布特征

龐明珠1,周黛怡1,陳勇航1,2*,鐘 珂1*,辛 渝2,秦 榕3,劉 瓊1,胡 俊1

(1.東華大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院,上海201620;

2.中國(guó)氣象局烏魯木齊沙漠氣象研究所,新疆 烏魯木齊 830002;3.新疆氣象局信息中心,新疆 烏魯木齊 830002)

利用CERES SSF Aqua MODIS Edition 3A數(shù)據(jù)對(duì)新疆地區(qū)2003-2015年的北京時(shí)間13-17時(shí)的地面向下短波輻射變化進(jìn)行研究,得到了新疆地區(qū)近13 a的地面向下短波輻射時(shí)空分布特征.該地區(qū)向下短波輻射從東南向西北隨著緯度的增加而逐漸減少,從春季到冬季,地面向下短波輻射逐漸地由經(jīng)向型分布向緯向型分布轉(zhuǎn)變,秋季變化幅度為全年最大,夏季最小.年變化呈現(xiàn)單峰趨勢(shì),接近正態(tài)分布,最大值出現(xiàn)在2004年5月13時(shí).在日變化中,13時(shí)最大.整體來(lái)說(shuō),新疆地區(qū)近13 a地面向下短波輻射呈現(xiàn)下降趨勢(shì),以13.3 W.m-2/10 a的速率減小.春季變化呈現(xiàn)增大趨勢(shì),其余各季均為減小趨勢(shì).

新疆地區(qū);地面向下短波輻射;CERES/Aqua;時(shí)空分布

地面太陽(yáng)輻射是自然界中各種物理過(guò)程的主要能量來(lái)源,是驅(qū)動(dòng)天氣、氣候形成和演變的基本動(dòng)力,是人類可開發(fā)、利用的重要自然資源[1-2].20世紀(jì)50年代后期國(guó)際上開始對(duì)到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射進(jìn)行了觀測(cè)[3-4],同期逐漸利用衛(wèi)星遙感自上而下的對(duì)地球輻射平衡進(jìn)行觀測(cè),得到了地面太陽(yáng)輻射長(zhǎng)期觀測(cè)數(shù)據(jù).近年來(lái),國(guó)內(nèi)外學(xué)者也對(duì)中國(guó)及其部分區(qū)域的地面輻射變化狀況進(jìn)行了分析討論[5-8].

新疆太陽(yáng)能資源十分豐富,全年日照時(shí)數(shù)為2550～3500 h,年輻射照度總量比我國(guó)同緯度地區(qū)高10%～15%,比長(zhǎng)江中下游地區(qū)高15%～25%.居全國(guó)第二位,僅次于西藏.劉羽、辛渝等[9-10]國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)新疆地區(qū)的太陽(yáng)輻射特征進(jìn)行了研究,但大多采用的地面臺(tái)站觀測(cè)資料進(jìn)行研究.依靠地面臺(tái)站觀測(cè)具有時(shí)間連續(xù)的優(yōu)點(diǎn),但臺(tái)站空間分布離散,一般采用地理空間插值的方法彌補(bǔ),帶有較大的插值誤差,尤其是站點(diǎn)稀疏地區(qū)[11-13].新疆地區(qū)地廣人稀,衛(wèi)星遙感資料空間分布連續(xù),能夠提供在全疆范圍內(nèi)的空間分布信息.本文選擇新疆地區(qū)作為研究區(qū)域,選擇對(duì)2003-2015年共13 a的CERES SSF Aqua MODIS Edition 3A輻射數(shù)據(jù)產(chǎn)品進(jìn)行分析,研究了新疆地區(qū)地表太陽(yáng)輻射的時(shí)空分布規(guī)律,拓展和豐富了該地區(qū)太陽(yáng)輻射研究的內(nèi)容,為氣候環(huán)境變化的研究提供了科學(xué)依據(jù).

1 資料與方法

新疆位于我國(guó)西部,地理坐標(biāo)為73°20′～96°25′E,34°15′～49°10′N,地處亞歐大陸中心.面積1.66X106km2,是我國(guó)面積最大的一個(gè)省區(qū).新疆按地理區(qū)域可劃分為南北兩部分,以天山為界,天山以南為南疆,天山以北為北疆.它的地形特點(diǎn)是山脈與盆地相間排列,北為阿爾泰山,中部為天山山脈,南為昆侖山,塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地被高山環(huán)抱,呈現(xiàn)出quot;三山夾兩盆quot;.新疆日照時(shí)間長(zhǎng),無(wú)霜期長(zhǎng),晝夜溫差大,具有豐富的太陽(yáng)能光熱資源[14-16].

本文研究的是CERES-SSF數(shù)據(jù)集提供的地面向下短波輻射通量,也就是基于衛(wèi)星探測(cè)到的數(shù)據(jù)再經(jīng)過(guò)反演,最終推算出的地面接收到的短波輻射通量.它主要來(lái)自太陽(yáng)輻射,CERES/Aqua的短波波段(0.3～5.0 μm)對(duì)太陽(yáng)輻射的光譜來(lái)說(shuō)是足夠的,因?yàn)?9%的太陽(yáng)輻射能量集中在0.276～4.96 μm.

本文所用數(shù)據(jù)是CERES SSF Aqua MODIS Edition 3A衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù),SSF僅憑一個(gè)掃描裝置獲取1 h內(nèi)quot;云與地球輻射能量系統(tǒng)quot;(CERES)的數(shù)據(jù)資料.每個(gè)SSF(Single Scanner Foorprint TOA/Surface Fluxes and Clouds)都包含了軌跡(或CERES視場(chǎng)一FOV)的數(shù)據(jù).SSF的主要的數(shù)據(jù)類別是:CERES視場(chǎng)的幾何和觀察角,對(duì)兩個(gè)云層高度的晴空區(qū)域統(tǒng)計(jì)和云天區(qū)域統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù),云重疊情況(4種情況)以及對(duì)CERES FOV上成像儀輻射率的統(tǒng)計(jì)(5個(gè)通道)數(shù)據(jù)等等.SSF將搭載在Terra和Aqua兩顆衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀(MODIS)的圖像數(shù)據(jù)相結(jié)合.根據(jù)成像器所呈數(shù)據(jù),航天器高度上的短波、長(zhǎng)波、窗口通道輻射可以換算為大氣層頂輻射通量,而大氣層頂通量被用來(lái)估計(jì)地面通量.CERES SSF數(shù)據(jù)集是一個(gè)全球數(shù)據(jù)集,其空間覆蓋率依賴于衛(wèi)星的軌道.每一個(gè)SSF集包含了CERES成像儀一個(gè)小時(shí)的數(shù)據(jù),大約是一條軌道的2/3.每個(gè)SSF FOV(Field-of-view)為一個(gè)瞬時(shí)掃描觀測(cè)值,每0.01 s觀測(cè)一次.由美國(guó)NASA Langely研究中心大氣科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的CERES/SSF數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)是由Aqua衛(wèi)星上的CERES探測(cè)器觀測(cè)的,是經(jīng)過(guò)云檢測(cè)和地面處理后的產(chǎn)品.Aqua為近極地軌道衛(wèi)星,過(guò)境時(shí)間為北京時(shí)間13:00和17:00.地面太陽(yáng)輻射的衛(wèi)星遙感模式是:地面的太陽(yáng)輻射與大氣頂(TOA)處反射的太陽(yáng)短波輻射之間存在一個(gè)線性關(guān)系,公式為:

其中:E0=太陽(yáng)常數(shù),d=天文單位的地球-太陽(yáng)距離,p為以 cm為單位的大氣可降水量,μ=cosθ0,θ0=太陽(yáng)天頂角,上的衛(wèi)星反射短波通量,W.m-2,A=0.081 5,B=0.013 9,C=-0.011 24,D=0.148 7.

本文研究采用的是2003年1月1日-2015年12月31日CERES SSF Aqua MODIS Edition 3A全天空狀態(tài)下地面向下短波輻射通量,北京時(shí)間13時(shí)、14時(shí)、15時(shí)、16時(shí)、17時(shí)的數(shù)據(jù).全天空狀態(tài)即為考慮到天空中云的各種特征.CERES/Aqua地面向下短波輻射通量,該參數(shù)是基于Li-Leighton模式估計(jì)的地面向下短波輻射通量.Li-Leighton模式僅僅在晴空條件下是有效的,當(dāng)FOV不是晴空時(shí)將之設(shè)為缺測(cè)值.

為了分析全天空下CERES-SSF衛(wèi)星數(shù)據(jù)的精度,選取了與CERES/Aqua衛(wèi)星數(shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的地面站點(diǎn)的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比.首先以地面觀測(cè)得到的11個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),其次篩選各個(gè)站點(diǎn)附近±0.5°的衛(wèi)星數(shù)據(jù)與地面各站點(diǎn)進(jìn)行地理位置和時(shí)間匹配,從而得到具有同一時(shí)刻的兩種產(chǎn)品的時(shí)間匹配信息.阿克蘇、烏魯木齊、阿勒泰、哈密、和田、喀什、若羌、塔城、焉耆、吐魯番和伊寧分別得到匹配樣本數(shù) 為 172、260、325、377、136、90、269、249、273、317、191個(gè).11個(gè)站點(diǎn)在新疆地區(qū)的分布如圖1所示.結(jié)果表明,CERES-SSF衛(wèi)星資料與地面觀測(cè)資料的相對(duì)誤差平均值為20.89%.雖然衛(wèi)星數(shù)據(jù)存在誤差,但這種誤差是系統(tǒng)誤差,對(duì)于分析觀測(cè)值隨時(shí)間的變化量是可靠的.

圖1 11個(gè)站點(diǎn)在新疆地區(qū)的分布

2 結(jié)果與討論

2.1 新疆地區(qū)向下短波輻射空間分布特征

新疆地區(qū)2003-2015年地面向下短波輻射平均空間分布等值線(圖2),顯示了新疆地區(qū)多年平均向下短波輻射空間分布特征.新疆向下短波輻射充沛,從東南向西北逐漸減少.

新疆南部地區(qū)向下短波輻射尤其豐富.全疆范圍內(nèi)輻射通量變化為532～735 W/m2,總的來(lái)說(shuō),新疆年總輻射通量從東南向西北隨著緯度的增高而逐漸減少.年平均總輻射通量最大的地方是昆侖山脈地區(qū),為735 W/m2,最小的地方是阿爾泰山北部,為532 W/m2.塔里木盆地南緣出現(xiàn)了向下短波輻射高值中心,這是由于塔克拉瑪干沙漠沙塵氣溶膠具有較強(qiáng)的散射特性,因而增加了散射輻射,使得塔里木盆地輻射通量增加.在天山附近向下短波輻射變化幅度大,等值線密集,這是因?yàn)樯降靥貏e是迎風(fēng)坡容易產(chǎn)生云,間接影響短波向下輻射到達(dá)地面的總量,并且也受天山南北坡坡向的影響.

圖2 新疆地區(qū)2003-2015年Aqua衛(wèi)星過(guò)境時(shí)向下短波輻射平均空間分布

圖3為新疆地區(qū)向下短波輻射多年平均季節(jié)空間分布.本文對(duì)四季的劃分采用氣象學(xué)上對(duì)四季的劃分,即3-5月為春季,6-8月為夏季,9-11月為秋季,12月-2月為冬季.對(duì)2003-2015年每個(gè)季節(jié)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均處理,得到新疆地區(qū)春、夏、秋、冬4個(gè)季節(jié)向下短波輻射的空間分布圖(圖3).可以看出,在四季任何一個(gè)季節(jié)中,向下短波輻射通量均呈現(xiàn)從北向南遞增的分布趨勢(shì),這主要是因?yàn)榫暥鹊偷牡胤捷椛渫看?緯度高的地方輻射通量小.各個(gè)季節(jié)的天氣變化不同,向下短波輻射通量也呈現(xiàn)不同.

由春季多年平均向下短波輻射空間分布圖(圖3a)可發(fā)現(xiàn),春季新疆地區(qū)的向下短波輻射通量主要集中在648～856 W/m2之間,呈現(xiàn)明顯的西北向東南遞增的趨勢(shì).向下短波輻射通量最小的地方是天山山脈近西北一帶,在648～678 W/m2之間.最大的地方是昆侖山脈地區(qū),在827～856 W/m2之間.新疆東南部地區(qū)輻射通量等值線稀疏,在767～797 W/m2之間.塔里木盆地向下短波輻射通量增加,在797～827 W/m2之間.向下短波輻射通量的最大值與最小值相差大約200 W/m2.

從夏季多年平均向下短波輻射空間分布圖(圖3b)中可發(fā)現(xiàn),夏季新疆地區(qū)的向下短波輻射通量主要集中在673～823 W/m2之間.夏季向下短波輻射變化很明顯,天山以南地區(qū)輻射通量等值線密集.向下短波輻射通量最小的地方是阿勒泰地區(qū),在673～698 W/m2之間.最大的地方是塔里木盆地,在798～823 W/m2之間.昆侖山脈的向下短波輻射通量集中在748～798 W/m2之間.天山地區(qū)的向下短波輻射通量集中在698～723 W/m2之間.向下短波輻射通量的最大值與最小值相差大約150 W/m2.

圖3 新疆地區(qū)2003-2015年Aqua衛(wèi)星過(guò)境時(shí)向下短波輻射平均季節(jié)空間分布

由秋季多年平均向下短波輻射空間分布圖(圖3c)可發(fā)現(xiàn),秋季新疆地區(qū)的向下短波輻射通量主要集中在434～668 W/m2之間,由南至北逐漸遞減,呈現(xiàn)明顯的緯向分布,減少幅度比較均勻.向下短波輻射通量最小的地方是阿勒泰地區(qū),在434～463 W/m2之間.最大的地方是昆侖山脈地區(qū),在639～668 W/m2之間.秋季輻射通量最大值與最小值相差近230.0 W/m2,變化幅度為全年最大.向下短波輻射通量的最大值與最小值相差大約230 W/m2.

從冬季多年平均向下短波輻射空間分布圖(圖3d)中可發(fā)現(xiàn),冬季新疆地區(qū)的向下短波輻射通量主要集中在351～560 W/m2之間,由南至北逐漸遞減,呈現(xiàn)緯向分布趨勢(shì).在準(zhǔn)噶爾盆地地區(qū),向下短波輻射通量集中在404～434 W/m2之間.在天山山脈西部,向下短波輻射通量集中在434～464 W/m2之間.冬季整體輻射通量較小,北部出現(xiàn)多個(gè)低值中心.向下短波輻射通量的最大值與最小值相差大約210 W/m2.

在春季,地面向下短波輻射呈現(xiàn)明顯的經(jīng)向分布.夏季,全疆地區(qū)的太陽(yáng)輻射等值線都很密集,等值線分布開始逐步由經(jīng)向分布向緯向分布轉(zhuǎn)變.秋季,太陽(yáng)輻射呈現(xiàn)明顯的緯向分布,從南至北呈條帶狀逐漸減小.冬季太陽(yáng)輻射空間分布趨勢(shì)仍為南高北低,呈現(xiàn)明顯的緯向分布.

2.2 新疆地區(qū)向下短波輻射時(shí)間分布特征

2.2.1 地面向下短波輻射的日、月、季變化

本研究主要分析了新疆地區(qū)的13時(shí)、14時(shí)、15時(shí)、16時(shí)和17時(shí)5個(gè)時(shí)段的向下短波輻射通量.新疆地區(qū)2003-2015年13年平均向下短波輻射分時(shí)年變化(圖4a).從橫向逐月變化來(lái)看,新疆地區(qū)多年平均各月向下短波輻射通量整體呈現(xiàn)單峰變化趨勢(shì),接近正態(tài)分布[17].其中,13時(shí)、14時(shí)最高點(diǎn)出現(xiàn)在5月,15時(shí)、16時(shí)和17時(shí)最高點(diǎn)出現(xiàn)在6月,往兩側(cè)逐月遞減,17時(shí)刻最低點(diǎn)出現(xiàn)在1月,其余各時(shí)刻最低值均出現(xiàn)在12月.這樣的分布具有明顯的規(guī)律性.在北半球,太陽(yáng)高度角自3月開始逐漸增大,地面接受的向下短波輻射開始增加,到9月之后,太陽(yáng)高度角逐漸減小,地面獲得的向下短波輻射也逐漸減少.圖4a所示的輻射通量逐月變化現(xiàn)象主要是由太陽(yáng)高度角的變化造成的.

新疆地區(qū)2003-2015年13 a平均太陽(yáng)輻射通量日變化(圖4b),并挑選出具有代表性的1月、4月、7月、10月進(jìn)行對(duì)比分析.由圖中可發(fā)現(xiàn),無(wú)論在哪一個(gè)月份,13時(shí)的向下短波輻射通量均為最大,17時(shí)最小,二者之間最大差值可達(dá)到180.0 W/m2.13時(shí)到17時(shí)向下短波輻射通量逐漸減小,這主要和太陽(yáng)高度角有關(guān).

從圖5可以得到,13時(shí)、14時(shí)的向下短波輻射季節(jié)變化趨勢(shì)基本相同.1-4月平均每月增加125 W/m2;5-7月變化平緩,變化量為20 W/m2,其中5月向下短波輻射通量最大.8-12月逐月下降,下降幅度為每月大約90 W/m2.12月向下短波輻射通量最小.15時(shí)、16時(shí)的向下短波輻射月季變化趨勢(shì)基本相同.1-5月平均每月增加100 W/m2,6-7月變化平緩,變化量為20 W/m2,其中6月向下短波輻射通量最大.8-12月逐月下降,下降幅度為每月大約85 W/m2.12月向下短波輻射通量最小.17時(shí)的整體向下短波輻射通量偏小,1-4月平均每月增加112 W/m2,5-7月變化平緩,變化量為32 W/m2,其中6月向下短波輻射通量最大.8-12月逐月下降,下降幅度為每月大約83 W/m2.1月向下短波輻射通量最小,為282.0 W/m2.

圖4 新疆地區(qū)2003-2015年多年平均向下短波輻射分時(shí)刻逐月變化

新疆地區(qū)2003-2015年平均向下短波輻射在13時(shí)、14時(shí)、15時(shí)、16時(shí)、17時(shí)5個(gè)時(shí)刻的季節(jié)變化(圖5).由圖中可發(fā)現(xiàn),向下短波輻射變化受到季節(jié)變化的影響較大,在13-17時(shí),都有向下短波輻射通量夏季gt;春季gt;秋季gt;冬季.其中,夏季13時(shí)最大,為902.7 W/m2,冬季17時(shí)最小,為333.7 W/m2,兩者相差569 W/m2.可以看到,冬夏兩季差距明顯,在13:00,向下短波輻射最大,夏季向下短波輻射通量為902.7 W/m2,冬季向下短波輻射通量為473.9 W/m2,夏季值約為冬季的1.9倍.在17:00,向下短波輻射最小,夏季向下短波輻射通量為800.5 W/m2,冬季向下短波輻射通量為333.7 W/m2,夏季值約為冬季的2.4倍.春秋兩季有一定差距,春季向下短波輻射通量大于秋季,差值平均為231.6 W/m2,并且差值逐時(shí)降低,13時(shí)的差值最大,為243 W/m2,17時(shí)的差值最小,為217 W/m2.在相同季節(jié)內(nèi),向下短波輻射通量逐時(shí)降低,13時(shí)最大,17時(shí)最小.在春季,差值為174.0 W/m2,在夏季,差值為102.2 W/m2,在秋季,差值為148.0 W/m2,在冬季,差值為140.2 W/m2.

圖5 新疆地區(qū)2003-2015年13 a平均向下短波輻射分時(shí)季節(jié)變化

2.2.2 地面向下短波輻射的年變化及多年變化趨勢(shì)

通過(guò)對(duì)新疆地區(qū)2003-2015年向下短波輻射通量年變化進(jìn)行分析,得出新疆地區(qū)13 a向下短波輻射通量平均值為612.0 W/m2,可以發(fā)現(xiàn),整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),趨勢(shì)方程為y=-1.327 2x+621.25,向下短波輻射通量以13.272 W.m-2/10 a的速率減少,13 a內(nèi)平均每平方米下降了17.3 W(圖6a).這表明2003-2015年新疆地區(qū)13-17時(shí)的輻射通量減小了.新疆地區(qū)輻射通量最大值出現(xiàn)在2004年,向下短波輻射通量值為639.9 W/m2;最小值出現(xiàn)在2003年,向下短波輻射通量值為586.1 W/m2,二者差值為53.8 W/m2.13 a內(nèi)的向下短波輻射通量波動(dòng)較大,在2003年,2007年,2011年有上升,而其他年份均呈現(xiàn)下降趨勢(shì).圖6b為新疆地區(qū)2003-2015年向下短波輻射距平變化,2003年、2004年、2007年、2015年波動(dòng)幅度較大,其余年份波動(dòng)幅度較小.高于多年平均值的年份與低于多年平均值的年份大約各占一半.

2003-2015年新疆地區(qū)13a四季向下短波輻射分布(圖7),觀察圖7可以發(fā)現(xiàn),向下短波輻射通量最大的是夏季,最小的是冬季,有夏季gt;春季gt;秋季gt;冬季的規(guī)律.春季和夏季的向下短波輻射通量差距不大,其中2005年,2013年春季,夏季的向下短波輻射通量最接近,相差約7 W/m2.在多年季節(jié)變化中,各季節(jié)的變化波動(dòng)程度各不相同,除了春季向下短波輻射通量呈現(xiàn)增大趨勢(shì)外,其余各季均呈現(xiàn)減小趨勢(shì).夏季向下短波輻射通量值最高,在13 a的變化中,向下短波輻射通量最小值為729.9 W/m2,出現(xiàn)在2003年;向下短波輻射通量最大值為776.1 W/m2,出現(xiàn)在2004年.新疆春季與夏季輻射通量值較為接近,主要在700.0～750.0 W/m2,最大輻射通量值和最小輻射通量值相距80 W/m2.秋季的輻射通量主要為500～540 W/m2,變化幅度較大,秋季的向下短波輻射通量最大值為573.0 W/m2,出現(xiàn)在2004年,最小值為503.1 W/m2,出現(xiàn)在2015年.冬季的輻射通量值相比秋季平均降低100 W/m2,主要為420～460 W/m2,夏季輻射通量為冬季的1.6倍,冬季的向下短波輻射通量最大值出現(xiàn)在2004年,輻射通量值為485.1 W/m2;最小值出現(xiàn)在2006年,輻射通量值為420.9 W/m2.各個(gè)季節(jié)的向下短波輻射多年變化趨勢(shì)方程見表1.春季向下短波輻射多年變化傾斜率為1.677 W.m-2/10 a,夏季向下短波輻射多年變化傾斜率為-14.525 W.m-2/10 a,秋季向下短波輻射多年變化傾斜率為-19.605 W.m-2/10 a,冬季向下短波輻射多年變化傾斜率為-20.634W.m-2/10 a.

圖6 新疆地區(qū)2003-2015年平均向下短波輻射年變化

圖7 2003-2015年新疆地區(qū)向下短波輻射各季節(jié)變化趨勢(shì)

表1 2003-2015年新疆地區(qū)四季向下短波輻射多年變化趨勢(shì)方程

3 結(jié)論

利用NASA CERES SSF發(fā)布的一個(gè)數(shù)據(jù)產(chǎn)品中的向下短波輻射通量,對(duì)新疆地區(qū)2013-2015年地面向下短波輻射時(shí)空分布進(jìn)行分析.首先,對(duì)全天空狀態(tài)下全疆多年平均向下短波輻射空間分布特征以及季節(jié)分布特征進(jìn)行對(duì)比分析.其次,對(duì)全天空狀態(tài)下全疆向下短波輻射的年變化以及年際變化進(jìn)行詳細(xì)討論,主要結(jié)論如下:

(1)在13-17時(shí),新疆地區(qū)2003-2015年13 a平均向下短波輻射通量為532～735 W/m2之間,在空間上,整體而言,向下短波輻射從東南向西北隨著緯度的增加而逐漸減少.在局部地區(qū),出現(xiàn)向下短波輻射高值中心.在不同季節(jié),向下短波輻射也有不同的分布特征.從春季到冬季,向下短波輻射逐漸地由經(jīng)向型分布向緯向型分布轉(zhuǎn)變,秋季變化幅度為全年最大,夏季最小.

(2)在13-17時(shí),新疆地區(qū)多年平均向下短波輻射分時(shí)逐月變化,整體呈現(xiàn)單峰變化趨勢(shì),接近正態(tài)分布,最大值出現(xiàn)在5月13時(shí),為933.6W/m2,在這5個(gè)時(shí)刻中,向下短波輻射呈現(xiàn)13時(shí)最大,17時(shí)最小的依次減小的規(guī)律.向下短波輻射變化受到季節(jié)變化的影響較大,在13-17時(shí),都呈現(xiàn)向下短波輻射通量夏季gt;春季gt;秋季gt;冬季.

(3)在13-17時(shí),新疆地區(qū)13 a向下短波輻射通量平均值為612.0 W/m2,整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì),以13.272 W.m-2/10 a的速率減小.在季節(jié)變化中,除了春季向下短波輻射通量呈現(xiàn)增大趨勢(shì)外,其余各季均呈現(xiàn)減小趨勢(shì).春季向下短波輻射多年變化傾斜率增加,為1.677 W.m-2/10 a,冬季向下短波輻射多年變化傾斜率減少最多,為-20.634 W.m-2/10 a.

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Spatial and Temporal Distribution of Downward Surface Shortwave in Xinjiang Based on CERES/Aqua Data

PANG Mingzhu1,ZHOU Daiyi1,CHEN Yonghang1,2*,ZHONG Ke1*,XIN Yu2,QIN Rong3,LIU Qiong1,HU Jun1
(1.College of Environmental Science and Engineering,Donghua University,Shanghai 201620,China;2.Institute of Desert Meteorology,China Meteorology Administration,Urumqi 830002,China;3.Xinjiang Meteorological Bureau Information Center,Urumqi 830002,China)

The spatial and temporal distributions of surface shortwave solar radiation over Xinjiang were analyzed based on CERES/Aqua data during 13th-17th,2003-2015.The results showed that the solar radiation reduces from southeast to northwest gradually as latitude increases.From spring to winter,the spatial distribution of solar radiation in Xinjiang changes from meridional distribution to zonal distribution.The change rate in autumn is maximum and minimum in summer.Annually variation showed a single peak trend,close to the normal distribution with the maximum value appearing at 13rd May 2004.the maximum of diurnal variation happened at 13:00,and the minimum at17:00,showing the law of decreasing from 13:00 to 17:00.In recent 13 years,it showed a downward trend in Xinjiang,with the rate of 13.3 W.m-2/10 a.The change trend decreases in spring and increase in the others seasons.

Xinjiang;downward shortwave surface flux;CERES/Aqua;spatial and temporal distribution

p422

A

1002-0799(2017)05-0009-07

龐明珠,周黛怡,陳勇航,等.基于CERES/Aqua衛(wèi)星資料的新疆地面向下短波輻射時(shí)空分布特征[J].沙漠與綠洲氣象,2017,11(5):9-15.

10.12057/j.issn.1002-0799.2017.05.002

2017-03-07;

2017-05-22

國(guó)家自然科學(xué)基金(41675026、91644211、41375021);中國(guó)沙漠氣象科學(xué)基金(Sqj2012002).

龐明珠(1993-),男,碩士研究生,主要從事多源遙感衛(wèi)星的太陽(yáng)輻射研究.E-mail:535932290@qq.com

陳勇航,女,教授,主要從事云水資源和大氣環(huán)境研究.

E-mail:yonghangchen@126.com;鐘珂,女,教授,主要從事建筑環(huán)境與節(jié)能方面研究.E-mail:zhongkeyx@dhu.edu.cn