【摘要】：能源是經(jīng)濟(jì)發(fā)展的血液,驅(qū)動(dòng)著社會(huì)的運(yùn)轉(zhuǎn)。資源短缺和氣候問題的出現(xiàn)是傳統(tǒng)能源過度消耗所帶來的惡性循環(huán)。如何貫徹可持續(xù)發(fā)展能源戰(zhàn)略,已經(jīng)成為人類社會(huì)發(fā)展的共識(shí)。開發(fā)運(yùn)用綠色清潔的太陽能資源是調(diào)整傳統(tǒng)能源結(jié)構(gòu)的有效途徑,也是應(yīng)對(duì)氣候變化的需求。隨著GIS和氣象應(yīng)用技術(shù)的不斷進(jìn)步,太陽輻射準(zhǔn)確計(jì)算和精細(xì)化評(píng)估是太陽能資源大規(guī)模開發(fā)利用的前提和重要保障。太陽輻射的空間分布受到實(shí)際地形、氣象、下墊面等多重因素的影響。數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)是對(duì)地表形態(tài)的數(shù)字化表達(dá),其分辨率會(huì)影響地形渲染的細(xì)膩程度,因此使用較高分辨率的DEM是精細(xì)化計(jì)算太陽輻射時(shí)空分布的基礎(chǔ)。本文研究內(nèi)容包括并行計(jì)算和太陽天文輻射、直接輻射的時(shí)空分布。采用分辨率為30m的DEM數(shù)據(jù)作為實(shí)際地形的表達(dá),基于MATLAB并行計(jì)算框架建立了起伏地形下太陽天文輻射和直接輻射的分布式計(jì)算模型。運(yùn)用空間統(tǒng)計(jì)分析、地統(tǒng)計(jì)學(xué)半變異函數(shù)和多尺度數(shù)據(jù)對(duì)比等研究方法分析了DEM尺度效應(yīng)、地形因子、地貌類型、空間變異性對(duì)實(shí)際地形下太陽可照時(shí)間、天文輻射和直接輻射時(shí)空分布的影響。研究表明,使用MATLAB并行計(jì)算框架進(jìn)行太陽天文輻射和直接輻射的分布式計(jì)算可以很好地反映整體的宏觀分布和局部差異性規(guī)律,可以提高整體的計(jì)算效率;海拔高度、局部地形影響太陽天文輻射和直接輻射的時(shí)空分布,其中局部地形的影響會(huì)隨著時(shí)間、緯度、地形等因素而發(fā)生改變;太陽天文輻射和直接輻射隨坡度增大而減小,存在南坡多北坡少的地域差異性;太陽天文輻射和直接輻射時(shí)空分布與地貌類型特征、氣候環(huán)境相關(guān),其中山地地貌的地形遮蔽度影響最為強(qiáng)烈。采用分辨率為30m的DEM數(shù)據(jù)計(jì)算太陽天文輻射和直接輻射,不僅有利于提高整體計(jì)算的精細(xì)化程度,而且有利于深入認(rèn)識(shí)太陽輻射在局部地形下的空間分布狀況。引入地統(tǒng)計(jì)學(xué)半變異函數(shù)對(duì)太陽天文輻射和直接輻射進(jìn)行空間變異性分析是一種新的嘗試,從新的角度揭示太陽輻射空間分布與天文要素、緯度、坡度、坡向之間的相關(guān)性。所生產(chǎn)的較高分辨率的太陽輻射時(shí)空分布數(shù)據(jù)對(duì)于深入細(xì)致開展太陽能資源的評(píng)估工作具有十分重要的理論意義,對(duì)于推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展具有指導(dǎo)性價(jià)值,對(duì)于進(jìn)一步提高資源的利用效率具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P422.1;P208;TK511
【圖文】：

圖１－１技術(shù)路線逡逑１．４論文特色逡逑本研究特色在于：計(jì)算中國太陽輻射使用較高分辨率的ＤＥＭ數(shù)據(jù)；對(duì)于高分辨逡逑率、海量化特征的ＤＥＭ數(shù)據(jù)計(jì)算太陽輻射時(shí)采用ＭＡＴＬＡＢ并行計(jì)算框架；提出使逡逑用地統(tǒng)計(jì)學(xué)半變異函數(shù)方法分析太陽輻射空間分布結(jié)構(gòu)的思路。逡逑１．５章節(jié)安排逡逑根據(jù)論文研宄目標(biāo)和研宄內(nèi)容，基于ＭＡＴＬＡＢ并行計(jì)算框架設(shè)計(jì)了起伏地形下逡逑太陽輻射分布式計(jì)算模型，從多個(gè)角度分析太陽可照時(shí)間、天文輻射和直接輻射的時(shí)逡逑空分布規(guī)律。論文的章節(jié)安排及內(nèi)容組織如下：逡逑第一章引言逡逑本章主要闡述研宄的背景及意義，總結(jié)了國內(nèi)外關(guān)于太陽輻射計(jì)算的相關(guān)研宄，逡逑并且明確本論文的研究思路和研宄內(nèi)容。逡逑

本文以中國陸地與部分島嶼（南海諸多島嶼除外）為研宄區(qū)。中國位于亞洲東部、逡逑太平洋的西岸。中國幅員遼闊，陸地總面積約９６０萬平方千米，南北緯跨度較大，地逡逑形復(fù)雜多樣（如圖２－１所示，采用ＡＳＴＥＲ邋ＧＤＥＭ邋Ｖ２數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)概況見２．２小節(jié)），逡逑地勢(shì)西高東低，大致呈階梯狀分布，地貌類型齊備，山區(qū)面積廣大，各式形態(tài)的地形逡逑與山脈交錯(cuò)分布，氣候多種多樣。逡逑Ａ邋Ａ，邋ｊｆｊ逡逑－１５４邐譽(yù)邐、？．丨逡逑０邋５００邋１，０００邐２，０００邋ｋｍ逡逑１邐Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邋Ｉ邐，邐逡逑圖２－１研究樣區(qū)逡逑２．２數(shù)據(jù)概況及預(yù)處理逡逑本文采用分辨率為３０ｍ的ＤＥＭ數(shù)據(jù)為ＡＳＴＥＲ邋ＧＤＥＭ邋Ｖ２數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來源于逡逑ｈｔｔｐｓ：／／ｇｄｅｘ．ｃｒ．ｕｓｇｓ．ｇｏｖ／ｇｄｅｘ／和地理空間數(shù)據(jù)云（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｇｓｃｌｏｕｄ＿ｃｎ／）。ＡＳＴＥＲ逡逑８逡逑

據(jù)量大小為２８Ｇ，地理坐標(biāo)為地理經(jīng)緯度，數(shù)據(jù)類型為ＴＩＦＦ格式，投影為ＷＧＳ８４／ＵＴＭ。逡逑對(duì)原始ＤＥＭ數(shù)據(jù)進(jìn)行選取并進(jìn)行預(yù)處理，包括空白值的填充和離群點(diǎn)檢測(cè)，最終得逡逑到中國分辨率為３０ｍ的ＤＥＭ柵格數(shù)據(jù)（如圖２－１所示）。逡逑２．３太陽天文輻射分布式計(jì)算模型逡逑２．３．１坡度和坡向逡逑坡度是指過該點(diǎn)的切平面和水平面的夾角，即法向量萬與ｚ軸的夾角，它表示逡逑地表面在該點(diǎn)的傾斜程度ｆ％。坡向是地表面上一點(diǎn)的切平面的法線矢量Ｇ與水平面逡逑投影＆與過該點(diǎn)正北方向的夾角，它表示該點(diǎn)高程值變量的最大變化方向［８ｅ］（如圖逡逑２－２所示，Ｘ軸指向正北方向，采用３ｘ３的ＤＥＭ柵格窗口微分分析法提取坡度坡向，逡逑如圖２－３所示）。逡逑ｎ邋Ｚ逡逑八邐ｎ邐Ｚｉ－ｌｊ－１邋Ｚ１0－ｉ邋Ｚｉ＋ｉｊ－ｉ逡逑Ａ邐—逡逑＼邋ｉ邋７ｐ邋／＼邋Ｚ＊－ｌｊ邋Ｋ邋Ｚｉｊ邋Ｉ邋Ｚｉ＋ｌｊ逡逑邐＾剌邋邐ｌｉｌｌｌｌｌ邐逡逑／邐Ｚ邋卜邋ｉｊ＋ｉ邐Ｚｉｊ＋ｉ邋Ｚｉ＋ｉｊ＋ｉ逡逑ｗ邐邋＾邋ＩＩＩ逡逑圖２－２坡度和坡向示的意圖邐圖２－３邋３ｘ３局部移動(dòng)窗口逡逑假設(shè)局部地形曲面存在一個(gè)函數(shù)＾邐坡度可以認(rèn)為是ＤＥＭ是少軸上逡逑高程變化率辦的函數(shù)，而坡向是Ｘ軸上高程變化率辦的函數(shù)，其中Ｚ代表高程，則逡逑坡度、坡向的計(jì)算公式為［８（）］：逡逑Ｓｌｏｐｅ邋＝邋ａｒｃｔａｎ邋－Ｊｆｘ２邋＋邋ｆｙ２邋ｘ逡逑？邐／邋、邐公式（２－１）逡逑，邐（ｆｙ）邐１８０逡逑Ａｓｐｅｃｔ邋＝邋ａｒｃｔａｎ邋—邋ｘ邐逡逑

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本文編號(hào)：2772019