【摘要】：太陽輻射是地球上所有活動的重要能量來源,也是地球氣候形成的最主要的影響因子,對地表能量交換、維持地表輻射平衡以及天氣和氣候的形成均起到訣定性的作用。太陽輻射的變化對氣候變化、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活都具有非常重要影響。當(dāng)前,能源危機越來越嚴重,提高自然資源的利用效率也越來越重要,而99.8%的地表能源都是來源于太陽能,因此,準(zhǔn)確地計算地表太陽輻射(包括單波長太陽輻射和太陽輻照度)并確定其時間和空間的分布,有著十分重要的理論和實踐價值。 我國雖然現(xiàn)有各類氣象觀測臺站2500多個,但可以用于觀測太陽輻射的氣象觀測臺站只有100多個,專為太陽輻射測量的氣象觀測臺站幾乎沒有,現(xiàn)有的可用于太陽輻射研究的實測資料,遠遠不能滿足太陽輻射研究的需要。所以在研究太陽輻射時,往往都需要借助建立模型來進行理論計算。 相關(guān)文獻提出的太陽輻射計算公式一般只適用于海平面或低海拔地方,這對某些太陽能工程設(shè)計是遠遠不夠的。比如在太陽能飛機的設(shè)計中,需要適用于高海拔的太陽輻射計算公式。針對這種情況,為得到計算任意海拔的太陽輻射公式,提出了非均質(zhì)大氣模型,即大氣均勻混合且大氣分子濃度和大氣層密度垂直分布,同一離地高度的大氣分子濃度和大氣層密度相同且大氣分子濃度和大氣層密度隨高度變化。則可以由比爾定律得到,大氣層的吸收系數(shù)K(x,λ)=A(λ)n(x),其中A(λ)是與分子濃度無關(guān)的常數(shù)(與波長相關(guān)),可由已測得的海平面和外太空的光譜分布得到；n(x)是大氣分子濃度,與大氣密度ρ(x)成正比,其比例系數(shù)為γ。這樣就將計算復(fù)雜的吸收系數(shù)轉(zhuǎn)化為計算大氣分子濃度或大氣層密度,從而得到通用的計算任意海拔高度的太陽輻射公式。 根據(jù)計算大氣分子濃度的兩種計算方法,將非均質(zhì)大氣模型分為標(biāo)準(zhǔn)大氣模型和概率統(tǒng)計大氣模型。 在推導(dǎo)計算公式時,先假設(shè)大氣層是水平的,得到太陽輻射的近似公式,在通過分析將大氣層視為水平的假設(shè)帶來的誤差,推導(dǎo)得到減少這種誤差的修正公式,并指出當(dāng)天頂角小于75°時,這種誤差可以忽略,基于非均質(zhì)大氣模型推導(dǎo)得到的太陽輻射計算公式可不做修正；當(dāng)天頂角大于75°時,若精確度要求不高,可通過線性處理來簡化修正公式。 一天內(nèi)海平面的太陽輻照度實測數(shù)據(jù)和非均質(zhì)大氣模型(標(biāo)準(zhǔn)大氣模型和概率統(tǒng)計大氣模型)的計算數(shù)據(jù)基本相差不到5%；不同海拔的大氣透明系數(shù)實測數(shù)據(jù)在標(biāo)準(zhǔn)大氣模型和概率統(tǒng)計大氣模型的計算數(shù)據(jù)附近排列,且標(biāo)準(zhǔn)大氣模型和概率統(tǒng)計大氣模型的計算數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)的誤差小于5%,驗證了本文提出的標(biāo)準(zhǔn)大氣模型和概率統(tǒng)計大氣模型可以計算不同海拔的地表和任意大氣層高度的太陽輻射。 將標(biāo)準(zhǔn)大氣模型和概率統(tǒng)計大氣模型的計算數(shù)據(jù)進行比較,可以發(fā)現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)大氣模型的誤差小于概率統(tǒng)計大氣模型的誤差,所以基于標(biāo)準(zhǔn)大氣模型推導(dǎo)得到的太陽輻射計算公式比基于概率統(tǒng)計大氣模型推導(dǎo)得到的太陽輻射計算公式更準(zhǔn)確。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P422.1
【圖文】：

光的強度隨著穿透深度（傳播距離）的增加而減弱的現(xiàn)象，被稱為光的吸收，光的吸收可以分為真吸收和散射兩種情況[2]。圖1-1描述了大氣層外和穿過大氣層后到達海平面（海拔為0的地方）的太陽能的光譜分布，其積分面積為大氣層外太陽轄射能量密度和地表的太陽輻照度。圖中地表的太陽轄照度顯銀齒狀是由于大氣層的選擇吸收造成的，比如03、H2O/O2和C02等氣體[3】。1

得到了外太空單波長太陽轄射數(shù)據(jù)，且其數(shù)據(jù)誤差大約是2?5%，并可以根據(jù)其得到的數(shù)據(jù)畫出外太空單波長太陽福射的光譜分布圖，如圖3-1所示[33]。2,0 ■ ntf\p

本文編號：2781035