基于MODIS和站點數(shù)據(jù)的天水市太陽輻射影響因素研究

張小龍 魏玉斐 黃彩鈴

（1.甘肅工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院測繪學院 甘肅天水 741025 2.甘肅省測繪工程技術(shù)研究中心 甘肅天水 741025）

在對天水市太陽輻射研究中，有研究者發(fā)現(xiàn)天水市總輻射和直接輻射在1960～2003年間發(fā)生變化，在1992年以前下降明顯，在1992年以后，顯著上升，這可能與氣溶膠光學厚度波動下降有關[1]。發(fā)現(xiàn)在華北地區(qū)，地表輻射的發(fā)生變化可能是氣溶膠與總云量共同作用的結(jié)果[2]。本文選用了2000～2017年的MODIS氣溶膠、云量和可降水汽月產(chǎn)品和地面輻射站的太陽輻射以及氣象站的氣象數(shù)據(jù)，結(jié)合ENVI和ARCGIS軟件，從MODIS數(shù)據(jù)集中提取出月的氣溶膠光學厚度、可降水汽，分析了天水17年的太陽輻射的年的變化特征，研究了太陽輻射與影響太陽輻射因子之間的相關關系。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源及處理

1.1.1 MODIS數(shù)據(jù)

本文選用了MODIS大氣3級標準數(shù)據(jù)氣溶膠、水汽產(chǎn)品，空間分辨率為1km×1km。MODIS氣溶膠、水汽數(shù)據(jù)產(chǎn)品，于ENVI軟件的插件MCTK對下載的數(shù)據(jù)集進行幾何校正處理，獲得氣溶膠、可降水汽遙感影像圖。利用ARCGIS平臺將站點shape進行投影轉(zhuǎn)換成和遙感影像相同的投影，接著空間分析中多值提取到點的工具提取出氣溶膠、可降水汽的月平均值。

1.1.2 站點數(shù)據(jù)

所用站點數(shù)據(jù)為天水太陽輻射站2000～2004年月太陽輻射觀測值數(shù)據(jù)和2005～2016年榆中太陽輻射觀測站的月總輻射、散射輻射、水平面直接輻射數(shù)據(jù)資料和氣壓、氣溫站點數(shù)據(jù)，以上的數(shù)據(jù)都來自中國氣象數(shù)據(jù)中心。

1.2 研究方法

1.2.1 相關系數(shù)

通過計算太陽輻射和其影響因子之間的簡單相關系數(shù)來分析它們之間的關系，簡單相關系數(shù)的計算公式為：

式（1）中rxy為要素x與y的相關系數(shù)，取值范圍為-1和1之間。若r的值介于0和1之間，表示兩變量成正相關關系，并且值越接近于1，變量x和變量y的正相關性越強；反之，若r的值介于-1和0之間，表示兩變量成負相關關系，并且值越接近-1，變量x和y的負相關性越強。

1.2 .2變化趨勢分析

為了定量研究地表太陽輻射的變化趨勢，本文采用一元線性回歸分析的方法，該方法可以模擬空間上每個像元的太陽輻射增減趨勢，斜率用最小二乘法來計算，公式如式（2）

式（2）中n為累年基數(shù)，本文取值為17；Pi為第i年的地表太陽輻射月均值；Slope為一元回歸方程的斜率，如果Slope＞0說明地表太陽輻射在17年間呈增加趨勢，反之則是呈減少趨勢。

2 太陽輻射及太陽輻射影響因素分析

2.1 太陽輻射變化特征

總輻射、散射輻射、直接輻射是隨著時間的變化波動上升，趨勢分析后的得數(shù)值分別為S1=0.008，S2=0.09，S3=0.05，說明了天水地區(qū)在2000～2016年間太陽輻射整體上升的趨勢。從圖中可以看出總輻射上升量最多、散射輻射最少，總輻射、直接輻射在2010年突然下降，在2010年之后波動上升。散射輻射、直接輻射在2013年發(fā)生突變，同時下降。在2013～2016年上升，直接輻射上升幅度大于散射輻射。

2.2 太陽輻射影響因素分析

本文選取了天水市氣象站點的太陽輻射、氣壓、氣溫、MODIS的氣溶膠、可降水汽年平均數(shù)據(jù)，用相關系數(shù)的方法來研究太陽輻射與太陽輻射影響因素之間的關系?？梢酝茢喑鎏焖貐^(qū)的太陽輻射受哪些因素影響較大。

2.2.1 氣壓

總輻射、散射輻射、直接輻射與氣壓的相關系數(shù)分別為r1=0.04，r2=0.26，r3=0.39。說明了太陽輻射與氣壓是線性正相關關系，隨著輻射增加，氣壓也在增大。其中氣壓與直接輻射相關系數(shù)最大，說明直接輻射受氣壓的影響程度最大，散射輻射居中，總輻射最小。

2.2.2 氣溫

總輻射、散射輻射、直接輻射與氣溫的相關系數(shù)分別為r1=0.40，r2=-0.41，r3=0.38。表明總輻射和直接輻射與氣溫是正相關關系，隨著太陽輻射的增加，氣溫也隨著升高。散射輻射與氣溫是負相關，隨著散射輻射的增加氣溫下降?？傒椛洹⒅苯虞椛?、直接輻射與氣溫的相關系數(shù)的絕對值差別較小，說明了太陽輻射總體受氣溫影響較大。

2.2.3 氣溶膠

氣溶膠與總輻射、散射輻射、直接輻射的相關關系都為負相關，它們之間相關系數(shù)分別為r1=-0.40，r2=-0.01，r3=-0.27?？傒椛涫軞馊苣z的影響最大，其次是直接輻射，散射輻射最小。天水市近17年內(nèi)隨著太陽輻射為增加，氣溶膠光學厚度在減少。說明了氣溶膠是影響天水市近17年的太陽輻射發(fā)生變化的主要因素之一。

2.2.4 大氣可降水汽

總輻射、散射輻射、直接輻射與水汽的相關系數(shù)分別為r1=-0.34，r2=0.27，r3=-0.17。水汽對總輻射的影響較強，其次是散射輻射，對直接輻射影響最小。水汽隨著總輻射、直接輻射的增加而減少，隨著散射輻射的增加而減少?？傒椛渑c氣壓、氣溫，與氣溶膠、水汽為負相關；散射輻射與氣壓、水汽為正相關，與氣溫、氣溶膠為負相關；直接輻射與氣壓、氣溫是正相關，與氣溶膠、水汽為負相關。

3 結(jié)論

利用地面輻射站點觀測資料和MODIS提供的遙感資料，對天水地區(qū)太陽輻射的影響因素進行了分析，使用趨勢分析和相關系數(shù)法來分析在2000～2016年的數(shù)據(jù)，研究了年變化趨勢和各個影響太陽輻射的因素相關性得出以下的結(jié)論：

（1）天水市在2000～2016年太陽輻射整體是上升趨勢，其中總輻射上升量最多、散射輻射最少。

（2）2000～2016天水市的總輻射與氣壓、氣溫、為正向關，與氣溶膠、水汽為負相關；散射輻射與氣壓、水汽為正相關，與氣溫、氣溶膠為負相關；直接輻射與氣壓、氣溫、云量是正相關，與氣溶膠、水汽為負相關。

（3）在2000～2016年間天水市的總輻射受風速影響較大，散射輻射受氣溫和云量影響較大，直接輻射受風速、氣壓、氣溫影響較大。