基于多源數(shù)據(jù)的山東太陽總輻射對(duì)比分析

摘 要 利用ngstrm-Prescott（A-P）太陽輻射氣候?qū)W公式和山東122個(gè)國家級(jí)氣象觀測站的日照時(shí)數(shù)資料，估算得到全省站點(diǎn)的日太陽總輻射，與訂正系統(tǒng)偏差后的歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ERA5數(shù)據(jù)和葵花8衛(wèi)星太陽總輻射產(chǎn)品進(jìn)行誤差對(duì)比，討論不同數(shù)據(jù)在山東空間分布上的差異。結(jié)果表明：（1）葵花8衛(wèi)星訂正后的太陽總輻射與觀測的誤差最小，在不同天氣條件下表現(xiàn)穩(wěn)定；A-P公式估算的太陽總輻射與觀測的誤差和ERA5數(shù)據(jù)與觀測的誤差接近，云量越多這兩種數(shù)據(jù)的誤差越大，A-P公式估算值在晴天表現(xiàn)較好，ERA5數(shù)據(jù)在多云天表現(xiàn)較好。（2）相比于葵花8衛(wèi)星的太陽總輻射分布，A-P公式估算值在山東西部偏低，夏季在全省范圍內(nèi)普遍偏低；而ERA5太陽總輻射往往在低值區(qū)偏高、在高值區(qū)偏低，另外在威海數(shù)值明顯偏高。（3）對(duì)山東太陽總輻射而言，葵花8衛(wèi)星數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性最高。

關(guān)鍵詞 ngstrm-Prescott公式；太陽輻射；空間分布特征；ERA5數(shù)據(jù)；葵花8衛(wèi)星數(shù)據(jù)

中圖分類號(hào)： P422.1" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A" 文章編號(hào)： 2096-3599（2024）03-0050-10

DOI：10.19513/j.cnki.hyqxxb.20240130001

Comparative analysis of total solar radiation in Shandong based on multi-source data

CHEN Yanan1，2， WU Wei1，2， GE Yao1，3， ZHU Xiaoqing1，3， ZHU Hui1，4

（1. Key Laboratory for Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Shandong， Jinan 250031， China; 2. Shandong Institute of Meteorological Sciences， Jinan 250031， China; 3. Shandong Meteorological Observatory， Jinan 250031， China; 4. Shandong Meteorological Data Center， Jinan 250031， China）

Abstract Based on the ngstrm-Prescott （A-P） equation and sunshine duration data of 122 national meteorological observation stations in Shandong， the daily total solar radiation is estimated， and the error and spatial differences in Shandong are discussed by comparing it with ECMWF（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts） Reanalysis v5 （ERA5） data and Himawari-8 satellite radiation product after system deviation correction. The results are as follows. （1） The corrected total solar radiation of Himawari-8 satellite has the smallest error with the observations， and the error is stable under different weather conditions. The error between the total solar radiation estimated by the A-P equation and the observations is close to that between ERA5 and the observations， and the error of the two sets of data is larger as more cloud covers. The A-P equation estimate performs well on sunny days， while ERA5 data performs well on cloudy days. （2） Compared with the total solar radiation distribution of Himawari-8 satellite， the A-P equation estimate is mainly lower in the west of Shandong， and generally lower in the whole province in summer. The total solar radiation of ERA5 data is usually higher in the low-value area and lower in the high-value area， and it is obviously higher in Weihai. （3）" For the total solar radiation in Shandong， the accuracy of Himawari-8 satellite data is the highest.

Keywords ngstrm-Prescott equation; solar radiation; spatial distribution characteristics; ERA5 data; Himawari-8 satellite data

引言

太陽輻射是地球表面獲得能量的根本途徑，隨著傳統(tǒng)能源面臨枯竭，太陽能、風(fēng)能等新能源的開發(fā)利用成為全球首要任務(wù)。研究地表接收到的太陽輻射可以大大提升太陽能的有效合理利用，加快推進(jìn)“雙碳”工作，準(zhǔn)確的太陽輻射空間分布有利于光伏電站設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性，對(duì)開發(fā)與利用當(dāng)?shù)氐奶柲苜Y源具有重要意義。

國內(nèi)對(duì)太陽能資源的研究主要集中在太陽輻射的時(shí)空變化特征方面［1-2］，盡管地面觀測到的太陽輻射是所在地總輻射的最優(yōu)估計(jì)，但地面太陽輻射觀測站較少，站點(diǎn)觀測的輻射資料無法滿足太陽輻射空間分布特征的研究需要，因此常用氣候?qū)W方法估算得到的太陽輻射數(shù)據(jù)代替［3］。根據(jù)相關(guān)關(guān)系，日照、云量、氣溫等觀測資料常被用來估算太陽輻射［3-5］，研究表明基于日照計(jì)算的輻射值效果更好［6］。早在20世紀(jì)20年代，ngstrm［7］首先提出基于日照的太陽輻射氣候?qū)W計(jì)算公式，隨后Prescott［8］提出以天文輻射代替晴天（可能）太陽總輻射，該太陽輻射氣候?qū)W估算方法常被稱為ngstrm-Prescott公式［9-10］（以下簡稱“A-P公式”）。盡管A-P公式是基于月尺度提出的，但其描述的線性關(guān)系在日尺度上的適用性值得討論，一是因?yàn)閷?duì)精細(xì)的時(shí)間分辨率的需求，二是因?yàn)閷?shí)際獲取的太陽輻射觀測值的時(shí)間范圍較短，用日尺度數(shù)據(jù)可以增加樣本量。崔日鮮［11］利用A-P公式在日尺度上估算1961—2012年山東太陽總輻射，其誤差分析較使用月尺度經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的計(jì)算結(jié)果更好，同時(shí)使用估算結(jié)果對(duì)山東太陽總輻射時(shí)空變化特征進(jìn)行分析，然而該研究僅使用了17個(gè)氣象站資料，空間分辨率較低。目前山東除泰山站外有122個(gè)國家級(jí)氣象觀測站，可以滿足更高空間分辨率的需求，但是不同區(qū)域太陽輻射透過性、日照百分率等對(duì)整個(gè)區(qū)域太陽輻射的影響不同，不同氣象站經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的選擇還有待進(jìn)一步討論。此外，基于A-P公式計(jì)算太陽輻射空間分布是否合理也需要與其他數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

常用于研究太陽輻射空間分布特征的數(shù)據(jù)有衛(wèi)星遙感產(chǎn)品和歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心ERA5數(shù)據(jù)［12］。衛(wèi)星遙感反演的太陽輻射產(chǎn)品可以提供大范圍連續(xù)的空間分布信息，但其存在由傳感器精度和反演算法適用性等問題產(chǎn)生的系統(tǒng)偏差，使用時(shí)常需要加以訂正［13-14］。盡管衛(wèi)星反演的太陽輻射具有較高的精度，但衛(wèi)星遙感反演發(fā)展較晚，缺少長時(shí)間的太陽輻射數(shù)據(jù)。ERA5數(shù)據(jù)融合了地面觀測等各種數(shù)據(jù)源，具有較長的時(shí)間范圍［15］。由于同化多種數(shù)據(jù)使得云量和氣溶膠誤差增加，太陽輻射再分析數(shù)據(jù)有較大的系統(tǒng)偏差。張星星等［16］分析了歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心的地表向下太陽輻射數(shù)據(jù)在中國范圍內(nèi)的誤差及原因，發(fā)現(xiàn)其在12月—次年3月相對(duì)偏差較大，6—9月相對(duì)偏差較小，在中東部地區(qū)影響誤差的主要因子是云覆蓋率。綜上，衛(wèi)星數(shù)據(jù)精準(zhǔn)性較高但其時(shí)間序列較短，ERA5數(shù)據(jù)時(shí)間序列較長但其準(zhǔn)確性偏差較大，因此擬利用ERA5數(shù)據(jù)和葵花8衛(wèi)星的地表向下太陽輻射產(chǎn)品與A-P公式計(jì)算的太陽總輻射作對(duì)比，分析比較3種數(shù)據(jù)刻畫山東太陽總輻射空間分布特征的差異，借此討論A-P公式在日尺度上的適用性。

山東位于我國東部沿海、黃河下游，有3個(gè)國家級(jí)輻射觀測站（以下簡稱“輻射站”）［17］，分別是位于北部沿海的福山站（37.48°N，121.23°E）、位于魯中西部的濟(jì)南站（36.60°N，117.00°E）和位于魯東南的莒縣站（35.57°N，118.84°E），主要觀測太陽總輻射和凈輻射。回顧前人研究發(fā)現(xiàn)，A-P公式常被用于估算輻射觀測站的太陽輻射長時(shí)間序列，缺少對(duì)其在日尺度上適用性的討論，同時(shí)不同數(shù)據(jù)源的逐日太陽總輻射在山東的對(duì)比研究較少。本文基于A-P公式將山東122個(gè)國家級(jí)氣象觀測站的日照時(shí)數(shù)轉(zhuǎn)化為太陽總輻射，與ERA5數(shù)據(jù)和葵花8衛(wèi)星產(chǎn)品進(jìn)行誤差對(duì)比分析，討論不同數(shù)據(jù)刻畫山東太陽輻射空間分布的差異，以期對(duì)3種太陽輻射數(shù)據(jù)有更好的認(rèn)識(shí)，為改進(jìn)太陽輻射預(yù)報(bào)效果、優(yōu)化光伏發(fā)電選址等提供理論支撐。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)

1.1.1 太陽總輻射

從氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)獲取山東3個(gè)輻射站的逐小時(shí)總輻射曝輻量作為太陽輻射觀測數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，對(duì)數(shù)據(jù)的完整性、極值、一致性進(jìn)行檢查。氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)在線輻射小時(shí)數(shù)據(jù)從2015年8月開始，由于2016年4—6月缺少觀測，選取2017年3月—2022年2月共5 a的數(shù)據(jù)作為確定A-P公式經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的時(shí)間范圍。由于輻射站記錄太陽總輻射的時(shí)間為當(dāng)?shù)貢r(shí)間，需將其轉(zhuǎn)換為世界時(shí)，計(jì)算逐日觀測的太陽總輻射。

對(duì)比的多源數(shù)據(jù)包括ERA5數(shù)據(jù)提供的地表向下太陽輻射日累計(jì)數(shù)據(jù)，其空間分辨率為0.25°×0.25°，網(wǎng)站（https：//cds.climate.copernicus.eu/cdsapp#！/dataset/reanalysis-era5-single-levels？tab=form）可提供1940年1月以來的數(shù)據(jù)。另外，葵花8地球靜止衛(wèi)星L3級(jí)產(chǎn)品的地表向下太陽輻射也被用來比較空間分布特征，其空間分辨率為0.05°×0.05°，時(shí)間分辨率為1 d，數(shù)據(jù)使用ftp傳輸（ftp：//ftp.ptree.jaxa.jp/pub/himawari/L3/PAR/021/），可下載時(shí)間自2015年7月開始。使用三次樣條插值方法將ERA5數(shù)據(jù)和衛(wèi)星的格點(diǎn)數(shù)據(jù)插值到站點(diǎn)，方便與觀測和站點(diǎn)估算數(shù)據(jù)作比較。

1.1.2 日照時(shí)數(shù)

基于A-P公式估算太陽總輻射時(shí)需要用到日照觀測數(shù)據(jù)，從氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)獲取山東122個(gè)國家級(jí)氣象觀測站（除泰山站）每天記錄的日照時(shí)數(shù)作為日照觀測數(shù)據(jù)，時(shí)間范圍為2017年3月—2022年2月，數(shù)據(jù)完整率超過90%。

1.1.3 總云量

考慮在不同天氣條件下對(duì)A-P公式估算的太陽總輻射進(jìn)行檢驗(yàn)，從氣象大數(shù)據(jù)云平臺(tái)獲取福山、濟(jì)南、莒縣等3站的總云量日數(shù)據(jù)，時(shí)間范圍為2017年3月—2022年2月，經(jīng)檢查該時(shí)間范圍內(nèi)總云量數(shù)據(jù)完整率超過90%，除2017年3月和2020年5月數(shù)據(jù)缺測外，其他月份數(shù)據(jù)較為完整。

1.2 方法

1.2.1 A-P公式太陽輻射計(jì)算方法

A-P公式的表達(dá)式為：

Q=Q0（a+bs1） 。（1）

式中：Q是實(shí)際太陽總輻射；Q0是天文輻射，指到達(dá)大氣上界、未經(jīng)大氣衰減的太陽輻射，其大小由太陽對(duì)地球的天文位置和各地緯度決定，計(jì)算方法詳見文獻(xiàn)［11］。日照百分率s1為日照時(shí)數(shù)（實(shí)際日照時(shí)間）與可照時(shí)數(shù)（可能日照時(shí)間，即全天無云時(shí)應(yīng)有的日照時(shí)數(shù)）之比，它表達(dá)了天氣條件（主要是云、雨、霧、塵、沙等）對(duì)日照時(shí)間的削減作用［18］。經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a和b可由最小二乘法擬合得到。

1.2.2 檢驗(yàn)指標(biāo)計(jì)算方法

采用平均絕對(duì)誤差（mean absolute error，MAE）、均方根誤差（root mean square error，RMSE）、皮爾遜相關(guān)系數(shù)（R）分別描述檢驗(yàn)數(shù)據(jù)較觀測數(shù)據(jù)的不確定性、準(zhǔn)確性和相關(guān)性。具體計(jì)算公式如下：

VMAE=1n∑ni=1xi-yi ，（2）

VRMSE= 1n∑ni=1（xi-yi）2 ，（3）

R=cov（x，y） D（x） D（y） 。（4）

式中：x為估計(jì)值；y為觀測值；n為樣本數(shù)；i為樣本序號(hào)，i=1，2，……，n；cov為協(xié)方差函數(shù)；D為方差函數(shù)。成對(duì)數(shù)據(jù)的誤差絕對(duì)值使用Z檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析，二者相關(guān)系數(shù)使用t檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析［19］。

2 結(jié)果分析

2.1 基于A-P公式估算逐日太陽總輻射

ngstrm［7］從月尺度上發(fā)現(xiàn)到達(dá)地面的太陽總輻射和晴天（可能）太陽總輻射之比與日照百分率有很好的線性關(guān)系，進(jìn)而提出計(jì)算月太陽總輻射的氣候?qū)W方法。初期研究發(fā)現(xiàn)，在日尺度上地面觀測的太陽總輻射和天文輻射之比與日照百分率有較好的線性關(guān)系（圖略），另外崔日鮮［11］的工作也用到日數(shù)據(jù)擬合A-P經(jīng)驗(yàn)公式估算太陽總輻射，因此認(rèn)為可以利用A-P公式估算日太陽總輻射。

對(duì)2017年3月—2022年2月不同月份的日數(shù)據(jù)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到山東3個(gè)輻射站A-P公式的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a、b（表1），回歸方程通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)。同一月份下，濟(jì)南站的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)a值較小，說明濟(jì)南站的太陽輻射透過性較差，與大氣污染偏重有關(guān)；濟(jì)南站的b值較大，表明濟(jì)南地區(qū)太陽總輻射對(duì)日照時(shí)數(shù)變化更為敏感。

與崔日鮮［11］利用20世紀(jì)90年代前后數(shù)據(jù)建立的3個(gè)站點(diǎn)全年統(tǒng)一A-P經(jīng)驗(yàn)公式所估算的日太陽總輻射誤差相比，文中根據(jù)不同站點(diǎn)和不同月份建立的A-P經(jīng)驗(yàn)公式估算的日太陽總輻射更為準(zhǔn)確（表2）。此外，利用本研究的逐月A-P公式估算2017年3月—2018年2月的月太陽總輻射與觀測的RMSE約為18.44 MJ·m-2，而王仁政等［10］利用1992—2015年月數(shù)據(jù)建立逐月A-P公式后估算2016年月太陽總輻射與觀測的RMSE約為19.73 MJ·m-2，對(duì)比表明本研究利用不同月份日數(shù)據(jù)擬合的A-P經(jīng)驗(yàn)公式也能較好地估算山東地區(qū)太陽總輻射。需要注意的是，基于日數(shù)據(jù)建立的A-P公式受日照百分率影響更大（經(jīng)驗(yàn)系數(shù)b值較大），但日數(shù)據(jù)可以增加樣本數(shù)量，使回歸方程顯著性提升。

由公式（1）可知，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)由日照百分率和太陽總輻射與天文輻射比值的關(guān)系決定，因此日照百分率變化關(guān)系好的站點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)可能更為接近，以此為判斷依據(jù)，分別計(jì)算山東不同站點(diǎn)與3個(gè)輻射站之間日照百分率的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，取相關(guān)性高的輻射站的A-P經(jīng)驗(yàn)公式作為該站點(diǎn)的經(jīng)驗(yàn)公式。最大相關(guān)站點(diǎn)有較明顯的區(qū)域特征（圖略），半島地區(qū)除了青島南部均與福山站相關(guān)性較好，魯西北、魯中和魯南地區(qū)的西部與濟(jì)南站相關(guān)性較好，青島南部、魯中和魯南地區(qū)的東部則與莒縣站相關(guān)性較好，區(qū)域特征隨月份發(fā)生變化。由此建立山東122個(gè)國家級(jí)氣象觀測站的A-P經(jīng)驗(yàn)公式，將日照時(shí)數(shù)代入公式，估算得到各站點(diǎn)的日太陽總輻射。

2.2 ERA5數(shù)據(jù)和葵花8衛(wèi)星數(shù)據(jù)偏差訂正

前人大量研究［12-16］指出再分析和衛(wèi)星反演的太陽總輻射有較大的系統(tǒng)偏差，因此在使用ERA5數(shù)據(jù)和葵花8衛(wèi)星的地表向下太陽輻射日值產(chǎn)品時(shí)，需先對(duì)兩種數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)偏差訂正。文中利用山東3個(gè)輻射站2017年3月—2022年2月的逐日太陽總輻射計(jì)算并訂正ERA5數(shù)據(jù)和葵花8衛(wèi)星太陽總輻射日數(shù)據(jù)的系統(tǒng)偏差。

由ERA5數(shù)據(jù)與觀測太陽總輻射的散點(diǎn)圖（圖1a—c）可以看到散點(diǎn)偏向橫坐標(biāo)，即ERA5太陽總輻射較觀測值偏高。二者偏差的逐日變化在3個(gè)站點(diǎn)基本一致（圖1d），7月底—8月初偏差最小，2—3月偏差較大。偏差最大值和最小值的區(qū)間顯示在夏季（6—8月）ERA5數(shù)據(jù)與觀測結(jié)果的差異振幅較大，11月—次年1月較小，這表明ERA5太陽總輻射在夏季更不穩(wěn)定。將3個(gè)站點(diǎn)的平均偏差滑動(dòng)平均后（圖1d中黑線）作為系統(tǒng)偏差訂正ERA5日太陽輻射，訂正后ERA5太陽總輻射數(shù)據(jù)誤差更?。▓D1e—g），其中日平均MAE減小0.18～0.39 MJ·m-2，日平均RMSE減小0.30～0.42 MJ·m-2，莒縣站誤差減小最明顯。從散點(diǎn)圖（圖1）上看，在觀測太陽總輻射的最大值和最小值附近散點(diǎn)偏向縱坐標(biāo)，說明ERA5太陽總輻射對(duì)極端值刻畫能力不足。

同樣地，對(duì)葵花8衛(wèi)星太陽總輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)偏差訂正。訂正前葵花8產(chǎn)品較觀測整體偏高（圖2a—c），與未訂正的ERA5數(shù)據(jù)相比，盡管衛(wèi)星反演數(shù)據(jù)的RMSE小，但其MAE大，說明葵花8衛(wèi)星太陽總輻射產(chǎn)品高估特征更明顯?？?衛(wèi)星太陽總輻射產(chǎn)品與觀測值的偏差在春季大、秋季?。▓D2d），這種變化與季節(jié)性氣溶膠光學(xué)厚度引起的反演偏差有關(guān)。偏差最大和最小值的區(qū)間在夏季和冬季較寬，說明衛(wèi)星數(shù)據(jù)在夏季和冬季與觀測差異變化較大。將3個(gè)站點(diǎn)的平均偏差滑動(dòng)平均后（圖2d中黑線）作為逐日系統(tǒng)偏差訂正葵花8數(shù)據(jù)，訂正后的葵花8衛(wèi)星太陽總輻射產(chǎn)品與觀測值誤差更小（圖2e—g）。相比于ERA5數(shù)據(jù)，系統(tǒng)偏差訂正對(duì)葵花8衛(wèi)星數(shù)據(jù)精度提升更大（日平均MAE減小1.33～1.35 MJ·m-2，日平均RMSE減小1.23～1.45 MJ·m-2），因此在使用葵花8衛(wèi)星太陽總輻射產(chǎn)品時(shí)應(yīng)該注意對(duì)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)偏差訂正。文中后續(xù)研究內(nèi)容及結(jié)論中的ERA5和衛(wèi)星數(shù)據(jù)精確度均是訂正系統(tǒng)偏差后的結(jié)果。

2.3 不同數(shù)據(jù)源日太陽總輻射的誤差檢驗(yàn)分析

前文先基于A-P公式估算得到山東122個(gè)國家級(jí)氣象觀測站的日太陽總輻射，然后分別訂正ERA5和葵花8衛(wèi)星數(shù)據(jù)的系統(tǒng)偏差獲得更準(zhǔn)確的日太陽總輻射數(shù)據(jù)，接下來對(duì)得到的3種日太陽總輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差檢驗(yàn)分析（表3），結(jié)果均已通過0.01顯著性水平檢驗(yàn)。A-P公式估算的太陽總輻射在福山站的誤差較小，其次是濟(jì)南站，莒縣站誤差較大，這與記錄的無日照日數(shù)有關(guān)，統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)研究期間莒縣站無日照的日數(shù)（244 d）較其他兩站（福山站和濟(jì)南站分別為151 d和185 d）偏多。申彥波［6］指出由于日照計(jì)時(shí)的輻射強(qiáng)度閾值約為120 W·m-2，日照時(shí)數(shù)不能完全反映到達(dá)地面的太陽總輻射，當(dāng)云量偏多時(shí)，日照時(shí)數(shù)與太陽總輻射關(guān)系較弱，因此在日尺度上利用A-P公式估算太陽總輻射具有局限性。

為檢驗(yàn)3種數(shù)據(jù)在不同天氣條件下的誤差，以逐日云量（100為全云）為指標(biāo)，對(duì)晴天（云量不高于10）、多云（云量為40～60）、陰天（云量不低于90）這3種典型天氣［20］進(jìn)行檢驗(yàn)。A-P公式估算的太陽總輻射誤差與ERA5數(shù)據(jù)相近，A-P公式估算的太陽總輻射MAE稍小，但ERA5數(shù)據(jù)的RMSE較小且相關(guān)系數(shù)更高，說明ERA5數(shù)據(jù)能較好地刻畫太陽總輻射的平均變化，但對(duì)極端值刻畫不足?？?衛(wèi)星數(shù)據(jù)在3個(gè)輻射站的誤差更小、相關(guān)系數(shù)更高，說明葵花8衛(wèi)星產(chǎn)品比A-P公式估算的太陽總輻射和ERA5數(shù)據(jù)更接近于觀測值，由此認(rèn)為經(jīng)過系統(tǒng)偏差訂正后的葵花8衛(wèi)星地表向下太陽輻射產(chǎn)品能更好地表征觀測太陽總輻射。對(duì)比不同天氣條件下的誤差結(jié)果，A-P公式估算和ERA5的太陽總輻射與觀測值的誤差（相關(guān)系數(shù)）都表現(xiàn)出隨云量增多而變大（減?。┑那闆r，表明云量對(duì)這兩種太陽總輻射日數(shù)據(jù)的影響較大，在晴天A-P公式估算的太陽總輻射誤差明顯小于ERA5數(shù)據(jù)，而在多云天ERA5太陽總輻射誤差較??；葵花8衛(wèi)星太陽總輻射產(chǎn)品在晴天時(shí)與觀測值誤差最小，在多云和陰天時(shí)誤差變化不大，在不同天氣條件下表現(xiàn)更穩(wěn)定。

2.4 日太陽總輻射的空間分布

由5 a（2017年3月—2022年2月）平均氣候態(tài)看，春季（圖3a—c），山東太陽總輻射呈“北高南低”的分布特征，日太陽總輻射為16～19 MJ·m-2。3種數(shù)據(jù)的太陽總輻射高值區(qū)都出現(xiàn)在濱州、東營等地，菏澤、棗莊等地太陽總輻射偏低。相較于葵花8衛(wèi)星產(chǎn)品，A-P公式估算的太陽總輻射在聊城等地明顯偏低（圖4a），ERA5數(shù)據(jù)的太陽總輻射在聊城、菏澤、濟(jì)寧、威海等地偏高（圖4b）。

夏季（圖3d—f），山東太陽總輻射較春季稍有增幅，日太陽總輻射為16～20 MJ·m-2。太陽總輻射高值區(qū)在魯西北，低值區(qū)出現(xiàn)在臨沂、日照等地，整體呈“西北高東南低”的分布特征。相較于葵花8衛(wèi)星產(chǎn)品，A-P公式估算的太陽總輻射在全省一些站點(diǎn)明顯偏低（圖4c），這可能與山東夏季陰雨天偏多有關(guān)，ERA5數(shù)據(jù)的太陽總輻射依舊在威海和沿海局地偏高（圖4d）。

秋季（圖3g—i），山東太陽總輻射呈“東高西低”的分布特征，5 a平均日太陽總輻射為11～13 MJ·m-2。太陽總輻射高值區(qū)出現(xiàn)在半島地區(qū)，低值區(qū)位于菏澤等地。A-P公式估算的太陽總輻射與葵花8衛(wèi)星產(chǎn)品差異較?。▓D4e），但ERA5數(shù)據(jù)的太陽總輻射比葵花8衛(wèi)星產(chǎn)品在菏澤、聊城、德州、東營和威海等地偏高，在日照、青島等地偏低（圖4f）。

冬季（圖3j—l），山東太陽總輻射分布呈現(xiàn)“南高北低”的主要特征，日太陽總輻射為8～10 MJ·m-2。太陽總輻射高值區(qū)主要位于魯中地區(qū)南部和臨沂、日照等地，低值區(qū)位于威海和煙臺(tái)北部。對(duì)比之下，A-P公式估算的太陽總輻射在德州、聊城、菏澤等地偏低（圖4g），ERA5數(shù)據(jù)的太陽總輻射在上述太陽總輻射高值區(qū)偏低、低值區(qū)偏高（圖4h）。

3 結(jié)論與討論

利用山東3個(gè)輻射站2017年3月—2022年2月的太陽總輻射日數(shù)據(jù)，按不同月份計(jì)算A-P公式的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，根據(jù)不同站之間日照百分率的皮爾遜相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)系數(shù)最大的輻射站A-P經(jīng)驗(yàn)公式，估算得到山東122個(gè)站點(diǎn)的日太陽總輻射數(shù)據(jù)集。對(duì)ERA5數(shù)據(jù)和葵花8衛(wèi)星的日太陽總輻射數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)偏差訂正，得到準(zhǔn)確性更高的2種數(shù)據(jù)集。

對(duì)比3種日太陽總輻射與觀測值的誤差發(fā)現(xiàn)，葵花8衛(wèi)星的太陽總輻射準(zhǔn)確性最高，與觀測值的誤差在晴天時(shí)最小，在多云和陰天時(shí)變化不大，表現(xiàn)較為穩(wěn)定；A-P公式估算的誤差檢驗(yàn)結(jié)果與ERA5數(shù)據(jù)相近，A-P公式估算的太陽總輻射MAE稍小，但ERA5數(shù)據(jù)的RMSE較小且相關(guān)系數(shù)更高，說明ERA5太陽總輻射能較好地刻畫平均變化，對(duì)觀測中輻射極端值刻畫不足；云量對(duì)A-P估算和ERA5數(shù)據(jù)的太陽總輻射影響較大，云量越多，二者與觀測的誤差越大，在晴天A-P估算值誤差明顯較小，而在多云天ERA5誤差較小。

3種太陽總輻射數(shù)據(jù)在山東四季的空間分布顯示，春季和夏季太陽總輻射較高、冬季較低，不同季節(jié)太陽總輻射的高值區(qū)和低值區(qū)不同。相比于準(zhǔn)確性更高的葵花8衛(wèi)星產(chǎn)品，A-P公式估算的太陽總輻射在魯西北和菏澤等地偏低，夏季在山東部分站點(diǎn)都偏低，這可能與陰雨天偏多有關(guān)，秋季差別不明顯；而ERA5數(shù)據(jù)的太陽總輻射往往在低值區(qū)偏高、在高值區(qū)偏低，這也體現(xiàn)了ERA5太陽總輻射產(chǎn)品的平滑特征，另外ERA5數(shù)據(jù)的太陽總輻射在威海數(shù)值明顯偏高。

A-P公式估算的太陽總輻射準(zhǔn)確性與ERA5數(shù)據(jù)相近，二者同受云量影響較大，空間分布在東西方向上有明顯的差異。一方面，ERA5的總云量數(shù)據(jù)較觀測云量在西部偏少、東部偏多（圖略），因此未來仍需關(guān)注對(duì)歐洲中期天氣預(yù)報(bào)中心云量產(chǎn)品的訂正，改進(jìn)太陽輻射預(yù)報(bào)效果；另一方面，在云量偏多的情況下，A-P公式估算結(jié)果偏小，因此不建議使用A-P公式對(duì)多云和陰天時(shí)的日太陽總輻射進(jìn)行估算。

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