青藏高原唐古拉山分光谱辐射特征分析

■陈维刘海英陈烨鑫蒋熹

（1常熟市气象局江苏常熟215500；2南京信息工程大学江苏南京210044）

青藏高原唐古拉山分光谱辐射特征分析

■陈维1刘海英1陈烨鑫1蒋熹2

（1常熟市气象局江苏常熟215500；2南京信息工程大学江苏南京210044）

根据青藏高原唐古拉山多年冻土区2007年1月到2007年12月的观测资料，分析了该地区总辐射、分光反照率和分光辐射比例的日变化和季节变化规律。结果表明，在地表反照率日变化中，四季的地表反照率均具有明显的日变化特征，呈U字形分布，即早晚大、中午小。在地表反照率的季节变化中，在唐古拉山和其他藏北高原地区可以看出，地表反照率的大小都是：冬季＞春季＞秋季＞夏季。反照率随太阳高度角的变化，最终还是因为分光辐射比例依存太阳高度角变化。各波段分光辐射比例一般与太阳的光程有关，即与太阳高度角有关。当有积雪存在时，地表的反照率将远大于裸露地表的反照率。关于分光辐射比例的日变化和季节变化的分析中，可见光波段和近红外波段辐射占总辐射的比例（即分光辐射比例）最高。在季节变化中，紫外波段、可见光波段和近红外波段的分光辐射比例都在冬季最高。在分光辐射比例的日际变化中，各波段的波动不大，可见光波段和近红外波段的平均值大致相同，远大于紫外波段的平均值。且分光辐射比例在冬季日际变化最大，其次是夏季，再次是秋季和春季。

分光辐射分光反照率日变化季节变化

0　引言

太阳辐射是地球能量的主要来源，是地球表面进行各种物理过程和化学过程的基本动力，它也驱动着气候的变化。而青藏高原作为特殊的大地形，其动力作用和热力作用不仅对我国，也对东亚乃至全球的天气气候产生巨大的影响，青藏高原对大气的各种热力及动力效应都是通过高原近地层与边界层逐渐影响到自由大气的。

唐古拉山作为青藏高原的腹地，为多年冻土地区，该地区的辐射和热力状况历来受到重视。冻土作为高原地区的特殊下垫面，它的发育状况受地表能量的影响，其热力特性的变化又会对冻土与底层大气间的能量交换及天气、气候产生影响。所以，充分认识并掌握好太阳辐射分光谱特征及其地表反照率变化规律，有助于理解冻土地表能量分配方式和对整个高原区域气候环境产生的显著影响提高认识。因此，研究高原分光谱特征对研究高原陆气相互作用具有极大意义。

本文从2007年1月到2007年12月，共12月的观测资料，综合分析研究青藏高原唐古拉山地区为代表的太阳短波辐射及分光辐射等季节变化特征，并且与我国其他地区分光辐射特征进行一系列的比较，探讨该地区分光谱辐射变化特征，希望对青藏高原的陆面过程研究有所贡献。

1　观测资料和方法

2005年6月23日在唐古拉山北坡105道班附近 （33°4′N，91°56′E，海拔约5020 m，图1）架设了一套PC-2GL太阳光谱观测分析系统，系统由锦州阳光科技发展有限公司（锦州322研究所）生产TBQ-4-6分光谱辐射表两套（一套朝向天空、一套朝向地面）和TRM-2型多通道太阳辐射记录仪一台组成（表1）。该套仪器出厂前由厂家作过标定，总的测量误差在5%以内。本文中紫外辐射波段范围为280～400nm，可见光波段范围为400～760 nm，近红外波段为700～3000nm。仪器自动观测和记录各波段的入射和反射辐射量，存储间隔设置为0.5 h，存储半点时刻的辐射瞬时值和该0.5 h的辐射累计值（即曝辐量，MJ？m-2）。本文应用2007年1月到2007年12月连续资料进行分析。为了减少坡度对反照率测量的影响，仪器平行安装在坡度很小的坡面上。观测点地表为斑块状草皮和部分裸土的混合型下垫面，四周视野开阔［1］。

本文中的平均反照率的定义为观测时段内反射辐射量与入射辐射量的比例，0.5h平均反照率则用0.5h内的累计值，日平均则用日累计量计算，其余的类推。分光辐射比例是各波段入射辐射量与总辐射量之比，以此分析入射太阳辐射能量的光谱分布。平均分光辐射比例计算与平均反照率的计算方法相同。

2　结果分析

2.1总辐射

表2总结了2007年逐月的各项数据，从月总辐射数据可以看出夏季的太阳辐射最大，其次是春季和秋季，最小的是冬季。因为夏季太阳直射点在北半球且日照时间长强度高，所以夏季的太阳辐射大于其他季节，而冬季则相反。春季的总辐射大于秋季总辐射是与云量和气溶胶等因素有关，一般情况下，云量的增加（减少）会引起到达地面的太阳辐射减小（增加），同样，随着气溶胶的增加（减少），到达地面的太阳辐射将会减小（增加）。

2.2地表分光反照率及分光辐射比例的日变化

为了更好的分析唐古拉山地表分光反照率及分光辐射比例的日变化特征，本文将2007年逐0.5h的地表反照率按照季节进行分析，得到季节平均日变化序列。地表反照率有明显的日变化特征，呈U字形变化，表现为早晚的各个波段的反照率较高，中午时分较低，反照率很大程度上取决于太阳高度角变化的日变化规律，一般来说随着太阳高度角的增加而降低。冬季由于地表干燥、植被枯萎和积雪等影响，各个波段的反照率普遍较大。近红外的反照率平均值远大于紫外和可见光波段的平均值。

2.3分光辐射比例及地表反照率的季节变化

地表反照率的月变化明显，在雨季的时候，数值降低，而在干季的时候数值则增大。图5中，因为6～9月处于高原季风期，所以反照率平均值最低。对于5月情况比较复杂，因为它是一个向高原季风过度的季节，天空状况变化大，相应的地下垫面情况变化也比较大，因而地表反照率大小波动也大。而季节变化的主要原因是由于高原地表状况一年中变化复杂，尤其是干湿季节分明，植被生长期和枯萎期明显，所以季节变化也很明显（在上文中有提及过）。这个结论分析与李英等探究的藏北地区各个地区季节平均地表反照率得出的结论大致相符［2］。

2.4关于积雪对地表反照率的影响的讨论

积雪对太阳辐射具有很高的反射率，所以在高原上积雪对地表反照率的影响很大，它能使入射的太阳辐射能量仅有很少被冰雪吸收，它的细微变化会影响地-气系统的能量平衡，进而影响气候变化。且影响冰雪反照率的因素有很多，如雪粒的大小、雪密度、雪层含水量、雪中杂物、冰雪面的状况、地表气温和风向风速、天空状况等。

3　结论

综合以上分析，得出以下一些结果：

（1）夏季的太阳总辐射最大，其次是秋季和春季，最小的是冬季。

（2）全波段平均反照率的比较中，冬半年的地表反照率大于夏半年，这主要是因为地表覆盖物类型的变化。

（3）在地表反照率日变化中，四季的地表反照率均具有明显的日变化特征，即呈U字形分布，早晚大、中午小。冬季的日平均远大于其他三个季节，春季其次，夏秋季最小。其中，各个季节中发现，近红外波段的反照率远大于紫外波段和可见波段。各波段早晚变化大，中午时分变化不大。

（4）在地表反照率的季节变化中，在唐古拉山和其他藏北高原地区可以看出，地表反照率的大小都是：冬季＞春季＞秋季＞夏季。

（5）分光辐射比例的日变化中，紫外波段与可见光波段的分光辐射比例与其反照率日变化表现出相反的日变化趋势。白天里，日变化都比较平缓，只有在在早晨和傍晚有些明显波动。可见光波段和近红外波段的平均值大致相同，远大于紫外波段的平均值。

［1］蒋熹，王宁练，杨胜朋.青藏高原唐古拉山多年冻土区夏、秋季节总辐射和地表反照率特征分析.冰川冻土，2007，29（6）：889-899.

［2］李英，胡泽勇.藏北高原地表反照率的初步研究 .高原气象，2006，25（6）：1034-1041 ［3］江灏，季国良。五道梁地区的辐射特征 ［J］.高原气象，1998，7（2）：145-155

［4］邹基玲，季国良.藏北高原太阳总辐射和地表反射率的分光特征.太阳能学报，1996，17 （2）：113-117

［5］Winther J G，Godtliebsen F，Gerland S，etal.Surface albedo in Ny-Alesund，Svalbard：variability and trends during 1981-1997［J］.Global and Planetary Change，2002，32：127-139.

P4［文献码］ B

1000-405X（2016）-8-187-2