青藏高原唐古拉山分光譜輻射特征分析

■陳維劉海英陳燁鑫蔣熹

（1常熟市氣象局江蘇常熟215500；2南京信息工程大學江蘇南京210044）

青藏高原唐古拉山分光譜輻射特征分析

■陳維1劉海英1陳燁鑫1蔣熹2

（1常熟市氣象局江蘇常熟215500；2南京信息工程大學江蘇南京210044）

根據青藏高原唐古拉山多年凍土區2007年1月到2007年12月的觀測資料，分析了該地區總輻射、分光反照率和分光輻射比例的日變化和季節變化規律。結果表明，在地表反照率日變化中，四季的地表反照率均具有明顯的日變化特征，呈U字形分布，即早晚大、中午小。在地表反照率的季節變化中，在唐古拉山和其他藏北高原地區可以看出，地表反照率的大小都是：冬季＞春季＞秋季＞夏季。反照率隨太陽高度角的變化，最終還是因為分光輻射比例依存太陽高度角變化。各波段分光輻射比例一般與太陽的光程有關，即與太陽高度角有關。當有積雪存在時，地表的反照率將遠大于裸露地表的反照率。關于分光輻射比例的日變化和季節變化的分析中，可見光波段和近紅外波段輻射占總輻射的比例（即分光輻射比例）最高。在季節變化中，紫外波段、可見光波段和近紅外波段的分光輻射比例都在冬季最高。在分光輻射比例的日際變化中，各波段的波動不大，可見光波段和近紅外波段的平均值大致相同，遠大于紫外波段的平均值。且分光輻射比例在冬季日際變化最大，其次是夏季，再次是秋季和春季。

分光輻射分光反照率日變化季節變化

0　引言

太陽輻射是地球能量的主要來源，是地球表面進行各種物理過程和化學過程的基本動力，它也驅動著氣候的變化。而青藏高原作為特殊的大地形，其動力作用和熱力作用不僅對我國，也對東亞乃至全球的天氣氣候產生巨大的影響，青藏高原對大氣的各種熱力及動力效應都是通過高原近地層與邊界層逐漸影響到自由大氣的。

唐古拉山作為青藏高原的腹地，為多年凍土地區，該地區的輻射和熱力狀況歷來受到重視。凍土作為高原地區的特殊下墊面，它的發育狀況受地表能量的影響，其熱力特性的變化又會對凍土與底層大氣間的能量交換及天氣、氣候產生影響。所以，充分認識并掌握好太陽輻射分光譜特征及其地表反照率變化規律，有助于理解凍土地表能量分配方式和對整個高原區域氣候環境產生的顯著影響提高認識。因此，研究高原分光譜特征對研究高原陸氣相互作用具有極大意義。

本文從2007年1月到2007年12月，共12月的觀測資料，綜合分析研究青藏高原唐古拉山地區為代表的太陽短波輻射及分光輻射等季節變化特征，并且與我國其他地區分光輻射特征進行一系列的比較，探討該地區分光譜輻射變化特征，希望對青藏高原的陸面過程研究有所貢獻。

1　觀測資料和方法

2005年6月23日在唐古拉山北坡105道班附近 （33°4′N，91°56′E，海拔約5020 m，圖1）架設了一套PC-2GL太陽光譜觀測分析系統，系統由錦州陽光科技發展有限公司（錦州322研究所）生產TBQ-4-6分光譜輻射表兩套（一套朝向天空、一套朝向地面）和TRM-2型多通道太陽輻射記錄儀一臺組成（表1）。該套儀器出廠前由廠家作過標定，總的測量誤差在5%以內。本文中紫外輻射波段范圍為280～400nm，可見光波段范圍為400～760 nm，近紅外波段為700～3000nm。儀器自動觀測和記錄各波段的入射和反射輻射量，存儲間隔設置為0.5 h，存儲半點時刻的輻射瞬時值和該0.5 h的輻射累計值（即曝輻量，MJ？m-2）。本文應用2007年1月到2007年12月連續資料進行分析。為了減少坡度對反照率測量的影響，儀器平行安裝在坡度很小的坡面上。觀測點地表為斑塊狀草皮和部分裸土的混合型下墊面，四周視野開闊［1］。

本文中的平均反照率的定義為觀測時段內反射輻射量與入射輻射量的比例，0.5h平均反照率則用0.5h內的累計值，日平均則用日累計量計算，其余的類推。分光輻射比例是各波段入射輻射量與總輻射量之比，以此分析入射太陽輻射能量的光譜分布。平均分光輻射比例計算與平均反照率的計算方法相同。

2　結果分析

2.1總輻射

表2總結了2007年逐月的各項數據，從月總輻射數據可以看出夏季的太陽輻射最大，其次是春季和秋季，最小的是冬季。因為夏季太陽直射點在北半球且日照時間長強度高，所以夏季的太陽輻射大于其他季節，而冬季則相反。春季的總輻射大于秋季總輻射是與云量和氣溶膠等因素有關，一般情況下，云量的增加（減少）會引起到達地面的太陽輻射減小（增加），同樣，隨著氣溶膠的增加（減少），到達地面的太陽輻射將會減小（增加）。

2.2地表分光反照率及分光輻射比例的日變化

為了更好的分析唐古拉山地表分光反照率及分光輻射比例的日變化特征，本文將2007年逐0.5h的地表反照率按照季節進行分析，得到季節平均日變化序列。地表反照率有明顯的日變化特征，呈U字形變化，表現為早晚的各個波段的反照率較高，中午時分較低，反照率很大程度上取決于太陽高度角變化的日變化規律，一般來說隨著太陽高度角的增加而降低。冬季由于地表干燥、植被枯萎和積雪等影響，各個波段的反照率普遍較大。近紅外的反照率平均值遠大于紫外和可見光波段的平均值。

2.3分光輻射比例及地表反照率的季節變化

地表反照率的月變化明顯，在雨季的時候，數值降低，而在干季的時候數值則增大。圖5中，因為6～9月處于高原季風期，所以反照率平均值最低。對于5月情況比較復雜，因為它是一個向高原季風過度的季節，天空狀況變化大，相應的地下墊面情況變化也比較大，因而地表反照率大小波動也大。而季節變化的主要原因是由于高原地表狀況一年中變化復雜，尤其是干濕季節分明，植被生長期和枯萎期明顯，所以季節變化也很明顯（在上文中有提及過）。這個結論分析與李英等探究的藏北地區各個地區季節平均地表反照率得出的結論大致相符［2］。

2.4關于積雪對地表反照率的影響的討論

積雪對太陽輻射具有很高的反射率，所以在高原上積雪對地表反照率的影響很大，它能使入射的太陽輻射能量僅有很少被冰雪吸收，它的細微變化會影響地-氣系統的能量平衡，進而影響氣候變化。且影響冰雪反照率的因素有很多，如雪粒的大小、雪密度、雪層含水量、雪中雜物、冰雪面的狀況、地表氣溫和風向風速、天空狀況等。

3　結論

綜合以上分析，得出以下一些結果：

（1）夏季的太陽總輻射最大，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較中，冬半年的地表反照率大于夏半年，這主要是因為地表覆蓋物類型的變化。

（3）在地表反照率日變化中，四季的地表反照率均具有明顯的日變化特征，即呈U字形分布，早晚大、中午小。冬季的日平均遠大于其他三個季節，春季其次，夏秋季最小。其中，各個季節中發現，近紅外波段的反照率遠大于紫外波段和可見波段。各波段早晚變化大，中午時分變化不大。

（4）在地表反照率的季節變化中，在唐古拉山和其他藏北高原地區可以看出，地表反照率的大小都是：冬季＞春季＞秋季＞夏季。

（5）分光輻射比例的日變化中，紫外波段與可見光波段的分光輻射比例與其反照率日變化表現出相反的日變化趨勢。白天里，日變化都比較平緩，只有在在早晨和傍晚有些明顯波動。可見光波段和近紅外波段的平均值大致相同，遠大于紫外波段的平均值。

［1］蔣熹，王寧練，楊勝朋.青藏高原唐古拉山多年凍土區夏、秋季節總輻射和地表反照率特征分析.冰川凍土，2007，29（6）：889-899.

［2］李英，胡澤勇.藏北高原地表反照率的初步研究 .高原氣象，2006，25（6）：1034-1041 ［3］江灝，季國良。五道梁地區的輻射特征 ［J］.高原氣象，1998，7（2）：145-155

［4］鄒基玲，季國良.藏北高原太陽總輻射和地表反射率的分光特征.太陽能學報，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［文獻碼］ B

1000-405X（2016）-8-187-2