基于MODIS云量产品的湖北省格点日照时数计算

doi:10.3969/j.issn.1673-503X.2024.03.016

摘要/Abstract

摘要：

利用2019—2021年MODIS遥感云量资料, 基于地面气象观测日照百分率数据与卫星遥感云量之间存在的负相关关系, 按照不同月份、不同区域建立反演计算模型, 计算了湖北省1 km空间分辨率的月日照百分率和日照时数, 并选取代表性地面气象站观测资料对日照时数计算结果进行验证。结果表明: 湖北省各气候区月平均遥感云量与日照百分率之间均为极显著相关, 各代表站年日照时数计算相对误差均小于2%, 月日照时数计算值误差小于10 h, 表明构建的日照时数反演模型计算精度较高。计算得到湖北省年日照时数在854.8~1952.8 h。湖北省西南西部为日照时数最少的地区, 年日照时数低于1100 h; 湖北省东北北部和湖北省西北南部是日照时数最多的地区, 年日照时数大于1850 h。从日照时数反演结果中还可以发现, 受水陆热力条件差异影响, 湖北省平原地区湖泊水体云量比周边陆地偏少, 日照时数比周边陆地偏大。

关键词: 云量, 日照时数, 日照百分率

Abstract:

Using MODIS remote sensing cloud cover data from 2019 to 2021, based on the negative correlation between surface meteorological observation sunshine percentage and satellite remote sensing cloud cover, an inversion calculation model was established for different months and regions. The monthly sunshine percentage and sunshine hours at a spatial resolution of 1 km were calculated, and representative surface meteorological station observation data were selected to verify the calculation results of sunshine hours. The results show that there is a highly significant correlation between the monthly average remote sensing cloud cover and the percentage of sunshine in different climatic regions of Hubei province. The relative error in calculating annual (monthly) sunshine hours at each representative station is less than 2% (10 hours), indicating that the constructed sunshine hours inversion model has high calculation accuracy. The calculated annual sunshine hours in Hubei range from 854.8 hours to 1952.8 hours. The southwestern western regions of Hubei province have the lowest sunshine hours, with annual sunshine hours below 1100 hours. The northeastern northern and northwestern southern regions of Hubei province have the highest sunshine hours, with annual sunshine hours exceeding 1850 hours. From the inversion results of sunshine hours, it is also found that due to the thermal conditions differences between water and land, the cloud cover over lakes in the Hubei plain areas are less than that of surrounding land, and the sunshine hours are larger than that of surrounding land.

Key words: Cloud cover, Sunshine hours, Sunshine percentage

中图分类号:

P422.1

成驰,崔杨,孟丹. 基于MODIS云量产品的湖北省格点日照时数计算[J]. 气象与环境学报, 2024, 40(3): 131-137.

Chi CHENG,Yang CUl,Dan MENG. Calculation of sunshine hours at grid points in Hubei province based on MODIS cloud products[J]. Journal of Meteorology and Environment, 2024, 40(3): 131-137.

图/表 9

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表1

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表3

参考文献 21

1	鞠晓慧, 屠其璞, 李庆祥. 我国太阳总辐射气候学计算方法的再讨论[J]. 南京气象学院学报, 2005, 28 (4): 516- 521. doi: 10.3969/j.issn.1674-7097.2005.04.011
2	和清华, 谢云. 我国太阳总辐射气候学计算方法研究[J]. 自然资源学报, 2010, 25 (2): 308- 319.
3	Almorox J , Hontoria C . Global solar radiation estimation using sunshine duration in Spain[J]. Energy Conversion and Management, 2004, 45 (7): 1529- 1535.
4	Liu Xiaoying , Mei Xurong , Li Yuzhong , et al. Calibration of the Ångström-Prescott coefficients(a, b) under different time scales and their impacts in estimating global solar radiation in the Yellow River basin[J]. Agriculturel and forest Meteorology, 2009, 149 (6): 697- 710.
5	Liu Jiandong . Changes in the relationship between solar radiation and sunshine duration in large cities of China[J]. Energy, 2015, 82 (7): 589- 600.
6	刘娜, 任芝花, 余予. 直接辐射表与日照计观测日照时数的差异评估[J]. 气象, 2015, 41 (1): 68- 75.
7	朱小祥, 孟旭, 方宗义, 等. 利用卫星资料计算云南地区云量及云特征分析[J]. 气象, 1995, 21 (1): 32- 36.
8	王怀清, 李三妹. FY-2C云分类资料估算日照百分率[J]. 遥感学报, 2013, 17 (5): 1295- 1310.
9	赵娜, 刘树华, 杜辉, 虞海燕. 城市化对北京地区日照时数和云量变化趋势的影响[J]. 气候与环境研究, 2012, 17 (2): 233- 243.
10	徐青文, 路淑文, 刘树棣, 等. 1971—2015年无棣县日照时数变化及影响因素分析[J]. 湖北农业科学, 2017, 56 (20): 3845- 3848.
11	杜军, 边多, 胡军, 等. 西藏近35年日照时数的变化特征及其影响因素[J]. 地理学报, 2007, 62 (5): 492- 499. doi: 10.3321/j.issn:0375-5444.2007.05.005
12	曹芸, 何永健, 邱新法, 等. 基于地面观测资料的MODIS云量产品订正[J]. 遥感学报, 2012, 16 (2): 325- 342.
13	韩永清, 丛春华. FY2E总云量产品在华北和黄淮区域的分析检验[J]. 气象与环境学报, 2015, 31 (5): 153- 158.
14	薛筝筝, 左湘文, 高英育, 等. 宁夏国家级气象站总云量自动识别系统的设计与应用[J]. 气象水文海洋仪器, 2019, 36 (4): 40- 44.
15	刘雅楠, 邹海波, 吴琼. 基于FY-2G产品的江西省总云量最小二乘法建模与分析[J]. 气象与环境学报, 2020, 36 (2): 105- 111. doi: 10.3969/j.issn.1673-503X.2020.02.014
16	刘健, 张里阳. 气象卫星高空间分辨率数据的云量计算与检验[J]. 应用气象学报, 2011, 22 (1): 35- 45. doi: 10.3969/j.issn.1001-7313.2011.01.004
17	瞿建华, 鄢俊洁, 薛娟, 等. 基于深度学习的FY3D/MERSI和EOS/MODIS云检测模型研究[J]. 气象与环境学报, 2019, 35 (3): 87- 93.
18	Kotarba A Z . A comparison of MODIS-derived cloud amount with visual surface observations[J]. Atmospheric Research, 2009, 92 (4): 522- 530. doi: 10.1016/j.atmosres.2009.02.001
19	成驰, 孙朋杰, 崔杨. 基于MODIS数据用两步法构建四川省地面太阳辐射计算模型[J]. 中国农业气象, 2022, 43 (12): 969- 979. doi: 10.3969/j.issn.1000-6362.2022.12.002
20	吴薇, 黄晓龙, 郭旭, 等. 总云量实况分析产品在四川省的检验分析[J]. 气象与环境学报, 2022, 38 (6): 65- 72.
21	Xiangnan Yao , Kun Yang , Husi Letu , et al. Observation and process understanding of typical cloud holes above lakes over the Tibetan Plateau[J]. Journal of Geophysical Research: Atmospheres, 2023, 128 (13): e2023JD038617.

区域	模型参数a	模型参数b	相关系数R
鄂东北	103.64	-0.8588	0.855
鄂东南	84.77	-0.7040	0.870
江汉平原	112.85	-0.9865	0.844
鄂西北	108.29	-0.9702	0.852
鄂西南	111.68	-1.0626	0.862

时间		武汉	麻城	咸宁	枣阳	恩施
	实测	96.6	121.3	98	92.4	53.1
1月	计算	91.4	126.9	95.1	98.4	60.5
	误差	5.2	-5.6	2.9	-6	-7.4
	实测	137.6	148.5	114.5	153.8	100.5
4月	计算	134.5	149.1	107.7	159.6	98.4
	误差	3.1	-0.6	6.8	-5.8	2.1
	实测	192.5	199.4	152.1	209.3	190.3
7月	计算	194	199.7	156.4	205.9	181.1
	误差	-1.5	-0.3	-4.3	3.4	9.2
	实测	140.7	167	127.1	128.7	107.1
10月	计算	148.7	164.4	128.9	129.5	113.6
	误差	-8	2.6	-1.8	-0.8	-6.5
	实测	1615.7	1831.5	1373.3	1560.1	1146.6
全年	计算	1603.3	1846.6	1362.3	1579.5	1124.3
	误差	12.4	-15.1	11	-19.4	22.3

湖泊(常年水体面积)	水体平均日照时数/h	周边陆地平均日照时数/h	水陆日照时数差值/h
A长湖(122 km²)	1682.4	1592.1	90.3
B洪湖(348 km²)	1716.9	1617.1	99.8
C梁子湖(227 km²)	1814.6	1741.8	72.8
D龙感湖(154 km²)	1711.1	1634.2	76.9

[1]	徐记亮,张伟,苏艳华,顾雷. 基于云诊断算法的中国十大机场云预报对比分析[J]. 气象与环境学报, 2022, 38(6): 57-64.
[2]	刘雅楠,邹海波,吴琼. 基于FY-2G产品的江西省总云量最小二乘法建模与分析[J]. 气象与环境学报, 2020, 36(2): 105-111.
[3]	邱美娟, 郭巧, 郭春明, 王冬妮, 袁福香, 慕臣英. 吉林省春玉米农业气候资源适宜度时空分布特征[J]. 气象与环境学报, 2018, 34(2): 82-91.
[4]	沈阳, 沈安云, 苏航, 熊世为, 严文莲. 2016年冬季江苏省一次大范围强浓雾天气过程成因分析[J]. 气象与环境学报, 2017, 33(4): 11-20.
[5]	刘强吉, 武胜利, 房靓, 胡雪瑛. 1961-2013年巴州地区日照时数变化特征分析[J]. 气象与环境学报, 2016, 32(2): 79-88.
[6]	慕臣英, 徐全辉, 张菁, 李石, 宋晓巍, 赵凤, 张郁, 邱美娟. 1980-2014年沈阳地区日照时数变化特征及影响因素[J]. 气象与环境学报, 2016, 32(2): 89-94.
[7]	赵文婧,赵中军,尚可政,王式功,宁贵财. 云量的时间精细化预报研究—以榆中为例[J]. 气象与环境学报, 2015, 31(1): 60-66.
[8]	于长文,许启慧, 秦莉, 刘金平. 河北省太阳总辐射经验系数两种气候学计算方法的比较分析[J]. 气象与环境学报, 2014, 30(3): 78-84.
[9]	张益炜，袁淑杰，高旭旭，李德江，李晓虹，刘振宏，张文宗. 1961—2010年河北省太阳直接辐射时空分布特征研究[J]. 气象与环境学报, 2014, 30(1): 95-99.
[10]	周晓宇,张新宜,崔妍,王颖,张晓月,赵春雨. 1961—2009年东北地区日照时数变化特征[J]. 气象与环境学报, 2013, 29(5): 112-120.
[11]	刘赫男,张洪玲,朱红蕊. 1961—2010年黑龙江省太阳能资源特征分析与评估[J]. 气象与环境学报, 2013, 29(4): 89-93.
[12]	汪婷,沈玉峰,孙首华,钱钰林. 1961—2008年昆山市气候变化特征[J]. 气象与环境学报, 2010, 26(5): 53-56.
[13]	陆忠艳,蔡福,刘文明,袁子鹏,陈艳秋,陈明强. 辽宁乡镇天气预报中风和相对湿度及云量的空间插值方法[J]. 气象与环境学报, 2009, 25(4): 54-57.
[14]	李明香,才荣辉,金巍. 营口市近50年日照时数变化的特征分析[J]. 气象与环境学报, 1999, 15(3): 10-12.