[发明专利]一种利用地面气象观测资料估算地表反照率的方法

说明书

本发明公开了一种利用地面气象观测资料估算地表反照率的方法，首先获取目标站点的气象观测数据，包括该站点所在的地理位置、逐日的辐射作用层的叶面指数LAI_k和日照时数n_k，根据目标站点的地位位置计算太阳倾角δ_k；然后根据不同计算需求的时间尺度对数据进行整理，之后根据太阳倾角和地理位置数据计算目标站点的太阳正午时角天顶距，获得的数据计算晴空地表反照率的天顶值；对时角积分得到晴天地表反照率的日平均值；之后采用日照时数考虑云量对反照率的影响，计算地表反照率的日平均值。本发明具有适用范围广、计算精度高、便于应用等优点，是一种计算简便，计算精度高的方法。

技术领域

本发明属于地面观测领域，涉及一种地表反照率计算方法，具体涉及一种利用地面气象观测资料估算地表反照率的方法。

背景技术

地表反照率是指地表反射辐射通量与入射辐射通量的比值，是模拟各种农林气象、生物化学和生物地球化学过程的关键参数。地表反照率主要受辐射作用层特性(例如裸土的颜色、湿度、粗糙度等)和其他外部因素(云量、风向、积雪)的影响。反照率可用两个背靠背水平安装的辐射计直接测量得到。然而，受直接测量有关的经济和技术的限制，仅有极少数的站点观测到地表反照率。例如，在2500多个气象站中，只有18个站点观测逐日的反射辐射，用于估算地表反照率。此外，由于地表特性和各种外部因素随时空变化，从特定站点测量得到的地表反照率不适用于其他未监测的地点。

为此，许多科技工作者致力于地表反照率估算方法的研究，提出了许多地表反照率的计算方法，大致分为基于地面观测的方法和基于遥感的方法两大类。虽然基于地面观测的模型在输入方面相当简单，在应用上也较为方便，但是大多数模型都是针对几个特定站点拟合得到的，能否推广应用于其他地方还有待检验。基于遥感的方法通常用于较大空间尺度的研究中，以往的许多研究都集中在需要遥感测量的地表反照率区域值上。自1965年Conover首次将卫星影像应用于确定云层和地表的反照率以来，科技工作者一直致力于从卫星平台利用中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution ImagingSpectroradiometer,MODIS)等遥感测量资料推算区域表面反照率。尽管MODIS反照率产品因其低成本的可获取性，被广泛用于区域表面反照率的估算。然而，这些产品的最小分辨率为1公里，周期为16天，这限制其在较小空间尺度和假定表面(如参考作物)上的应用。因此需要一种成本低廉，数据准确度高的地表反照率获取方法。

发明内容

本发明的目的是提出一种估算地表反照率的气象学方法，能够简便、快速、精确地利用气象观测资料估算地表反照率。

为了解决上述技术问题，本发明采用技术方案是：

一种利用地面气象观测资料估算地表反照率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、气象观测数据收集与整理，获取目标站点的气象观测数据，包括该站点所在的地理位置、逐日的辐射作用层的叶面指数LAI_k和日照时数n_k，其中k为表示时序的下标，根据目标站点的地理位置计算太阳倾角δ_k；

步骤2、根据太阳倾角和目标站点的地理位置计算目标站点的太阳正午时角天顶距，计算公式如下：

上式中，Z_k，表示第k日或第k月平均太阳正午时角天顶距；

步骤3、根据步骤1和步骤2获得的数据计算晴空地表反照率的天顶值α_zz,k；

步骤4、计算晴天反照率的日或月平均值，由于太阳角天顶距随太阳东升西落的时角不断变化，第k日或第k月的地表反照率平均值是随时间变化，对时角积分得到晴天地表反照率的日或月平均值；

步骤5、计算地表反照率的日或月平均值，采用日照时数考虑云量对反照率的影响，则地表反照率的日或月平均值为