本發(fā)明涉及氣象輻射能量平衡，尤其涉及一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、地表入射短波輻射（downward?surface?shortwave?radiation,?dssr）（光譜范圍0.3-3.0μm）是地球輻射能量平衡的重要參數(shù)之一，驅(qū)動著地表和大氣之間物質(zhì)（如碳、水等）和能量的交換。在一般陸表過程模型和全球氣候模型中dssr是必不可少的輸入?yún)?shù)。由于地面站點觀測范圍有限，基于衛(wèi)星遙感技術(shù)估算到達(dá)地表的輻射是獲得大范圍長時序dssr的有效手段。

2、與大氣層頂（top?of?atmosphere，toa）的輻射參量不同，位于大氣層下的dssr無法直接用衛(wèi)星獲得準(zhǔn)確的觀測值?；趖oa輻射參量與地表輻射參量的耦合特性，當(dāng)前已發(fā)展了多種利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)的dssr反演算法：經(jīng)驗?zāi)Ｐ屯ㄟ^建立衛(wèi)星觀測和地面觀測資料之間的統(tǒng)計關(guān)系，簡化太陽輻射在大氣傳輸中的復(fù)雜衰減過程，從而估算dssr；參數(shù)化模型將輻射傳輸計算的過程簡化為參數(shù)方程，利用衛(wèi)星觀測資料的云和水汽信息估算dssr；輻射傳輸模型基于輻射傳輸理論，通過模擬太陽輻射在大氣和地表中的傳輸、散射和吸收過程來估算dssr；混合模型則將不同原理或方法進(jìn)行結(jié)合以獲取更準(zhǔn)確的ssr估算結(jié)果。這些方法在估算過程中均需較為精確的大氣參數(shù)信息。

3、人們通常采用多種技術(shù)手段建立toa輻亮度與大氣狀況指數(shù)之間的聯(lián)系，然后由大氣狀況指數(shù)建立到地表輻射量的聯(lián)系，實現(xiàn)dssr的間接反演。然而廣泛存在于大氣層中的云與太陽輻射發(fā)生劇烈的相互作用，改變了地表入射短波輻射的方向和強(qiáng)度，從而給地表入射短波輻射的估算帶來極大的不確定性。這種不確定性在很大程度上源自于對復(fù)雜的云參數(shù)如云的光學(xué)厚度、高度、類型以及云內(nèi)部的水汽含量等的不準(zhǔn)確估算。在所有的云參數(shù)中，云覆蓋度—即地球表面被云覆蓋的水平面積比例—被證明是眾多影響dssr估算精度的關(guān)鍵指標(biāo)之一。但現(xiàn)有的輻射傳輸模型只能模擬完全晴空和完全陰天條件下的輻射傳輸特性，并未直接考慮云覆蓋度的影響。另外，由于云的平面平行假設(shè)，現(xiàn)有估算方法只能對晴天（cf=0）和陰天（cf=100%）?兩種極端情況下的輻射參量進(jìn)行反演。而針對全天空條件，并未直接將云覆蓋度這一重要影響參數(shù)與輻射參量的估算精度聯(lián)系起來。利用已建立好的輻射傳輸關(guān)系和已有云產(chǎn)品間接估算的方法易造成誤差的傳遞和累積，從而降低輻射參量的反演精度。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法及系統(tǒng)，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中針對地表入射短波輻射估算時未全面考慮云覆蓋度因素影響的缺陷。

2、第一方面，本發(fā)明提供一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法，包括：

3、獲取遙感觀測數(shù)據(jù)，包括大氣層頂觀測數(shù)據(jù)和地表觀測數(shù)據(jù)；

4、利用所述遙感觀測數(shù)據(jù)模擬部分有云條件下的大氣層頂輻射參量與地表輻射參量之間的函數(shù)關(guān)系；

5、根據(jù)所述函數(shù)關(guān)系，將全天空條件下的地表入射短波輻射轉(zhuǎn)換為大氣層頂觀測值、晴空輻射參量和云覆蓋度的輻射傳輸方程，由所述輻射傳輸方程估算得到不同云覆蓋度條件下的地表入射短波輻射。

6、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法，所述大氣層頂輻射參量包括大氣層頂入射短波輻射和晴空及全天空條件下的出射短波輻射；

7、所述大氣層頂輻射參量與地表輻射參量之間的函數(shù)關(guān)系由全天空條件下的大氣層頂反照率、全天空條件下的大氣吸收率和地表吸收率之間的線性函數(shù)得到；

8、所述大氣層頂反照率由全天空條件下大氣層頂反射的太陽輻射和大氣層頂入射的全部太陽輻射所得到；

9、所述大氣吸收率由大氣層頂入射的全部太陽輻射、全天空條件下大氣層頂反射的太陽輻射、全天空條件下地表下行短波輻射和全天空條件下地表反射的短波輻射所得到。

10、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法，所述地表輻射參量包括地表無貢獻(xiàn)時的地表下行輻射通量與大氣和亮地表之間的多次反射效應(yīng)之和，所述地表無貢獻(xiàn)時的地表下行輻射通量以及所述大氣和亮地表之間的多次反射效應(yīng)均為太陽天頂角余弦值的函數(shù)；

11、確定云覆蓋度，由地表反照率為0時云天條件下的地表下行輻射通量、晴天條件下的地表下行輻射通量和所述云覆蓋度加權(quán)求和得到所述地表無貢獻(xiàn)時的地表下行輻射通量。

12、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法，由云反照率和云吸收率之和得到晴空地表下行短波輻射與云天條件下地表下行短波輻射之間的相關(guān)系數(shù)，考慮到云吸收率遠(yuǎn)小于云反照率，所述相關(guān)系數(shù)忽略云吸收率，基于所述相關(guān)系數(shù)和所述晴天條件下的地表下行輻射通量得到所述地表反照率為0時云天條件下的地表下行輻射通量；

13、對應(yīng)地，基于所述晴天條件下的地表下行輻射通量、所述云反照率和所述云覆蓋度，得到所述地表無貢獻(xiàn)時全天空條件下的地表下行輻射通量。

14、將云反照率轉(zhuǎn)換為地表反照率、云覆蓋度和有效云反照率的函數(shù)；

15、所述有效云反照率由地表凈短波輻射，晴空短波輻射和地表反照率得到；

16、所述地表凈短波輻射由大氣層頂入射短波輻射及地表吸收率乘積得到。

17、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法，確定云條件下大氣對漫射輻射透射率；

18、由所述地表反照率、所述地表無貢獻(xiàn)時的地表下行輻射通量、云的反照率、所述云覆蓋度和所述云條件下大氣對漫射輻射透射率，得到所述大氣和亮地表之間的多次反射效應(yīng)。

19、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法，由全天空條件下大氣對漫射輻射的透過率、晴天條件下大氣對漫射輻射的透過率和所述云覆蓋率，得到所述云條件下大氣對漫射輻射透射率。

20、根據(jù)本發(fā)明提供的一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法，地表為朗伯面。

21、第二方面，本發(fā)明還提供一種基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算系統(tǒng)，包括：

22、獲取模塊，用于獲取遙感觀測數(shù)據(jù)，包括大氣層頂觀測數(shù)據(jù)和地表觀測數(shù)據(jù)；

23、第一估算模塊，用于利用所述遙感觀測數(shù)據(jù)模擬部分有云條件下的大氣層頂輻射參量與地表輻射參量之間的函數(shù)關(guān)系；

24、第二估算模塊，用于根據(jù)所述輻射傳輸關(guān)系，將全天空條件下的地表入射短波輻射轉(zhuǎn)換為大氣層頂觀測值、晴空輻射參量和云覆蓋度的關(guān)聯(lián)關(guān)系，由所述關(guān)聯(lián)關(guān)系估算得到不同云覆蓋度條件下的地表入射短波輻射。

25、本發(fā)明提供的基于云覆蓋度信息的地表入射短波輻射估算方法及系統(tǒng)，通過分析toa短波輻射與地表短波輻射參量之間的相關(guān)關(guān)系，建立參量之間的關(guān)系方程，把toa觀測值和地表短波輻射聯(lián)系起來；根據(jù)已有數(shù)據(jù)集和經(jīng)驗公式，推導(dǎo)toa輻射參量、晴空輻射參量及云覆蓋度與dssr之間的關(guān)系，無需考慮大氣信息；根據(jù)已有關(guān)系直接把云覆蓋度信息嵌入到輻射傳輸估算的過程中來，計算dssr并進(jìn)行精度驗證，有效降低了dssr估算的不確定性，提高了精度。