利用特征波长探讨大气和海洋中太阳辐射光谱特征的变化规律

【摘要】太阳辐射穿过大气或海洋后发生了两方面的改变：太阳辐射值和太阳辐射光谱特征。依据以往对Q场W的研究，本文定义的特征波长即继承了Q场W的物理含义，又赋予新的含义，即圴地地圭圷地地坮坭范围内太阳辐射光谱在波长方向上的“重心圢。该参数揭示了太阳辐射光谱特征在穿过大气或海洋过程的变化规律。特征波长的定义式和Q场W只相差一个常数项，完全可以替代Q场W。同样，依据特征波长的概念，也很容易说明W场Q的物理含义，即圱坭坯坬波长为特征波长时光子总能量。本文首先将特征波长应用于大气上界的太阳辐射观测数据中。本文使用了坓坏坒坃坅实验室直接观测得到的长达圷年的大气上界太阳辐射数据，时间长度从圲地地圴年圭圲地圱圱年。观测获得圷年内特征波长的平均值为圵圴圳圮圸圶坮坭，标准差为地圮地圱圱。同时在观测范围内存在明显的年际变化，在圲地地圴圭圲地圱圱年内，表现出明显地先增大后减小的特征，与圴地地圭圷地地坮坭太阳辐射光谱变化密切相关。依据坌坥坡坮给出的大气上界太阳辐射气候态数据，本文给出了近圱地地年内特征波长的气候态变化。从中可以看出，特征波长变化同样表现出明显的圱圱年周期变化，与坔坓坉呈明显的反相关关系。去除圱圱年周期变化，特征波长从圱圸圴地年至圱圹圶地年缓慢的减小，之后又平稳的变化。与全球平均气温对比发现，两者存在正相关关系。尤其在近几年，两者呈明显的同步变化，进一步证实太阳辐射光谱特征变化可能直接影响地气系统。到达下垫面特征波长受大气中大气分子、气溶胶、以及云结晶的影响而发生巨大变化。为了说明到达下垫面特征波长的变化规律，本文使用了不同纬度，不同天气系统下观测的到达下垫面太阳辐射数据，计算了不同天气系统下的特征波长。通过分析发现，在晴朗的天气条件下，特征波长表现出一个普遍特征：随太阳天顶角增大表现出先增大后减小。在多云的天气条件下，特征波长随太阳天顶角增大变化不明显，但要明显小于晴空晴空天气下的特征波长。晴空下，不同地区特征波长也存在差异，是由空气中污染物浓度不同造成的。为了解释晴空下特征波长的变化，本文利用坓坐坃坔坒坁坌圲模式模拟了渤海观测期间特征波长变化规律。经过分析发现，风压温湿对特征波长影响较小，可以忽略。臭氧层标高影响次之，坁圗坮坧坳坴坲坯坭参数影响较大，能见度和太阳高度角影响最大。通过分析模式中散射辐射计算的特征波长和直射辐射计算的特征波长发现，散射辐射计算的特征波长随太阳高度角增大表现出先增大后减小的特征，而直射辐射计算的特征波长随太阳高度角增大表现出持续地增大特征，总辐射计算的特征波长刚好处于散射辐射计算的特征波长和直射辐射计算的特征波长之间。分析发现，观测获得特征波长的变化主要是由散射辐射占比发生变化引起的。本文最终给出了散射辐射占比与特征波长的关系式。为了描述海水中特征波长的变化规律，本文使用了圲地地圶年加拿大海盆航次和圲地地圷年白令海海盆科学考察航次中获得的下行辐照度剖面数据。在加拿大海盆中，该处海水被划归于坉类海水，特征波长主要表现出在圱地坭范围内迅速减小，而在圱地坭以下，趋于稳定。同时该处圷地坭处，特征波长的变化表现出明显的区域变化特征，与圷地坭以浅的上层水体中衰减物质浓度密切相关。在白令海海盆中，该处海水被划归于坉坉类海水，特征波长随深度增加表现出先减小后增大再减小的变化，可以肯定，坃坄坏坍浓度在其中扮演着至关重要的作用。经过分析，在坉类海水中圷地坭处特征波长的区域变化与到达下垫面特征波长变化无直接关系，主要受圷地坭以浅水体中衰减物浓度的变化。本文依据这一现象，结合数值公式，给出了特征波长的一条基本性质：特征波长的改变只随上层海水总衰减物质浓度的改变而改变，不随衰减物质所在深度的改变而改变。该条性质也同样适用于到达下垫面的特征波长。为了描述海水中特征波长与叶绿素浓度之间的关系，本文从特征波长定义式出发，重新推导出特征波长另一个计算公式。该公式直接反映了海水中特征波长指数变化特征。依据该公式，本文定义了特征波长垂直衰减系数。该系数直接反映了特征波长在垂向的衰减，本质上是光合有效辐射通量的垂直衰减系数和光合有效量子通量的垂直衰减系数的差值，表现出不同太阳光谱辐射衰减的不同步性。依据特征波长的指数公式，本文还给出了特征波长偏移率的概念。该概念描述了单位深度内真实海水引起的特征波长与纯海水引起的特征波长的差值。从中可以看出，特征波长偏移率与海水中垂直衰减系数密切相关。使用该公式能够完美的解释海水中特征波长的变化规律。本文利用特征波长偏移率的概念，将特征波长和叶绿素浓度建立了关系，给出了两者的数值关系和半经验关系模型。特别是两者的半经验关系，特征波长和叶绿素浓度的拟合结果的决定性系数达到了圹圲圥。特征波长，与坐坁坒一样，是描述太阳辐射变化的重要参数。不同的是，坐坁坒描述了太阳辐射能的改变，而特征波长描述了太阳光谱特征的变化。在太阳辐射研究中，两者相辅相成，互相补充。本文给出的特征波长概念从太阳光谱特征的变化角度展现了地气系统不同层次的变化。从中可以看出，特征波长在大气上界太阳辐射研究、大气中太阳辐射研究以及海水中太阳辐射研究都具有重要的应用价值。
【作者】王维波；
【导师】赵进平；
【作者基本信息】中国海洋大学，物理海洋学，2014，博士
【关键词】太阳辐射光谱变化；SPCTRAL2；叶绿素浓度；

【参考文献】
[1]杜晶晶.纳米多级孔镍合金复合电极的制备及电催化析氢性能研究[D].中南大学,电化学工程,2014,博士.
[2]丁雅婷.联邦快递和顺丰快递竞争优势比较分析[D].大连理工大学,物流工程（专业学位）,2013,硕士.
[3]吴建平,黄岭,赵坚利.北京市道路信号交叉口自行车和行人的行为研究[J].交通运输系统工程与信息,2004,02:105-114.
[4]赵小环.妊娠高血压综合征患者尿蛋白成份分析及其临床意义[D].浙江大学,妇产科学,2004,硕士.
[5]李菊英.原发性高血压患者血浆PAI-1与时钟基因多态性的相关分析[D].福建医科大学,内科学,2014,硕士.
[6]巢艳红.几种新型吸附剂的设计、制备及其对水中抗生素污染物的吸附性能研究[D].江苏大学,2014.
[7]赵韶华.Profilin-1在自发性高血压大鼠心肌肥大中的作用及机制研究[D].山东大学,老年医学,2014,博士.
[8]段晓龙.火电厂汽轮机初压优化智能算法的研究与应用[D].燕山大学,控制理论与控制工程,2014,硕士.
[9]李媛媛.事后加工对社交焦虑者记忆偏向的影响[D].宁波大学,发展与教育心理学,2014,硕士.
[10]戴缘缘,潘丽军,姜绍通,吴学凤,余振宇.中心组合设计优化芋头浆糖化工艺[J].食品科学.
[11]储沛瑶.企业碳排放成本管理研究[D].江苏科技大学,会计学,2014,硕士.
[12]赵兵.三种园林药用植物挥发物分析与水提物的体外活性研究[D].西北大学,中药学,2014,硕士.
[13]徐扬阳.重组人碱性成纤维细胞生长因子对脂肪干细胞分化的影响[D].郑州大学,整形外科,2013,硕士.
[14]卢文辉,李胜,吕敏健.电液比例阀的结构原理与研究现状[J].机床与液压,2014,05:166-172.
[15]程家乐.大肠癌肝转移相关的间质差异表达基因的筛选[D].苏州大学,外科学,2013,硕士.
[16]邓小东.中风醒脑液治疗脑梗死出血性转化的多中心随机对照临床试验[D].成都中医药大学,中西医结合临床,2012,硕士.
[17]张晓娟.自平衡式索托结构关键问题研究[D].北京交通大学,结构工程,2013,硕士.
[18]程运麒,杨蔚.深化文化体制改革建设社会主义文化强国[J].理论学习与探索,2014,05:68-70.
[19]高进.基于MapServer的电子海图服务系统研究[D].大连海事大学,交通信息工程及控制,2013,硕士.
[20]YANGQIAN.非英语专业大学生英语作文教师书面反馈的有效性研究[D].西安外国语大学,外国语言学及应用语言学,2013,硕士.
[21]李倩.板蓝根多糖免疫佐剂功能及机理研究[D].吉林大学,药理学,2013,硕士.
[22]刘美羽.松辽盆地松科1井晚白垩世生物标志化合物与湖泊水体环境变化[D].中国地质大学（北京）,古生物学与地层学,2014,硕士.
[23]立早.地球物理反演学术讨论会在上海举行[J].石油地球物理勘探,1987,01:107.
[24]康婕.中国内地贺岁片中的电影明星形象转型[D].中国艺术研究院,电影学,2012,硕士.
[25]袁莉婷.中国高校财务信息公开研究[D].浙江工业大学,2012.
[26]徐海江.陶瓷材料的进展及其应用[J].飞航导弹.1993(02)
[27]侯毅.图像局部不变特征提取及应用研究[D].国防科学技术大学,摄影测量与遥感,2012,硕士.
[28]魏玉丽,牛秀丽,郭昊,杨武.石墨烯纳米纤维和金纳米粒子修饰电极的制备及对双酚A检测研究[A].甘肃省化学会.甘肃省化学会第二十八届年会暨第十届中学化学教学经验交流会论文集[C].甘肃省化学会:,2013:2.
[29]张亦龙.富水隧道地下水预测及力学特性分析[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2013,硕士.
[30]刘利民.基于粗糙集的分类规则挖掘的研究[D].辽宁工程技术大学,2005.
[31]苗菲菲.北方某冶选尾矿库周边水体污染对生物的毒害效应研究[D].内蒙古科技大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[32]朱顺泉,汪毅.基于数据仓库的决策支持系统的结构研究[J].统计与信息论坛,2003,01:15-17.
[33]王静怡.杭州崇智教育咨询有限公司人职匹配管理系统的设计与实现[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[34]卢晓延.烤烟农艺性状和化学品质指标的遗传模型分析及遗传图谱初步构建[D].西南大学,作物遗传育种,2014,硕士.
[35]赵智敏.高精度宽范围数字转速检测[J].冶金自动化,1987,05:30-33.
[36]蒋华.地方政府性债务的内部控制与风险管理研究[D].宁波大学,公共管理（专业学位）,2014,硕士.
[37]古铮.海洋卡拉胶降解菌Cellulophaga sp.KL-A的筛选优化及卡拉胶酶研究[D].厦门大学,动物学,2014,硕士.
[38]李婷婷.我国消费者公益诉讼原告资格研究[D].吉林大学,法律,2014,硕士.
[39]杨瑞强.析SCM协定中补贴确认的法律标准[D].中国社会科学院研究生院,国际经济法（专业学位）,2014,硕士.
[40]许宏伟.基于面向对象的高分辨率遥感影像变化检测方法研究[D].北京师范大学,地图学与地理信息系统,2014,硕士.
[41]陆梅君.硅基薄膜中半导体颗粒的形成机理及其相关物性[D].苏州大学,材料物理与化学,2003,硕士.
[42]高继文.基于AHP的家庭购车方案综合评价研究[D].中国科学技术大学,计算数学,2014,硕士.
[43]邢继祥,王兴涛.方块脉冲函数用于非线性系统的分析以及最优控制的综合[J].自动化学报,1985,02:175-183.
[44]吕丹.投资项目理性决策的路径分析[D].东北财经大学,国民经济学,2003,硕士.
[45]王利珍.特钢厂脉冲燃烧加热炉炉温的模糊控制[D].河北工程大学,计算机应用技术,2012,硕士.
[46]王艳.钢支撑框架受力性能研究[D].西安科技大学,结构工程,2014,硕士.
[47]成仁.蒙汉文学关系中的敖德斯尔[D].内蒙古大学,比较文学与世界文学,2014,硕士.
[48]李国俊,肖明,陈嘉勇,曹冰,邱小花,王秀香.基于网络科学的国内高校图书馆合作网络研究[J].情报杂志,2013,04:121-126+133.
[49]邓斌.基于高频动态天平测力试验的钢桁梁气动导纳函数研究[D].西南交通大学,桥梁与隧道工程,2014,硕士.
[50]王红霞.一个内网通信系统的设计与实现[D].吉林大学,软件工程,2014,硕士.