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旋转遮光带日射表数据修正算法研究

崇伟  
【摘要】:旋转遮光带日射表是一种综合型光电日射表,可以连续测量总日射和散射日射,并计算出直接日射,具有性能稳定、响应速度快且价格低廉的优点。但是,旋转遮光带日射表的光电传感器易受环境温度、相对湿度和太阳光谱变化的影响,致使测量结果存在较大误差,因此,寻找一种有效的算法模型对其测量辐射进行修正显得十分必要。 本文针对旋转遮光带日射表测量数据的误差问题,以美国国家太阳辐射研究实验室的观测数据为研究对象,利用最小二乘多项式回归、支持向量机回归理论和统计学评估指标,研究分别针对总日射和散射日射的修正算法模型,并以总日射和散射日射修正值,计算出直接日射修正值,实现对旋转遮光带日射表所测辐射的完全修正。主要研究内容包括: 辐射观测数据及其质量控制方法。研究了辐射观测设备的结构、性能、准确度和价格情况,分析了辐射观测站点的地理和气候环境,研究了辐射数据质量控制方法,提出了系统的质量控制程序,取得了科学合理的研究数据。 总日射修正算法模型研究。从光电传感器误差来源的物理基础出发,研究利用最小二乘多项式回归方法,创新性地提出以温度、太阳天顶角和空气质量依次对总日射修正因子残差作逐步拟合的方法,建立了修正总日射的算法模型。修正结果显示,在短期和长期尺度下,总日射修正值MBE明显减小,RMSE略有上升,t-统计量分别有超过50%和23.9%的降幅,修正效果明显。 散射日射修正算法模型研究。研究了散射误差随环境因素的变化规律,利用支持向量回归机理论,创新性地提出以散射日射误差修正值的最优预测补偿散射误差的方法,建立了散射日射修正算法模型。修正结果表明,修正后散射日射的MBE和RMSE较修正前有明显下降,而且,该算法能够有效避免Vignola算法中存在的欠修正和VA算法中存在的过修正现象,在同类算法中也具有优势。 修正算法模型整体性能评估。研究利用随机选择的辐射数据,根据总日射和散射日射修正算法,得到总日射和散射日射修正值,并以此计算出修正后的直接日射。对比结果显示,修正后直接日射的MBE和RMSE较未修正时分别下降了84.4%和29.1%,t-统计量则下降了86.6%。可见,由总日射和散射日射修正值计算得到的直接日射修正值准确度明显提高,修正算法模型的整体性能是有效且适用的。


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