完全晴天的自动判断方法和装置

摘要

本发明提供了一种完全晴天的自动判断方法和装置，涉及遥感天气预测技术领域，该方法包括获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据；根据该数据计算日出时刻、日落时刻，以及短波大气透射率和归一化入射太阳辐射值；解析该地面入射太阳短波辐射数据和短波大气透射率在日出时刻至日落时刻之间随时间的变化情况，并以此判断该目标区域的天气情况；若该天气情况判断为晴天，则比较该归一化入射太阳辐射值和晴天阈值；若该归一化入射太阳辐射值不小于晴天阈值，则确认该目标区域在该目标日期的天气为完全晴天。本发明实施例提供的一种完全晴天的自动判断方法和装置，可以简单快速地确定完全晴天或完全有云的天气状况。

权利要求

1.一种完全晴天的自动判断方法，其特征在于，包括：

获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据；

根据所述地面入射太阳短波辐射数据计算所述目标区域在所述目标日期的日出时刻、日落时刻，以及所述预设时间尺度的短波大气透射率和归一化入射太阳辐射值；所述短波大气透射率为所述地面入射太阳短波辐射数据与大气层顶太阳辐射值的比值；所述归一化入射太阳辐射值为所述地面入射太阳短波辐射数据与太阳天顶角的余弦值的比值；其中，根据所述地面入射太阳短波辐射数据计算所述预设时间尺度的短波大气透射率的计算公式为： 式中，τ为短波大气透射率，Rs为地面入射太阳短波辐射数据，Rp为大气层顶太阳辐射值；

解析所述地面入射太阳短波辐射数据和所述短波大气透射率在所述日出时刻至所述日落时刻之间随时间的变化情况，并根据所述变化情况判断所述目标区域的天气情况；

若所述天气情况判断为晴天，则比较所述归一化入射太阳辐射值和晴天阈值；

若所述归一化入射太阳辐射值不小于所述晴天阈值，则确认所述目标区域在所述目标日期的天气为完全晴天。

2.根据权利要求1所述的完全晴天的自动判断方法，其特征在于，还包括：若所述归一化入射太阳辐射值小于所述晴天阈值，则判断所述目标区域在所述目标日期的天气为完全有云天。

3.根据权利要求1所述的完全晴天的自动判断方法，其特征在于，所述获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据的步骤，包括：获取目标区域在目标日期全天的半小时尺度的地面入射太阳短波辐射数据。

4.根据权利要求1所述的完全晴天的自动判断方法，其特征在于，所述解析所述地面入射太阳短波辐射数据和所述短波大气透射率在所述日出时刻至所述日落时刻之间随时间的变化情况，并根据所述变化情况判断所述目标区域的天气情况的步骤，包括：若所述地面入射太阳短波辐射数据随时间变化的斜率和所述短波大气透射率随时间变化的斜率从所述日出时刻到正午时刻均为正值，并且从正午时刻到所述日落时刻均为负值，则判断所述目标区域的天气情况为晴天。

5.根据权利要求4所述的完全晴天的自动判断方法，其特征在于，所述根据所述地面入射太阳短波辐射数据计算所述目标区域在所述目标日期的日出时刻、日落时刻的步骤，包括：遍历所述地面入射太阳短波辐射数据；

将所述地面入射太阳短波辐射数据在一天中首次出现大于5W/m2的数据所对应的时刻设置为日出时刻；

将所述地面入射太阳短波辐射数据在一天中最后一次出现大于5W/m2的数据所对应的时刻设置为日落时刻。

6.根据权利要求1所述的完全晴天的自动判断方法，其特征在于，所述大气层顶太阳辐射值的计算公式为：Rp＝S0cosθ

式中，Rp为大气层顶太阳辐射值，S0为太阳常数，θ为太阳天顶角。

7.根据权利要求6所述的完全晴天的自动判断方法，其特征在于，所述太阳天顶角的计算公式为：式中，θ为太阳天顶角，为地理纬度，δ为太阳赤纬，z为太阳时角，N为日序数，t为地方时。

8.根据权利要求1所述的完全晴天的自动判断方法，其特征在于，所述晴天阈值的计算公式为：τsω＝0.75+2×10-5×H，

式中，T为晴天阈值，RS↓为理论晴天入射太阳辐射值，θ为太阳天顶角，b为指定常数，τsω为理论晴天的大气单向透射率，H为高程，S0为太阳常数，dr为日地距离，N为日序数。

9.一种完全晴天的自动判断装置，其特征在于，包括：

数据获取模块，用于获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据；

预处理模块，用于根据所述地面入射太阳短波辐射数据计算所述目标区域在所述目标日期的日出时刻、日落时刻，以及所述预设时间尺度的短波大气透射率和归一化入射太阳辐射值；所述短波大气透射率为所述地面入射太阳短波辐射数据与大气层顶太阳辐射值的比值；所述归一化入射太阳辐射值为所述地面入射太阳短波辐射数据与太阳天顶角的余弦值的比值；其中，根据所述地面入射太阳短波辐射数据计算所述预设时间尺度的短波大气透射率的计算公式为： 式中，τ为短波大气透射率，Rs为地面入射太阳短波辐射数据，Rp为大气层顶太阳辐射值；

解析判断模块，用于解析所述地面入射太阳短波辐射数据和所述短波大气透射率在所述日出时刻至所述日落时刻之间随时间的变化情况，并根据所述变化情况判断所述目标区域的天气情况；

完全晴天判定模块，用于若所述天气情况判断为晴天，则比较所述归一化入射太阳辐射值和晴天阈值；若所述归一化入射太阳辐射值不小于所述晴天阈值，则确认所述目标区域在所述目标日期的天气为完全晴天。

说明书

完全晴天的自动判断方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及遥感天气预测技术领域，尤其是涉及一种完全晴天的自动判断方法和装置。

背景技术

[0002] 蒸散发是水循环与地表能量平衡的重要组成部分，在水文学、气象学、农学、地学等学科研究中，都发挥着重要的作用。遥感技术从技术性、经济性和实效性等方面来看，被认为是获得地球表面区域尺度蒸散发分布唯一可行的方法。研究表明，局地、区域和全球尺度的蒸散发分布可以依据遥感反演得到的地表参数和地面观测数据进行估算。

[0003] 通常情况下，遥感获取蒸散发所需地面参数大多数是在卫星过境时刻为晴天的情况下进行。目前，在基于地面入射太阳辐射和短波大气透射率数据的日内变化特征，研究蒸散发各表征因子受云影响的情况时，尚缺乏有效方法可以快速地确定完全晴天、完全有云等天气状况，这就导致当前大量的对遥感反演地表蒸散发的研究，都存在对蒸散发的表征因子受云影响的日变化过程认识严重不足的问题，并使得蒸散发遥感估算精度受到影响。

发明内容

[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提供一种完全晴天的自动判断方法和装置，可以简单快速地确定完全晴天或完全有云的天气状况，促进对蒸散发的表征因子受云影响的日变化过程的分析。

[0005] 第一方面，本发明实施例提供了一种完全晴天的自动判断方法，包括：获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据；根据该地面入射太阳短波辐射数据计算该目标区域在该目标日期的日出时刻、日落时刻，以及该预设时间尺度的短波大气透射率和归一化入射太阳辐射值；该短波大气透射率为该地面入射太阳短波辐射数据与大气层顶太阳辐射值的比值；该归一化入射太阳辐射值为该地面入射太阳短波辐射数据与太阳天顶角的余弦值的比值；解析该地面入射太阳短波辐射数据和该短波大气透射率在日出时刻至日落时刻之间随时间的变化情况，并根据该变化情况判断该目标区域的天气情况；若该天气情况判断为晴天，则比较该归一化入射太阳辐射值和晴天阈值；若该归一化入射太阳辐射值不小于该晴天阈值，则确认该目标区域在该目标日期的天气为完全晴天。

[0006] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该方法还包括：若该归一化入射太阳辐射值小于该晴天阈值，则判断该目标区域在该目标日期的天气为完全有云天。

[0007] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据的步骤，包括：获取目标区域在目标日期全天的半小时尺度的地面入射太阳短波辐射数据。

[0008] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述解析该地面入射太阳短波辐射数据和该短波大气透射率在该日出时刻至该日落时刻之间随时间的变化情况，并根据该变化情况判断该目标区域的天气情况的步骤，包括：若该地面入射太阳短波辐射数据随时间变化的斜率和该短波大气透射率随时间变化的斜率从该日出时刻到正午时刻均为正值，并且从正午时刻到该日落时刻均为负值，则判断该目标区域的天气情况为晴天。

[0009] 结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述根据该地面入射太阳短波辐射数据计算该目标区域在该目标日期的日出时刻、日落时刻的步骤，包括：遍历该地面入射太阳短波辐射数据；将该地面入射太阳短波辐射数据在一天中首次出现大于5W/m2的数据所对应的时刻设置为日出时刻；将该地面入射太阳短波辐射数据在一天中最后一次出现大于5W/m2的数据所对应的时刻设置为日落时刻。

[0010] 结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述根据该地面入射太阳短波辐射数据计算该预设时间尺度的短波大气透射率的计算公式为： 式中，τ为短波大气透射率，Rs为地面入射太阳短波辐射数据，Rp为大气层顶太阳辐射值。

[0011] 结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述大气层顶太阳辐射值的计算公式为：Rp＝S0cosθ，式中，Rp为大气层顶太阳辐射值，S0为太阳常数，θ为太阳天顶角。

[0012] 结合第一方面的第六种可能的实施方式，本发明实施例提供了第七方面的第六种可能的实施方式，其中，上述太阳天顶角的计算公式为：式中，θ
为太阳天顶角， 为地理纬度，δ为太阳赤纬，z为太阳时角，N为日序数，t为地方时。

[0013] 结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述晴天阈值的计算公式为： τsω＝0.75+2×10-5×H，式中，T为晴天阈值，RS↓为理论晴天入射太阳辐射值，θ为太
阳天顶角，b为指定常数，τsω为理论晴天的大气单向透射率，H为高程，S0为太阳常数，dr为日地距离，N为日序数。

[0014] 第二方面，本发明实施例还提供了一种完全晴天的自动判断装置，该装置包括：数据获取模块，用于获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据；预处理模块，用于根据该地面入射太阳短波辐射数据计算该目标区域在该目标日期的日出时刻、日落时刻，以及该预设时间尺度的短波大气透射率和归一化入射太阳辐射值；该短波大气透射率为地面入射太阳短波辐射数据与大气层顶太阳辐射值的比值；该归一化入射太阳辐射值为地面入射太阳短波辐射数据与太阳天顶角的余弦值的比值；解析判断模块，用于解析该地面入射太阳短波辐射数据和该短波大气透射率在日出时刻至日落时刻之间随时间的变化情况，并根据该变化情况判断该目标区域的天气情况；完全晴天判定模块，用于若该天气情况判断为晴天，则比较该归一化入射太阳辐射值和晴天阈值；若该归一化入射太阳辐射值不小于该晴天阈值，则确认该目标区域在该目标日期的天气为完全晴天。

[0015] 本发明实施例带来了以下有益效果：

[0016] 本发明实施例提供的一种完全晴天的自动判断方法和装置，该方法包括获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据；根据该地面入射太阳短波辐射数据计算该目标区域在该目标日期的日出时刻、日落时刻，以及该预设时间尺度的短波大气透射率和归一化入射太阳辐射值；解析该地面入射太阳短波辐射数据和该短波大气透射率在日出时刻至日落时刻之间随时间的变化情况，并根据该变化情况判断该目标区域的天气情况；若该天气情况判断为晴天，则比较该归一化入射太阳辐射值和晴天阈值；若该归一化入射太阳辐射值不小于该晴天阈值，则确认该目标区域在该目标日期的天气为完全晴天；可以简单快速地确定完全晴天或完全有云的天气状况，促进对蒸散发的表征因子受云影响的日变化过程的分析。

[0017] 本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。

[0018] 为使本公开的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

[0019] 为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0020] 图1为本发明实施例提供的一种完全晴天的自动判断方法的流程图；

[0021] 图2为本发明实施例提供的另一种完全晴天的自动判断方法的流程图；

[0022] 图3为本发明实施例提供的另一种完全晴天的自动判断方法的流程图；

[0023] 图4为本发明实施例提供的一种完全晴天的自动判断装置的结构示意图。

[0024] 图标：

[0025] 41-数据获取模块；42-预处理模块；43-解析判断模块；44-完全晴天判定模块。

具体实施方式

[0026] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0027] 目前，在基于地面入射太阳辐射和短波大气透射率数据的日内变化特征，研究蒸散发各表征因子受云影响的情况时，尚缺乏有效方法可以快速地确定完全晴天、完全有云等天气状况。基于此，本发明实施例提供的一种完全晴天的自动判断方法和装置，可以简单快速地确定完全晴天或完全有云的天气状况，促进对蒸散发的表征因子受云影响的日变化过程的分析。

[0028] 为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种完全晴天的自动判断方法进行详细介绍。

[0029] 实施例一

[0030] 如图1所示，为本发明实施例提供的一种完全晴天的自动判断方法的流程图，由图1可见，该方法包括以下步骤：

[0031] 步骤S101：获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据。

[0032] 在至少一种可能的实施方式中，该预设时间尺度可以为半小时。获取目标区域在目标日期全天的半小时尺度的地面入射太阳短波辐射数据，该地面入射太阳短波辐射数据为地面直接测量所得的数据。在其他可能的实施方式中，该时间尺度还可以是1小时、1.5小时等等。

[0033] 步骤S102：根据该地面入射太阳短波辐射数据计算该目标区域在目标日期的日出时刻、日落时刻，以及上述预设时间尺度的短波大气透射率和归一化入射太阳辐射值；该短波大气透射率为地面入射太阳短波辐射数据与大气层顶太阳辐射值的比值；该归一化入射太阳辐射值为地面入射太阳短波辐射数据与太阳天顶角的余弦值的比值。

[0034] 这里，在计算该目标区域在目标日期的日出时刻、日落时刻时，参见图2，为其中的一种实施方式，它的步骤包括：

[0035] S201：遍历上述地面入射太阳短波辐射数据；

[0036] S202：将该地面入射太阳短波辐射数据在一天中首次出现大于5W/m2的数据所对应的时刻设置为日出时刻；

[0037] S203：将该地面入射太阳短波辐射数据在一天中最后一次出现大于5W/m2的数据所对应的时刻设置为日落时刻。

[0038] 这样，即确定了目标日期在一天中的日出与日落时刻。

[0039] 接着，需要计算目标区域的太阳天顶角，其计算公式为：

[0040]

[0041] 在上式中，θ为太阳天顶角， 为地理纬度，δ为太阳赤纬，z为太阳时角。其中，太阳赤纬和太阳时角的计算公式分别为：

[0042]

[0043]

[0044] 式中，N为日序数，t为地方时。

[0045] 在求得目标区域的太阳天顶角之后，利用大气层顶太阳辐射值的计算公式计算大气层顶太阳辐射值，其计算公式为：

[0046] Rp＝S0cosθ  (4)

[0047] 式中，Rp为大气层顶太阳辐射值；S0为太阳常数，取值1365W/m2；θ为太阳天顶角。

[0048] 然后，根据上述地面入射太阳短波辐射数据计算预设时间尺度的短波大气透射率，其计算公式为：

[0049]

[0050] 上式中，τ为短波大气透射率，Rs为地面入射太阳短波辐射数据，Rp为大气层顶太阳辐射值。

[0051] 步骤S103：解析该地面入射太阳短波辐射数据和该短波大气透射率在上述日出时刻至日落时刻之间随时间的变化情况，并根据该变化情况判断该目标区域的天气情况。

[0052] 这里，若该地面入射太阳短波辐射数据随时间变化的斜率和该短波大气透射率随时间变化的斜率从日出时刻到正午时刻均为正值，并且从正午时刻到日落时刻均为负值，则判断该目标区域在该目标日期的天气情况为晴天。

[0053] 以预设时间尺度为半小时为例。在目标日期一天中，如果半小时尺度地面入射太阳辐射Rs和对应的短波大气透射率数据τ从日出时刻tr到正午时刻tm单调增加，同时从正午时刻tm到日落时刻ts单调减少，则将这一天初步选中为晴天，即晴天条件满足下列公式6和公式7：

[0054]

[0055]

[0056] 其中，Rs为地面入射短波太阳辐射数据；ti为第i个半小时对应的时刻；ti+1为第i+1个半小时对应的时刻；tr为日出时刻；tm为正午时刻；ts为日落时刻。

[0057] 步骤S104：若该天气情况判断为晴天，则比较上述归一化入射太阳辐射值和晴天阈值。

[0058] 这里，晴天阈值为根据理论上晴天的入射太阳辐射值设定的一个参考阈值。在本发明实施例中，其计算公式如下：

[0059]

[0060] 式中，T为晴天阈值，RS↓为理论晴天入射太阳辐射值，θ为太阳天顶角，b为指定常数，τsω为理论晴天的大气单向透射率，dr为日地距离。

[0061] 其中，理论晴天的大气单向透射率和日地距离的计算公式分别为：

[0062] τsω＝0.75+2×10-5×H  (9)

[0063]

[0064] 上式中，H为高程，N为日序数。

[0065] 步骤S105：若该归一化入射太阳辐射值不小于晴天阈值，则确认该目标区域在该目标日期的天气为完全晴天。

[0066] 在另一种可能的实施方式中，如图3所示，在该天气情况判断为晴天之后，若该归一化入射太阳辐射值小于晴天阈值，则判断该目标区域在该目标日期的天气为完全有云天。

[0067] 这样，根据以上步骤，即可快速判断目标区域在目标日期全天的天气情况。

[0068] 本发明实施例提供的完全晴天的自动判断方法，该方法包括获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据；根据该地面入射太阳短波辐射数据计算该目标区域在该目标日期的日出时刻、日落时刻，以及该预设时间尺度的短波大气透射率和归一化入射太阳辐射值；解析该地面入射太阳短波辐射数据和该短波大气透射率在日出时刻至日落时刻之间随时间的变化情况，并根据该变化情况判断该目标区域的天气情况；若该天气情况判断为晴天，则比较该归一化入射太阳辐射值和晴天阈值；若该归一化入射太阳辐射值不小于该晴天阈值，则确认该目标区域在该目标日期的天气为完全晴天；可以简单快速地确定完全晴天或完全有云的天气状况，促进对蒸散发的表征因子受云影响的日变化过程的分析。

[0069] 实施例二

[0070] 本发明实施例还提供了一种完全晴天的自动判断装置，参见图4，为本发明实施例提供的一种完全晴天的自动判断装置的结构示意图，由图4可见，该装置包括依次连接的数据获取模块41、预处理模块42、解析判断模块43和完全晴天判定模块44。其中，各个模块的功能如下：

[0071] 数据获取模块41，用于获取目标区域在目标日期全天的预设时间尺度的地面入射太阳短波辐射数据；

[0072] 预处理模块42，用于根据该地面入射太阳短波辐射数据计算该目标区域在该目标日期的日出时刻、日落时刻，以及该预设时间尺度的短波大气透射率和归一化入射太阳辐射值；该短波大气透射率为地面入射太阳短波辐射数据与大气层顶太阳辐射值的比值；该归一化入射太阳辐射值为地面入射太阳短波辐射数据与太阳天顶角的余弦值的比值；

[0073] 解析判断模块43，用于解析该地面入射太阳短波辐射数据和该短波大气透射率在日出时刻至日落时刻之间随时间的变化情况，并根据该变化情况判断该目标区域的天气情况；

[0074] 完全晴天判定模块44，用于若该天气情况判断为晴天，则比较该归一化入射太阳辐射值和晴天阈值；若该归一化入射太阳辐射值不小于该晴天阈值，则确认该目标区域在该目标日期的天气为完全晴天。

[0075] 本发明实施例提供的完全晴天的自动判断装置，与上述实施例提供的完全晴天的自动判断方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

[0076] 所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的完全晴天的自动判断装置的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

[0077] 除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

[0078] 在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

[0079] 另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0080] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0081] 最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。