晴空与多云条件下地表太阳辐照度的观测特征

由于大气的散射和吸收，地表太阳辐照度在短至秒或米的尺度上变化。云是这种变异性的主要驱动因素，但大气边界层中的水汽结构和气溶胶也有影响，并且依赖于波长。大多数大气模式无法分辨太阳辐照度高度可变的性质，然而它尤其影响陆气耦合（进而可改变云场）以及太阳能预报的质量。此类高分辨率的空间和光谱分辨太阳辐照度观测数据集十分稀少，但它们是表征观测变异性、理解相关机制以及开发能够准确分辨该变异性的快速模型所必需的。2021年，我们在FESSTVaL（德国）和LIAISE（西班牙）外场活动中部署了一个低成本辐射计空间网络，专门收集由云驱动的地表辐照度空间格局数据（包括光谱效应），旨在弥补观测与认知上的这一缺口。我们在积云、高积云和卷云的案例研究中发现，这些云在辐照度上产生了巨大的时空变异性，但通过不同机制且在不同空间尺度上实现，范围从50 m到30 km。可见光范围内的光谱辐照度在相似空间尺度上变化，在云影中存在显著的蓝 enrichment（蓝光富集），对积云最为强烈，而在辐照度峰值处存在红 enrichment（红光富集），特别是在半透明云或积云边缘附近。在晴空条件下，由于大气水汽的局地与区域变异性，太阳辐照度在水汽吸收带处以分钟尺度显著变化。