西藏阿里地表面太陽光譜觀測

周 毅，諾 桑，王 倩，周艷霞

1.西藏大學(xué) 地球物理研究所，拉薩 850000 2.西藏大學(xué) 信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院，拉薩 850000

21世紀(jì)以來，化石能源的儲量隨著人類生產(chǎn)生活的高速發(fā)展而迅速下降，不僅是我國，世界許多國家，能源形勢緊迫，發(fā)展新能源已經(jīng)成為各個國家關(guān)注的焦點(diǎn)。在各種新型能源開發(fā)的過程中，太陽能以其資源最豐富、能量轉(zhuǎn)化最直接、最環(huán)保、最安全等優(yōu)點(diǎn)，具有非常好的發(fā)展前景（靜國梁和付新春，2015）。我國太陽能資源非常豐富，其中西藏西部的太陽能資源最為豐富，最高可達(dá)2335 kW · h · m-2（日輻射量6.4 kW · h · m-2）（李燦，2020）。西藏阿里地區(qū)位于我國西南邊陲，西藏自治區(qū)西部，介于北緯29°41′01″ — 35°52′02″，東經(jīng)78°24′01″ — 86°20′06″，南北跨度688 km，東西跨度742 km，面積33.72萬km2，平均海拔4500 m以上，被稱為“世界屋脊之屋脊”，太陽輻射強(qiáng)度高，是太陽能資源開發(fā)及利用非常好的地方。

太陽光譜的強(qiáng)度隨太陽輻射的波長分布，其能量分布反映了所有波長的太陽輻射在太陽輻射能量中的比重關(guān)系，而太陽能的主要利用形式有光化學(xué)、光電轉(zhuǎn)換、光熱轉(zhuǎn)換三種形式，其中：光化學(xué)技術(shù)主要利用太陽光譜中波長在390 nm以下的紫外光區(qū)，占太陽總輻射能量的7%左右；光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)主要利用太陽光譜中波長在780 nm以上的紅外光區(qū)，占太陽總輻射能量的43%左右；光電轉(zhuǎn)換技術(shù)主要利用太陽光譜中波長在390 — 780 nm的可見光區(qū)，占太陽總輻射能量的50%左右（侯海虹等，2018）。在西藏阿里進(jìn)行地表面的太陽光譜觀測，分析其各個波長處的太陽輻射強(qiáng)度，對阿里地區(qū)的太陽能利用尤為重要。

目前，相關(guān)學(xué)者對西藏阿里以及其他相似的高海拔地區(qū)的太陽總輻射、太陽紫外輻射等研究已經(jīng)有多次觀測記錄：周允華和項(xiàng)月琴（1985）利用衛(wèi)星云圖繪制了包括西藏阿里地區(qū)在內(nèi)的青藏高原的月、旬太陽短波輻射平衡場；袁福茂（1985）對阿里改則地區(qū)輻射平衡及各分量的特征及影響因子進(jìn)行了探討；楊軍等（2006）利用我國63個站的太陽總輻射資料，研究了我國年、季、月的太陽總輻射的時空特征和氣候變化，并指出當(dāng)時觀測的阿里獅泉河鎮(zhèn)出現(xiàn)最大輻射量數(shù)據(jù)；晉亞銘等（2019）在2017—2018年利用太陽總輻射儀觀測了阿里地區(qū)地面太陽總輻射數(shù)據(jù)，并分析了2017年阿里二分二至日太陽總輻射；劉娟等（2020）利用RAMSAS光譜儀等設(shè)備對西藏晴天太陽紅斑紫外線進(jìn)行觀測，發(fā)現(xiàn)西藏晴天太陽紅斑紫外線的劑量率隨當(dāng)日時間的變化呈典型的拋物線狀，并且由于太陽高度角的增加，晴天太陽紅斑紫外線的最大劑量率平均出現(xiàn)時間為當(dāng)?shù)卣缜昂蠹s10 min，這為本研究尋找紫外太陽光譜的最大值提供了很好的時間依據(jù)；晉亞銘（2019）利用高光譜紫外余弦光譜儀、多頻道寬帶式紫外線探測器和總輻射儀對西藏太陽光譜、太陽紫外線和太陽總輻射進(jìn)行了實(shí)地觀測，觀測所用設(shè)備覆蓋范圍廣，即有太陽光譜的部分，也有紫外總輻射，太陽總輻射的觀測；趙地（2018）通過使用NILUUV輻照度計(jì)，對西藏拉薩、林芝、定日、那曲、日喀則五個站點(diǎn)的生物有效紫外輻射、UVA輻射、UVB輻射、紫外線指數(shù)（UVI），以及紫外輻射影響因子臭氧、云等進(jìn)行了觀測，指出了大氣中的O3、H2O等分子對太陽紫外輻射部分的吸收；偉色卓瑪?shù)龋?018）首次公布了當(dāng)?shù)靥栕贤饩€光譜特征的觀測結(jié)果，并對西藏珠峰地區(qū)的太陽紫外線A（UVA）和紫外線B（UVB）的劑量率及太陽紫外線的光譜特性進(jìn)行實(shí)地觀測研究；段杰（2018）研究了西藏太陽紫外線與人體維生素D之間的關(guān)系，在西藏地區(qū)也是首次將太陽紫外輻射強(qiáng)度與人體維生素D之間進(jìn)行關(guān)聯(lián)研究。但經(jīng)查閱相關(guān)資料，對西藏阿里太陽光譜的觀測研究尚處于初步階段，諾桑等（2019）利用RAMSESVIS / UV光譜儀（波長精度為2.2 — 3.3 nm）在2016年冬至日測量了阿里獅泉河鎮(zhèn)波長在280 — 950 nm范圍內(nèi)的太陽光譜，并分析了冬至日全天太陽光譜變化規(guī)律，包括周毅等（2018）對西藏六個人口密集地區(qū)進(jìn)行的太陽光譜觀測中，分析了阿里地區(qū)冬至日前后太陽光譜日變化，觀測出冬至日太陽光譜最大值為1.36 W · m-2· nm-1，僅為標(biāo)準(zhǔn)光譜AM1.5最大值的83.9%，為今后相關(guān)阿里太陽光譜的觀測提供數(shù)據(jù)支持。

上述研究在觀測方法、觀測設(shè)備、觀測精度等多方面均有創(chuàng)新，對海拔4000 m以下的地區(qū)的太陽輻射能觀測研究起到了很好的促進(jìn)作用。但海拔4000 m以上的地區(qū)，氣候環(huán)境惡劣，條件艱苦，且受觀測設(shè)備工作氣壓、溫度等因素的限制，目前并沒有開展系統(tǒng)的研究工作；此外，以上關(guān)于西藏太陽光譜的相關(guān)研究，僅對西藏的太陽總輻射進(jìn)行了初步的觀測分析，缺乏對于測量波長精度在1 nm，波長覆蓋范圍包括紫外、可見、近紅外部分的光譜觀測，特別是平均海拔超過4500 m，太陽能資源極其豐富的阿里地區(qū)，基本處于空白。本次觀測通過使用加拿大Spectraf公司的SolarSIM-G型太陽光譜輻照度儀，在2020年6月21日夏至日前后（每年太陽輻射最大時），對太陽能資源最為豐富的西藏阿里地區(qū)，進(jìn)行了波長范圍在280 — 1200 nm，波長精度為1 nm的太陽光譜觀測，為阿里地區(qū)太陽能資源的利用提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。且本次觀測期間，正巧在夏至日當(dāng)天遇上天文現(xiàn)象“日食”，是天文研究中難得一見的現(xiàn)象。且阿里海拔高，視野開闊，大氣潔凈，有極佳的天文觀測條件，是本次“日食”在國內(nèi)的第一個觀測地點(diǎn)，也能為相關(guān)領(lǐng)域的研究提供很好的數(shù)據(jù)參考。

1 太陽光譜觀測

1.1 太陽光譜觀測設(shè)備

SolarSIM-G型太陽光譜輻照度儀是一種非常便捷的太陽光譜觀測工具，能夠迅速準(zhǔn)確測量出太陽光譜和全球水平/傾斜輻照度（GHI / GTI），可作為現(xiàn)場太陽能資源評估和性能表征研究的重要儀器設(shè)備（圖1）。SolarSIM-G還配有專用軟件，用以操作測量太陽光譜輻照度。

圖1 SolarSIM-G型太陽光譜儀Fig. 1 SolarSIM-G solar spectral irradiance meter

表1為本次使用的太陽光譜觀測設(shè)備的技術(shù)參數(shù)。本設(shè)備可觀測波長為280 — 1200 nm，具有非常高的光譜測量精度，每1 nm即可觀測該波長處的太陽輻射強(qiáng)度，共可用頻道為920個，觀測時間間隔可設(shè)置范圍從1.0 s到3600.0 s，除環(huán)境溫度和壓力外，所有數(shù)據(jù)都可以在日出和日落之間進(jìn)行自動記錄，最終數(shù)據(jù)單位是W · m-2· nm-1以單列格式顯示。本設(shè)備可根據(jù)設(shè)置的觀測地點(diǎn)經(jīng)度和緯度，自動分析該海拔地點(diǎn)的日出日落時間，按照時間節(jié)點(diǎn)進(jìn)行光譜觀測。

表1 SolarSIM-G光譜儀技術(shù)參數(shù)*Tab. 1 Technical parameters of solarSIM-G solar spectral irradiance meter

此次在西藏設(shè)置的兩個觀測站點(diǎn)的經(jīng)緯度、海拔高度均不同，在做兩站點(diǎn)對比分析時，采用格林尼治時間進(jìn)行統(tǒng)一，有助于分析相同時間段的太陽輻射能量，故在分析太陽光譜數(shù)據(jù)時，使用了整點(diǎn)數(shù)據(jù)作為時間點(diǎn)。此外，觀測軟件還可提供實(shí)時的太陽光譜圖。其他可觀測數(shù)據(jù)還包括觀測當(dāng)天的時間戳、時區(qū)（hr）、環(huán)境壓力（kPa）、環(huán)境溫度（℃）、環(huán)境濕度（%）、內(nèi)部溫度（℃）、內(nèi)部濕度（%）等。該設(shè)備在2020年3月18日做了校準(zhǔn)，能夠保證兩年之內(nèi)的太陽光譜輻射強(qiáng)度的測量準(zhǔn)確性。

1.2 太陽光譜觀測地點(diǎn)

由于阿里人跡罕至，極少有學(xué)者在此進(jìn)行光譜測量；拉薩作為西藏自治區(qū)的首府，人口居西藏第一，需要探明可被利用的太陽能資源具體數(shù)據(jù)；所以此次在這兩個地方觀測太陽光譜。阿里觀測點(diǎn)位于西藏西部，為本次夏至日太陽光譜的主要觀測地點(diǎn)，拉薩觀測點(diǎn)數(shù)據(jù)用于與阿里太陽光譜做對比（圖2）。

圖2 太陽光譜觀測點(diǎn)地理位置Fig. 2 Geographical location of the sites of measurement of solar spectrum

拉薩觀測點(diǎn)與阿里觀測點(diǎn)海拔均超過了3600 m，空間上共跨越了近11個經(jīng)度，從北到南跨越了近3個緯度，兩觀測點(diǎn)海拔差距近600 m。阿里的觀測時間是2020-06-20 — 2020-06-22，共計(jì)3 d，其中2020-06-21為夏至日，且本次夏至日遇到“日食”，觀測數(shù)據(jù)極為珍貴；拉薩觀測數(shù)據(jù)作為對比，在2020-06-24 — 2020-06-30，共觀測太陽光譜數(shù)據(jù)7 d（表2）。選取觀測期間天氣為晴天、大氣透明度高，受云層、陰雨等因素影響小的觀測數(shù)據(jù)用作分析。

表2 太陽光譜觀測點(diǎn)詳細(xì)信息Tab. 2 Detailed information of the sites of measurement

除海拔高度，地形地貌對太陽輻射強(qiáng)度也具有一定的影響，西藏處于地球北回歸線以北，一直處于太陽斜射狀態(tài)，由于太陽斜射的影響，太陽輻射也容易被高大的山峰，樹林及房屋等障礙物遮擋；同時，不同的地面類型對太陽輻射的反射也不同，比如干燥裸地反射率在0.1 — 0.2左右，沙漠的反射率在0.24 — 0.28左右。通過衛(wèi)星云圖，兩觀測點(diǎn)周圍環(huán)境及地貌特征如下：

阿里觀測點(diǎn)周邊地理地貌如圖3a所示。觀測點(diǎn)周邊地貌多為沙漠、干燥裸地，地面反射率較高，觀測點(diǎn)與西北面山峰直線距離為2.7 km，與西南面山峰直線距離為4.9 km，與東北面山峰直線距離為4.2 km，與東南面山峰直線距離為4.7 km，觀測點(diǎn)位于一棟3層樓樓頂，周圍沒有建筑物及樹木遮擋太陽。

拉薩觀測點(diǎn)周邊地理地貌如圖3b所示。觀測點(diǎn)周邊地貌多為干燥裸地、有部分濕裸地及干濕土，地面反射率高，但相對阿里觀測點(diǎn)較低，觀測點(diǎn)與北面山峰直線距離為4.1 km，與南面山峰直線距離為3.9 km，與西北面山峰直線距離為9.4 km，觀測點(diǎn)位于1棟4層教學(xué)樓樓頂，周圍沒有建筑物及樹木遮擋太陽。

圖3 阿里（a）、拉薩（b）太陽光譜觀測點(diǎn)周邊地形地貌Fig. 3 Topography around the site of measurement in Ngari (a) and Lhasa (b)

1.3 太陽光譜觀測方法

觀測點(diǎn)設(shè)備安裝在太陽光譜觀測站支架上，安裝時保證光譜儀水平，在設(shè)備配套軟件SolarSIMG DAQ中輸入觀測點(diǎn)的海拔高度、經(jīng)度、緯度，此時設(shè)備自動計(jì)算該觀測點(diǎn)的日出日落時間。兩觀測點(diǎn)均設(shè)置觀測時間間隔為1 min，各點(diǎn)觀測均從日出到日落，儀器每隔1 min自動記錄一次太陽光譜數(shù)據(jù)，日落之后，光譜儀處于待機(jī)狀態(tài)。

最終數(shù)據(jù)自動保存在兩個文件夾中，均以.CSV格式文件儲存，軟件輸出兩種數(shù)據(jù)文件類型：太陽光譜文件和日摘要數(shù)據(jù)文件。為了文件大小最小化，未包含波長列，而是光譜輻照度的值，單位是W · m-2· nm-1，第1行對應(yīng)的是280 nm處的光譜輻照度，第921行對應(yīng)的是1200 nm處的光譜輻照度。每日匯總數(shù)據(jù)文件存儲在數(shù)據(jù)文件夾中。包含了仰角和方位角、環(huán)境溫度、環(huán)境壓力、內(nèi)部濕度、280 — 1200 nm范圍內(nèi)的GHI值、自定義范圍GHI值和來自每個時間戳的檢測器的電流。

2 阿里地表面太陽光譜數(shù)據(jù)分析

2.1 阿里地表面太陽光譜與AM0及AM1.5標(biāo)準(zhǔn) 太陽光譜對比分析

大氣質(zhì)量AM是太陽輻射通過大氣的厚度，歐盟委員會定義的光伏測試標(biāo)準(zhǔn)（STC）中，大氣質(zhì)量為AM1.5。因此，將阿里2020年6月22日晴朗天氣條件下的日中時刻太陽光譜與AM0、AM1.5標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行對比，如圖4所示。Pvlighthouse網(wǎng)站（https://www2.pvlighthouse.com.au/calculators/solar%20spectrum%20calculator/solar%20spectrum%20calculator.aspx）公布的AM1.5D光譜是太陽光以48.2°夾角，穿過1.5倍大氣層厚度到達(dá)測試平面的直接輻射標(biāo)準(zhǔn)光譜；AM1.5G光譜是太陽光以48.2°夾角，穿過1.5倍大氣層厚度到達(dá)測試平面的全部輻射照度光譜，包含直接輻射和各角度的漫射輻射光譜；AM0光譜是太陽光照射到大氣層上界還未經(jīng)過大氣層的標(biāo)準(zhǔn)光譜。

由于大氣層中O3、O2、H2O、CO2等分子對太陽光輻射的吸收，阿里太陽光譜、AM1.5標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜出現(xiàn)了向下“凹陷”（圖4），在以往的研究中，向下“凹陷”的原因主要是大氣中不同分子的吸收帶（周毅等，2018）：O3的吸收波段約在300 nm，O2的吸收波段約在656.4 nm、689.6 nm、762.6 nm，H2O的吸收波段約在722.8 nm、818.8 nm、914.0 nm。AM0光譜中，300 nm以下的紫外光譜到達(dá)地表基本都被大氣層吸收，如在291 nm處，AM0的光譜強(qiáng)度為 0.610 W · m-2· nm-1，而阿里、AM1.5D、AM1.5G 分別為 5.0×10-6W · m-2· nm-1、5.9×10-9W · m-2· nm-1、4.8×10-8W · m-2· nm-1，大氣層對太陽紫外線的吸收較為明顯。在300 —1200 nm的波段中，阿里的太陽光譜強(qiáng)度大多高于AM1.5標(biāo)準(zhǔn)光譜，特別是在320 — 400 nm的UVB波段及400 —780 nm的VIS波段，阿里太陽光譜強(qiáng)度顯著高于AM1.5標(biāo)準(zhǔn)光譜。AM0光譜強(qiáng)度的最 大 值 出 現(xiàn) 在451 nm處，為2.12 W · m-2· nm-1；阿里光譜強(qiáng)度的最大值出現(xiàn)在482 nm處，為1.87 W · m-2· nm-1，是AM0光譜強(qiáng)度最大值的88.2%；而AM1.5D光譜強(qiáng)度的最大值出現(xiàn)在531 nm處，為1.42 W · m-2· nm-1；AM1.5G光譜強(qiáng)度的最大值出 現(xiàn) 在495 nm處，為1.62 W · m-2· nm-1，均 沒 有超過阿里光譜強(qiáng)度的最大值。

圖4 阿里太陽光譜與AM0及AM1.5標(biāo)準(zhǔn)太陽光譜對比Fig. 4 Comparison of the solar spectrum in Ngari with AM0 and AM1.5 standard spectra

根據(jù)以上數(shù)據(jù)可知，阿里地表面太陽光譜強(qiáng)度明顯高于AM1.5的地表面標(biāo)準(zhǔn)光譜，但小于AM0的大氣層外標(biāo)準(zhǔn)光譜。阿里地區(qū)海拔高，大氣中O2、H2O、CO2等分子含量低，特別是大氣中O3分子的含量較低，對太陽光中紫外光譜的吸收較少，紫外部分的光譜強(qiáng)度要比標(biāo)準(zhǔn)光譜高出許多。

2.2 阿里地表面太陽光譜日變化

一天中太陽時角及太陽高度角的變化影響著太陽輻射的變化。同一個地點(diǎn)，由于這兩個角度的變化，等量的太陽輻射能光束所散布的面積也隨之變化。所以觀測阿里一天中不同時間的太陽光譜數(shù)據(jù)很有必要。圖5a為2020年6月22日從日出（07∶34）到日中（14∶42）時刻太陽光譜的變化趨勢；圖5b為2020年6月22日從日中（14∶42）到日落（21∶44）時刻太陽光譜的變化趨勢。

圖5 阿里太陽光譜從日出到日中（a）以及從日中到日落（b）的變化Fig. 5 Variation of the solar spectrum in Ngari from sunrise to midday (a) and from midday to sunset (b)

阿里6月22日的日出時刻為上午07∶34，太陽時角為-66.5°，太陽高度角為0°，此時太陽輻射強(qiáng)度低。隨著太陽高度角的不斷升高，整體強(qiáng)度也逐漸升高，在上午11∶42，波長在482 nm處的光譜強(qiáng)度已超過AM1.5D光譜的最高強(qiáng)度1.42 W · m-2· nm-1，上午12∶13，波長在482 nm處的光譜強(qiáng)度超過AM1.5G光譜的最高強(qiáng)度1.62 W · m-2· nm-1，下午16∶51之后，阿里太陽光譜各波段沒有觀測到超過AM1.5G光譜的最高強(qiáng)度，到了下午17∶38之后，阿里太陽光譜各波段沒有觀測到超過AM1.5D光譜的最高強(qiáng)度，隨著時間慢慢趨近日落，太陽輻射強(qiáng)度不斷降低，在日落時刻21∶44，太陽時角為146.0°，太陽高度角再次為0°，太陽輻射強(qiáng)度也趨近于最低點(diǎn)。在本次觀測天中，日出07∶34至日落21∶44，白晝時長達(dá)到14 h 10 min，而超過AM1.5D光譜的最高強(qiáng)度時長為5 h 56 min，占全白晝時長的41.9%，超過AM1.5G光譜的最高強(qiáng)度時長為4 h 38 min，占全白晝時長的32.7%，所以阿里地區(qū)的太陽能資源極其豐富。觀測發(fā)現(xiàn)阿里太陽光譜從日出到當(dāng)日當(dāng)?shù)卣绻庾V輻照度呈不斷增加的趨勢，越靠近正午時刻光譜線間隔越小，輻照度變化梯度越小，光譜線向下“凹陷”越明顯，同一波段的吸收越明顯等特點(diǎn)，與晉亞銘（2019）觀測太陽光譜時觀察出的特點(diǎn)是一致的。

在此次觀測中，發(fā)現(xiàn)2020年6月22日，太陽光譜強(qiáng)度的最高值并沒有出現(xiàn)在當(dāng)天的日中時刻，而是出現(xiàn)在13∶57的482 nm處，輻射強(qiáng)度為2.04 W · m-2· nm-1。圖6給出了阿里太陽光譜整點(diǎn)時刻最高輻射強(qiáng)度從日出到日落的變化。雖然整體上呈先上升后下降的趨勢，但14∶00的輻射強(qiáng)度出現(xiàn)了超過日中時刻的太陽輻射強(qiáng)度。經(jīng)分析當(dāng)天的大氣云層狀況，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因主要是該時刻出現(xiàn)了云層以及大氣分子對太陽輻射的反射、折射等效應(yīng)，在原有的太陽的直接輻射上，又多加入了云層等物質(zhì)的散射輻射及反射輻射，故出現(xiàn)了高出日中時刻太陽輻射強(qiáng)度的現(xiàn)象。在以往的觀測中，發(fā)生類似現(xiàn)象的數(shù)據(jù)并不罕見，諾桑等（2019）觀測2017年拉薩太陽光譜時發(fā)現(xiàn)，7月21日拉薩當(dāng)?shù)卣缣柟庾V出現(xiàn)極強(qiáng)特征，在波長500 nm以上的光強(qiáng)甚至超過了AM0（大氣層外）光譜強(qiáng)度，其原因也是由于離散云對地面太陽光強(qiáng)的反射等作用，導(dǎo)致光譜強(qiáng)度增強(qiáng)進(jìn)而超過AM0光譜。筆者在2017年對珠峰大本營及拉薩站點(diǎn)進(jìn)行太陽光譜觀測時也發(fā)現(xiàn)，拉薩站點(diǎn)的太陽光譜強(qiáng)度甚至超過了珠峰大本營的光譜強(qiáng)度，這一現(xiàn)象的發(fā)生，也推進(jìn)了今后西藏太陽輻射與大氣生態(tài)環(huán)境的相關(guān)性研究。

圖6 阿里太陽光譜整點(diǎn)時刻最高輻射強(qiáng)度從日出到日落的變化Fig. 6 Variation of highest radiation intensity at o’clock time in the solar spectrum in Ngari from sunrise to sunset

2.3 阿里地表面太陽光譜與拉薩太陽光譜對比

選取拉薩觀測點(diǎn)2020年6月27日13∶56的光譜和阿里觀測點(diǎn)2020年6月21日12∶34的光譜，與AM0光譜進(jìn)行對比。這兩個時刻的光譜是本次觀測中兩地出現(xiàn)的最強(qiáng)光譜曲線。拉薩太陽光譜中，波長在482 nm處的光譜強(qiáng)度2.80 W · m-2· nm-1，阿里太陽光譜中，波長在482 nm處的光譜強(qiáng)度2.33 W · m-2· nm-1，均超過了AM0的最強(qiáng)光譜2.12 W · m-2· nm-1（圖7）。

圖7 阿里太陽光譜與拉薩太陽光譜對比Fig. 7 Solar spectrum in Ngari vs. solar spectrum in Lhasa

阿里2020年6月21日12∶34，日食即將出現(xiàn)，大氣中水汽含量較多，天空中離散云現(xiàn)象比較明顯，地表面太陽輻射不僅包括太陽直接輻射，也有大量的云層、微塵、微粒的散射輻射，加之阿里地區(qū)周邊地貌環(huán)境多屬沙漠、干燥裸地，地面反射率高，地面反射輻射較強(qiáng)。在直接輻射、散射輻射、反射輻射的三重疊加下，本次觀測的輻射強(qiáng)度超過了大氣層上界的太陽直接輻射AM0；拉薩2020年6月27日13∶56，距離拉薩當(dāng)日的日中時刻13∶58僅有2 min，直接輻射本身很強(qiáng)，加之拉薩6月正值雨季，大氣中水汽較多，也出現(xiàn)了較多的離散云現(xiàn)象，太陽光束穿過大氣層并與大氣中云層、微塵、微粒等進(jìn)行較強(qiáng)的散射，且拉薩觀測點(diǎn)周圍多為水泥裸地，地面反射很強(qiáng)，故在直接輻射、散射輻射、反射輻射的三重疊加下，出現(xiàn)了本次觀測的最強(qiáng)值2.80 W · m-2· nm-1；但經(jīng)過觀察兩觀測點(diǎn)與AM0光譜的320 nm以下的紫外光譜UVA波段時發(fā)現(xiàn)，即使太陽的直接輻射、散射輻射、反射輻射再強(qiáng)，紫外部分的光譜強(qiáng)度大部分仍被大氣中的O3吸收，太陽紫外輻射在大氣層上界AM0時，強(qiáng)度最高點(diǎn)出現(xiàn)在291 nm處，為0.61 W · m-2· nm-1，還處于高位狀態(tài)，但經(jīng)過大氣層后到達(dá)拉薩與阿里地表面時，光譜強(qiáng)度分別為1×10-5W · m-2· nm-1和5×10-6W · m-2· nm-1，幾 乎 趨 近 于 零。大 氣 層 極大地減小了太陽紫外輻射中對人體及各類動植物、材料等有害的部分。

2.4 出現(xiàn)日食現(xiàn)象時的阿里地表面太陽光譜變化

此次阿里地表面太陽光譜觀測遇到罕見“日食”天文現(xiàn)象，阿里地處祖國西部，屬于國內(nèi)最先觀測到日全食現(xiàn)象的地區(qū)，且阿里的大氣條件極好，是國內(nèi)觀測日食現(xiàn)象最佳的觀測地點(diǎn)之一。由于阿里觀測點(diǎn)的位于阿里的噶爾縣，噶爾縣出現(xiàn)日食從13∶01開始，也就是初虧時刻，此時太陽光譜強(qiáng)度與未發(fā)生日食現(xiàn)象時并無太大差異，隨著日食現(xiàn)象的發(fā)生，太陽光譜強(qiáng)度逐漸下降，到14∶44食甚時，太陽光譜強(qiáng)度降到最低點(diǎn)，由于噶爾縣此次的日食并不是日全食，所以太陽光譜強(qiáng)度并沒有下降到零（圖8a）。

圖8 阿里日食太陽光譜Fig. 8 Solar spectrum in Ngari during solar eclipse

從14∶44出現(xiàn)食甚開始，月球擋住太陽的部分逐漸減小，太陽光譜輻射也逐漸增強(qiáng)，到16∶28，也就是復(fù)圓時刻，太陽光譜強(qiáng)度又恢復(fù)到正常狀態(tài)（圖8b）。此次日食過程，從初虧到食甚又到復(fù)圓，共經(jīng)歷了近3 h 27 min 26 s，太陽光譜強(qiáng)度最大值從1.85 W · m-2· nm-1下降到0.05 W · m-2· nm-1，又上升到1.79 W· m-2· nm-1。光譜強(qiáng)度在初虧到食甚的下降速率為1.04 W · m-2· nm-1· h-1，在 食甚到復(fù)原的上升速率為1.01 W · m-2· nm-1· h-1。此次日食剛好發(fā)生在2020年的夏至日當(dāng)天，全年太陽日照時長最長，光譜儀從北京時間早上07∶34接收到太陽輻射能，到晚上21∶44結(jié)束觀測，總計(jì)14 h 10 min。本應(yīng)是全年太陽總輻射最強(qiáng)的一天，但由于日食現(xiàn)象的發(fā)生，太陽總輻射是近年來最低的一次。

3 結(jié)論

本次阿里太陽光譜觀測，是近年來首次對阿里地區(qū)進(jìn)行波段為280 — 1200 nm太陽光譜觀測，波長范圍覆蓋太陽能利用的紫外，可見及近紅外波段，初步得到了阿里地區(qū)零星的地表面太陽光譜特征，對太陽能資源極其豐富青藏高原西部地區(qū)，提供了稀有的數(shù)據(jù)支撐，雖然觀測時間較短，觀測數(shù)據(jù)量較少，但仍為未來西藏太陽光譜觀測技術(shù)，提供了一次非常寶貴的觀測經(jīng)驗(yàn)。

目前，還需進(jìn)一步對青藏高原西部地區(qū)的地表面太陽光譜進(jìn)行系統(tǒng)觀測，為青藏高原生態(tài)環(huán)境變化、太陽能資源利用等各方面提供有力的數(shù)據(jù)支撐。