雪堆太阳辐射获取方法及系统

1.本发明涉及太阳辐射获取技术领域，特别是涉及一种雪堆太阳辐射获取方法及系统。


背景技术：

2.滑雪作为以雪冰为物质基础的运动呈现出对气候变化的高度依赖性。滑雪场应对气候变化的措施主要包括人工造雪和储雪。
3.目前最常见的储雪方式是将雪储存在地面并覆盖绝热保温材料，冰川滑雪场通常选择在冬末春初，自然降雪开始融化前，将绝热保温材料直接覆盖于冰川积雪之上。无冰川滑雪场将自然降雪和/或人造雪收集起来，以雪堆储雪的方式通过覆盖绝热保温材料将雪保存到下一个滑雪季。
4.现有的储雪方式，仅仅是单纯地利用绝热保温材料覆盖，其作用是减少由外界环境进入雪堆的热量，但从未考虑各种物理过程和能量传输，可能会导致所选的储雪场地不利于储雪。


技术实现要素：

5.本发明的一个目的在于提出一种雪堆太阳辐射获取方法，通过获得的雪堆太阳辐射量来确定最佳的储雪场地。
6.一种雪堆太阳辐射获取方法，包括以下步骤：
7.将雪堆划分为多个斜面，获取水平面的水平直接辐射量，并根据太阳与雪堆的相对位置，获取雪堆的斜面直接辐射量；
8.获取水平面的水平散射辐射量，并根据散射辐射转换系数，获得雪堆的斜面散射辐射量；
9.获取地面的初始反射辐射量，并根据对应斜面的坡度获得雪堆的地面反射辐射量；
10.获取所有斜面对应的斜面直接辐射量、斜面散射辐射量和地面反射辐射量，叠加即为雪堆的太阳辐射总量。
11.根据本发明提出的雪堆太阳辐射获取方法，充分考虑了雪堆的斜面直接辐射量、斜面散射辐射量和地面反射辐射量，对储雪场地的评估更合理，更容易找到最佳的储雪场地。
12.另外，根据本发明提供的雪堆太阳辐射获取方法，还可以具有如下附加的技术特征：
13.进一步地，所述根据太阳与雪堆的相对位置，获取雪堆的斜面直接辐射量的计算公式如下：
14.i
dβ
＝ihrb15.式中，ih为水平面的水平直接辐射量，单位为：w/m2，rb为直接辐射转换系数。
16.进一步地，所述直接辐射转换系数的获取步骤包括：
17.获取太阳天顶角z和太阳入射角θ；
18.采用公式计算直接辐射转换系数rb。
19.进一步地，所述获取太阳天顶角z和太阳入射角θ的步骤包括：
20.采用下式计算太阳天顶角z，
21.cosz＝cosφcosδcosω sinφsinδ
22.采用下式计算太阳入射角θ，
23.cosθ＝sinδ(sinφcosβ-cosφsinβcosγ) cosδcosω(cosφcosβ sinφsinβcosγ) cosδsinβsinγsinω
24.式中，δ为太阳赤纬角，即日地中心的连线与地球赤道平面的夹角，φ为当地的纬度，γ为斜面的方位角，ω为当地太阳时角，β为对应斜面的坡度。
25.进一步地，所述根据散射辐射转换系数，获得雪堆的斜面散射辐射量的步骤包括：
26.获取散射辐射转换系数rd；
27.采用下式计算雪堆的斜面散射辐射量，
28.i
dβ
＝dhrd29.式中，i
dβ
为斜面散射辐射量，dh为水平散射辐射量。
30.进一步地，所述获取散射辐射转换系数rd的步骤包括：
31.获取水平面的水平天文辐射量ie；
32.采用下式计算散射辐射转换系数rd，
[0033][0034]
式中，ih为水平面的水平直接辐射量，单位：w/m2，rb为直接辐射转换系数，β为对应斜面的坡度。
[0035]
进一步地，所述获取水平面的水平天文辐射量ie的步骤包括：
[0036]
采用下式计算水平天文辐射量ie，
[0037]
ie＝e0i
sc
cosz
[0038]
式中，e0为日地距离修正系数，i
sc
为太阳常数，z为太阳天顶角。
[0039]
进一步地，所述日地距离修正系数e0的计算公式如下：
[0040]
e0＝1.00011 0.034221cosγ 0.00128sinγ 0.000719cos2γ 0.000077sin2γ
[0041]
式中，γ为日角。
[0042]
进一步地，所述根据对应斜面的坡度获得雪堆的地面反射辐射量的步骤包括：
[0043]
采用下式计算所述地面反射辐射量，
[0044][0045]
式中，i
rβ
为地面反射辐射量，rh为初始反射辐射量，β为对应斜面的坡度。
[0046]
本发明的另一个目的在于提出一种采用上述方法的雪堆太阳辐射获取系统，包括：
[0047]
直接辐射获取模块，用于将雪堆划分为多个斜面，获取水平面的水平直接辐射量，并根据太阳与雪堆的相对位置，获取雪堆的斜面直接辐射量；
[0048]
散射辐射获取模块，用于获取水平面的水平散射辐射量，并根据散射辐射转换系数，获得雪堆的斜面散射辐射量；
[0049]
反射辐射获取模块，用于获取地面的初始反射辐射量，并根据对应斜面的坡度获得雪堆的地面反射辐射量；
[0050]
统计模块，用于获取所有斜面对应的斜面直接辐射量、斜面散射辐射量和地面反射辐射量，叠加即为雪堆的太阳辐射总量。
[0051]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0052]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0053]
图1是本发明雪堆的示意图；
[0054]
图2是本发明第一实施例的流程示意图；
[0055]
图3是本发明获取雪堆的斜面直接辐射量的流程示意图；
[0056]
图4是本发明第二实施例的结构框图。
具体实施方式
[0057]
为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
[0058]
请参阅图1和图2，本发明的第一实施例提出一种雪堆太阳辐射获取方法，包括以下步骤。
[0059]
s1.将雪堆划分为多个斜面，获取水平面的水平直接辐射量，并根据太阳与雪堆的相对位置，获取雪堆的斜面直接辐射量。
[0060]
为了便于计算，雪堆一般是人为堆砌成规则的形状，比如锥体、正方体、长方体、梯形体等，在本实施例中，选择了四方锥的雪堆。
[0061]
在实际模拟计算时，需在场地布设相应的辐射检测仪器，水平直接辐射量、水平散射辐射量和初始反射辐射量能通过仪器直接获得。
[0062]
请参阅图3，本实施例获取雪堆的斜面直接辐射量包括以下步骤。
[0063]
s11.获取水平面的水平直接辐射量ih。
[0064]
s12.根据太阳天顶角z和太阳入射角θ计算直接辐射转换系数。
[0065]
为了使结果更精确，本实施例采用如下步骤进行获取，在提高精度的同时，还能省去一部分仪器的成本费用，无需额外设置仪器去测量太阳天顶角和太阳入射角。
[0066]
s121.获取太阳天顶角z和太阳入射角θ。
[0067]
在本实施例中，采用下式计算太阳天顶角z，
[0068]
cosz＝cosφcosδcosω sinφsinδ
[0069]
采用下式计算太阳入射角θ，
[0070]
cosθ＝sinδ(sinφcosβ-cosφsinβcosγ) cosδcosω(cosφcosβ sinφsinβcosγ) cosδsinβsinγsinω
[0071]
式中，δ为太阳赤纬角是日地中心的连线与地球赤道平面的夹角，φ为当地的纬度，γ为斜面的方位角(朝南为0
°
，朝西为90
°
，朝北为180
°
，朝东为-90
°
)，ω为当地太阳时角(正午为0，下午为正，上午为负)，β为对应斜面的坡度。
[0072]
其中，太阳赤纬角δ可采用下式进行计算：
[0073][0074]
式中，n为计算日在一年中的日期序号。
[0075]
s122.采用公式计算直接辐射转换系数rb。
[0076]
s13.计算雪堆的斜面直接辐射量。
[0077]
获取雪堆的斜面直接辐射量i
dβ
的计算公式如下：
[0078]idβ
＝ihrb[0079]
式中，ih为水平面的水平直接辐射量，单位：w/m2，rb为直接辐射转换系数。
[0080]
可以理解的是，本实施例的直接辐射转换系数rb并未采用常数，而是综合考虑了多种因素计算得来，比常规的计算更精确。
[0081]
s2.获取水平面的水平散射辐射量，并根据散射辐射转换系数，获得雪堆的斜面散射辐射量。
[0082]
在本实施例中，采用如下步骤获得雪堆的斜面散射辐射量。
[0083]
s21.获取散射辐射转换系数rd。
[0084]
为了进一步提高计算精度，散射辐射转换系数rd也将综合考虑多种因素来计算，具体包括以下步骤：
[0085]
s211.获取水平面的水平天文辐射量ie；
[0086]
s212.采用下式计算散射辐射转换系数rd，
[0087][0088]
式中，ih为水平面的水平直接辐射量，单位：w/m2，rb为直接辐射转换系数，β为对应斜面的坡度。
[0089]
可以理解的是，散射辐射转换系数rd不仅考虑了斜面的坡度，还引入了之前计算的水平直接辐射量ih，以及水平天文辐射量ie，使所获得的系数精度更高。
[0090]
其中，水平天文辐射量ie采用下式进行计算：
[0091]
ie＝e0i
sc
cosz
[0092]
式中，e0为日地距离修正系数，i
sc
为太阳常数(1367w/m2)，z为太阳天顶角。
[0093]
应当指出的是，太阳常数是在日地平均距离下大气顶界所接受的太阳辐射，但随着日地距离的变化这个数值也在不断的变化，因此引入日地距离修正系数e0，计算公式如下：
[0094]
e0＝1.00011 0.034221cosγ 0.00128sinγ 0.000719cos2γ 0.000077sin2γ
[0095]
式中，γ为日角。
[0096]
需要说明的是，日角γ可以通过仪器测量，也可以根据时间去估测，而在本实施例中，采用下式进行计算：
[0097][0098]
式中，n为计算日在一年中的日期序号，year为当年的年份，比如今年为2021年。
[0099]
s22.采用下式计算雪堆的斜面散射辐射量，
[0100]idβ
＝dhrd[0101]
式中，i
dβ
为斜面散射辐射量，dh为水平散射辐射量。
[0102]
s3.获取地面的初始反射辐射量，并根据对应斜面的坡度获得雪堆的地面反射辐射量。
[0103]
采用下式计算所述地面反射辐射量：
[0104][0105]
式中，i
rβ
为地面反射辐射量，rh为初始反射辐射量，β为对应斜面的坡度。
[0106]
s4.获取所有斜面对应的斜面直接辐射量、斜面散射辐射量和地面反射辐射量，叠加即为雪堆的太阳辐射总量i，可表示如下：
[0107]
i＝i
dβ
i
dβ
i
rβ
[0108]
式中，i
dβ
为斜面直接辐射量，i
dβ
为斜面散射辐射量，i
rβ
为地面反射辐射量。
[0109]
可以理解的是，根据上述模拟计算，即可获得整个雪堆所应当受到的辐射量，辐射量越大，说明该场地越不适宜储雪，反之则适宜储雪，以此获得最佳的储雪场地。
[0110]
需要说明的是，本实施例提出的雪堆太阳辐射获取方法，充分考虑了雪堆的斜面直接辐射量、斜面散射辐射量和地面反射辐射量，对储雪场地的评估更合理，更容易找到最佳的储雪场地。
[0111]
请参阅图4，本发明第二实施例提出一种采用第一实施例的方法的雪堆太阳辐射获取系统，包括：
[0112]
直接辐射获取模块，用于将雪堆划分为多个斜面，获取水平面的水平直接辐射量，并根据太阳与雪堆的相对位置，获取雪堆的斜面直接辐射量；
[0113]
散射辐射获取模块，用于获取水平面的水平散射辐射量，并根据散射辐射转换系数，获得雪堆的斜面散射辐射量；
[0114]
反射辐射获取模块，用于获取地面的初始反射辐射量，并根据对应斜面的坡度获得雪堆的地面反射辐射量；
[0115]
统计模块，用于获取所有斜面对应的斜面直接辐射量、斜面散射辐射量和地面反射辐射量，叠加即为雪堆的太阳辐射总量。
[0116]
应当指出的是，本实施例综合考虑了多方面的因素，对于一些系数，并未采用常规的常数，而是根据现有已知的数据计算得来，使所得到的结果精度更高。
[0117]
可以理解的是，当采用本实施例的系统时，可以更快、更科学地获得最佳的储雪地。
[0118]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0119]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到的变化或替换，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。