Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ phơi ngày của tán xạ, tổng xạ và thời gian nắng ở Việt Nam

ĐẠI H Ọ C Q U Ố C (ỈIA IIÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Tư NHIÊN
NGHIÊN CỬU MỐI QUAN HỆ GIỮA ĐỘ PHƠI
NGÀY CỦA TẢN XẠ, T ổN G XẠ VÀ THỜI GIAN
NẮNG Ở VIỆT NAM
Mõ sô": ỌT.01.23
Chủ trì cTể lòi: PGS. TS Nguyen Ihróng Đi ôn
Cóc thành viên tham gio: CN Nguyễn Đáng Quang
đại học quốc gia hà nôi
TRUNG TÀM THÔNG tin thư viền
D T / Z 6 ^
MÀ NỘI - 2003
BÁO CÁO TÓ M T Ắ T f)Ể TẢI
1. Tên đê tài: Nghiên cứu mối quan hệ giữa độ phơi ngày cùa hức x;i mat trời
khuếch tán , lổng cộng và thời gian nắng ờ Việt Nam
2. Mã số: QT.01.23
3. Chủ trì đề tài: PGS. TS. Nguyỗn Hướng Điổn
4. Các cán bộ tham gia:
CN Nguyễn Đãng Quang
5. Mục tỉêư và nội dung nghiên cứu:
!) Mục liôu:
- Xác định các cổng thức thực nghiệm lính toán dọ phííi ((ổng lương) rmny cùa
hức xạ Mặt Trời khuếch tán từ hức xạ tổng cộng và thời giíin nắng (lựa Iron CÍÍC số
liỌu quan trác của ba đại lượng dó cho các vùng trên lãnh lliổ Việt Nam
- Đánh giá dọ chính xác và khả năng ứng dụng của các cổng thức thu dược.
2) Nội dung:
a) Tìm hiểu mối quan hệ dịnh tính giữa tán xạ, tổng xạ và số giờ nắng.
b) Nghiôn cứu phương pháp xác định và thính giá mối quan họ (.lịnh Iưựng
giữa các dại lượng cần nghiên cứu.
c) Thi! thập số liệu về tán xạ, tổng xạ và số giờ nắnsi qiiíHi (rắc (lirợc líii các
ĩrạm khí tượng trên lãnli thổ Việt Nam.

(!) Lặp trình, lính toán lìm ra các cổng thức Ilụrc neliiêm lien họ lĩiiNi c;ic đai
lượng nghiên cứu dối với từng vììne và (rên loíìn lãnh thổ Viê< Níim.
e) Nhận xét kết quả, đánh giá dọ chính xác. khả năng ứng dune cùa các cổng
thức thu dược.
6. Các kết quả đạt được:
- Sự phụ tluiộc cùa tỉ số giữa dọ phơi lán xạ Vít dô phoi tổng xạ ngày vào độ
Iniy<?n qua khí quyển dối với lổng xạ VỈI vào lliời gian lift MÌ’ liíơnií (lối có Ihò xem là
luyến lính.
- 92 công ill ức thực nghiệm (lược lliiế l lạp trone nhữtm trưừim hợp khác nil a 11
(ílp (lụnc cho lìíng tlìáng, cả năm (1 các vùng kliiíc nhíiu). (”;íc cỏn ụ lliức thực
naliiỌm clio lừng Iháng hoặc cả nìím ở Cíi 7 Irạm (lều có (lô chính XJK kh;í fill) (họ số
tương C|imn bội luyến (ínli trong hầu hối mọi trirờne hop til'll I<Vn lum sai S('í
trung hìnli toàn phirtmg <30%, sai số hệ thống <1 (V7f )
- Các giá lrị của hệ sô Ihực nghiệm ap a 7, a, trong các côm: 111 ức llui dược
đều ỔI1 định về dấu (a, >0; a2 <0; a, <()). Trị luyệl doi của các lie sổ cùa các
tháng dại cực dại vào những llìời kì đô cao Mật Trời lớn và cực lieu vào những
thời kì có độ cao Mặt Trời nhỏ. nhưng biên độ dao động không lớn, nliất là
các vùng phía natn.
- Có Ihể sử dụng được một công thức chung cho toàn quốc đổ tính dô phơi
ngày của bức xạ tán từ bức xạ tổng cộng và thời gian nắng với đọ chính xác chấp
nhận dược.
7. Tình hìiih kỉnh phí của đề tài
Tổng kinh phí dược cấp: 16.000.000 dồng
Đã nhân: 16.000.000 đổng
Đã thanh toán: 16.000.000 đổng
XÁC NHẬN
CŨA HAN CIIÙ NIIIÊM KIIOA
C H Ù T R Ì f ) Ể T À I
PGS. TS. Phạm Vờn Huấn
rCrS. TS. Ngu yen ỈỈHÓvg Diến

MỤC LỤC
trang
M ở đầu 2
Chương 1. T ổng quan 3
1.1. Các clòng hức xạ trong khí quyển 3
1.2. Nãng lưựng hức xạ mặt tròi lỏi mặt đẩt khi không có klií quyển 4
1.3. Tổng quan các nghiên cứu về quan hê giữa tán xa, tổng xa và
lh('fi gian nắng 7
Chương 2. Phương pliáp ngliiên cứu 12
2.1. Dự đoán dạng hàm thực nghiệm 12
2.2. Một số thổng số đánh giá mức độ chính xác của còng ihức ihực
nghiêrn 14
2.3. Phương pháp bình phương tối thiểu xác định các thíim số cùa
công thức thực nghiệm 1S
2.4. Chọn số lượng hạng lử tối ưu trong công lluíc Ihực nghiêm 17
C h ương 3. X ử lý số liệu và kết quả tín h (oán 19
3.1. Sỏ liệu và phương pháp xử lý SƯ bộ I y
3.2. Xác lập, đánh giá độ chính xác của công thức ill ực nghiệm và
nhận xếl kết quả 21
Kết III ộ 11 32
Tài liệu tham khảo 'n
Phụ lục 35
M Ở ĐẦ U
Bức xạ Mặt trời là nguồn năng lượng chủ yếu và vô cùng quý giá đối vói
Trái Đất. Nó quyết định đến sự biến đổi khí hậu, sự sống của mọi sinh vật và
con ngưừi.
Con người cần phải biết khai thác triệt để và sử dụng nguồn nãĩm lượng
hức xạ Mặt Trừi một cách có hiệu quả nhất, nghiên cứu giảm illicit lình hường
xấu đến sự sống của con ngirừi và động thực vật nhầm mục tiêu phát triển bền
vững. Trong những thập kỷ gần đây, ử những nước tiỏn tiên ngưừi la đã mở

rộng mạng lưới đo đạc, nghiên cứu quy luật biến đổi ihco không gian và ihời
gian của các yếu tố bức xạ, tác động của chúng đến sự hiên đổi khí hậu, đốn sự
sống nức xạ Mặl Trời khuếch lán (lán xạ) là một trong những dặc trưng bức
xạ quan Irọng, có hoạt tính quang hợp cao, là mộl (rong những đối lương càn
nghiên cứu. Tuy nhiên, do Itrơng đối khó quan liíic nên ở nhiều nưi còn lliiốti
các số liệu đo trực liếp đại lượng này, vì vây việc tính toán nó từ các đai lượng
khác dễ quan trắc hơn như lổng xạ, số giờ nắng là nil CÍÌII tliiêt.
Trong đổ tài này, với nguồn số liệu về tán xa, lổng xạ, sô giờ niìng <|ii;tn
trắc tại một số trạm trong nhiều năm, chúng tỏi sẽ nghiên cứu tính toán xác líìp
các công thức lliực nghiệm liên hệ giữa các lổng lượng ngày của các đại lượng
liên. Sử dụng các hệ ihức như vậy ta có thể lính đưực
lổng lượng (độ phơi)
ngày của tán xạ khi có các số liệu về lổng xạ và số giờ nắng ở những nơi hoặc
những thời kì thiếu những số liêu về tán xạ. Các kết quá của đổ lài tìược trình
hầy trong nội dung háo cáo của đề lài.
Trong quá (rình tlụrc hiện đổ tài, chiìnu tôi đã đircíc sư ho im l Ai l('m cún
Đại học Quốc gia, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên í lit Nội VÌ! Khoa KÍ1Í
lượng Thuỷ văn và Hải dương hục. Chúng tôi xin chân ihành cảm ƠI1 .
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. CÁC DÒNG B ú t XẠ TRONG KHÍ ỌUYEN
Trái đất nhận năng ỉượng hức xạ chủ yếu từ mặt trríi. Năng lượng đèn
Trái Đất từ cád thiên thể khác trong vO trụ là không đáng kể. Khi truyền trong
khí quyển, do tính bất đổng nhất về mặl quang học, về trạng thái ]ý hoá học
của khí quyển, bức xạ mặt trời bị hấp ihụ và khuếch tán. Phần khá lớn của bức
xạ mặt Irời đến được mặt đất dưới dạng chùm tia song song được gọi là bức xạ
trực tiếp hay trực xạ. Phần bức xạ bị khí quyển khuếch tán từ mọi diổm của
vòm trời đến mặt đất gọi là hức xạ khuếch tán hay tán xạ. Tổng của trực xạ và
tán xạ gọi là hức xạ tổng cộng hay (ổng xạ.
Bức xạ mặt trời khi đến mặt đất, phần cơ bản bị hấp lliu chuyển thành

nhiệt đốt nóng mặt đất, phẩn khác bị phản xạ (rở lại khí quyển. riiÀn hức xạ
mặt trời bị mặt đất hay khí quyển (chủ yến do mây) pliản xa trừ lai dược gọi là
bức xạ phản chiếu hay phản xạ.
Mức độ hấp thụ bức xạ của mặt đệm lớn hơn rất nhiều so với khí quyển
vì khí quyển về cơ bản là môi trường khuếch tán bức xạ, chứ hấp ihụ thì râl lì,
trờ mAý. Nói chung, phần hức xạ do mặt đệm hấp thụ ihưòng gấp ha lần phần
hức xạ do khí quyển hâ'p ihụ.
Đốn lượt mình, do bị đốt nóng, mật đất trở thành nguồn phíít xa nhiệt
Inrríng tới khí quyển. Bức xạ phát ra từ mặl đất gọi là hức xạ tnãl đííl. Tương lự
như vây. khí quyển cũng phát xạ về mọi hướng và một phán hướng vổ mặt đấl,
phẩn này gọi là hức xạ nghịch của khí quyển.
Các dòng hức xạ kể trên khác nhau về thành phần phổ. Phẩn cơ hản của
hức xạ mặt trời do phát xạ ử nhiệl độ cao, nên nằm Irony khoảnu phổ nhìn
tliấy. Trong khi đỏ bức xạ mặt đấl và bức xạ khí quyển phán lớn ở hước sóng
lứn bơn 4 Jim. Do sự khác hiệt này mà hức xạ mặl Irời được gọi là bức xạ sóng
ngấn còn bức xạ mặt đấl và khí quyổn gọi là hức xạ sóng dài.
Như vây, trong khí quyển luôn (oil tại 1T1ỎI hê các tlòng bức Xí) khác
nhau về Ihành phrìn phổ và hướng. Khi nghiên cứu CÍÌC dòng này la ilmrfnj: xét
phẩn được chuyển vân (truyền đi), phàn bị phản xa và pliẩn hi hííp thụ chuyển
3
thành nhiệt, v ề mặt năng lượng, tổng đại số của tất cả các dòng bức xạ qua
một bề mặt nào đó (năng lượng bức xạ tới- năng lượng bức xạ rời khỏi Hề mặt)
đặc tnmg cho sự thu- chi hức xạ, gọi là cán cfln hức xạ.
Nghiên cứu tất cà các dòng bức xạ trong khí quyển là nhiệm vụ của
cluiyôn ngành hức xạ học.
1.2. NĂNG LƯỢNG BỨC XẠ MẶT TRỜI TỚI MẶT ĐẤT KHI
KHỎNG CÓ KHÍ QUYỂN
Nếu không có khí quyển, bức xạ mặt trời sẽ tới mặt đấl dưới dạng
những tia song song. Khi đó trong một đơn vị thời gian trên mỏi đơn vị diện
lích mặt đất nằm ngang ở điổm hất kỳ sẽ có năng lượng hức xạ mật trừi đi tới,

tức độ rợi Irực xạ (mà trong nhiều tài liệu cíí vãn gọi là cường độ trực xạ) hằng
S '= ^f sinh0 (1.1)
R
Irong đó S0 là hàng số mật ^
Irời, R là khoảng cách tương đối giữa
mặt trời và trái đất, bằng tỷ số giữa
khoảng cách thực r và khoảng cách
trung hình r giữa Mặt Trời và Trái
Đấl, còn hn là độ cao mặt trời trên
chAn trời (xem hình 1.1) tại lliời
điểm dang xét (tỉ số
S(/ R 2
cho ta độ
ỉ lình ỉ ì.
Đổ tính trực xa trên mặt ngang
rọi bức xạ mặt trời tới mặt vuông góc với các tia mặt trời ở thời điểm dang
xét).
Độ cao mặt trời tại mồi điểm phụ ihuộc vào vì độ địa lý <p, thời gian
trong năm và trong ngày. Trong thiên vãn học người la đã chứng minh được
công 111 ức:
sin1i0=sin(psinS+cosípcosficnso) (1.2)
trong đó 8 là xích vĩ (“vĩ độ” của mật (lời), thay ttổt ỉlieo I Ilf ti gi;m trong 11 rim
giữa hai giá trị ±23°27\ còn 0) là góc giờ mặt nời. 0) = — 1 với ĩ ‘ lì) chu kỳ
I
quay cùa trái đất quanh trục của nó (=s24 giờ), còn l là ihời đicm Iron*' ngày
4
(iheo gicr thực ứng với kinh độ địa phương) tính mốc lúc giữa Inra. Thay (1.2)
vào (1.1) ta được:
S'- —y(sin (psin 5 + COS (pcos 5COS CD)
(1.3:

Tích phân biểu thức trên trong một khoảng thời gian nào đó cho ta tính
năng lượng bức xạ từ mặt trời đến mỗi đơn vị diện tích mặt đấl ử vị trí có vĩ độ
ọ trong khoảng thời gian đó (tức độ phơi bức xạ Irong khoảng thời gian đó).
Chẳng hạn, ta có thể tính độ phơi bức xạ trong một ngày đêm, tức năng lượng
bức xạ từ mặt trời tới mặt đất Irong suốt thời gian từ lúc mặt trời mọc đến lúc
mặt trời lặn tại một địa phương bất kì. Tại hai thời điểm này ho-0, tức sinho=0
nên:
sin (psin 5 + COS (p COS 5 COS
sin (p sin ô
2nl
\
____
0
*
■c J
= 0
cos
COS (p COS Ô
= -tgcptgỗ
(1.4)
± t0 = -f— arccos(-tgcptgS)
2n
(1-5)
(tìâư "+" ứng với thời điểm mặl Inti lặn, còn dấu ứng với thời điổm
mặt trời mọc).
Nlnr vậy thời điểm mặt trời mọc và lặn chỉ phụ thuộc vào vT độ và xích
vĩ. Khi đó tích phân (1.3) ta được độ phơi ngày:
H 0 = Js'dt = SQ J ísimpsinô + COS(pCOS5 COS
-1 o -ỉ0
Trong một ngày đêm R và ô biến đổi không đáng kể nôn:

11 2S0 ( I 2n[
ỉln = —f-\ tosin(psinoH— "-cos(pens(Ssin °
R V 2n T *
(1.6)
Vì tn đưực xác định lỉieo công thức (1.5) nên Hn chỉ pliu 111 line vào vì đõ
địa lý (p và Ihừi gian trong năm. Trong thực hành, người ta thường áp dụng các
công thức sau đây của spencer [xem 6| để lính ỗ và R cho mồi ngày:
5
0=0,006918-0,3999t2cosu+0,070257sinu-0,()06758cos2ii+0.0(W)907sin2ii-
0,002697cos3u +0,001480sin3u (1.7)
R'2=l,()00110+0,034221 cosu+0,001280sinu+0,000719cos2u+0,000077sin2u,
( 1.8 )
2 k 2 k
với u = ——n , hoãc u = ——n (tuỳ theo năm không nhuân hay nhuận), trong
365 366
đó n là số thứ tự của ngày trong năm, hắt đầu từ giá trị 0 từ ngày đÀu năm, đốn
364 (hoặc 365 nếu là năm nhuân) vào ngày cuối năm.
Trên hình 1.2. trình bày hiến trình năm của Hn ở một số vĩ đọ kliác
nhau, tính theo công thức (1.6).
Từ hình này ta thấy rằng ử gẩn xích đạo (đến vì độ ±23,45°) độ phưi
(hoặc nhíìp nhiệt) sau ngày đêm có biến trình kép thể hiện hai cực tiểu vào
ngày đông chí và hạ chí. Ở giữa xích đạo ihì hai cực đại rơi vào ngày xuân
phân (22/3) và thu phân (22/9). Dịch lên phía bắc, nlnr ở Việl Nam chang hạn,
hai cực đại này xích lại gẩn nhau hơn, lới chí tuyến thì cluing nliâp lai thành
một cực đại duy nhất. Ở vùng vì độ trung hình ở hán cẩu Bắc, hiến trình nfim
của H„ có tlạng dơn
thể hiện một cực đại
vào ngày hạ chí và
một cực tiểu vào
ngày đông chí. Ở

vùng vĩ độ cao xung
quanh vòng cực
( I cp I >66,55°) có
một lliời gian dài
trong nătĩi không có
bức xạ lói, nhưng
lh(fi gian giữa mùa
hò có lượng bức xạ
lới lớn nhất (tại đỉnh
Hr
Ilinh 1.2. Biến trình níím của hức
Xí\ à
mội M") VI (lô nêu
không có khí quyến
cực, bức xạ đến sau 24 giờ vào ngày hạ chí gấp 1,365 lổn lớn hơn ớ xích d
ao
6
Ở hán câu Nam sự việc xảy ra tưưng tự nhưng về thời gian lệch đi 6
tháng so với bán cầu Bắc. Thêm vào dó, do quỹ đạo Trái Đâì quanh mật trời có
dạng elíp và lúc Trái Đất xa Mặt Trời nhất lại vào ngày mùng 5 tháng 7, gần
ngày đông chí ở bán cầu Nam (22/6), cho nên lượng bức xạ tới lại càng ít.
Ngược lại, Trái Đất gần mặt trời nhất vào ngày mùng 3 iháng 1, gần ngày hạ
chí ở bán cầu Nam, nên lượng bức xạ lới lại càng lãng mạnh. Sự tăng, giảm
bức xạ do khoảng cách Mặt Trời- Trái Đâ't thay đổi trong một năm chỉ vào
khoảng ±3% so với mức trung bình nhưng cũng là một trong những nhan tô
ỉàm cho khí hậu ở bán cầu Nam có phần khắc nghiệt hơn ở hán càu Bắc.
1.3.TỔNG QUAN CÁC NGHIÊN c ú u VỀ QUAN HỆ GIỮA TÁN
XẠ, TỔNG XẠ VÀ THỜI GIAN NẮNG
Trong điều kiện trời không mây, ít bụi, việc tính toán hức xạ Mặt
Trời khuếch tán tới mặl đấl nằm ngang có lliể thực hiện (lược không khó

khăn và lơưng đối chính xác. Người ta đã XAy dựng được mò hình lí
thuyết hoặc mô hình bán kinh nghiệm tính nó lừ độ cao Mặt Trời Imíic lừ
độ suy giảm của trực xạ (xem 2\. May ảnh hưởng rất phức lạp tiến tnrờng
bức xạ lán, nên trong điều kiện ró mây, việc lính loán hức xạ tíín trở nền
kém chính xác hơn nhiều. Từ đây ta thấy rằng, về nguyên tắc, độ phơi
(tổng lượng) tán xạ trong điều kiện có mây HD có ihể lính bảng cách
nhân độ phơi tán xạ trong Irời không mây Hno với mội hàm 1(a) phụ
thuộc vào các đặc trưng của mây (lượng, dạng, độ cao. sự phím bn của

mây tròn bần trời ):
Hn=H I)(,f(a) (1.9)
trong dó a là một tham số liình 111 ức, đặc (rưng cho mây và ĩ(a)=! khi trời
không mAy.
Nhiều tác giả đưa ra các công tliức ihực nghiệm liên quan với lượng
míìy trung bình n dạng:
Hp= an+a , n+a2 n 2 ( 1.10)
7
trong đó an, ap a2 (ở đây = HDo) là các hệ số thực nghiệm. Các nghiên cứu
cho thấy độ lớn của các hệ số này không ổn định lắm mà hiến đổi theo từng
thời kì trong năm và từ địa phương này sang địa phương khác.
May cũng ảnh hưởng tới tổng xạ và trực xạ. Cấc kết quả ngliiC'11 cứu chỉ
ra rằng khi lưựng mây tăng lên thì độ phơi (tổng lượng) tổng xạ hoặc trực xạ
thường giảm, trong khi tán xạ lại lãng. Điều này chứng tỏ ba đại lưựng bức xạ
này có quan hệ với nhau (vì cùng quan hệ với lượng mây). Giữa lượng mây
Irung bình và thời gian nắng Irong mội thời kì nào đó cũng có mối quan hệ
tương tự: khi lượng mây tăng thì thời gian nắng giảm. Như vậy, giữa ba đại
lượng bức xạ nêu trên và số giờ nắng cũng phải cổ mối quan hộ với nhau. Đay
cũng là cơ
sờ
để chúng ta tìm công thức thực nghiệm liên hệ giữa độ phơi tán

xạ với độ phưi lổng xạ và số gi ừ nắng, Tuy các còng thức thực nghiêm cổ độ
chính xác không cao lắm nhưng tạo khả nâng tính toán bức xạ (án trên diện
rộng từ những đại lượng dễ quan trắc hưn.
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu Ihco hưứng này,
đưa ra nhiều hệ íhức Ihực nghiệm giữa độ phơi tán xạ với lổng xạ và số
giờ nắng. Có thể phân chúng thành 3 loại:
Hệ thức loại 1: Đó là các hệ lliức xác định đọ phoi lán xạ IỈD từ số
giờ nắng s trong thời gian phơi (khổng có sự lliatn gia của (ổng xạ).
Người đi đầu hướng này là Angtrom |xem 9| với cổng thức dạng:
HD = a + bs (1.1!)
Trong đó a, b là các hằng số thực nghiệm. Sau này còn có nhiều tác
giả khác cững có các công thức tương lự và có phần phức lạp hơn như
Prescott, Ucrainxep[9] xác định.
Hệ thức loại 2: Hệ thức tính độ phơ! lán xạ Hn từ độ phơi tổng xa
I In (không có sự lliam gia của số gify nắng). Liu và Jordan I 10 I 1Í1 những
người đẩu liên xác định hệ llìức ỈOcii này. công thức cua họ có (huig mót
đa thức:
—~ = a + btc + + dxjl (1.12)
^c.
8
trong đó a, b, c, d là các hằng số thực nghiệm, Tc là độ truyền qua của khí
quyển đối với độ phơi tổng xạ ngày, theo định ngliĩa là tỉ số :
To (113)
H 0
trong đó H0 là độ phơi tổng xạ (hoặc trực xạ) tại giới hạn trên của khí quyển
(hoặc tại mặt đất nếu không có khí quyển) mà giá trị của nó hoàn toàn tính
đưực(xem còng thức (1.6)). Đại lượng T0 cũng đặc trưng cho mức đọ trong
suốt của khí quyển đối với tổng xạ, cho nên trong một số tài liệu nó cíĩng được
gọi là “độ trong suốt hữu hiệu” của khí quyển. Dạng cụ thể của công thức do
Liu và Jordan [10] xác lập đưực như sau:

Hd _ Jo,06247 -0,9247xo +3,4642xị -1,7026x2; khi 0,189 < Tc < 1
H0 [0 khi 0< T0 <0,189
(1.14)
Dựa vào các hệ thức như vậy và giá trị <Jộ phơi tổng xạ ỉ lr quan lĩắc
được ta cỏ thể tính được độ phơi lán xa l ỉD. Hệ (hức tương lự như (1.14) được
Liu lorđan [II] phát triển cho những khoảng thời gian pliơi khác nil an và các
vùng khác nhau, chẳng hạn đối với các giá trị độ phơi ngày trung hình iháng
Hd
Ho
l,39-4,027xc +5,531X0 -3 ,10 8ĩc khi Tc, <0,75
0,16 khi To >0,75
(1.15)
trong đó Tt? = “ với Ho và Ho là giá tri trung bình tháng cùa độ plmi
H 0
ngày CỈU1 bức xạ mặt trời ill ực tố và lliiên văn (khi kliõng có khí (Ịiiyổn)
trên mặt nằm ngang. Hn có thể tính được khi biết lliời điểm và vĩ độ nơi
quan trắc.
Sail đỏ các hệ ihức tương lự được một số lác giả như Collares -
Pereira và Rahl, Page, xác định cho những vùng khác nhau. Chẳng
hạn, công ill ức của Page 112 Ị:
9
ỈỈP- = 1 nn _1 n T (116)
— = 1,00 - l,l3tr
H
°0
hay của Collares - Pereira và Rabl [5]:
H
co, - -
Hn l 2y
D- = 0,775 + 0,37 0 505 +0.261

_ \
Tt
« . - -
cos[2(tr; -0.9)]. (1.17)
Irong đổ to s=2 7rt0/T* là góc giờ Mặt Trời lặn Irên mặt phang năiĩi ngang,
có thể lính được một cách lí thuyết lừ số thứ (ự của ngày dang xét trong
năm.
Các hệ ihức loại 3: là các công thức liên hệ cả ba đại lương HD, HG
và s đã được một sô tác giả đưa ra. Công thức thường cổ dang một đa
thức của các biến, chảng hạn như cồng Ihức của Iqbal [8]:
1 * 0= 0 ,79 1 - 0 ,6 3 5 — (118)
Ho
trong đó s là số gi('í nắng trong thời giíin ph(ti, s„ là giií Ilị đó nếu khổng
có khí quyển, hay còn gọi là số giờ nắng thiên văn, có tliổ tính được từ
giờ Mặl Trời lặn Irong ngày t0 như sau (xem công lliức ( 1.5)):
s -2 t = — . arccos (-tg(p.lgô) (1-19)
n
Gopinalhan [7] dựa trên các số liệu quan trắc ở Nain Phi dã xây
(lựng được công thức:
—-°- = 0.879-0,575^, -0,121— ( 1 -2())
° s„
(1.21)
Tương (ự, Pnri và đồng nghiệp [ 13| lại có cônu thức
Iíí>- = 1,194-0,838xr -0,446 —
áp đụng cho vùng Ân Độ, còn Tullcr I I 4 1 l;ii tìm ra CÔ11U thức
!!'’ = 0,894 -0,7% Tr - ( U I S (l 22
H,;
10
áp dụng cho Hoa Kỳ.
Theo các tác giả, công thức (1.20), (1.21) và (1.22) có độ chính

xác cao hơn các công thức (1.16) và (1.17)
Ở Việt Nam, chưa có công các nghiên cứu nào liOn họ cà ha đại
lượne này trên một vùng lãnh thổ tương dối rộng lớn mà chỉ có một vài
công trình liên hệ giữa hức xạ tán với một trong hai yếu lố còn lai hoặc
chỉ xét cho những vùng nhỏ tnà thôi [1, 2].
CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ứ u
2.1. D ựĐ O Á N DẠNG HÀM THựC NGHIỆM [3]
Mục tiêu của đề tài là xác định các hàm thực nghiêm tính dô phơi
lán xạ ngày thông qua các độ phơi tổng xạ và í hời gian nắng trong ngày
dạng :
H s
1 'g 0
cho các trạm khí tượng khác nhau.
ơ đAy hàm —— phu thuôc vào I r = —— - đô (ruyền qua cùa khí
Mfỉ ^0
s
quyển đối với irông xạ và — là tỉ sô giữa thời gian nắng ill ực VH Ihừi gian
s0
nắng thiốn vãn.
Để xác định hàm (công thức thực nghiệm) m ội cách dơn giản, la
tìm nó.dưới dạng một đa thức của hai biến đã nêu dựa trên các số liệu vé
II
§
—, Tr và — , cụ thể là:
Ho
II „ í ^
I s 2
77 a0 + aiTr. + a2 — + a 1T<; + a.i
‘V. 'so
s.

Trong đề tài này chúng tôi sử dụng các số liệu quan trắc lổng xạ
Hr , lán xạ HD và số giờ nắng s trong lừng ngày suối nhiều nãm ở các
Irạm khí tưựng cho trong bảng 2.1 để tính toán và xây dựng công lliức
111 ực nghiệm, còn H0 (tl ùn g để tính Tr ) (Ỉ1Ì hoàn loàn tính được llico công
lliức (1.6) cùng các công lliức phu trợ (1-7) và (l.R) (chỉ càn hi ỐI ngày
quan trắc và vĩ độ địa lí của nơi quan Irắc), và sn = 2ln với I,, lính theo
công thức (1.5). Như vậy, sau khi xác định dược dạng cu Ihể cua công
Ihức thực nghiệm, ta có thể dùng nỏ dể tính II,) khi biết Ilr và s.
12
Bảng 2.1. Các trạm có số liệu đirợc sứ (lụng trong tính toán
TT
TÊN TRẠM
KTNH Độ
vĩ ĐỘ
THỜI GIAN
LẨY SỐ LIÊU
1 Cao Bằng
106.15 22.40 1962-2000
2 Hà Nội 105.51 21.02
1960-2000
3 Phù Liễn
106.38 20.48 1960-2000
4 Vinh
105.40 18.40 1962-2002
5 Đà Nẩng
108.12 16.02 1979-2000
6
Pleiku 108.01
13.58
1981-1999

7 Cần Thơ 105.46
10.02 1979-1999
Việc tìm một công thức ill ực nghiệm dạng (2.2), tức dạng y =
a0+a]X|+a2x2+ được tiến hành theo các hước sau:
- Bước 1: Cố định X, trong một dải hẹp và chấm lên mặl phảng các
điểm (y,x2) quan trắc được trong những ngày X, nhân giá trị trong dải hẹp
trên. Dựa vào sự phân bổ của các điểm đó để dự đoán sự phụ tluiộc của y
vào x2 (chẳng hạn, có thể là tuyến lính nếu các điổm dó tập trung thành
một dải hẹp thẳng, hoặc là dạng đa thức bậc hai nốu các điểm lập hợp
thành một dải cong hình parabol )•
v Bước 2: Cũng ỉàm như vây với hiến còn lại (cố địnli X, trong mót
dải hẹp và chấm lên mặt pliẳng các điểm (y.X|) quan trắc được trnrtg
những ngày x2 nhận giá 1 rị trong dải hẹp liên. Dựa Víìo sư pliíìri hô' cua
các điểm đó dể dự đoán sự phụ thuộc của V vào X,).
-Bước 3: Sau khi biết sự phụ thuộc của y vào từng hiên, ta đoán
dược dạng hàm (đa thức) f(xl7x2) và xác định các hệ số thực nghiệm a,
trong dạng dự đoán của hàm f(x,,x,) bằng phương pháp bình phương lỏi
thiểu (xem mục tiếp).
Sau klii xác định được công thức ihực nghiệm sẽ liến hành đánh giá
độ chính xác của nó trên tệp số liệu phụ lliuộc và độc lập.
13
2.2. MỘT SỐ THÔNG s ố ĐÁNH GĨÁ MỨC ĐÔ CHÍNH XẤC CỦA
CÔNG THỨC THỤC NGHIỆM [3]
Để đánh giá mức độ chính xác của công thức thực nghiệm cluing tòi sử
clụng các đại lưựng sau:
-Với dãy số liệu phụ thuộc:
1. Phương sai thực nghiệm
< 2 ' 3 )
2. Độ phân tán tương đối:
o, =JL .100 %

H i
3. Hệ số lương quan bội luyến lính:
(2.4)
TỊ- ]-
<T 2
(2.5)
■V l ói dãy sò liệu độc lập:
4. Sai sô trung bình toàn phương:
RM SE= M -e (h ;,k - h ;',k ); <2 r»
V N K=1
5. Sai số trung bình loàn phương iưưng đối:
RMSER - RM^E .inO% (2 -7 )
h ;!;
6.Sai số hệ lliống:
N K-l
7. Sai số hệ thống tương đôi:
(2.X)
MBER = ^ 2 . 1 0 0 % (2 -9)
K
14
2.3. PHƯƠNG PHÁP BÌNH PHƯƠNG Tố! THIÊU XÁC ĐỊNH
CÁC THAM SỐ CỬA CÔNG THỨC THực NGHIỆM [31
Nếu mọi quan trắc có giá trị hàm y|,y2, , yN được liến hành với
cùng độ chính xác, thì việc ước lượng các tham số an được xác
định với điều kiện tổng bình phương các độ lệch các giá trị quan trắc yk
đối vổi các giá trị tính toán f(xlk,x2k, ,Xjk; a,,a2, ,an) đạt cực tiổu, tức
N
E = X (y>= - f(Xllc Xjk’a aJ )2 (2 .10)
k=l
đạt cực tiểu.

Nếu các giá trị quan Irắc được tiến hành với (lộ chính xác khác
nliau thì điều kiện Irên sẽ trở ihành
N
E = £ ( y k -f(xIk, ,xjk;al, ,an))2fok (2.1 I)
k = I
đại cực (iểu, với C0 |< là trọng lượng quan trắc. Các liọng lương quan uắc
tỷ lệ nghịch với phương sai
1 1 1 (2 12)
(ũ ' (ủ * ■ Cừ = — : —- ■ ■ — v ' /
K I * 2

n 7 2

2
Ơ J
ơ2
ơ u
Nếu mọi quan trắc có giá trị của hàm đưực tiến hành với cùng mội
độ chính xác, nhưng với mỗi giá trị của các dối số xk la tiến hành mộl
loạt gồm mk quan trắc và lấy yv chính là giá liị trung hình cùa kốl quả
quan trắc trong loạt đó ta có thổ lấy liàtn trọng lượng
(úị
=in, , YỨi (k= l,
, N)
* Cách lìm a,,a2, ,an
Trước hối ta xét dạng hàm lliực nghiệm pliụ ihuộc luyên lính vào
các hiến:
a;. X ị (2.13)
n
y = Ệ .

i -1
15
trong đó af là các hệ số cần tìm.
Giả sử có tất cả N trường hợp có cả y và X, (i=l, , n), nếu ký hiệu
là giá trị thực thì ta có:
y-r, “ y. = Z ai-xn
i = l
yJ7 ~ yĩ ~ 'Xi2
i-1
Y tn ~ Y n - y . a , -x iN
i=l
y-iic * y k =
i = l
Khi đó sai số sẽ là:
= y-i* - y k =y-T*
iH
(2.14)
rà n phải tìm dạng của y (lức các aj ) sao cho sai sổ bình phương là
nhỏ nhất
E = ị o ị = ị (yln, - Ị a , x ik)2 đ?lm in
k=l k=l i=l
« - Ễ £ = 0 0=1, n)
ổa.
. 3C N n
n = Z 2(y-i> " ỉ a ix^ )-xA
« j k=i i=i
N N u
< = > Z y n c - x . , k - I x jk. X a , x , k
=0
k=l k=l i=l

N II N
< = > Z y - 'v x Hc - Z ai X x ik-x ik =()
k=i i I k I
(2.15)
16
j - lt n
N N
Ta có thể tính được các tổng ^y-nc-Xjk và kx k theo các số liệu
k=i k=i
thực nghiệm. Sau đó giải hệ (2.15) tìm được các a( , i= l

n.
Nếu trường hợp cổ trọng số till (2.15) tương đương hê sau:
N D N
£yncX jk°> k-Z aiZXikxikrok j = |

" (2.16)
k=I i — I k=l
với mỗi giá trị j ta có 1 phương trình, nên ử đây la có n phưưng Irình, với
n ẩn số a; , i=l,2, ,n.
Tnrcìng hợp y phụ thuộc không tuyến tính vào một biên nào dỏ,
chẳng hạn trong hiểu thức của y có một hạng tử dạng a.Xj"\ ta có thổ đăl
một hiến mứi Xj= Xj,n đổ (rở về tlạng tuyến lính.
2.4. CHỌN SỐ LƯỢNG IIẠNG TỬ Tối UlJ TRONG CỔNG
THỨC THỰC NGHIỆM [3]
Nếu công thức thực nghiệm dạng (2.13) chứa dựng quá nhiều hạng
tử ở vẽlphải, lức quá nhiều hệ số at (i=l, 2, n) thì đổ xác định các hệ số
này, la sẽ phải thực hiện một số lượng phép lính rất lớn dần đốn các hệ số
đó sẽ tícli luỹ các sai số từ các sai số quan trắc của các đai lư<mg y, X
cíĩng nlnr từ việc máy tính làm tròn số khi thực hiện tính toán. Với n càng

lớn I hì sai số càng lớn. Vì lí do đó mà nil i ổ 11 khi lăng số lụm ụ lử (long
công thức thực nghiêm, sai số trung hình loàn phương cua cóng (hức
không giảm đi như lí llniyết mà lại lăng lên. Do vây, la pliải tìm cách
giảm sô hạng tử này xuống mà vẫn giữ được clnít lượng của công 111 ức.
Để làm việc này la áp dụng qui tắc sau:
Tăng dổn số hạng tử ử vế phái của công ihức (tăng n), mỗi lần như
vâv lại tínli lại các hê số theo plnrơng pliáp hình plunmu lôi Iliiếu và
lính lai tổng hình phương cùa các độ 1 cell Bn theo côn ụ 111 ức
17
ĐAI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRUNG TÂM t h ò n g tin th ư v iề n
0 T~ / Ậ Q
N f N
En = Y j ~ S akX
i=l V k-1
(2.17)
Cần phải chia giá trị En tính dược cho (N-n-1) và so sánh (ỉ số thu
được với giá trị trước đó của tỉ số ấy. Phải tăng số hạng tử trong công
thức cho đến khi tỉ số
E„
s 0 =•
" N -n -1
(2.18)
ngừng giảm một cách đáng kể, lức là có thể áp dụng tiêu chuẩn
< e (2.19)
s u SD+|
s.
với E nhỏ tuỳ chọn, thì dừng lại ở n hạng lử.
18
f

CHƯƠNG 3. XỬ LÝ SỔ LIỆU VẢ KẾT QUẢ TÍNH TOÁN
3.1. SỐ LIỆU VẢ PHƯƠNG PHÁP XỬLÝ s ơ BỘ
rheo cơ sở số liệu của Trung tam tư liệu Khí Tượng-Thnỷ Vãn thì
những giá trị tán xạ D và tổng xạ G là đưực quan trắc một cách không
liên tục mà chỉ quan trắc theo các ốp cứ 3 giờ một lẩn, quan Irắc bắt đẩu
từ 0hH0\ 6h3 0 \ 9h3 0\ 12h3 0 \ 15h3 0 \ 18h3 0 \ trong một ngày. Tổng
lượng(độ phơi) ngày của chúng thì dược tính toán theo phương pháp hình
thang. Có một số trạm chúng tôi lấy được số liệu bức xạ đã qui toán
thành các trông lượng ngày, nhưng có những tram khác lại dưới clang chưa
qui toán. Khi đó việc qui toán được thực hiên như sau:
Giả sử ta có các số liệu quan trắc độ rọi tán xạ D|, D2, Dị , Dri ở
các thời điểm quan trắc tj=6h30’, t2=9h30’, lúc Mặt Trời mọc và lặn
ứng với các thời điểm t0, t7 và các giá trị D0 « D7 « 0 (lúc đỏ bức xạ lán
không đáng kể).
19
Trời mọc lạn
ITình 3.1. Đd giải thích sự qui toán số liỌu bức xạ tán
theo phương pháp hình ihang
Như vậy độ phơi lán xạ Irong khoảng ihời gian lừ l,, đốn l, là diên lích
lam giác vuông A (hình 3.1) tức là:
+ D ,) = 1 a .,D , (1.1)
trong đó At I = t, - t0.
Độ phofi lán xạ lừ thời điểm lj đốn t2 là diện lích hình ihíing B. lức là:
H,; = ÌẠ t2(D ,+ D 2) (3.2)
Trong đó Àt2 = t2 - tj
T ổ n g C |uál, đ ộ p h ơ i tá n xạ t r o n g k h o ả n g the ti g i í in li r I, đ e n 1M |. \ (Vi i- í ) .
,6
= ị A Ự D , +D,,,) (Ví)
với Àt = t , - t và D,. D2, là các đô roi lán xạ quan liắc dư<(f lai các ốp.
Cuối cùng kết quả tổng lượng lán xạ của ngày quan trắc dược là:

20
h d = ĩ h ;)ì
6
(3.4)
i = l
Tương tự như cách tính dó đối với tổng xạ trong ngày:
(3.5)
i = l
với
I hơi điểm mặt trời mọc theo giờ thực dịa phương t„ được lính theo
công thức (1.5), còn thời điểm mặt trời lặn thì đối xứng với nó qua giữa
trưa.
Sau khi x ử l í s ơ hộ, lại mỗi tram, mỗi ngày
SC c ó
một hộ ha giá trị
độ phơi lán xạ Hn, tổng xạ Hn và số giờ nắng s gọi là một loai số liệu
quan trắc.
F)ơn vị của ĨĨD, H(,, H„ là w /rn 2.ngày. s, sn línli then giờ/ngày. Số
liệu Hp, Ht;, s dùng để xác định công thức thực nghiêm là các số liệu
quan uắc, còn H0 và s0 là các giá trị lính toán (cách lính cluing dã nêu
trong mục 2.1). Việc tính toán H0 và s0 được lập trình Imng ngôn ngữ
3.2. XÁC LẬP, ĐÁNH GIÁ ĐỘ CHÍNH XÁC CỦA CỒNG THÚC
Các bước liên hành để dự đoán dang hàm dã IỈƯIÍC trình bày Irong
mục 2.1. Cách làm cụ thể như sau:
Từ số liệu qiiíin trắc la tính được các tỷ số
y = ——,Xị=Tc =——, x2 = — đối với từng ngày. Chon nlnìnu 11 uàV mà
H(1 ■ H0 s0
s/s() có giá trị nằm Irong lừng dải hẹp, la châm lèn rnãl phanu các điểm có
FORTRAN.
THực NGHIỆM VÀ NHẬN XÉT KẾT QUẢ

H „ ì
21
đoán được dạng phụ thuộc giữa —— và Tc . Tương tự nhu vậy, chọn những
H0
ngày mà TG có giá trị nằm trong từng dải hẹp, chấm lên mặt pliíing toa độ
các điểm có toạ độ
2 0
s ’ H
V o n o;
và qua sự phân bồ' các điểm đó ta cũng dự
đoán được sự phu thuôc giữa ỉk - và s/s0. Các hình từ 3.2 đốn 3.15 là ví
Hg
dụ minh hoạ cho việc làm này đối với số liệu tháng 1 và tháng 7 ử Irạm
Hà Nội.
Qua các hình này ta thấy các điổm phân hố thành các clíii gàn như thẳng
chứng tỏ các sự phụ thuộc đang xét là tuyến tính. Vây ta có thổ xấp xỉ hàm
thực nghiệm =f(tn,.s/s0) clưứi dạng:
*‘o
= a, + a2TG +a3 — (3Ố )
Ho s0
Hoặc
= a, + a 2t G + a 3 — + a,Tn — (3-7)
sn s0
Cả hai dạng hàm như (rên đều đảm hảo sự phụ ihuôc luyến tính
giữa hàm số và các đối số. Dạng (3.7) hiển nhiên là hao trùm cả (lạng
(3.6), do vậy, ta sẽ xác định các hệ số của công thức (3.7). Tuy nhiỏn, để
giảm bớt được sai số hệ thống của công ihức llụrc nghiệm lính H D, ta
không tìm cồng thức dưới dạng (3.7) mà nhân hai vế của nỏ với H(, và
được :
9 s 11 s

H„ = a,Hf. + a7Tf!H0 + a , t a ,T,. H„ =a,H,. I a„ ta,- H,.
s0 SM H(, sn
n . K )
Đòi chiếu công thức (2.15) với (3.X) la thấy 11=4,
x [k = H Gk , x 2k — t(jk ^G k ’^
3
k — “ “ H(;k , X
4
k — x r.k H ( ;k ’ y lit ~M |)|c ■ G
1
il
•s0k s()k
II,. s
«, -
Hr, s„
22