Doctoral Dissertation Research: Evaluation of a Subcanopy Solar Radiation Model Under Real-Sky Conditions with Field Validation Measurements

博士论文研究:通过现场验证测量评估真实天空条件下的亚冠层太阳辐射模型

基本信息

  • 批准号:
    1830190
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.4万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-08-01 至 2020-07-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This doctoral dissertation research project will study the complex interactions among topography, forest cover, and sky conditions on solar insolation, thereby providing more accurate and higher-resolution estimates of solar radiation reaching the ground surface. The project will enhance the capabilities of researchers and practitioners to incorporate the effects of atmospheric conditions and vegetation in solar radiation models that are needed to advance research about surface solar radiation, heat flux, and ground and surface water temperature dynamics. In addition to evaluating a high-resolution, spatially explicit approach to estimating the amount of solar radiation penetrating forest canopies over extensive areas, this project will demonstrate methods for incorporating real-sky conditions in the modeling of stream temperatures. The integrative model to be developed by the doctoral student will have the potential to be a powerful, spatially explicit tool for demonstrating linkages among stream processes, land-management, and ecosystem outcomes that can be adapted to a broad range of natural and human-modified environments. As a Doctoral Dissertation Research Improvement award, this award also will provide support to enable a promising student to establish a strong independent research career. The project also will provide valuable experience in collaborative interdisciplinary research for another graduate student serving as a technician on this project.A recently developed subcanopy solar radiation modeling method that uses airborne LiDAR data and is integrated with an open-source, bare-earth solar radiation model demonstrated that light penetration through forest canopies could be estimated and used to produce high resolution estimates of subcanopy solar radiation for vegetated landscapes. That solar radiation model allows parameterization of the effects of atmospheric conditions where the solar radiation reaching the canopy surface is affected by atmospheric aerosols, water vapor, and clouds. The information needed to parameterize atmospheric conditions is not widely available for most locations in the United States, however. Although values representing uniformly clear or overcast sky conditions or published values of historic averages can be used, values more representative of real-sky conditions should improve the accuracy of the solar radiation estimates for specific locations and time periods. The doctoral student will build on these recent advances in solar radiation modeling and the increased availability of remotely sensed data by incorporating the combined effects of atmospheric conditions, forest canopies, and topography to improve estimates of subcanopy solar radiation in a Southern Appalachian headwater basin. The student will develop open-science workflows to compute the Linke Turbidity value and the clear sky index using existing methods and available satellite data for the parameterization of atmospheric conditions. She will test the validity of the solar radiation models with general and computed atmospheric condition parameters, and she will evaluate model accuracy with field measurements of subcanopy solar radiation. She also will determine whether the inclusion of real-sky and forest canopy conditions to estimate solar radiation improves the accuracy of steam temperature estimates.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该博士学位论文研究项目将研究太阳能日期的地形,森林覆盖物和天空条件之间的复杂相互作用,从而为太阳辐射到达地面的太阳辐射提供了更准确,更高分辨率的估计。 该项目将增强研究人员和从业人员在太阳辐射模型中纳入大气条件和植被的影响的能力,这些模型是为了推动有关表面太阳辐射,热量,地面和地表水温动态的研究。 除了评估高分辨率的明确方法以估计在广泛区域的太阳辐射穿透性森林檐篷的量外,该项目还将展示在河流温度建模中纳入真正的天际条件的方法。 博士生开发的综合模型将有可能成为一种强大的空间上明确的工具,以展示可以适应广泛自然和人类修饰环境的流过程,土地管理和生态系统成果之间的联系。 作为博士学位论文研究改进奖,该奖项还将提供支持,使有前途的学生能够建立强大的独立研究职业。 该项目还将为另一位作为该项目的技术人员提供协作跨学科研究的宝贵经验。最近开发了使用空中雷达数据的亚销售太阳能辐射建模方法,并与开源的裸露辐射模型集成在一起,表明,通过森林范围和范围散发了山地的辐射,可以估算出山脉的范围,并估算了降级的山脉估算。 太阳辐射模型允许参数化大气条件的影响,在大气辐射到达冠层表面的影响受大气气溶胶,水蒸气和云的影响。但是,在美国大多数地方,参数化大气条件所需的信息并不广泛。 尽管可以使用代表统一清晰或阴沉的天空条件或已发布的历史平均值值的值,但更代表真正的天际条件的值应提高特定位置和时间段的太阳辐射估计值的准确性。 博士生将建立在太阳辐射建模的这些最新进展的基础上,并通过纳入大气条件,森林檐篷和地形的综合效果来提高阿巴拉契亚南部雷巴拉契亚源水盆地亚canopy太阳辐射的估计值,从而提高了遥感数据的可用性。 学生将使用现有方法和可用的卫星数据来开发开放科学工作流程,以计算Linke浊度值和透明天空指数,以用于大气条件的参数化。 她将使用一般和计算的大气条件参数测试太阳辐射模型的有效性,并将通过亚销售太阳辐射的现场测量值评估模型的准确性。 她还将确定包含真正的天山和森林冠层条件以估计太阳辐射是否提高了蒸汽温度估计的准确性。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子和更广泛影响的评估来审查标准的评估值得支持的。

项目成果

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