CERN从2004年开始对生态监测网络中所有的气象辐射观测系统进行全面升级改造，之后所有传感器都符合WMO标准，精密度和稳定性高，可获得高质量的辐射观测数据。我们首先根据“混合模型”，利用CMA常规观测数据（如日照时数、气压、温度和相对湿度），MODIS的AOD数据和NASA/GSFC的O3数据模拟得到724个站点的地面总辐射历史数据；然后利用CERN 39个站总辐射观测数据以及大气层顶天文辐射数据得到晴空指数，由39个站点PAR观测数据、晴空指数、太阳高度角和日照时数完成PAR模块参数化方案及验证，最后使用该方案重构得到CMA的724个观测站日光合有效辐射数据。图2为数据集生成技术路线图，简要描述了数据集的生成过程。
阳坤研发的“混合模型”是一个半物理半经验模型，既实现了Ångström模型计算的简便性，又包含了辐射传输过程中的物理过程。具体思路为：晴空时，太阳辐射穿过大气时因受到瑞利散射、臭氧吸收、气溶胶吸收和散射、水汽吸收以及均一混合气体吸收而衰减，这5种衰减作用对应的透过率分别表示为 \({\tau }_{r}、{\tau }_{oz}、{\tau }_{a}、{\tau }_{w}、{\tau }_{g}\) 。太阳直接辐射透过率和散射辐射透过率分别表示为 \({\tau }_{b}\) 、 \({\tau }_{d}\) ，计算方法见公式（1）和（2）。
\[{\tau }_{b}={\tau }_{r}{\tau }_{oz}{\tau }_{a}{\tau }_{w}{\tau }_{g} \]
(1)
\[{\tau }_{d}=0.5\text{ }\left[{\tau }_{oz}{\tau }_{g}{\tau }_{w}\left(1-{\tau }_{a}{\tau }_{r}\right)\right] \]
(2)
以上公式中的5种透过率可通过地面气压、大气可降水量、臭氧层厚度以及Ångström大气浑浊度β计算获得，具体计算过程可参见Yang
[16]等人的研究。由公式（3）可获得晴空大气状况下到达地面的太阳辐射日值
\({R}_{clear}\) ，
\({t}_{1}\) 和
\({t}_{2}\) 分别为日出和日落时刻，
\({R}_{0}\) 是大气层顶的天文辐射。
\[{R}_{clear}={\int }_{{t}_{1}}^{{t}_{2}}\left({\tau }_{b}+{\tau }_{d}\right){R}_{0}dt \]
(3)
有云时，云的透过率 \({\tau }_{c}\) 可以通过日照时数得到，其参数化方案如公式（4）。其中，n为日照时数，\({N }_{s}\) 为最大可能日照时数，即晴空大气条件下到达地面的太阳直接辐射超过120 W·m-2的日照时数。此条件下，到达地面的太阳辐射日值\({R}_{s}\) 计算见公式（5）。
\[{\tau }_{c}=0.2505+1.1468n/{N}_{s}-0.3974{\left(n/{N}_{s}\right)}^{2}\]
(4)
\[{R}_{s}={\tau }_{c}\cdot {R}_{clear} \]
(5)
由于光合有效辐射与总辐射的变化规律基本一致，因此有学者用晴空指数\({K}_{s}\) 和太阳高度角建立了光合有效辐射参数化估算模型，晴空指数的计算见公式（6）。
\[{K}_{s}={R}_{s}/{R}_{0} \]
(6)
许多研究表明，不同\({K}_{s}\) 范围内，光合有效辐射随太阳高度角正弦值（\(\mu \) )变化关系可以用幂函数的形式表示，见公式（7）。 \({PAR}_{m}\)为\(\mu \) 等于单位太阳高度角正弦值时的光合有效辐射值， \(e\) 为光合有效辐射值随太阳高度角正弦值的变化程度。而 \({PAR}_{m}\) 与 \({K}_{s}\) 存在如公式（8）的关系。a、b、c、d为拟合参数。
\[PAR=PA{R}_{m}×{\mu }^{e} \]
(7)
\[PA{R}_{m}=a+b×{K}_{s}+c×{K}_{s}^{2}+d×{K}_{s}^{3} \]
(8)
通过拟合计算得到光合有效辐射值日累计值 \({PAR}_{daily}\)，估算方法见公式（9）。其中 \(\overline{{K}_{s}}\) 为地面总辐射日累计值和天文辐射日累计值的比值， \(\overline{\mu}\) 为每天日出到日落太阳天顶角余弦值的均值， \({t}_{d}\) 为日照时数。A、B、C、D、E这5个参数可以通过拟合获取。它们与地理位置和气候类型相关，因而各个区域的参数有所不同。
\[PA{R}_{daily}=\left(A+B×\overline{{K}_{s}}+C×{\overline{{K}_{s}}}^{2}+D×{\overline{{K}_{s}}}^{3}\right)×{\overline{\mu }}^{E}×{t}_{d} \]
(9)
我国8个区域的光合有效辐射重构的参数化方案如表1所示。
| 代表站点 | 区域分区 | 估算公式 |
|---|
| 海伦 | NEC | \(\left(0.28+9.01×\overline{{K}_{s}}+2.03×{\overline{{K}_{s}}}^{2}-1.89×{\overline{{K}_{s}}}^{3}\right)×{\overline{\mu }}^{1.19}×{t}_{d}\) |
| 北京森林 | NCP | \(\left(0.03+10.57×\overline{{K}_{s}}-4.44×{\overline{{K}_{s}}}^{2}+3.37×{\overline{{K}_{s}}}^{3}\right)×{\overline{\mu }}^{1.06}×{t}_{d}\) |
| 沙坡头 | NC | \(\left(0.24+10.18×\overline{{K}_{s}}+1.43×{\overline{{K}_{s}}}^{2}-1.78×{\overline{{K}_{s}}}^{3}\right)×{\overline{\mu }}^{1.24}×{t}_{d}\) |
| 阜康 | NWC | \(\left(0.44+7.97×\overline{{K}_{s}}+5.84×{\overline{{K}_{s}}}^{2}-5.42×{\overline{{K}_{s}}}^{3}\right)×{\overline{\mu }}^{1.12}×{t}_{d}\) |
| 拉萨 | TP | \(\left(2.67-5.83×\overline{{K}_{s}}+30.42×{\overline{{K}_{s}}}^{2}-19.37×{\overline{{K}_{s}}}^{3}\right)×{\overline{\mu }}^{1.14}×{t}_{d}\) |
| 盐亭 | SWC | \(\left(0.20+9.22×\overline{{K}_{s}}+1.34×{\overline{{K}_{s}}}^{2}-1.43×{\overline{{K}_{s}}}^{3}\right)×{\overline{\mu }}^{1.25}×{t}_{d}\) |
| 鼎湖山 | SEC | \(\left(0.07+9.47×\overline{{K}_{s}}-2.10×{\overline{{K}_{s}}}^{2}+2.26×{\overline{{K}_{s}}}^{3}\right)×{\overline{\mu }}^{1.06}×{t}_{d}\) |
| 东湖 | EC | \(\left(0.18+9.26×\overline{{K}_{s}}+0.91×{\overline{{K}_{s}}}^{2}-1.01×{\overline{{K}_{s}}}^{3}\right)×{\overline{\mu }}^{1.18}×{t}_{d}\) |
d)，用户在使用时应注意数据单位。
