關(guān)于霧霾天氣對太陽輻射量的影響研究實(shí)驗(yàn)

陳燦 何珍 何穎 趙夢 范凱歌

摘 要：本實(shí)驗(yàn)主要通過對不同天內(nèi)太陽輻射量和PM2.5的數(shù)值關(guān)系的定性分析來研究霧霾天氣對太陽輻射量的影響。就上海市松江地區(qū)而言，我們對日照計(jì)測得的太陽輻射量以及上海松江氣象局采集到的PM2.5數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，為了排除其他因素的影響，選取相同溫度和天氣條件下的兩天的數(shù)據(jù)對比，最后得出結(jié)論：霧霾天氣對太陽能輻射量有負(fù)面影響。

關(guān)鍵詞：霧霾天氣 PM2.5 太陽輻射量

中圖分類號：X513 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）02（b）-0114-03

Experimental studies on the effects of fog and haze on solar radiation

Chen Can He Zhen He Ying Zhao Meng Fan Kaige

（Mechanical Engineering Department， Shanghai University of Engineering Science， Shanghai，201600， China）

Abstract：This experiment mainly research the effects of fog and haze on solar radiation through analyzing the magnitude relation between the solar radiation and PM2.5 on different days qualitatively.As far as songjiang District of Shanghai is concerned ，we have analyzed the amount of the solar radiation measured by Sunshine Recorder and PM2.5 collected by the Songjiang Meteorological Bureau. In order to eliminate the influence of other factors， we have selected two days with the same temperature and weather conditions. After comparing we come to the final conclusion： the haze weather has a negative effect on the amount of solar radiation.

Key Words： The haze weather；PM2.5；Solar radiation

眾所周知，近年來霧霾天氣成了當(dāng)今社會的熱詞。霧霾對人體的危害非常大，不僅對呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)有嚴(yán)重影響，專家指出霧霾天氣還會影響我們的心理健康[1]。PM2.5（細(xì)顆粒物指環(huán)境空氣中空氣動力學(xué)當(dāng)量直徑小于等于2.5μm的顆粒物 ）是霧霾天氣的主要成因，PM2.5主要來自化石燃料的燃燒（如機(jī)動車尾氣、燃煤）、揮發(fā)性有機(jī)物等。粒徑小，面積大，活性強(qiáng)，易附帶有毒、有害物質(zhì)（例如，重金屬、微生物等），且在大氣中的停留時間長、輸送距離遠(yuǎn)，因而對人體健康和大氣環(huán)境質(zhì)量的影響大[2]。當(dāng)霧霾嚴(yán)重時，戶外空氣渾濁甚至看不到陽光，猜想，霧霾天氣或許對太陽輻射量有一定的影響。而太陽能作為可再生的清潔能源對人類的生活、社會的發(fā)展有重大意義。分析PM2.5濃度與太陽能輻射量的關(guān)系，從而了解霧霾天氣對太陽能的影響對太陽能的利用具有重大意義。

1 實(shí)驗(yàn)裝備及原理

本實(shí)驗(yàn)裝備簡單，只需要一個日照計(jì)和一臺計(jì)算機(jī)，日照計(jì)是記錄一天中太陽直接輻射達(dá)到一定輻照度的時間的儀器，計(jì)算機(jī)用來記錄數(shù)據(jù)。PMA2145日射強(qiáng)度計(jì)基于熱電堆技術(shù)，確保了寬光譜靈敏度以及長期使用穩(wěn)定性。PMA2145有64個熱電偶結(jié)傳感元件組成。傳感元件鍍有基于非有機(jī)鍍膜技術(shù)的高穩(wěn)定碳，從而保證了卓越的光譜吸收以及長期穩(wěn)定性，傳 感元件外層是兩個同心Schott K5 半球[3]。傳感原件接受到太陽光通過FU-100光纜將信息傳到計(jì)算機(jī)上輸出，即可得到太陽輻射量數(shù)據(jù)。而PM2.5則可以直接從上海松江氣象局采集到。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

本實(shí)驗(yàn)選取上海霧霾天氣嚴(yán)重的3月及5月進(jìn)行分析，日照計(jì)所測得的數(shù)據(jù)是一分鐘一次，將其小時化再日化得到每天的太陽能輻射量，最后得出每天8點(diǎn)到18點(diǎn)的太陽能輻射量，以及在上海松江氣象局采集到的PM2.5的數(shù)值。從而得到本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)，如表1。

考慮到天氣溫度和天氣狀況等因素的影響，選取天氣狀況相似且溫度相同（PM2.5不同）的兩天的太陽能輻射量進(jìn)行逐時記錄，如表2。

3 數(shù)據(jù)分析

由表1可繪得折線圖如圖1和圖2。

由圖1和圖2可以看出：太陽輻射量的變化趨勢和PM2.5的變化趨勢相反。PM2.5值大時相應(yīng)的太陽輻射量就小。例如對比3月份的20號、21號，21號的PM2.5值減少了許多，即霧霾天氣得到緩解，21號的太陽輻射量明顯增高。再例如5月6號和7號，7號相對6號PM2.5值增加了而太陽輻射量卻減少了。由此可以看出PM2.5對太陽輻射量有負(fù)面影響。

由表2繪出折線圖如圖3。

由圖3可看出PM2.5數(shù)值大（霧霾天氣嚴(yán)重）的那天太陽輻射量較小，相反，PM2.5數(shù)值小的另一天太陽輻射量較大。由此可知PM2.5對太陽輻射量的影響十分明顯。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

由上述數(shù)據(jù)分析可知霧霾天氣（PM2.5值）對太陽輻射量的影響是非常明顯的，這不僅影響太陽能的利用，也會影響農(nóng)作物的生長以及人的身體健康，對社會經(jīng)濟(jì)造成了一定的影響，可見霧霾天氣的嚴(yán)重性。

世界衛(wèi)生組織（WHO）認(rèn)為，PM2.5小于10是安全值，當(dāng)PM2.5年均濃度達(dá)到每立方米35微克時，人的死亡風(fēng)險比每立方米10微克的情形約增加15%[4]。而中國的許多地區(qū)全部高于50接近80，PM2.5的危害給世界敲起了警鐘。化石燃料的燃燒是PM2.5的主要來源，而太陽能作為可以部分代替化石燃料的清潔能源卻受到PM2.5的影響。人類從地球上索取的太多，大自然在報(bào)復(fù)人類。為防止惡性循環(huán)，對環(huán)境的保護(hù)以及對資源的利用是當(dāng)今社會面臨最為嚴(yán)峻問題。保護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源，保護(hù)的不僅是地球更是我們自己。盡管霧霾對太陽輻射量有影響，更要增加太陽能的使用從而減少化石燃料的燃燒從而緩解霧霾現(xiàn)象[5]。太陽能采暖是節(jié)能減排，減少霧霾污染的有效途徑之一，希望研究者們能找出PM2.5的濃度值與太陽輻射量的定量關(guān)系，以便能更好的利用太陽能，將太陽能采暖技術(shù)上升到新的檔次。

參考文獻(xiàn)

[1] 閆順生，李海花.細(xì)顆粒物PM2.5的危害與防治[J].科技信息，2013（15）：38-39.

[2] 曹軍驥.PM2.5與環(huán)境[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[3] 侯長來.太陽跟蹤裝置與技術(shù)[M].沈陽：遼寧科學(xué)技術(shù)出版社，2013.

[4] 王作元譯.空氣質(zhì)量準(zhǔn)則[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2003.

[5] 白志鵬.空氣顆粒物污染與防治[M].北京：人民衛(wèi)生出版社，2011.