未來我國太陽總輻射時序變化趨勢的R/S分析

（北京市官廳水庫管理處 河北張家口075441）

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利用覆蓋全國范圍自1956年至2009年涉及651個站點的地面總輻射觀測數據，結合國內外有關地面太陽輻射50多年來變化趨勢的研究，采用重標極差法分析全國范圍內地面太陽總輻射時間序列的持續性與反持續性，并討論了我國不同地區未來太陽總輻射時間序列變化的復雜性。結果表明：西藏中部和怒江流域、新疆地區、西北地區以南、內蒙古高原地區、東北地區以北西南地區、華北地區、華中地區、華南地區的太陽輻射的年時間序列在未來的一段時間內呈下降趨勢；新疆北部、青海北部、甘肅北部、東北地區以南、西藏西部及山南地區、粵西北地區及貴州東部地區的年時間序列在未來的一段時間內呈上升趨勢。

太陽總輻射持續性R/S分析Hurst指數

太陽輻射是地球-大氣系統最重要的能量來源，也是產生大氣運動的主要動力，它從根本上決定著地球-大氣的熱狀況[1]，是維持地球氣候系統及生態系統能量平衡的重要因子。因此，研究分析太陽總輻射在未來一段時間內的變化趨勢對全國氣候變化的預測起著重要的作用。國內學者楊勝鵬等[2]研究發現，我國平均太陽總輻射呈先減少、后增加的趨勢；石磊等[3]研究了怒江流域近三十年太陽總輻射變化呈先下降后上升的趨勢；王學峰等[4]研究了云南地區自1961-2007年太陽總輻射變化呈減少趨勢。

1 方法及原理

1.1 R/S法

赫斯特（Hurst）指數是基于重標極差(R/S)分析方法基礎上建立的、作為判斷時間序列數據遵從隨機游走還是有偏的隨機游走過程的指標。其原理為：對于時間序列{}，t=1,2，···T，取n個序列觀測值，推導過程如表1所示。

表1 Hurst指數H值推導過程

對于不同的赫斯特指數H（0

1.2 太陽輻射量計算方法

太陽輻射量一般根據日照時數采用如下公式計算：

式中：為實際日照時數（hr），為最大可能日照時數（hr），（MJ//d）為到達大氣層頂的太陽輻射量，和為區域性參數。

2 研究區域基本信息

2.1 信息數據來源

本文選用了自1956～2009年651個站點的逐日太陽總輻射數據資料，觀測數據由國家氣象局整編（cdc.nmic.cn）。首先根據全國輻射站實測數據，參考孫福寶的插值辦法，由式（8）在各輻射站校正了逐月的和值，然后各常規氣象站點采用距離最近的輻射站的校正值，根據日照時數估算出各站逐日太陽輻射量。擁有實測太陽輻射資料的站點直接采用實測值，估算值作為缺測日期的補充，最后用距離方向加權平均法對所有站點逐日太陽輻射量進行插值處理。

2.2 研究區域概況

本文收集了覆蓋全國范圍的自1956年至2009年涉及651個站點的太陽輻射觀測資料，其中華北、華中、華南及西部地區觀測站分布較為密集，由此根據觀測數據得出的結果較為精確。

3 結果分析與討論

3.1 太陽總輻射年時間序列變化趨勢

對站點進行插值處理后，采用Mann-Kendall趨勢檢驗方法對總輻射進行顯著性檢驗。1956-1990年間太陽總輻射通過了α=0. 05的顯著性檢驗，而1990-2009年間通過了α=0.05的顯著性檢驗的區域僅集中于東北和西北部分地區。根據對檢驗后的數據分析總結，結合我國學者鄭友飛等對我國部分地區近50年的研究，整理結果如表2所示。

表2 全國范圍內太陽輻射變化趨勢表

3.2 太陽總輻射年時間序列變化趨勢的R/S分析

利用搜集到的全國范圍內1956-2009年651個站點的太陽輻射資料，通過對逐個站點數據進行處理，計算太陽總輻射年時間序列，利用R/S法求得年時間序列的赫斯特指數H，結果詳見圖1所示。

由圖1可知，西藏地區、新疆南部、西北地區以南、西南地區、華北地區、華中地區、華南地區Hurst指數均大于0.5，意味著年時間序列在未來一段時間內將保持和過去相一致的持續性，其中云南北部、陜西南部、廣州中部、安徽南部和浙江西北部等地區Hurst指數大于0.65，說明該地區太陽總輻射的年時間序列在未來的一段時間內有更長時間的持續性。而新疆北部、青海北部及甘肅北部、內蒙古高原地區、東北地區、貴州東部地區Hurst指數均小于0.5，說明太陽總輻射量的年時間序列在未來一段時間將保持與過去總體變化相反的持續性，其中，新疆北部、內蒙古東北部及黑龍江西北部地區Hurst指數小于0.35，說明該區域年時間序列在未來一段時間內有更長時間的持續性。

圖1 我國范圍內太陽輻射Hurst指數分布

4 結論

（1）陽輻射以1990年為分水嶺，與世界各地區共同經歷了“全球變暗到變亮”的過程。除內蒙古高原地區、西藏南部和山南地區、粵西北地區、黑龍江北部、吉林中西部地區太陽輻射量（1956-2009年）總體呈上升趨勢外，我國其他地區年均太陽輻射量（1956-2009年）總體呈下降趨勢。

（2均尺度下我國西藏地區、新疆南部、西北地區以南、西南地區、華北地區、華中地區、華南地區Hurst指數均大于0.5，意味著西藏中部和怒江流域、新疆地區、西北地區以南、西南地區、華北地區、華中地區、華南地區太陽輻射的年時間序列在未來的一段時間內呈下降趨勢；而西藏西部及山南地區、粵西北地區的年時間序列在未來的一段時間內呈上升趨勢。

（3均尺度下我國新疆北部、青海北部及甘肅北部、內蒙古高原地區、東北地區、貴州東部地區Hurst指數均小于0.5，說明新疆北部地區、青海北部及甘肅北部、東北地區以南、貴州東部地區的年時間序列在未來的一段時間內呈上升趨勢；而內蒙古高原地區、東北地區以北的年時間序列在未來一段時間內呈下降趨勢。

[1]李曉文，李維亮，周秀驥.中國近30年太陽輻射狀況研究 [J].應用氣象學報，1998，9（1）:24-31.

[2]楊勝鵬，王可麗，呂世華.近40年來中國大陸總輻射的演變特征 [J].太陽能學報，2007，28(3):227-232.

[3]石磊，杜軍.怒江流域近30年太陽總輻射變化趨勢.安徽農業科學 [J]，2010，38( 23):12767-12769，12775-12775.

[4]王學鋒，朱勇，范立張，楊鵬武，楊曉鵬.1961-2007年云南太陽總輻射時空變化特征 [J].氣候變化研究進展，2009，5(1):29-34.

未來我國太陽總輻射時序變化趨勢的R/S分析

■湯洋 房鳳華 宗睿

P461+.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-10-274-2