修文縣太陽總輻射計算與分析

2015-05-04 08:38:41陳夢圓唐紅祥

中低緯山地氣象 2015年2期

陳夢圓，王剛，唐紅祥

(1.貴州省修文縣氣象局，貴州修文 550200；2.貴州省農村綜合經濟信息中心，貴州貴陽 550002)

修文縣太陽總輻射計算與分析

陳夢圓1，王剛2，唐紅祥1

(1.貴州省修文縣氣象局，貴州修文 550200；2.貴州省農村綜合經濟信息中心，貴州貴陽 550002)

利用修文縣1963—2010年日照百分率，采用日照百分率擬合公式，計算得出修文的日照總輻射，結果表明修文的年太陽總輻射在3 077.57～4 010.6 mJ·m-2之間。并在此基礎上分析修文總輻射的分布特征如下：從年際變化趨勢來看，修文年太陽輻射呈下降趨勢，但變化不大，每年的下降幅度為3.3 mJ·m-2；從月際變化趨勢來看，修文太陽總輻射隨月份變化曲線呈拋物線形， 1—7月輻射逐漸增強，7—12月輻射逐漸減弱，7月輻射最強，1月輻射最弱；修文屬于太陽輻射較貧乏帶；云量的增多是年輻射減少的主要因素。

修文；太陽總輻射；天文輻射；分布特征

1 引言

太陽總輻射是地球表面某一觀測點水平面上接收太陽的直射輻射與太陽散射輻射的總和，輻射與農作物生長密不可分，已知太陽總輻射，可為開展農業區劃細化和太陽能的利用研究等提供數據參考，修文縣氣象站為國家一般氣象站，無太陽輻射觀測項目，因此計算修文太陽輻射，具有實用意義。目前，太陽輻射的計算方法可分為兩種，一是統計模擬方法，利用有限的地面輻射資料與影響太陽輻射的各類因子建立統計模型來計算；二是利用衛星測值反演推算。由于受觀測資料的限制，國內一般都采用統計方法。本文根據日照百分率擬合公式計算出修文日照總輻射，并分析太陽輻射的分布規律。

2 資料與計算方法

本文選取修文縣國家一般氣象站1963—2010年每月日照時數作為基礎數據。計算方法選用日天文輻射總量的計算公式[2]，日照百分率擬合公式，并使用C語言編程計算。

2.1 天文總輻射的計算方法

日天文輻射總量的計算公式：

式中：T為1d的周期(24×60×60s)，ω0為時角，φ為地理緯度，δ為太陽赤緯，I0為太陽常數(13.67×10-4mJ·m-2·s-1，ρ為日地相對距離，即某天的日地距離(r)與日地平均距離(r0)的比值，可由下列公式求得：

ρ2=(r/r0)=1.000 110+0.032 21cosθ+

0.001 280sinθ+0.000 719cos2θ+0.000 077sin2θ

月天文輻射計算公式：Qj=∑Qi(j=1……12;i=1……31或30、29、28)(即通過日天文輻射逐日累計求出月天文總輻射)。

2.2 a、b經驗系數的計算方法

根據某地歷年各月的實測太陽總輻射和相應的日照百分率用SPSS軟件和線性回歸方法，對逐月太陽輻射進行擬合，得出該地日照百分率擬合公式Q=Q0(a+bs) (Q0為天文輻射，s為日照百分率，a，b為經驗系數)中的各月經驗系數a、b值。由于修文無太陽輻射觀測項目，本文引用臨近站點貴陽市的各月經驗系數值，見表1。

2.3 修文太陽總輻射的計算

將貴陽市各月經驗系數值a、b，修文日照百分率s，月天文輻射Q0帶入日照百分率擬合公式：Q=Q0(a+bs)中，則計算出修文各月太總陽輻射值。

表1 貴陽市各月經驗系數值[1]

3 結果與分析

3.1 計算結果

根據上述公式，得出修文縣各月天文輻射值如表2， 1963—2010年48a修文各月平均太陽輻射、各月最大、最小輻射值如表3，通過求和，修文歷年平均太陽輻射值為3 456.5mJ·m-2。

表2 修文縣各月天文輻射值 (單位：mJ·m-2)

表3 修文各月太陽總輻射 (單位：mJ·m-2)

3.2 修文太陽輻射月變化

根據表3，繪制修文縣各月平均、最大、最小太陽輻射值曲線圖，如圖1所示：

圖1 1963—2010年修文各月平均、最大、最小太陽輻射變化曲線

圖1給出了修文1963—2010年修文各月平均、最大、最小太陽輻射變化曲線，可以看出輻射隨月份變化曲線呈拋物線形， 1—7月輻射逐漸增強，7—12月輻射逐漸減弱，修文7月輻射最強，1月輻射最弱。

3.3 修文太陽輻射年際變化

通過計算，繪制修文1963—2010年的輻射變化曲線，如圖2所示。

圖2 修文太陽輻射年際變化曲線

由圖2可知，修文的年太陽輻射為3 077.57～4 010.6mJ·m-2，接近貴陽市歷年太陽總輻射值2 886.47～4 351.076mJ·m-2，從變化趨勢來看，修文年太陽輻射呈現下降趨勢，但變化不大，每年的下降幅度為3.3mJ·m-2。據研究，太陽輻射一般大于5 016mJ·m-2才有利用價值，很明顯修文的太陽輻射值很低不好利用，根據王炳忠等[3]的太陽能區劃指標和結果：太陽能資源貧乏帶的總輻射年總量不足4 176.34mJ·m-2，修文屬于太陽輻射貧乏帶。

3.4 修文太陽輻射呈下降趨勢的原因分析

分析影響到達地面太陽輻射的因子—云、大氣中水汽含量和透明度條件(表4)。云能散射和吸收太陽輻射，對太陽輻射到達地表有很大的消弱作用，由表4可知：修文年總輻射的變化與年總云量變化呈顯著負相關(通過0.01顯著性檢驗)，說明云量是影響太陽輻射變化的關鍵因素之一。通過對修文云量分析，總云量呈上升趨勢，由于云量與輻射呈負相關，故云量的增多可能是總輻射呈下降趨勢的主要原因。

大氣中的水汽對太陽輻射有一定的吸收作用，相對濕度在一定程度上反應大氣中的水汽含量情況，表4表明：濕度變化與輻射變化雖然通過了0.05的顯著性檢驗，但是相關性較弱，因此修文濕度條件變化可能不是引起修文年總輻射變化的主要原因。

能見度是反應大氣污染狀況和大氣氣溶膠水平的代表數據[4]，氣溶膠對太陽輻射有散射和吸收作用，表4表明：能見度變化與輻射變化未通過0.05的顯著性檢驗，因此能見度可能不是引起修文年總輻射變化的主要原因。