唐山市太陽總輻射變化特征分析

陳震　王冠　王丹

摘要 利用Angstrom模型對唐山市11個觀測站日照百分率逐月資料進行擬合，并計算唐山市太陽總輻射值。結果表明，Angstrom模型擬合的決定系數達0.67，日照百分率與太陽總輻射具有較強正相關關系，可用于唐山市太陽總輻射值計算；太陽輻射以80.3 MJ/（m2·10年）的速率逐年下降，1998年之前太陽輻射下降明顯，之后緩慢上升，輻射變化階段性突出；太陽輻射月變化呈單峰分布，5月最高，12月最低；太陽輻射呈“西北少、東南多”的空間分布特征，地形因素可能是太陽輻射分布不均的原因。

關鍵詞 太陽輻射；Angstrom模型；特征分析；河北唐山

中圖分類號 S162 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2017）16-0187-02

Abstract The Angstrom model was used to simulate the monthly sunshine percentage of 11 stations in Tangshan City and calculate the total solar radiation.The results showed that R2 was about 0.67 and there had strong positive correlation between monthly sunshine percentage and solar radiation.The solar radiation decreased before 1998 and then increased.From 1986 to 2015，the solar radiation decreased at a rate of 80.3 MJ/m2 per decade.Monthly solar radiation showed single-peak distribution，it veached the highest in May and reached the bottom in December.Spatial distribution characteristics of solar radiation were higher in northwest and lower in southeast，and the terrain factors might be responsible for the uneven distribution.

Key words solar radiation；Angstrom model；feature analysis；Tangshan Hebei

太陽輻射是大氣運動、植物生長的主要能量來源。在全球氣候變暖、溫室效應日益突出的背景下，太陽能作為一種清潔可再生能源，越來越受到人們的關注。Angstrom[1]最先發現了月尺度的天文輻射與到達地面的輻射存在著顯著線性關系。馮瑞萍等[2]指出銀川市太陽輻射存在“春季猛增，秋季急降”的特點。肖晶晶等[3]對比了5種太陽總輻射計算模型發現孫志安提出的公式擬合效果最好，并且以此分析了浙江省太陽輻射分布特征。趙 東等[4]分析了三峽庫區的太陽輻射分布，發現庫區秋冬差異極大，上游太陽輻射少，下游太陽輻射多。袁淑杰等[5]結合地形因素分析了四川省太陽輻射分布，發現太陽輻射受緯度的影響不大，但是受海拔及地形的影響十分明顯。通過對唐山市太陽輻射進行分析，有利于唐山市對太陽能資源的利用，減少化石燃料燃燒，改善環境質量。

1 資料與方法

1.1 資料來源

所用資料為北京、樂亭、天津3站的太陽總輻射和日照百分率資料以及1986—2015年唐山市11個氣象觀測站日照百分率資料。其中北京、樂亭、天津3個站資料來源于中國氣象數據網，唐山市11個區域站資料源于河北省氣象信息共享平臺，天文輻射數據由計算獲得。所有資料均為月尺度量級。

1.2 研究方法

本文利用Angstrom提出的模型進行分析，Angstrom對太陽總輻射的表述為：

Q=Qs（a+b×S）（1）

式中，Q是月總太陽總輻射，Qs是月總天文輻射，a和b是經驗系數，S是日照百分率。

計算時先通過公式（1）計算北京、亭和天津各月經驗系數，再以決定系數R2為標準挑選出最佳經驗參數并進行顯著性檢驗。最后將最佳參數代入公式（1）計算唐山市11個站的太陽總輻射。

2 模型精度檢驗

從表1可以看到，各月相關系數R均大于0.8，即Q與S具有較強的相關關系。9月和11月的相關系數分別達到0.93和0.92。所有月份的經驗系數均通過α=0.05的顯著性水平檢驗。Angstrom模型可以很好地模擬唐山地區太陽總輻射。

3 結果與分析

3.1 太陽輻射年變化

由圖1可知，太陽輻射總體呈下降趨勢，下降速率約為80.3 MJ/（m2·10年）。太陽輻射最大值為5 366.87 MJ/m2，出現在1989年；最小值為4761.10 MJ/m2，出現在1998年。20世紀80年代中期至90年代末期是太陽輻射的明顯減弱期，這一時期的下降速率約為22.35 MJ/（m2·10年），其特點是波動明顯、振幅較大。20世紀90年代末至今，太陽輻射在波動中回升，波動較為平穩，回升速率約為0.82 MJ/（m2·10年）。總體而言，近30年唐山地區太陽輻射先下降后上升，總體呈下降趨勢。

3.2 太陽輻射月變化

由圖2可知，太陽輻射月變化呈單峰分布。自1月起輻射值快速上升，5月達到最大值（626.65 MJ/m2），此后逐漸下降，7月和8月基本持平，進入秋季后因太陽直射點南移，北半球接收的太陽輻射也隨之減小。總體來看，太陽輻射春季最大，夏季次之，冬季最小。夏季由于多云雨天氣，在云對太陽輻射阻擋以及水汽對太陽輻射削弱的共同作用下，夏季太陽輻射值小于春季。endprint

3.3 太陽輻射空間分布

由圖3可以看出，太陽輻射年均值為4 960 ～5 200 MJ/m2，空間分布呈“西北少，東南多”的分布特征。南北各有一極值中心，北部太陽輻射極小值中心位于遷西縣，輻射值 <4 960 MJ/m2；南部太陽輻射極大值中心位于曹妃甸，輻射值>5 200 MJ/m2。唐山市太陽輻射南北差異較大，地形因素可能是造成這種差異的原因。南部地區多為平原，地勢平擔，輻射極大值中心曹妃甸瀕臨渤海，日照充足。輻射值極小值中心遷西縣多山地地形，起伏地形下坡度對太陽輻射有著重要影響。此外，山地間小氣候也是影響太陽輻射的重要因子。

4 結論

（1）Angstrom模型對唐山市太陽總輻射擬合效果較好。各月相關系數均>0.8，個別月份相關系數>0.9，經驗系數均達到極顯著相關水平。擬合公式的決定系數>0.67，擬合效果較好。

（2）唐山市太陽輻射呈逐年下降趨勢，氣候傾向率約為80.3 MJ/（m2·10年）。20世紀80年代中期至90年代末是太陽輻射的下降時期，輻射的極大值和極小值均出現在這一階段。20世紀90年代后期至今是太陽輻射的緩慢回升期，波動較為平穩。唐山市太陽輻射月變化呈單峰分布特征，春季太陽輻射最強，冬季最弱。由于夏季恰好是華北汛期，云對太陽輻射的阻擋及水汽對太陽輻射的削弱，造成夏季輻射小于春季。

（3）“西北少，東南高”是唐山市太陽輻射的空間分布特點。唐山市太陽輻射自東南至西北逐漸減少，南北各有一極值中心。極大值中心位于曹妃甸，極小值位于遷西縣。地形因素可能是造成太陽輻射分布不均的原因。

5 參考文獻

[1] ANGSTROM A.Solar and terrestrial radiation[J].Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1924，50（210）：121-126.

[2] 馮瑞萍，張智，姜娜娜，等.銀川市太陽輻射氣候變化特征分析[J].江西農業學報，2013（9）：111-114.

[3] 肖晶晶，金志鳳，李娜，等.浙江省太陽輻射計算及分布特征[J].浙江氣象，2012（3）：13-17.

[4] 趙東，祝昌漢，羅勇，等.三峽庫區太陽能資源基本特征及其演變[J].自然資源學報，2009（11）：1984-1993.

[5] 袁淑杰，李鈺春，向樂，等.起伏地形下四川省太陽直接輻射時空分布特征[J].干旱氣象，2016（1）：20-25.endprint