海口市太阳总辐射变化特征及其与气候因子的关系

肖昭伟 王 刚 陈统强 郑亚娜天 周 虹

摘要利用海口地面站1971～2008年太阳总辐射和气象资料,对海口市太阳总辐射特征进行分析,结果表明:1971～2008年海口太阳总辐射以-248.467MJ/m2·a的速度减少,月变化与年变化趋势一致。低云量、水汽压是影响其太阳总辐射的主要气候因子。太阳总辐射与气温关系达到置信度为0.001的极显著水平。

关键词太阳总辐射;变化特征;气候因子;海南海口

中图分类号 S161.1 文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)21-0239-02

不同地区气候的差异和季节的交替,主要是太阳辐射在各地分布不均和随季节变化的结果。笔者利用海口地面站1971～2008年太阳总辐射(1979年、1980年缺测)、低云量、水汽压、气温等资料进行统计分析,探讨海口地区太阳总辐射的变化规律及其与气候因子的关系,为合理开发利用太阳能提供依据。

1海口市太阳总辐射年变化特征

从海口市太阳总辐射变化曲线(见图1)可以看出,海口市太阳总辐射最大值为16 575.93 MJ/m2,出现在1984年;最小值为4 664.13 MJ/m2,出现在1990年。1971～1985年属偏多年份;1986～2008年属偏少年份,且呈波动变化。利用一元线性回归方法对海口市太阳总辐射年变化进行趋势分析,得出其变化趋势方程为Q=12 030.7-248.467t,通过α=0.01的显著检验,变化趋势率为-248.467MJ/m2·a,说明海口市太阳总辐射近36年来呈明显减少趋势。从3年滑动平均变化看,1971～1985年太阳总辐射处于多年平均值以上,1986～2008年太阳总辐射处于多年平均值以下,根据3年滑动平均变化曲线与平均值线判断,1971～1985年属偏多年份;1986～2008年属偏少年份。按照2个时间序列样本平均差是否显著的T-检验法公式,X1、X2、S1、S2分别代表2个时间序列样本的平均值、均方差的无偏估计值,n=N-m+1,N为时间序列样本总数,对m=2,3,…,N-2时,分别计算Tm值,对|Tm|最大值进行检验,若|Tm|≥tα=0.01(m+n-2),则判断发生突变。根据此方法计算|Tm|最大值为19.36,突变点为1985年,突变后平均值比突变前平均值减少6 575.64 MJ/m2·a。

2海口市太阳总辐射月变化特征

由海口市历年各月太阳总辐射资料,根据一元线性方程y=a+bt,利用最小二乘法,求海口市各月太阳总辐射的变化趋势率及观测值与拟合值的相关系数,并绘制趋势率、相关系数变化曲线(见图2)。从图2可以看出,海口市各月太阳总辐射变化趋势率均小于0,说明月总辐射呈减少趋势,与年变化一致。在观测值与拟合值方面,除11月外,其余月份两者相关性在0.01水平上达显著,4～9月变化趋势率均小于-20MJ/m2·a,相对于4～9月,年初、年末各月太阳总辐射减少幅度稍小。

3海口市太阳总辐射与气候因子的关系

3.1海口市太阳总辐射与云量、水汽压的关系

太阳辐射的强弱与许多因子有关,其中最主要的是太阳高度角和大气透明度。当太阳高度角相等时,大气透明度是决定太阳辐射的关键因子。根据资料对太阳总辐射与低云量、水汽压进行相关分析,太阳总辐射与低云量、水汽压的相关系数分别为-0.403、-0.404,通过置信度α=0.05 的显著性检验。可见,随低云量增多,对太阳辐射的削弱越大,到达地面的太阳辐射越少;水汽压越大,说明大气中水汽含量越多,对太阳辐射的削弱越大。从1971～2008年海口市低云量变化看,其变化趋势为2.93份/10a,呈增多趋势,与太阳总辐射呈明显负相关,这可能是由于城市发展而产生城市热岛效应,减弱城市低空大气稳定度,有利于垂直湍流的发展,易产生局部热岛环流,形成垂直上升气流,有利于对流云形成,造成低云量偏多,导致太阳总辐射的减少。

3.2海口市太阳总辐射与气温的关系

空气中的热量主要来源于太阳辐射,太阳辐射到达地面后,一部分被反射,一部分被地面吸收,使地面增热;地面再通过辐射、传导和对流把热传给空气,一般太阳辐射与气温呈正相关关系,即太阳辐射减少,地面吸收的热量减少,气温降低;太阳辐射增多,气温就会升高。对海口市太阳总辐射与气温进行相关统计分析,计算出海口市年太阳总辐射与年平均气温、年平均最高气温、年平均最低气温的相关系数分别为-0.642、-0.543、-0.685,均通过置信度α=0.001的极显著性检验。海口市1971～2008年气温的变化趋势为0.36℃/10a,呈升高趋势,与太阳辐射的变化趋势截然相反,到达地面的太阳辐射减少而气温升高,这是由于太阳辐射减少对地面的降温作用远远小于城市热岛效应引起的升温作用,才造成气温升高。

4结论与讨论

海口市1971～2008年太阳总辐射呈明显的减少趋势,年变化趋势率为-248.467MJ/m2·a。月太阳总辐射变化趋势与年变化一致,4～9月太阳总辐射减少趋势较大,变化趋势率均小于-20MJ/m2·a。海口市年太阳总辐射与低云量、水汽压存在明显的反相关关系,说明海口市低云量的增加,水汽压增大是造成当地太阳总辐射减少的重要原因之一。太阳辐射减少,地面吸收的热量减少,气温降低,而海口市年太阳总辐射减少,气温却上升,说明海口市受城市热岛效应引起的地面升温大大抵消因太阳辐射减少对地面的降温。

5参考文献

[1] 杜宏亮,李军强.广东兴宁地区近46年气候变化特征[J].广东气象,2008,30(1):56-58.

[2] 李明华,黄健,杨柳,等.惠州地区50年雨日的气候统计和变化特征[J].广东气象,2008,30(2):27-30.

[3] 桑建人,刘玉兰,林莉.银川市太阳总辐射对气候变化的影响分析[J].气象科技,2006,34(4):421-425.

[4] 黄珍珠,秦鹏,胡娅敏,等.48年来广东省不同区域的温度变化特征[J].广东气象,2008,30(3):1-3.

[5] 管勇,黄江辉.江门市近45年的气候变化特征[J].广东气象,2007,29(2):29-31.

[6] 黄雪松,周惠文,黄梅丽,等.广西近50年来气温、降水气候变化[J].广西气象,2005,26(4):9-11.

[7] 郑伟杰.开平近43 年降水变化特征分析[J].广东气象,2003,25(3):29-30.

[8] 陈芳,周陆生.玉树地区太阳总辐射量变化的气候特征[J].青海环境,2002,12(2):47-49.

[9] 王臻,王海.鹤山市近40年的气候变化浅析[J].广东气象,2003(4):26-28.

[10] 罗碧瑜,陈映强,贺汉清.梅州近50 年气候变化特征及未来变化趋势[J].气象科技,2008,36(3):289-292.

[11] 陈映强,林巧美,陈桂标.揭阳市近50年气温的变化特征和未来的变化趋势[J].广东气象,2007,29(3):35-36.

[12] 李晓文,李维亮,周秀骥.中国近30 年太阳辐射状况研究[J].应用气象学报,1998,9(1):24-31.