修文县太阳总辐射计算与分析

陈梦圆，王 刚 ，唐红祥

(1.贵州省修文县气象局， 贵州 修文 550200；2.贵州省农村综合经济信息中心，贵州 贵阳 550002)

修文县太阳总辐射计算与分析

陈梦圆1，王 刚2，唐红祥1

(1.贵州省修文县气象局， 贵州 修文 550200；2.贵州省农村综合经济信息中心，贵州 贵阳 550002)

利用修文县1963—2010年日照百分率，采用日照百分率拟合公式，计算得出修文的日照总辐射，结果表明修文的年太阳总辐射在3 077.57～4 010.6 mJ·m-2之间。并在此基础上分析修文总辐射的分布特征如下：从年际变化趋势来看，修文年太阳辐射呈下降趋势，但变化不大，每年的下降幅度为3.3 mJ·m-2；从月际变化趋势来看，修文太阳总辐射随月份变化曲线呈抛物线形， 1—7月辐射逐渐增强，7—12月辐射逐渐减弱，7月辐射最强，1月辐射最弱；修文属于太阳辐射较贫乏带；云量的增多是年辐射减少的主要因素。

修文；太阳总辐射；天文辐射；分布特征

1 引言

太阳总辐射是地球表面某一观测点水平面上接收太阳的直射辐射与太阳散射辐射的总和，辐射与农作物生长密不可分，已知太阳总辐射，可为开展农业区划细化和太阳能的利用研究等提供数据参考，修文县气象站为国家一般气象站，无太阳辐射观测项目，因此计算修文太阳辐射，具有实用意义。目前，太阳辐射的计算方法可分为两种，一是统计模拟方法，利用有限的地面辐射资料与影响太阳辐射的各类因子建立统计模型来计算；二是利用卫星测值反演推算。由于受观测资料的限制，国内一般都采用统计方法。本文根据日照百分率拟合公式计算出修文日照总辐射，并分析太阳辐射的分布规律。

2 资料与计算方法

本文选取修文县国家一般气象站1963—2010年每月日照时数作为基础数据。计算方法选用日天文辐射总量的计算公式[2]，日照百分率拟合公式，并使用C语言编程计算。

2.1 天文总辐射的计算方法

日天文辐射总量的计算公式：

式中：T为1d的周期(24×60×60s)，ω0为时角，φ为地理纬度，δ为太阳赤纬，I0为太阳常数(13.67×10-4mJ·m-2·s-1，ρ为日地相对距离，即某天的日地距离(r)与日地平均距离(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

月天文辐射计算公式：Qj=∑Qi(j=1……12;i=1……31或30、29、28)(即通过日天文辐射逐日累计求出月天文总辐射)。

2.2 a、b经验系数的计算方法

根据某地历年各月的实测太阳总辐射和相应的日照百分率用SPSS软件和线性回归方法，对逐月太阳辐射进行拟合，得出该地日照百分率拟合公式Q=Q0(a+bs) (Q0为天文辐射，s为日照百分率，a，b为经验系数)中的各月经验系数a、b值。由于修文无太阳辐射观测项目，本文引用临近站点贵阳市的各月经验系数值，见表1。

2.3 修文太阳总辐射的计算

将贵阳市各月经验系数值a、b， 修文日照百分率s，月天文辐射Q0带入日照百分率拟合公式：Q=Q0(a+bs)中，则计算出修文各月太总阳辐射值。

表1 贵阳市各月经验系数值[1]

3 结果与分析

3.1 计算结果

根据上述公式，得出修文县各月天文辐射值如表2， 1963—2010年48a修文各月平均太阳辐射、各月最大、最小辐射值如表3， 通过求和，修文历年平均太阳辐射值为3 456.5mJ·m-2。

表2 修文县各月天文辐射值 (单位：mJ·m-2)

表3 修文各月太阳总辐射 (单位：mJ·m-2)

3.2 修文太阳辐射月变化

根据表3，绘制修文县各月平均、最大、最小太阳辐射值曲线图，如图1所示：

图1 1963—2010年修文各月平均、最大、最小太阳辐射变化曲线

图1给出了修文1963—2010年修文各月平均、最大、最小太阳辐射变化曲线，可以看出辐射随月份变化曲线呈抛物线形， 1—7月辐射逐渐增强，7—12月辐射逐渐减弱，修文7月辐射最强，1月辐射最弱。

3.3 修文太阳辐射年际变化

通过计算，绘制修文1963—2010年的辐射变化曲线，如图2所示。

图2 修文太阳辐射年际变化曲线

由图2可知，修文的年太阳辐射为3 077.57～4 010.6mJ·m-2，接近贵阳市历年太阳总辐射值2 886.47～4 351.076mJ·m-2，从变化趋势来看，修文年太阳辐射呈现下降趋势，但变化不大，每年的下降幅度为3.3mJ·m-2。据研究，太阳辐射一般大于5 016mJ·m-2才有利用价值，很明显修文的太阳辐射值很低不好利用，根据王炳忠等[3]的太阳能区划指标和结果：太阳能资源贫乏带的总辐射年总量不足4 176.34mJ·m-2，修文属于太阳辐射贫乏带。

3.4 修文太阳辐射呈下降趋势的原因分析

分析影响到达地面太阳辐射的因子—云、大气中水汽含量和透明度条件(表4)。云能散射和吸收太阳辐射，对太阳辐射到达地表有很大的消弱作用，由表4可知：修文年总辐射的变化与年总云量变化呈显著负相关(通过0.01显著性检验)，说明云量是影响太阳辐射变化的关键因素之一。通过对修文云量分析，总云量呈上升趋势，由于云量与辐射呈负相关，故云量的增多可能是总辐射呈下降趋势的主要原因。

大气中的水汽对太阳辐射有一定的吸收作用，相对湿度在一定程度上反应大气中的水汽含量情况，表4表明：湿度变化与辐射变化虽然通过了0.05的显著性检验，但是相关性较弱，因此修文湿度条件变化可能不是引起修文年总辐射变化的主要原因。

能见度是反应大气污染状况和大气气溶胶水平的代表数据[4]，气溶胶对太阳辐射有散射和吸收作用，表4表明：能见度变化与辐射变化未通过0.05的显著性检验，因此能见度可能不是引起修文年总辐射变化的主要原因。

表4 修文县各月太阳总辐射与总云量、湿度、能见度相关系数

4 结论

①修文1963—2010年48 a平均太阳辐射值为3 456.5 mJ·m2，历年太阳辐射值在3 077.57～4 010.6 mJ·m-2之间，接近临近点贵阳市国家基准气象站的观测值，该值具有一定可靠性。

②修文辐射随月份变化曲线呈抛物线形，7月辐射最强，1月辐射最弱。

③修文的年太阳辐射低于4 176 mJ·m-2，属于太阳辐射较贫乏带。

④对修文影响辐射变化的各因子的分析表明，云量是影响年辐射变化的主要因素，且云量的增多可能是辐射呈下降趋势的主要原因，而相对湿度和能见度的影响则较小。

[1] 胡家敏，吴战平，陈中云，等.贵州省太阳总辐射计算及其分布规律[J].气象科技，2008，36(1)：91-94.

[2] 王建源，冯建设.山东省太阳辐射的计算及其分布[J].气象科技，2006，34(1)：98-100.

[3] 王炳忠.中国太阳能资源利用区划[J].太阳能学报，1983，4(3)：221-228.

[4] 陈娟，徐丹丹，罗宇翔，等.近50 a来云贵高原太阳辐射变化特征分析及影响[J].长江流域资源与环境，2012，8：179-184.

2014-07-08

陈梦圆(1984—)，女(仡佬族)，助工，主要从事气象服务与应用气象工作。

1003-6598(2015)02-0060-02

P422

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