辽宁省阜蒙县太阳总辐射气候学计算及其特征分析

舒海燕?杨晓彤?陶倩?赵振宇

摘要： 本文应用气候学方法计算太阳总辐照量，对1951-2018年辽宁省阜蒙县太阳辐照的分布特征及变化趋势进行分析。该研究对深入了解辽宁阜蒙县68年来的太阳辐照变化趋势具有重要的参考价值，为当地太阳能资源的有效利用提供科学依据。

关键词：太阳总辐射;气候学计算;日照百分率;小波分析;Mann-Kendall突变检验

1日照时数年际变化特征及周期性变化

从年际日照时数变化可以得出，近68a期间年日照时数及百分率总体呈下降趋势，年总日照数的下降率为2.7173 h/a。年日照时数2010年为相对最低，1956年为相对最高。1951-1973年呈波动下降， 1973-1990年维持水平趋势不变，1990-2001年振荡上升，2001-2010年振荡下降，2011年到至今呈起伏上升状态。日照时数随月份变化较大，可日照日数变化较小;5-9月由于受云雨的影响，日照时数和可日照时数变化趋势不一致，7月的日照时数最少，而可日照时数最多;总体趋势两者皆是冬季最少，春季呈上升趋势，秋季呈下降趋势;夏季日照时数先下降后上升，可日照时数变化不大。

2太阳能资料年际变化特征

从多项式曲线的波动变化来分析年辐射量变化特征为：先变暗→变亮→变暗→变亮。从1951的高值到1973年水平面总辐照量呈波动下降趋势，之后开始上下波动振荡，一直维持到1990年，转折振荡上升，上升过程持续到2000年，之后呈现明显下降，直到2010年下降到阶段性最低点，从2011年起又开始振荡回升。这与全国太阳辐照的变化趋势一致，在1990年前后，太阳辐照存在翻转现象，也就是太阳辐照由“变暗”到“变亮”的过程。根据多项式趋势分析表明，未来的趋势存在波动性“变亮”的可能。

3 太阳能资源季节与月份变化特征

由四季太阳能变化图）和逐月变化可以看出，阜蒙县水平面总辐照量的季节差异十分明显，夏季最高，总辐射量为1587.97 MJ/m2;冬季最低，总辐射量为629.58MJ/m2;春季略低于秋季;这种变化的主要原因是由于太阳高度角的变化及云雨等的影响。单月太阳辐照量最大量为568.49 MJ/m2，出现在5月，单月次大量为533.24 MJ/m2，出现在6月;单月最小量为191.67 MJ/m2，出现在1月，单月次小量为218.69 MJ/m2，出现在2月。

4 突变检验及趋势分析

由太阳总辐照量的Mann-Kendall突变检验可知，在1951年、2010-2011年UB线在超过-1.96的信度检验。根据UB和UF曲线交点的位置，可以看出阜蒙县的总辐照量在1953和1958年发生突变，表明上升是一种突变现象。 UF线除了1956-1958年外均为负值，说明总辐照量呈下降趋势，从1959年突变后开始呈缓慢下降，1966年起UF值从大于-1快速下降为小于-1，并且到1969年又从大于-2降低到小于-2，到1973年UF值又从大于-3降低到小于-3，一直下降到1988年UF值达到最大值为-4.061。从1988年UF值又开始波动上升，1999年UF值从-3级别上升到-2级别，逐渐上升到2004年达到-1.723，随后又逐渐下降到-2级别，并一直持续到2018年。

5 周期性分析

对辽宁阜蒙县1951—2018年太陽总辐照度进行sym小波分析（图8），由图可知，小波分解包含1个低频系数与3个高频系数。低频系数a3显示太阳辐照度呈波动下降状态，此曲线表明了近68年来阜蒙县太阳能资源的基本状态，预计未来太阳辐照度会呈波动性上升状态。从a3的波动频率上表明，上世纪六十年代太阳能资源很丰富，七十年代开始下降，出现随着时间变化的周期振荡，在16-18年这个时间尺度的波动明显。高频系数d3反映出在整个大气因子对于太阳辐照度的影响力，气候的变化仍是太阳能资源变化的有力影响因素，在10-12年这个时间尺度的波动明显。高频系数d2与d1 可以看作短时间内气象因子及地理环境的影响，从5-6年、2-3年时间尺度上均有周期性波动。

6 结论

（1）辽宁阜蒙县近68年来的太阳总辐射呈波动下降趋势，且整体上经历了“下降” “上升”“下降”“上升”四个阶段的波动变化。年太阳辐照量最大值出现在1963年，最小值出现在2010年，平均每年的太阳辐照为4971.32 MJ/m2。

（2）年太阳辐照量在4357.78～5676 MJ/m2之间变化，丰富程度GHR等级界于很丰富B与丰富C之间，稳定度GHRS等级为丰富B，水平面总辐射稳定度GHRS等级为B稳定。

（3）按季节划分，太阳辐照量从多到少依次为夏季（6-8月）、春季（3-5月）、秋季（9—11月）、冬季（12月和1—2月），其中5月份的太阳辐照量最多，次多月为9月，12月份最少，次少月为1月。

（4）太阳辐照量突变发生在1953年与1958年左右，并且辐射量存在以16-18年的主周期、10-12年、5-6年的次周期以及2-3年的周期变化。

致谢：本文得到辽宁工程技术大学物理系聂影及张永军教授的指导与帮助，在此谨致谢意！

参考文献

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