1970—2021年河池市太阳总辐射时空变化特征分析

利用1970—2021年河池市气象观测及地理信息等数据,根据太阳辐射气候学估算模型,采用统计学、 Mann-Kendall突变检验和小波分析等方法,分析河池市太阳总辐射时空变化特征。结果表明,1970—2021年河池市年太阳总辐射呈现“下降-上升”趋势,年际波动总体平稳。春、夏、秋、冬四个季节均出现“变暗”和“变亮”交替过程,但各年代际变化的趋势不同,且春夏波动较为明显。年太阳总辐射在1981年发生突变。太阳总辐射变化的主周期为30 a,且呈现“多-少”周期性震荡变化。太阳能资源时空分布不均,存在空间和季节分布差异,年平均太阳总辐射在3 665.6~4 390.7MJ·m-2之间,高值区在巴马,低值区在天峨,呈现南部向西北部逐渐减小特征。各季节太阳总辐射从大到小排到为夏季、秋季、春季、冬季。

户外用硅基太阳总辐射计的设计

为长期监测光伏电站中太阳辐射强度,设计了一种户外用硅基太阳总辐射计。采用同种技术类型硅太阳电池作为传感器,并以光伏组件制作工艺来封装硅太阳电池;采用测温热敏电阻测试硅电池的工作温度,为辐照度测量值增加温度修正;采用合适的取样电阻串接于硅电池正负极两端,使硅太阳电池近似工作于短路电流状态。最后在户外自然光下与标准硅太阳电池进行辐照度对比测试,最大误差为1.2%,最小误差为0.2%,平均误差为0.4%。

中国北方太阳总辐射模型优化及适用性评价

太阳总辐射(Rs)模型是估算地表能源最简单的方法,对区域ET_(0)管理、水资源及太阳能利用具有重要意义。选取中国北方47个代表性气象站点(1994-2016年)逐日数据,采用鱼群算法优化温度模型(T1、T2和T3)、日照时数模型(N1、N2和N3)和混合模型(M1),在日和月尺度评价太阳总辐射模拟精度。结果表明:在日尺度上,基于日照时数的模型(N1-N3)精度最高,其次为基于温度的模型(T1-T3),混合模型相对较差(M1),R^(2)分别为0.90~0.93、0.64~0.78和0.80~0.90,MAE分别为1.47~1.95、2.51~4.33和4.88~6.28 MJ/(m^(2)·d);在月尺度上,基于日照时数的模型(N1-N3)精度最高,其次为混合模型(M1)和基于温度的模型(T1-T3),R2分别为0.94~0.97、0.92~0.95和0.86~0.95,MAE分别为25.45~44.29、36.21~102.73和101.25~144.56 MJ/(m^(2)·d)。因此,推荐基于日照时数模型模拟太阳总辐射。

湖北省1981-2020年太阳总辐射的气候学估算及其时空变化特征分析

利用湖北省境内17个气象观测站1981—2020年的日照时数资料和其中2个拥有长序列数据的太阳辐射观测站同时段的太阳总辐射资料,采用气候学经验公式法推算得到其他15个无长序列数据的太阳辐射观测站逐年各月太阳总辐射的历史序列,然后对湖北省内太阳总辐射的时空变化特征进行分析研究。研究结果表明:1)湖北省年太阳总辐射量随年际的变化呈下降趋势,并在2007年左右发生突变。2)夏季、秋季和冬季的太阳总辐射量随年际的变化均呈下降趋势,而春季呈上升趋势;其中,秋季的太阳总辐射量在2011年左右发生突变。3)月平均太阳总辐射量随月份变化呈单峰分布,在7月达到最大。4)太阳总辐射量的高值区主要分布在鄂西北、鄂东北、鄂东南和江汉平原地区,而鄂西南地区相对较少。该研究对于了解湖北省内气候的形成及进行太阳能资源的合理开发利用具有重要意义。

广东省太阳总辐射的气候学计算及其分布特征

通过对国内外太阳总辐射气候学计算方法的分析对比,确定Q=Q0(a+bs)为广东省最佳计算公式。根据广州、汕头1961年～2002年历年各月的总辐射和日照百分率,采用最小二乘法拟合出公式中各月的经验系数,并计算了全省各地的月太阳总辐射。结果表明,除雷州半岛的徐闻和雷州以外,全省其他地区太阳总辐射年变化都表现为单峰型,7月最大,2月最小,而雷州半岛的徐闻和雷州表现为双峰型,7月和5月为两个高值,6月为一相对低值。全省年太阳总辐射在3758 8MJ·m-2～5273MJ·m-2之间,东部、沿海多,北部、西部少,其中年总辐射最大值出现在粤东的南澳,其值高达5273MJ·m-2,最低值出现在粤北的连山,年太阳总辐射只有3758 8MJ·m-2。

1961—2007年云南太阳总辐射时空变化特征

根据云南省7个辐射站太阳总辐射资料和113个台站日照百分率资料,建立了1961—2007年全省太阳总辐射时间序列,运用旋转主分量方法将全省分为4个区,并在此基础上研究云南太阳总辐射的时空分布和变化特征。结果表明:云南太阳总辐射呈中部多,西南部次之,东部及西北部少的分布特征。1961—2007年呈波段减少的变化趋势,线性倾向率为-0.64%/10a,其中中部及东部显著减少,西南部略有增加。其间出现两次突变,一次是1986年的显著减少,另一次是1993年以后的回升。分析表明,相对湿度和云量是影响太阳总辐射变化的主要气象因子。

太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算及特征分析

为了便于研究水气界面辐射传输、水下光辐照度以及湖泊储热量 ,探讨太湖地区总辐射概况及其变化。文章在概述当前太阳总辐射气候学计算的主要方法及公式基础上 ,采用最小二乘法 ,利用上海、南京、杭州 3站 1 961～ 2 0 0 0年共 40年的历史资料 ,确定各站的经验系数 ,然后内插求出太湖无锡地区的经验系数。由此推导出太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算公式 ,并利用无锡站日照百分率资料求算出近 40年到达地面的太阳实际总辐射。然后利用太湖站 1 998年的太阳总辐射实测资料检验其公式精度 ,确定公式的可信度。最后对计算值进行分析 ,阐述了近 40年来太湖无锡地区太阳总辐射的变化特征及其原因。研究结果表明 :无锡地区太阳总辐射呈下降趋势 ,而这种下降主要是由于大气中悬浮物增加所致 ;总辐射年内变化趋势基本上与天文辐射相吻合 ,但又存在差异 ,这主要与梅雨的存在有关。

新疆太阳总辐射资料的均一性检验与气候学估算式的再探讨

参照新疆105个气象台站"元数据",在对12个辐射站逐月日照百分率与月总辐射资料序列进行质量控制检验的基础上,对无效值与缺测值进行了插补订正,继而以Potter非均一性客观检验方法对资料序列进行了非均一性检测,同时以SNTH方法对产生间断的序列进行了相应的非均一化订正。在均一化的月总辐射与月日照百分率资料序列基础上,探讨了利用辐射气候学估算总辐射的最佳方案及其系数的空间差异与年变化特征。结果表明:(1)月日照百分率序列仅乌鲁木齐与伊宁站有间断现象,而月辐射资料序列间断的有乌鲁木齐、伊宁、阿勒泰、哈密、和田站,且并非都与日照百分率序列同步间断。其中,和田、阿勒泰站月辐射资料序列非均一化现象最严重;(2)月辐射序列的间断大多出现在冬半年,这可能与冬季空中气溶胶含量的突然增加有关;(3)在利用辐射气候学估算式Q=Q0(a+bS)对新疆总辐射进行估算时,采用"单站单月式"效果最佳,单站平均绝对误差为3%～8%,系数a、b具有明显的空间分布特征与季节变化特征。除伊宁站外,两者还具有显著且稳定的互补关系;(4)新疆的年总辐射分布特征为自东向西、自南向北依次递减,天山山区为低值中心。秋季纬向特征最明显,冬季次之,春季转为经向,夏季多呈"涡状",且南北疆两大盆地辐射差异小。

西藏地面太阳总辐射与紫外线的观测

地面太阳光谱记录了太阳光经历大气层的烙印与信息,为大气环境、生态保护等研究提供实地依据。西藏高原空气稀薄,地面太阳辐射超强,观测西藏地面太阳光谱为太阳能利用提供实地数据。文章较系统地报道了西藏地面太阳光谱的实地观测结果,为相关高原科学研究提供高精度数据。利用RAMSES光谱仪、CMP6太阳总辐射仪和NILU-UV太阳紫外辐射仪对西藏不同地区、不同季节太阳光谱、太阳总辐射和太阳紫外线进行了全方位的实地观测研究。观测研究了高海拔的西藏拉萨和那曲以及低海拔的北京和成都的光谱特征;研究了拉萨二分二至当地正午(北京时间13:55时)太阳光谱观测结果;对西藏地面光谱与AM1.5和AM0标准光谱进行了对比研究。观测研究了西藏拉萨和那曲太阳总辐射、太阳紫外线强度特征。研究发现拉萨夏季可见和红外区光谱光强度甚至超过AM0光谱相应波长的强度,即:拉萨地面可见光和红外光强度偶尔超过大气层顶部的相应波长光强,是由部分云的反射增量所致;拉萨光谱谱峰出现在波长476.6nm左右,在2017年的夏至观测到的最大值为2.331W·m^-2·nm^-1。然而,对太阳紫外线(280~400nm)光谱的观测发现地面太阳紫外区的光谱强度总是明显低于AM0光谱相应区光强,表明短波的紫外光被大气臭氧有效吸收。虽然拉萨海拔3680m,但通过对拉萨当地正午太阳紫外光谱分析发现拉萨地面波长小于300nm的太阳紫外光谱强度几乎为零,表明波长小于300nm的太阳紫外线被大气层吸收,没有到达地面。同时,研究了西藏高海拔太阳光谱与北京、成都低海拔太阳光谱特征,揭示了各地大气成分、含量等诸多信息。报道了2010年7月—2013年12月期间西藏太阳总辐射的观测结果;结果显示拉萨当日太阳总辐射最大值中约18%超过了太阳常数(1367W·m^-2)。观测发现拉萨太阳总辐射瞬时最大值达到了1756.09W·m^-2(2011年6月24日)。报道了2008年7月—2013年12月期间西藏太阳紫外线的观测结果;结果显示拉萨和那曲UVA日最大值平均值约为67W·m^-2,UVB日最大值平均值约为5.1W·m^-2;拉萨和那曲当日太阳紫外线A和紫外线B最大值变化趋势保持了很好的一致性,在5年多的观测期间紫外线强度没有出现明显的增强或减弱趋势。

复杂地形下长江流域太阳总辐射的分布式模拟

利用长江流域气象站1960-2005年的观测资料(包括常规气象站点资料和辐射站点资料)、NOAA-AVHRR遥感数据(反演地表反照率),以1km×1km的数字高程模型(DEM)反映地形状况的主要数据,通过基于DEM数据的起伏地形下天文辐射模型和地形开阔度模型,分别建立了长江流域太阳直接辐射、散射辐射和地形反射辐射分布式模型,实现了长江流域太阳总辐射模拟,并对总辐射模拟结果进行了时空分布规律分析和对其受季节、纬度、地形因子(高度、坡度和坡向等)影响的局部规律分析,以及模拟结果的误差分析和站点验证分析。结果显示:太阳总辐射在季节上受影响的程度依次是春季>冬季>夏季>秋季;随着高度、坡度、纬度的增加,太阳总辐射受坡向影响的程度呈增强趋势,从坡向上看,向阳山坡(偏南坡)对太阳总辐射量明显高于背阴坡(偏北坡)。模拟的平均绝对误差为13.04177MJm-2,相对误差平均值3.655%,用站点验证方法显示:模拟绝对误差为22.667MJm-2,相对误差为4.867%。

青海省太阳总辐射估算模型研究

以天文辐射理论模型、有关参数为基础,应用青海DEM模型,Angstrom气候学模式,通过天文辐射、大气透射率的计算,建立了青海高原月、年太阳总辐射栅格模型,模型估算平均相对误差7.40%,模拟效果较好;同时,应用模型估算了青海高原30a(1970-2000年)平均月、年太阳总辐射。结果表明,青海省太阳总辐射年平均值为6771.95MJ/m2,空间分布不均匀。全省年太阳总辐射有3个高值区,1个低值区。高值区位于可可西里地区、柴达木盆地南部、大柴旦西部区域,低值区位于河湟谷地。全省月太阳总辐射地域分布差异较大、季节变化明显,5月和7月为峰值,12月为最低值。5、7、12月全省30a太阳辐射平均值分别为717.24、701.96、352.63MJ/m2。

日太阳总辐射推算模型

为了推算广大无辐射观测地区的日太阳总辐射,需要根据有辐射观测地区的资料建立日太阳总辐射的推算模型。本文在深入了解国内太阳辐射观测与国内外太阳总辐射推算方法的基础上,设计了利用日照百分率、降水量与大气可降水量、温度日较差等因子推算日太阳总辐射的模型,选取武汉、宜昌、郑州2005年全年无加盖的、真实可信的太阳总辐射资料为样本序列,根据最小二乘法分别求出有日照和无日照两种情况下的模型参数,并对2005年进行了回代检验和2006年1-8月时段的独立样本检验。结果表明:模型推算序列与实际值序列的相关性均达到极显著程度,对2005-2006年8月推算的平均绝对误差和相对误差分别为1.31M J.m-2.d-1和9.5%,精度高,可以用于无辐射观测地区的日太阳总辐射的推算。

陕西太阳总辐射的计算及分布特征

文章利用了陕西省延安、西安、安康三站逐月太阳总辐射和98站的1971—2005年月日照百分率资料,建立回归分析方程,推算并分析了全省各地逐月的太阳总辐射分布,进而分析了陕西月、季、年太阳总辐射的空间分布特征为陕北5月或6月最大,关中和陕南7月份最大,并指出了省内太阳能资源的富集区,在陕北长城沿线,渭北高原次之;为陕西省太阳能资源的开发利用及太阳辐射对陕西省气候影响的研究提供了科学依据。

青藏铁路路基表面太阳总辐射和温度反演方法

通过对“青藏铁路乌丽垭口大桥段不同走向路基表面热状况观测试验”资料的分析,改进了已有的青藏铁路边坡表面上的太阳总辐射和表面温度反演方法,并利用中日合作“青藏高原能量水分循环试验”(GAME-Tibet)沿青藏公路长时间序列地面观测资料,建立了地理位置和海拔高度与反演系数之间的统计关系,将该反演方法推广到青藏铁路全线。

我国南方中东部地区地面太阳总辐射变化规律

为进一步探讨我国地面太阳辐射的变化规律及其原因,选择我国南方中东部地区,利用该区域1961—2007年33个站点的地面太阳总辐射资料,结合云量、大气水汽含量和能见度等观测资料,综合研究该区域地面太阳总辐射的变化规律及其原因。结果表明:1961 1989年,我国南方中东部地区地面太阳总辐射呈下降趋势,之后发生逆转,1 995年后其变化趋于缓和,1961 2007年总体呈现变暗—变亮—变缓的趋势。究其原因,该区域云量平均值由峰入谷、云量下降速率由快变慢可能是产生此变化趋势的原因之一;其次,20世纪80年代到21世纪初,气溶胶光学厚度上升趋势减缓,气溶胶地面辐射强迫变化趋于缓和,某些区域甚至出现下降,也导致部分站点地面太阳总辐射由暗变亮。

海北高寒草甸地区太阳总辐射、植被反射辐射的有关特征

祁连山海北高寒草甸地区 ,有较强的太阳总辐射及地表反射辐射。通过 2 0 0 0年观测结果表明 ,在植物生长期的 4～ 10月 ,太阳总辐射和地表反辐射总量分别达 4 2 2 7.0 4 9MJ· m- 2 和 973.5 5 6 MJ· m- 2 。二者有明显的日变化规律 ,瞬时最高值出现于北京时间 13～ 14 h左右 ,日瞬时最大值分别可达 12 0 0 W· m- 2 和 2 2 0 W· m- 2 以上。植物生长期间太阳总辐射变化受太阳高度角及其当地气候环境的影响 ,太阳高度角高或气候干燥时太阳总辐射值大 ,而地表反辅射依太阳总辐射的变化而变化 ,二者均在 7月最高 ,5月次高。植物生长后期 ,气候湿润 ,太阳总辐射和地表反射辐射均较低。地表反射率不论在日间还是植物生长的季节间 ,均表现一“U”型变化过程 ,其中日间在中午前后最低 ,最低可达 0 .19,季节变化以 6～ 7月最低 ,约为 0 .2 1,当然受土壤潮湿程度及地表性质等影响 ,其它时间也可降到 0 .2 1。就整个植物生长期内来看 ,祁连山海北高寒草甸地区地表反射率平均约为 0 .2

日光温室番茄群体太阳总辐射量的分布规律及其与光合作用的关系

【目的】研究日光温室番茄群体的太阳总辐射量分布规律,为优化日光温室结构、控制日光温室环境提供理论依据。【方法】将日光温室番茄冠层按高度均匀分为4层,观测不同冠层的太阳总辐射量、叶面积指数、净光合速率和太阳总辐射透光率,探讨群体太阳总辐射量的变化规律及其与光合作用的关系。【结果】在番茄盛果期,日光温室内的太阳总辐射量南部明显高于北部,平均高出200 W/m2以上;中部略高于东、西部。太阳总辐射量在植株群体内垂直方向上随冠层高度的下降而减少,1.2,0.9,0.6和0.3 m冠层的太阳总辐射量日平均值分别为507,398,289和76 W/m2;越靠近冠层底部太阳总辐射量衰减的日变化越不明显。随着冠层高度的降低,累积叶面积指数增大,太阳总辐射量减小。净光合速率由冠层顶部向底部表现为随累积叶面积指数的增加而降低,随着太阳总辐射透光率的减少而减小,冠层顶部净光合速率最大,为22.59μmol/(m2.s),冠层底部最小,为8.00μmol/(m2.s)。【结论】日光温室中番茄群体太阳总辐射量的分布规律为:南部高于北部,中部略高于东、西部;太阳总辐射量分布与冠层高度、累积叶面积指数和净光合速率均有一定的相关性。

贵州高原复杂地形下太阳总辐射精细空间分布

海拔、坡度、坡向以及周围地形遮蔽作用,造成山区各部位接受到的太阳辐射能有很大差异。在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下太阳总辐射的分布式模型,在模型中还考虑了散射辐射的各向异性及坡地反射辐射对复杂地形下太阳总辐射的影响。应用100m×100m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下100m×100m分辨率的复杂地形下太阳总辐射。结果表明:(1)局地地形因子如坡度、坡向、地形遮蔽等对太阳总辐射影响显著,地形对复杂地形下太阳总辐射的影响是不容忽视的。(2)在缺乏复杂地形下坡面考察资料的情况下,建立以常规气象站观测资料为主的物理经验统计模型是实现细网格辐射资源计算的可行途径。

我国太阳总辐射气候学计算方法的再讨论

根据我国建站时间在30a以上的辐射资料以及对应的地面站日照资料,在分析太阳总辐射统计特征的基础上,讨论了总辐射气候学计算公式中a、b系数的地理分布和季节变化特征,分析了辐射气候学计算的可能误差,得到了用日照资料估算总辐射的误差范围。结果表明,太阳总辐射月总量接近正态分布特征;总辐射气候学计算公式中的a、b系数具有较明显的时空变化特征,需按不同月份确立;通过逐年观测资料计算各基本站a、b系数,再由内插求得无辐射资料测站的a、b系数,进而计算无辐射资料站的辐射总量,其误差在可接受的范围内。

1960～2000年黄河流域太阳总辐射气候变化规律研究

运用数据集群技术,在黄河流域建立了用日照百分率拟合太阳总辐射的不同时空尺度估算式,对比分析了不同数据集群下总辐射的拟合精度。利用逆距离加权插值法,将获得的黄河流域及其周边35个日射站1～12月总辐射拟合的经验系数进行空间内插,获得了黄河流域1～12月总辐射拟合经验系数的空间分布。结合黄河流域及其周边164个常规气象站日照百分率观测资料,对黄河流域1960～2000年太阳总辐射进行了计算,分析了其气候变化的时空分布规律。结果表明黄河流域近年来太阳总辐射呈下降趋势,在季节上主要表现在夏季和冬季。