泰来县太阳能资源状况浅析

2011-12-25张洪玲高原刘春生魏磊

黑龙江气象 2011年3期

关键词：日照时数百分率日照

张洪玲，高原，刘春生，魏磊

（1.黑龙江省气候中心，黑龙江哈尔滨 150030；2.黑龙江省人工影响天气办公室，黑龙江哈尔滨 150030）

泰来县太阳能资源状况浅析

张洪玲1，高原2，刘春生1，魏磊1

（1.黑龙江省气候中心，黑龙江哈尔滨 150030；2.黑龙江省人工影响天气办公室，黑龙江哈尔滨 150030）

本文利用海拉尔、长春、哈尔滨1971～2000年总辐射资料和对应的日照百分率资料采用气候学计算公式，建立了各月总辐射模型，用2001～2009年哈尔滨站实测辐射资料对模型进行了误差检验，模拟效果较好，可以用于评估泰来县太阳总辐射资源的状况。泰来县年太阳总辐射值为5281.2 MJ/m2，在全省处于高值区，可开发的潜力很大。

泰来；总辐射；辐射模型

1 引言

中国太阳能资源丰富，有2/3的国土面积年日照时间在2 200 h以上，每年地表吸收的太阳能大约相当于17 000亿吨标准煤［1］。如果把大于1 050 KWh/（m2.a）作为太阳能资源丰富的可利用区，则约占国土面积的96%以上，可见中国太阳能可开发的潜力巨大。

黑龙江省在全国太阳能资源区划中属于丰富带［1］，年太阳总辐射量为4 400～5 028 MJ/m2（相当于1 222～1 397 KWh/m2），其总辐射的空间分布趋势为西南部太阳总辐射值最大，中东部和北部地区太阳总辐射相对较少。泰来县是黑龙江省太阳能资源最丰富的地区，年太阳总辐射在5 000 MJ/m2以上，年平均日照时数在2 800 h以上，日照百分率较大，分析该地太阳能资源状况，对于合理开发利用该县的太阳能资源具有重要的意义。

2 资料和方法

2.1 资料

泰来气象站1971～2008年的月日照时数、月日照百分率；海拉尔、长春1971～2000年总辐射以及日照百分率资料，哈尔滨1971～2009年总辐射资料和日照百分率资料。资料来自黑龙江省气象信息中心。

2.2 计算方法

泰来县没有辐射观测项目，周边的海拉尔、长春、哈尔滨是距离最近的辐射观测站，采用气候学计算公式［2］，利用太阳能总辐射与日照百分率之间的关系，拟合出总辐射计算公式，利用哈尔滨站实测辐射值进行模型检验，再反推泰来县的辐射值。

3 泰来县日照时数、日照百分率的时间变化特征

3.1 日照时数的年变化

以泰来县1971～2008年的日照时数资料统计来看，夏季（6～8月）的月平均日照时数最大，在265.7 h左右，春季次之，在261.4 h左右；秋季和冬季的月平均日照时数相对较小，分别在239.6 h和189.3 h左右。从各月来看，5月的平均日照时数最多，为278.5 h，8月次之，12月的平均日照时数最少，为169.5 h。

3.2 日照时数的年际变化特征

图1 泰来县1971～2008年的历年年平均日照时数的变化图

图1是泰来县日照时数的年际变化，泰来县的年平均日照时数整体上呈波浪形减小趋势，每10 a减少68 h。以泰来县1971～2008年的日照时数资料统计来看，泰来县37 a平均日照时数在2 817 h左右,年平均日照时数最大值在3 098 h左右，出现在1975年；年平均日照时数最小值在2 429 h左右，出现在2003年。

3.3 日照百分率的年变化

泰来县日照百分率年变化以冬季为最大，秋季次之，夏季为最小。以月份计，2月的平均日照百分率最大，为72.3%；7月的平均日照百分率最小，为61.9%。根据日照时数资料统计，冬季的月平均日照百分率最大，在67.6%左右，秋季的月平均日照百分率较夏季次之，在67.4%左右；春季和夏季的月平均日照百分率相对较小，分别在63.7%和57.8%左右。

3.4 日照百分率的年际变化特征

图2 泰来县1971～2008年的历年年平均日照百分率的变化图

从图2可以看出，年平均日照百分率整体上呈波浪形减小趋势，每十年减少1.5%。以日照时数资料统计来看，37 a平均日照百分率在64.2%左右,年平均日照百分率最大值在70.4%左右，出现在1981年；年平均日照百分率数最小值在55.8%左右，出现在1998年。

4 泰来县太阳总辐射模型的建立

泰来气象站没有辐射观测项目，距离泰来县较近的富裕气象站自1992年9月开始进行辐射观测，数据序列较短，为使模式更具合理性，本次推算采用距离泰来县较近的海拉尔（内蒙古自治区）、长春（吉林省）、哈尔滨气象站总辐射资料（1971～2000年）以及对应的日照百分率资料，采用气候学计算公式拟合泰来县月总辐射计算模型。

太阳总辐射与日照百分率存在以下关系：

式中Q与Q0分别为月实际太阳总辐射和月天文太阳总辐射，s为月日照时数百分率，a、b为经验系数。Q0是由当月逐日天文总辐射量相加得到。

由于历年各月天文辐射月总量相差不大，近似为一个值［3］，因此可以简化公式为Q=a+bs，Q实测月总辐射，单位为MJ/m2，s为日照百分率，单位为整数。利用最小二乘法拟合了各月总辐射计算公式（见表1），整体回归效果显著。

表1 泰来县太阳总辐射各月拟合公式

采用2001～2009年哈尔滨站总辐射实测资料，对月总辐射计算模型进行了相对误差检验，结果（见表2）：

表2 辐射模型误差分析表（单位：%）

由上表可以看出，6～8月误差较大，6月误差最大，其他月份相对误差在1.7～8.8%之间，年平均相对误差为7.85%。

采用各月辐射模型以及泰来县1971～2008年日照百分率资料推算出泰来县各月及年总辐射见下表，年总辐射为各月总辐射累加得到。其中6月总辐射值最大为714.9 MJ/m2，8月次之为672.1 MJ/m2，12月总辐射值最小，年总辐射为5281.2 MJ/m2。

表3 泰来县各月总辐射模拟值（单位：MJ/m2）

5 泰来县太阳总辐射的空间分布

根据泰来县太阳总辐射各月拟合公式，采用龙江、齐齐哈尔、杜蒙、肇源、泰来、安达以及吉林省白城市的1971～2000年平均各月日照百分率数据，计算出各站30年平均太阳总辐射值，应用GIS技术采用插值方法，得到泰来县太阳总辐射空间分布图（见图3）。从图3中可以看出，泰来县太阳总辐射的空间分布特点是南高北低，北部太阳总辐射值在5200.0 MJ/m2左右，南部太阳总辐射在5300.0 MJ/ m2左右。