未来我国太阳总辐射时序变化趋势的R/S分析

（北京市官厅水库管理处 河北张家口075441）

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利用覆盖全国范围自1956年至2009年涉及651个站点的地面总辐射观测数据，结合国内外有关地面太阳辐射50多年来变化趋势的研究，采用重标极差法分析全国范围内地面太阳总辐射时间序列的持续性与反持续性，并讨论了我国不同地区未来太阳总辐射时间序列变化的复杂性。结果表明：西藏中部和怒江流域、新疆地区、西北地区以南、内蒙古高原地区、东北地区以北西南地区、华北地区、华中地区、华南地区的太阳辐射的年时间序列在未来的一段时间内呈下降趋势；新疆北部、青海北部、甘肃北部、东北地区以南、西藏西部及山南地区、粤西北地区及贵州东部地区的年时间序列在未来的一段时间内呈上升趋势。

太阳总辐射持续性R/S分析Hurst指数

太阳辐射是地球-大气系统最重要的能量来源，也是产生大气运动的主要动力，它从根本上决定着地球-大气的热状况[1]，是维持地球气候系统及生态系统能量平衡的重要因子。因此，研究分析太阳总辐射在未来一段时间内的变化趋势对全国气候变化的预测起着重要的作用。国内学者杨胜鹏等[2]研究发现，我国平均太阳总辐射呈先减少、后增加的趋势；石磊等[3]研究了怒江流域近三十年太阳总辐射变化呈先下降后上升的趋势；王学峰等[4]研究了云南地区自1961-2007年太阳总辐射变化呈减少趋势。

1 方法及原理

1.1 R/S法

赫斯特（Hurst）指数是基于重标极差(R/S)分析方法基础上建立的、作为判断时间序列数据遵从随机游走还是有偏的随机游走过程的指标。其原理为：对于时间序列{}，t=1,2，···T，取n个序列观测值，推导过程如表1所示。

表1 Hurst指数H值推导过程

对于不同的赫斯特指数H（0

1.2 太阳辐射量计算方法

太阳辐射量一般根据日照时数采用如下公式计算：

式中：为实际日照时数（hr），为最大可能日照时数（hr），（MJ//d）为到达大气层顶的太阳辐射量，和为区域性参数。

2 研究区域基本信息

2.1 信息数据来源

本文选用了自1956～2009年651个站点的逐日太阳总辐射数据资料，观测数据由国家气象局整编（cdc.nmic.cn）。首先根据全国辐射站实测数据，参考孙福宝的插值办法，由式（8）在各辐射站校正了逐月的和值，然后各常规气象站点采用距离最近的辐射站的校正值，根据日照时数估算出各站逐日太阳辐射量。拥有实测太阳辐射资料的站点直接采用实测值，估算值作为缺测日期的补充，最后用距离方向加权平均法对所有站点逐日太阳辐射量进行插值处理。

2.2 研究区域概况

本文收集了覆盖全国范围的自1956年至2009年涉及651个站点的太阳辐射观测资料，其中华北、华中、华南及西部地区观测站分布较为密集，由此根据观测数据得出的结果较为精确。

3 结果分析与讨论

3.1 太阳总辐射年时间序列变化趋势

对站点进行插值处理后，采用Mann-Kendall趋势检验方法对总辐射进行显著性检验。1956-1990年间太阳总辐射通过了α=0. 05的显著性检验，而1990-2009年间通过了α=0.05的显著性检验的区域仅集中于东北和西北部分地区。根据对检验后的数据分析总结，结合我国学者郑友飞等对我国部分地区近50年的研究，整理结果如表2所示。

表2 全国范围内太阳辐射变化趋势表

3.2 太阳总辐射年时间序列变化趋势的R/S分析

利用搜集到的全国范围内1956-2009年651个站点的太阳辐射资料，通过对逐个站点数据进行处理，计算太阳总辐射年时间序列，利用R/S法求得年时间序列的赫斯特指数H，结果详见图1所示。

由图1可知，西藏地区、新疆南部、西北地区以南、西南地区、华北地区、华中地区、华南地区Hurst指数均大于0.5，意味着年时间序列在未来一段时间内将保持和过去相一致的持续性，其中云南北部、陕西南部、广州中部、安徽南部和浙江西北部等地区Hurst指数大于0.65，说明该地区太阳总辐射的年时间序列在未来的一段时间内有更长时间的持续性。而新疆北部、青海北部及甘肃北部、内蒙古高原地区、东北地区、贵州东部地区Hurst指数均小于0.5，说明太阳总辐射量的年时间序列在未来一段时间将保持与过去总体变化相反的持续性，其中，新疆北部、内蒙古东北部及黑龙江西北部地区Hurst指数小于0.35，说明该区域年时间序列在未来一段时间内有更长时间的持续性。

图1 我国范围内太阳辐射Hurst指数分布

4 结论

（1）阳辐射以1990年为分水岭，与世界各地区共同经历了“全球变暗到变亮”的过程。除内蒙古高原地区、西藏南部和山南地区、粤西北地区、黑龙江北部、吉林中西部地区太阳辐射量（1956-2009年）总体呈上升趋势外，我国其他地区年均太阳辐射量（1956-2009年）总体呈下降趋势。

（2均尺度下我国西藏地区、新疆南部、西北地区以南、西南地区、华北地区、华中地区、华南地区Hurst指数均大于0.5，意味着西藏中部和怒江流域、新疆地区、西北地区以南、西南地区、华北地区、华中地区、华南地区太阳辐射的年时间序列在未来的一段时间内呈下降趋势；而西藏西部及山南地区、粤西北地区的年时间序列在未来的一段时间内呈上升趋势。

（3均尺度下我国新疆北部、青海北部及甘肃北部、内蒙古高原地区、东北地区、贵州东部地区Hurst指数均小于0.5，说明新疆北部地区、青海北部及甘肃北部、东北地区以南、贵州东部地区的年时间序列在未来的一段时间内呈上升趋势；而内蒙古高原地区、东北地区以北的年时间序列在未来一段时间内呈下降趋势。

[1]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.

[2]杨胜鹏，王可丽，吕世华.近40年来中国大陆总辐射的演变特征 [J].太阳能学报，2007，28(3):227-232.

[3]石磊，杜军.怒江流域近30年太阳总辐射变化趋势.安徽农业科学 [J]，2010，38( 23):12767-12769，12775-12775.

[4]王学锋，朱勇，范立张，杨鹏武，杨晓鹏.1961-2007年云南太阳总辐射时空变化特征 [J].气候变化研究进展，2009，5(1):29-34.

未来我国太阳总辐射时序变化趋势的R/S分析

■汤洋 房凤华 宗睿

P461+.1[文献码]B

1000-405X（2016）-10-274-2