唐山市太阳总辐射变化特征分析

陈震　王冠　王丹

摘要 利用Angstrom模型对唐山市11个观测站日照百分率逐月资料进行拟合，并计算唐山市太阳总辐射值。结果表明，Angstrom模型拟合的决定系数达0.67，日照百分率与太阳总辐射具有较强正相关关系，可用于唐山市太阳总辐射值计算；太阳辐射以80.3 MJ/（m2·10年）的速率逐年下降，1998年之前太阳辐射下降明显，之后缓慢上升，辐射变化阶段性突出；太阳辐射月变化呈单峰分布，5月最高，12月最低；太阳辐射呈“西北少、东南多”的空间分布特征，地形因素可能是太阳辐射分布不均的原因。

关键词 太阳辐射；Angstrom模型；特征分析；河北唐山

中图分类号 S162 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2017）16-0187-02

Abstract The Angstrom model was used to simulate the monthly sunshine percentage of 11 stations in Tangshan City and calculate the total solar radiation.The results showed that R2 was about 0.67 and there had strong positive correlation between monthly sunshine percentage and solar radiation.The solar radiation decreased before 1998 and then increased.From 1986 to 2015，the solar radiation decreased at a rate of 80.3 MJ/m2 per decade.Monthly solar radiation showed single-peak distribution，it veached the highest in May and reached the bottom in December.Spatial distribution characteristics of solar radiation were higher in northwest and lower in southeast，and the terrain factors might be responsible for the uneven distribution.

Key words solar radiation；Angstrom model；feature analysis；Tangshan Hebei

太阳辐射是大气运动、植物生长的主要能量来源。在全球气候变暖、温室效应日益突出的背景下，太阳能作为一种清洁可再生能源，越来越受到人们的关注。Angstrom[1]最先发现了月尺度的天文辐射与到达地面的辐射存在着显著线性关系。冯瑞萍等[2]指出银川市太阳辐射存在“春季猛增，秋季急降”的特点。肖晶晶等[3]对比了5种太阳总辐射计算模型发现孙志安提出的公式拟合效果最好，并且以此分析了浙江省太阳辐射分布特征。赵 东等[4]分析了三峡库区的太阳辐射分布，发现库区秋冬差异极大，上游太阳辐射少，下游太阳辐射多。袁淑杰等[5]结合地形因素分析了四川省太阳辐射分布，发现太阳辐射受纬度的影响不大，但是受海拔及地形的影响十分明显。通过对唐山市太阳辐射进行分析，有利于唐山市对太阳能资源的利用，减少化石燃料燃烧，改善环境质量。

1 资料与方法

1.1 资料来源

所用资料为北京、乐亭、天津3站的太阳总辐射和日照百分率资料以及1986—2015年唐山市11个气象观测站日照百分率资料。其中北京、乐亭、天津3个站资料来源于中国气象数据网，唐山市11个区域站资料源于河北省气象信息共享平台，天文辐射数据由计算获得。所有资料均为月尺度量级。

1.2 研究方法

本文利用Angstrom提出的模型进行分析，Angstrom对太阳总辐射的表述为：

Q=Qs（a+b×S）（1）

式中，Q是月总太阳总辐射，Qs是月总天文辐射，a和b是经验系数，S是日照百分率。

计算时先通过公式（1）计算北京、亭和天津各月经验系数，再以决定系数R2为标准挑选出最佳经验参数并进行显著性检验。最后将最佳参数代入公式（1）计算唐山市11个站的太阳总辐射。

2 模型精度檢验

从表1可以看到，各月相关系数R均大于0.8，即Q与S具有较强的相关关系。9月和11月的相关系数分别达到0.93和0.92。所有月份的经验系数均通过α=0.05的显著性水平检验。Angstrom模型可以很好地模拟唐山地区太阳总辐射。

3 结果与分析

3.1 太阳辐射年变化

由图1可知，太阳辐射总体呈下降趋势，下降速率约为80.3 MJ/（m2·10年）。太阳辐射最大值为5 366.87 MJ/m2，出现在1989年；最小值为4761.10 MJ/m2，出现在1998年。20世纪80年代中期至90年代末期是太阳辐射的明显减弱期，这一时期的下降速率约为22.35 MJ/（m2·10年），其特点是波动明显、振幅较大。20世纪90年代末至今，太阳辐射在波动中回升，波动较为平稳，回升速率约为0.82 MJ/（m2·10年）。总体而言，近30年唐山地区太阳辐射先下降后上升，总体呈下降趋势。

3.2 太阳辐射月变化

由图2可知，太阳辐射月变化呈单峰分布。自1月起辐射值快速上升，5月达到最大值（626.65 MJ/m2），此后逐渐下降，7月和8月基本持平，进入秋季后因太阳直射点南移，北半球接收的太阳辐射也随之减小。总体来看，太阳辐射春季最大，夏季次之，冬季最小。夏季由于多云雨天气，在云对太阳辐射阻挡以及水汽对太阳辐射削弱的共同作用下，夏季太阳辐射值小于春季。endprint

3.3 太阳辐射空间分布

由图3可以看出，太阳辐射年均值为4 960 ～5 200 MJ/m2，空间分布呈“西北少，东南多”的分布特征。南北各有一极值中心，北部太阳辐射极小值中心位于迁西县，辐射值 <4 960 MJ/m2；南部太阳辐射极大值中心位于曹妃甸，辐射值>5 200 MJ/m2。唐山市太阳辐射南北差异较大，地形因素可能是造成这种差异的原因。南部地区多为平原，地势平担，辐射极大值中心曹妃甸濒临渤海，日照充足。辐射值极小值中心迁西县多山地地形，起伏地形下坡度对太阳辐射有着重要影响。此外，山地间小气候也是影响太阳辐射的重要因子。

4 结论

（1）Angstrom模型对唐山市太阳总辐射拟合效果较好。各月相关系数均>0.8，个别月份相关系数>0.9，经验系数均达到极显著相关水平。拟合公式的决定系数>0.67，拟合效果较好。

（2）唐山市太阳辐射呈逐年下降趋势，气候倾向率约为80.3 MJ/（m2·10年）。20世纪80年代中期至90年代末是太阳辐射的下降时期，辐射的极大值和极小值均出现在这一阶段。20世纪90年代后期至今是太阳辐射的缓慢回升期，波动较为平稳。唐山市太阳辐射月变化呈单峰分布特征，春季太阳辐射最强，冬季最弱。由于夏季恰好是华北汛期，云对太阳辐射的阻挡及水汽对太阳辐射的削弱，造成夏季辐射小于春季。

（3）“西北少，东南高”是唐山市太阳辐射的空间分布特点。唐山市太阳辐射自东南至西北逐渐减少，南北各有一极值中心。极大值中心位于曹妃甸，极小值位于迁西县。地形因素可能是造成太阳辐射分布不均的原因。

5 參考文献

[1] ANGSTROM A.Solar and terrestrial radiation[J].Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society，1924，50（210）：121-126.

[2] 冯瑞萍，张智，姜娜娜，等.银川市太阳辐射气候变化特征分析[J].江西农业学报，2013（9）：111-114.

[3] 肖晶晶，金志凤，李娜，等.浙江省太阳辐射计算及分布特征[J].浙江气象，2012（3）：13-17.

[4] 赵东，祝昌汉，罗勇，等.三峡库区太阳能资源基本特征及其演变[J].自然资源学报，2009（11）：1984-1993.

[5] 袁淑杰，李钰春，向乐，等.起伏地形下四川省太阳直接辐射时空分布特征[J].干旱气象，2016（1）：20-25.endprint