山东省太阳总辐射的时空变化特征分析

基于山东境内17 个气象站1961—2012 年逐日日照时数资料,利用Angstrom 公式估算各站点太阳总辐射,并利用空间插值法、线性倾向估计和Pettitt 突变检验方法对全年和四季太阳总辐射的时空变化特征进行了分析。结果表明:1961—2012 年山东地区多年平均年太阳总辐射的变化范围为4 814.3~5 338.8 MJ/m²,地区间差异大,全年太阳总辐射的空间分布特征为北部多、南部少;全年和夏季太阳总辐射时间序列在全部17 个站点趋于减小趋势,且除威海外,均达到至少0.05 显著性水平;除春季和秋季各有3 个和1 个站点太阳总辐射呈增大趋势外,其余站点春季、秋季和冬季太阳总辐射均呈减小趋势;全年和各季节太阳辐射减小速率较大的站点主要分布在山东中部和西南部地区;近52 a 间,1997 年以前为平均年太阳总辐射值的偏大时期,而其后则为偏小时期。     

甘肃省1960—2008年潜在蒸散量时空变化及其影响因子

基于甘肃省27个气象站点1960—2008年逐日气温、 降水、 风速、 日照时数、 太阳总辐射和相对湿度数据,应用Penman-Monteith模型和Kriging插值法,分析其潜在蒸散量的时空变化及其影响因子。结果表明:近49 a来,甘肃省不同气候区年均潜在蒸散量变化除河西走廊外均呈上升趋势,并以甘南高寒湿润区上升最显著,变化率为10.36 mm/10 a(α=0.001);在四季变化中,夏季最大,春秋次之,冬季最小,各气候区变化趋势有别。潜在蒸散量空间差异显著,表现为自西北向东南递减,且甘南高原最小,河西暖温带最大。河西、 陇南、 陇中、 甘南及祁连山区年均潜在蒸散量分别与平均风速、 太阳总辐射和最高气温正相关最显著,典型站点与之一致,且辐射项主要受太阳辐射影响,动力项主要受风速影响。     

西北地区近50年日照时数和风速变化特征

利用中国西北地区(甘肃、宁夏、青海、陕西以及新疆地区)1960-2009年112个观测站日照时数、风速和气温等资料,分析了近50 a中国西北地区日照时数和风速的年、季节、月的时空变化特征以及风速和气温的相关性。研究表明:近50 a来西北地区日照时数大部分地区表现为显著的减少趋势,平均每10 a减少13.6 h,1981年发生突变;空间分布上以新疆中部地区、关中平原和秦巴山地减少最为突出,季节上以夏、冬两个季节的减少趋势最显著。该区年平均风速也呈明显减少趋势,平均每10 a减少0.09 m·s^-1,其西部地区的减少率大致高于东部地区的减少率,以新疆大部分地区、青海大部分地区以及河西走廊减少最为明显;并且风速与平均气温、平均最高气温、平均最低气温有一定的相关性。     

中国近半个世纪地面太阳总辐射时空变化特征

论文利用近半个世纪(1961-2009年)全国58个气象站的地面太阳总辐射观测资料,采用线性倾向估计、小波分析和Mann-Kendall检验等方法,分析了近50 a来全国及区域地面太阳总辐射的年际、季节长期变化趋势特征、年代际距平、周期和突变点。结果表明:全国58个站点地面年太阳总辐射的长期变化趋势主要呈变化不明显和下降明显,分别占总站点数的50.0%和46.6%,且具有一定的气候地带性和局地差异。省级大城市的站点中,下降明显的站点约占该类站点数的三分之二,而其他城市以变化不明显的站点居多。从年代际距平看,在20世纪60年代和70年代,呈上升趋势的站点占总站点数的比例分别约为80%和50%;在80年代,以下降的站点居多,占80%以上;90年代至今,以下降趋势的站点居多,约占50%,但有30%左右的站点为上升明显。从季节的长期变化趋势看,除冬季以下降明显为主以外,春、夏、秋季均以变化不明显为主。从变化周期看,年际周期为6~9 a,年代际周期为10~13 a和20~23 a,但其周期在各气候带有异同。发生突变的时间也具有一定的地带性,各带突变时间有差异。     

1960-2011 年东北地区热量资源时空变化特征

基于1961-2011 年东北地区88 个气象站逐日气温资料,采用Kendall-Theil 线性趋势估计等方法探讨了该地区热量资源的时空变化特征。结果表明,近50 多年东北地区稳定≥0 ℃积温以25～95 ℃·d/10 a 的趋势显著增加,三江平原的增加趋势明显大于东部山区。稳定≥0 ℃气温的起始期在东北北部和中部显著提前,终止期在北部基本显著延后,日平均气温稳定≥0℃的日数在北部和中部地区基本以2～4 d/10 a 的趋势显著增加。东北地区大部分站点终霜冻日期明显提前,初霜冻日期明显延后,无霜冻期基本以3～5 d/10 a 的趋势显著增加。稳定≥10 ℃积温以30～110 ℃·d/10 a 的趋势显著增加,稳定≥10 ℃气温的起始期北部地区显著提前,终止期南部地区显著延后,作物有效生长期在中部和北部地区基本以2～4 d/10 a 的趋势显著增加。     

利用卫星资料估算我国西北地区直接辐射

在缺乏直接辐射、云量、日照时数等地面观测资料情况下,如何正确估算太阳直接辐射对太阳能合理开发利用有重要意义。利用NCEP/NCAR再分析资料、EOS-AURA卫星和FY-2C气象卫星反演资料,采用一个改进的宽带辐射传输模型对我国西北5个地面辐射站点2006年和2007年直射日曝辐量进行了估算。模型首先在Bird模型基础上对晴空条件下的太阳直接辐射进行了计算,然后结合FY-2C气象卫星总云量和云类反演数据,引入了一个线性方程,对实际天气状况下的直射日曝辐量进行了计算。结果表明:5个站点模拟的直射日曝辐量与实测值均存在较好一致性,评价效率系数NSE介于0.68~0.8,而对月均直射日曝辐量的模拟结果则显示模型在4-10月的估算精度要高于11-3月结果。     

天津市太阳辐射能资源的精细估算研究

本文根据天津市区１９５９～１９９４年共计３６ａ逐日实测总辐射资料,建立了用其它气象要素（日照百分率及空气湿度）估算不同尺度（年、季、月、旬、候及逐日）太阳总辐射量的系列经验公式,其平均拟合精确度可达９０％～９７％。     

中国西北地区近47a日照时数的气候变化特征

利用中国西北地区135个测站1961—2007年1—12月日照时数资料,采用EOF、REOF、趋势分析、Mann-Kendall分析、相关分析等方法,分析了47 a来西北地区日照时数的时空分布特征及其变化规律。结果表明:西北地区的日照时数从东南向西北减少,甘青新交界区是西北地区日照的高值区。冬季日照最少,夏季最多,春季多于秋季。西北地区大部分地方日照时数显著减少,全区平均减少速率为19.92 h/10 a,1980年发生突变。新疆西南部和青海南部日照时灵敏有明显增多趋势,甘南—陇中—宁南—陇东—陕中日照时数不显著增多。将西北地区日照时数分为7个不同类型区域:即西北地区东部区、新疆中北部区、新疆西南区、海西北高原区、祁连山区、青南高原和河西走廊区。西北地区东部和新疆中北部的日照时数为单峰型,河西走廊、祁连山区、新疆西南部的日照时数呈双峰型分布,青海高原的日照时数呈三峰型分布。在气候变暖的背景下,西北地区相对湿度增加,云量增多,是造成大部分地方日照减少的主要原因。     

西藏日太阳总辐射估算模型的优化与时间尺度效应

根据2012～2014年拉萨站点的日太阳辐射观测数据,对3种日太阳总辐射估算模型(左大康、Prescoff和王炳忠等提出的估算模型)的估算结果和实际观测结果进行误差检验分析,结果表明:3种模型都通过了显著性检验,其平均绝对误差(MAE)分别为6.17 MJ/(m~2·d)、6.42 MJ/(m~2·d)和12.31 MJ/(m~2·d),均方根误差(RMSE)分别为1.60 MJ/(m~2·d)、1.65 MJ/(m~2·d)和2.78 MJ/(m~2·d),表明利用地理位置信息和日照时数的左大康估算模型对拉萨日太阳总辐射的估算效果优于Prescoff和王炳忠估算模型。利用左大康估算模型分别估算得到2015年拉萨、那曲和葛尔地区的日太阳总辐射值,并进行模型验证。通过分析拉萨1971～2015年的太阳总辐射变化和周期性特征,研究日太阳总辐射估算模型的时间尺度效应。按照11年和四季两种不同的时间尺度,利用线性回归法对日太阳总辐射估算结果和实际观测结果进行误差和相关性分析,得到经验参数a和b的值与时间尺度有一定关系。11年和四季两种时间尺度除夏季以外,其他时间拟合模型的精度均得到了提高。通过线性回归法得出45年的西藏日太阳总辐射优化估算模型,该模型估算日太阳总辐射的误差小于左大康模型,估算精度较高。     

环境气象因素监测分析在太阳能热发电站选址快速评估中的应用

目的对凉山州某地太阳能热发电站拟选场址的太阳能资源进行评估。方法利用环境气象因素监测设备监测太阳直接辐射、总辐射和温湿度等环境气象因素,采用经验公式估算凉山州某地全年太阳直接辐射和总辐射量,并利用实测值进行验证。结果某地在秋冬之交,直接辐射强度的平均值为5.7k W·h/(m~2·d),总辐射强度的平均值为5.1 k W·h/(m~2·d)。结论某地为太阳能资源很丰富地区,全年太阳直接辐射量大于5000 MJ/m~2,全年太阳总辐射量大于6000 MJ/m~2,2月、3月、4月和5月为太阳能热发电最佳经济运行的月份。在秋冬之交,有利因素为70%以上的天数直接辐射强度都大于经济性运行的直接辐射强度指标,利于太阳能热发电,是潜在的太阳能热发电站候选地区;不利因素为多云天气和阴天占总天数的百分比接近50%,会极大地影响太阳能热发电的发电量和发电效率。     

中国北方近50年潜在蒸发的变化

利用彭曼-蒙梯斯公式和常规气象资料计算中国北方地区潜在蒸发(也称蒸发力)变化,分析实测蒸发皿蒸发的变化,结果表明:自20世纪50年代以来,潜在蒸发和蒸发皿蒸发呈波动下降趋势。日照百分率、风速下降和湿度增加影响了潜在蒸散和蒸发皿蒸发量的变化。从能量观点来说,太阳总辐射的下降是潜在蒸发和蒸发皿蒸发减小的主要原因之一,大气湿度增加和人类对于能源消耗的增加导致到达地面的太阳总辐射下降。因太阳总辐射的下降引起潜在蒸发的减小量约占总潜在蒸发减小量的78%左右。     

1961—2012年吉林省日照时数的变化特征及影响因素

日照时数变化特征及原因存在区域差异,为了反映日照时数变化特点,论文利用标准正态检验法（SNHT）,对47个站点1961—2012年日照时数观测资料进行均一性检验,得到31个均一站点,采用线性趋势分析、Mann-Kendall突变检验、小波分析、相关分析等方法研究了吉林省日照时数的变化特征和影响因素。结果表明：1961—2012年期间,吉林省年日照时数呈现出显著减少的年际变化特征,平均每10 a减少53.9 h,1985年前后吉林省日照时数由明显偏多变为明显偏少;四季日照时数均呈显著减少趋势;近52 a来,吉林省大部分地方日照时数呈减少趋势,中西部地区的东南部和东南部地区的西部为显著减少区。低云量的增加是导致吉林省日照时数减少的主要气象因素;大气污染物排放量增加所引起的气溶胶光学厚度增加对年日照时数减少的长期变化及冬季日照时数的年际变化有显著影响。     

Trends of the sunshine duration and diffuse radiation percentage on sunny days in urban agglomerations of China during 1960–2005

The long-term observational data of sunshine duration (SD) and diffuse radiation percentage (defined as diffuse solar radiation/total solar radiation, DRP) on sunny days during 1960–2005 were analyzed in 7 urban agglomerations and the whole of China. The results show that the sunny sunshine duration (SSD) has decreased significantly except at a few stations over northwestern China in the past 46 years. An obvious decrease of the SSD is found in eastern China, with the trend coefficients lower than − 0.8. Accompanied by the SSD decline, the sunny diffuse radiation percentage (SDRP) in most stations shows obvious increasing trends during the 46 years. The averaged SDRP over China has increased 2.33% per decade, while the averaged SSD shows a decrease of − 0.13 hr/day per decade. The correlation coefficient between SDRP and SSD is − 0.88. SSD decreased over urban agglomerations (small to large city clusters) in the past 46 years, especially in large cities and medium cities, due to the strong anthropogenic activities and air pollution represented by aerosol option depth (AOD) and tropospheric column NO₂ (TroNO₂). On the regional scale, SSD has an opposite trend from SDRP during 1960 to 2005, and the variation trends of regional mean values of SSD and SDRP in southeastern China are more pronounced than those in northwestern China.     

一种K干旱指数在西北地区春旱分析中的应用

用西北地区140个气象站1971～2000年的春季降水、蒸发资料,计算了一种K干旱指数,并制定了干旱标准,分析了西北春季干旱的气候特征。对K干旱指数与改进的Palmer干旱指数、降水距平百分率干旱指数作了比较分析;同时利用没有参加干旱指标划分的2001～2005年乌鲁木齐、玉树、兰州和西峰4个代表站(分别代表干旱、高原、半干旱和半湿润地区)的降水、蒸发独立样本资料对制定的干旱指标进行了检验。结果表明,新疆南部、甘肃西部、青海西部是重旱的高发区;新疆北部偏南地区、甘肃北部、南部和东部、宁夏北部、青海东南部、陕西北部是中旱的高发区;新疆西部、甘肃南部、青海西部、陕西东部是轻旱的高发区。K干旱指数对西北春季干旱有较好的监测能力;改进的Palmer干旱指数对干旱区的干旱监测效果好,但对高原、半干旱、半湿润地区的干旱监测有一定的局限;降水距平百分率干旱指数对轻旱和重旱监测效果好,对中旱监测能力差。在2001～2005年的检验中,再次证明改进的Palmer干旱指数对西北地区干旱监测有一定的局限,K干旱指数对西北地区的干旱监测有较好的效果。     

我国太阳总辐射气候学计算方法研究

目前太阳辐射主要通过计算获得,因此建立太阳辐射的气候学计算方法十分必要。论文利用中国54个站1961—2000年的逐日太阳总辐射和日照百分率资料,分别以天文辐射、晴天太阳辐射和理想大气太阳辐射作为三种起始值建立了各站的太阳辐射回归方程,并对其经验系数进行聚类分析,分为东部和西部两个地区。然后利用54个站1961—1990年的资料建立了3种起始值情况下,东部、西部地区和全国统一的太阳总辐射计算公式。最后利用这些站1991—2000年的观测资料对所建立的公式进行了检验。结果表明:无论是利用分区还是全国统一公式都是以天文辐射为起始值时计算结果好,其中分区公式比全国统一公式的计算结果精度略高,但差别不大。全国54个站以天文辐射为起始值的分区公式相对误差变化于2.67%~19.30%,平均为7.79%。全国统一公式的相对误差变化于3.33%~18.75%,平均为8.39%。从模拟结果的地区差异看,无论采用何种起始值,都是西部地区模拟误差小于东部地区,这与西部地区干燥、空气湿度小有密切关系。与其他研究结果相比,论文所建立的各种公式模拟结果较好,这是由于采用的资料序列长、站点多。考虑到计算天文辐射所需参数容易获得,因此建议实际应用时,采用以天文辐射为起始值的全国统一公式。