海口市太陽(yáng)總輻射變化特征及其與氣候因子的關(guān)系

肖昭偉 王 剛 陳統(tǒng)強(qiáng) 鄭亞娜天 周 虹

摘要利用海口地面站1971～2008年太陽(yáng)總輻射和氣象資料,對(duì)?？谑刑?yáng)總輻射特征進(jìn)行分析,結(jié)果表明:1971～2008年?？谔?yáng)總輻射以-248.467MJ/m2·a的速度減少,月變化與年變化趨勢(shì)一致。低云量、水汽壓是影響其太陽(yáng)總輻射的主要?dú)夂蛞蜃?。太?yáng)總輻射與氣溫關(guān)系達(dá)到置信度為0.001的極顯著水平。

關(guān)鍵詞太陽(yáng)總輻射;變化特征;氣候因子;海南?？?/p>

中圖分類號(hào) S161.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)21-0239-02

不同地區(qū)氣候的差異和季節(jié)的交替,主要是太陽(yáng)輻射在各地分布不均和隨季節(jié)變化的結(jié)果。筆者利用?？诘孛嬲?971～2008年太陽(yáng)總輻射(1979年、1980年缺測(cè))、低云量、水汽壓、氣溫等資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,探討海口地區(qū)太陽(yáng)總輻射的變化規(guī)律及其與氣候因子的關(guān)系,為合理開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)能提供依據(jù)。

1海口市太陽(yáng)總輻射年變化特征

從?？谑刑?yáng)總輻射變化曲線(見(jiàn)圖1)可以看出,?？谑刑?yáng)總輻射最大值為16 575.93 MJ/m2,出現(xiàn)在1984年;最小值為4 664.13 MJ/m2,出現(xiàn)在1990年。1971～1985年屬偏多年份;1986～2008年屬偏少年份,且呈波動(dòng)變化。利用一元線性回歸方法對(duì)?？谑刑?yáng)總輻射年變化進(jìn)行趨勢(shì)分析,得出其變化趨勢(shì)方程為Q=12 030.7-248.467t,通過(guò)α=0.01的顯著檢驗(yàn),變化趨勢(shì)率為-248.467MJ/m2·a,說(shuō)明海口市太陽(yáng)總輻射近36年來(lái)呈明顯減少趨勢(shì)。從3年滑動(dòng)平均變化看,1971～1985年太陽(yáng)總輻射處于多年平均值以上,1986～2008年太陽(yáng)總輻射處于多年平均值以下,根據(jù)3年滑動(dòng)平均變化曲線與平均值線判斷,1971～1985年屬偏多年份;1986～2008年屬偏少年份。按照2個(gè)時(shí)間序列樣本平均差是否顯著的T-檢驗(yàn)法公式,X1、X2、S1、S2分別代表2個(gè)時(shí)間序列樣本的平均值、均方差的無(wú)偏估計(jì)值,n=N-m+1,N為時(shí)間序列樣本總數(shù),對(duì)m=2,3,…,N-2時(shí),分別計(jì)算Tm值,對(duì)|Tm|最大值進(jìn)行檢驗(yàn),若|Tm|≥tα=0.01(m+n-2),則判斷發(fā)生突變。根據(jù)此方法計(jì)算|Tm|最大值為19.36,突變點(diǎn)為1985年,突變后平均值比突變前平均值減少6 575.64 MJ/m2·a。

2?？谑刑?yáng)總輻射月變化特征

由海口市歷年各月太陽(yáng)總輻射資料,根據(jù)一元線性方程y=a+bt,利用最小二乘法,求?？谑懈髟绿?yáng)總輻射的變化趨勢(shì)率及觀測(cè)值與擬合值的相關(guān)系數(shù),并繪制趨勢(shì)率、相關(guān)系數(shù)變化曲線(見(jiàn)圖2)。從圖2可以看出,?？谑懈髟绿?yáng)總輻射變化趨勢(shì)率均小于0,說(shuō)明月總輻射呈減少趨勢(shì),與年變化一致。在觀測(cè)值與擬合值方面,除11月外,其余月份兩者相關(guān)性在0.01水平上達(dá)顯著,4～9月變化趨勢(shì)率均小于-20MJ/m2·a,相對(duì)于4～9月,年初、年末各月太陽(yáng)總輻射減少幅度稍小。

3?？谑刑?yáng)總輻射與氣候因子的關(guān)系

3.1?？谑刑?yáng)總輻射與云量、水汽壓的關(guān)系

太陽(yáng)輻射的強(qiáng)弱與許多因子有關(guān),其中最主要的是太陽(yáng)高度角和大氣透明度。當(dāng)太陽(yáng)高度角相等時(shí),大氣透明度是決定太陽(yáng)輻射的關(guān)鍵因子。根據(jù)資料對(duì)太陽(yáng)總輻射與低云量、水汽壓進(jìn)行相關(guān)分析,太陽(yáng)總輻射與低云量、水汽壓的相關(guān)系數(shù)分別為-0.403、-0.404,通過(guò)置信度α=0.05 的顯著性檢驗(yàn)。可見(jiàn),隨低云量增多,對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱越大,到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射越少;水汽壓越大,說(shuō)明大氣中水汽含量越多,對(duì)太陽(yáng)輻射的削弱越大。從1971～2008年?？谑械驮屏孔兓?其變化趨勢(shì)為2.93份/10a,呈增多趨勢(shì),與太陽(yáng)總輻射呈明顯負(fù)相關(guān),這可能是由于城市發(fā)展而產(chǎn)生城市熱島效應(yīng),減弱城市低空大氣穩(wěn)定度,有利于垂直湍流的發(fā)展,易產(chǎn)生局部熱島環(huán)流,形成垂直上升氣流,有利于對(duì)流云形成,造成低云量偏多,導(dǎo)致太陽(yáng)總輻射的減少。

3.2?？谑刑?yáng)總輻射與氣溫的關(guān)系

空氣中的熱量主要來(lái)源于太陽(yáng)輻射,太陽(yáng)輻射到達(dá)地面后,一部分被反射,一部分被地面吸收,使地面增熱;地面再通過(guò)輻射、傳導(dǎo)和對(duì)流把熱傳給空氣,一般太陽(yáng)輻射與氣溫呈正相關(guān)關(guān)系,即太陽(yáng)輻射減少,地面吸收的熱量減少,氣溫降低;太陽(yáng)輻射增多,氣溫就會(huì)升高。對(duì)海口市太陽(yáng)總輻射與氣溫進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)分析,計(jì)算出?？谑心晏?yáng)總輻射與年平均氣溫、年平均最高氣溫、年平均最低氣溫的相關(guān)系數(shù)分別為-0.642、-0.543、-0.685,均通過(guò)置信度α=0.001的極顯著性檢驗(yàn)。?？谑?971～2008年氣溫的變化趨勢(shì)為0.36℃/10a,呈升高趨勢(shì),與太陽(yáng)輻射的變化趨勢(shì)截然相反,到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射減少而氣溫升高,這是由于太陽(yáng)輻射減少對(duì)地面的降溫作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于城市熱島效應(yīng)引起的升溫作用,才造成氣溫升高。

4結(jié)論與討論

?？谑?971～2008年太陽(yáng)總輻射呈明顯的減少趨勢(shì),年變化趨勢(shì)率為-248.467MJ/m2·a。月太陽(yáng)總輻射變化趨勢(shì)與年變化一致,4～9月太陽(yáng)總輻射減少趨勢(shì)較大,變化趨勢(shì)率均小于-20MJ/m2·a。?？谑心晏?yáng)總輻射與低云量、水汽壓存在明顯的反相關(guān)關(guān)系,說(shuō)明?？谑械驮屏康脑黾?水汽壓增大是造成當(dāng)?shù)靥?yáng)總輻射減少的重要原因之一。太陽(yáng)輻射減少,地面吸收的熱量減少,氣溫降低,而?？谑心晏?yáng)總輻射減少,氣溫卻上升,說(shuō)明海口市受城市熱島效應(yīng)引起的地面升溫大大抵消因太陽(yáng)輻射減少對(duì)地面的降溫。

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