未來(lái)我國(guó)太陽(yáng)總輻射時(shí)序變化趨勢(shì)的R/S分析

（北京市官?gòu)d水庫(kù)管理處 河北張家口075441）

（北京市官?gòu)d水庫(kù)管理處 河北張家口075441）

利用覆蓋全國(guó)范圍自1956年至2009年涉及651個(gè)站點(diǎn)的地面總輻射觀測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外有關(guān)地面太陽(yáng)輻射50多年來(lái)變化趨勢(shì)的研究，采用重標(biāo)極差法分析全國(guó)范圍內(nèi)地面太陽(yáng)總輻射時(shí)間序列的持續(xù)性與反持續(xù)性，并討論了我國(guó)不同地區(qū)未來(lái)太陽(yáng)總輻射時(shí)間序列變化的復(fù)雜性。結(jié)果表明：西藏中部和怒江流域、新疆地區(qū)、西北地區(qū)以南、內(nèi)蒙古高原地區(qū)、東北地區(qū)以北西南地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)的太陽(yáng)輻射的年時(shí)間序列在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)呈下降趨勢(shì)；新疆北部、青海北部、甘肅北部、東北地區(qū)以南、西藏西部及山南地區(qū)、粵西北地區(qū)及貴州東部地區(qū)的年時(shí)間序列在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)呈上升趨勢(shì)。

太陽(yáng)總輻射持續(xù)性R/S分析Hurst指數(shù)

太陽(yáng)輻射是地球-大氣系統(tǒng)最重要的能量來(lái)源，也是產(chǎn)生大氣運(yùn)動(dòng)的主要?jiǎng)恿?，它從根本上決定著地球-大氣的熱狀況[1]，是維持地球氣候系統(tǒng)及生態(tài)系統(tǒng)能量平衡的重要因子。因此，研究分析太陽(yáng)總輻射在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的變化趨勢(shì)對(duì)全國(guó)氣候變化的預(yù)測(cè)起著重要的作用。國(guó)內(nèi)學(xué)者楊勝鵬等[2]研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)平均太陽(yáng)總輻射呈先減少、后增加的趨勢(shì)；石磊等[3]研究了怒江流域近三十年太陽(yáng)總輻射變化呈先下降后上升的趨勢(shì)；王學(xué)峰等[4]研究了云南地區(qū)自1961-2007年太陽(yáng)總輻射變化呈減少趨勢(shì)。

1 方法及原理

1.1 R/S法

赫斯特（Hurst）指數(shù)是基于重標(biāo)極差(R/S)分析方法基礎(chǔ)上建立的、作為判斷時(shí)間序列數(shù)據(jù)遵從隨機(jī)游走還是有偏的隨機(jī)游走過(guò)程的指標(biāo)。其原理為：對(duì)于時(shí)間序列{}，t=1,2，···T，取n個(gè)序列觀測(cè)值，推導(dǎo)過(guò)程如表1所示。

表1 Hurst指數(shù)H值推導(dǎo)過(guò)程

對(duì)于不同的赫斯特指數(shù)H（0

1.2 太陽(yáng)輻射量計(jì)算方法

太陽(yáng)輻射量一般根據(jù)日照時(shí)數(shù)采用如下公式計(jì)算：

式中：為實(shí)際日照時(shí)數(shù)（hr），為最大可能日照時(shí)數(shù)（hr），（MJ//d）為到達(dá)大氣層頂?shù)奶?yáng)輻射量，和為區(qū)域性參數(shù)。

2 研究區(qū)域基本信息

2.1 信息數(shù)據(jù)來(lái)源

本文選用了自1956～2009年651個(gè)站點(diǎn)的逐日太陽(yáng)總輻射數(shù)據(jù)資料，觀測(cè)數(shù)據(jù)由國(guó)家氣象局整編（cdc.nmic.cn）。首先根據(jù)全國(guó)輻射站實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，參考孫福寶的插值辦法，由式（8）在各輻射站校正了逐月的和值，然后各常規(guī)氣象站點(diǎn)采用距離最近的輻射站的校正值，根據(jù)日照時(shí)數(shù)估算出各站逐日太陽(yáng)輻射量。擁有實(shí)測(cè)太陽(yáng)輻射資料的站點(diǎn)直接采用實(shí)測(cè)值，估算值作為缺測(cè)日期的補(bǔ)充，最后用距離方向加權(quán)平均法對(duì)所有站點(diǎn)逐日太陽(yáng)輻射量進(jìn)行插值處理。

2.2 研究區(qū)域概況

本文收集了覆蓋全國(guó)范圍的自1956年至2009年涉及651個(gè)站點(diǎn)的太陽(yáng)輻射觀測(cè)資料，其中華北、華中、華南及西部地區(qū)觀測(cè)站分布較為密集，由此根據(jù)觀測(cè)數(shù)據(jù)得出的結(jié)果較為精確。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 太陽(yáng)總輻射年時(shí)間序列變化趨勢(shì)

對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行插值處理后，采用Mann-Kendall趨勢(shì)檢驗(yàn)方法對(duì)總輻射進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)。1956-1990年間太陽(yáng)總輻射通過(guò)了α=0. 05的顯著性檢驗(yàn)，而1990-2009年間通過(guò)了α=0.05的顯著性檢驗(yàn)的區(qū)域僅集中于東北和西北部分地區(qū)。根據(jù)對(duì)檢驗(yàn)后的數(shù)據(jù)分析總結(jié)，結(jié)合我國(guó)學(xué)者鄭友飛等對(duì)我國(guó)部分地區(qū)近50年的研究，整理結(jié)果如表2所示。

表2 全國(guó)范圍內(nèi)太陽(yáng)輻射變化趨勢(shì)表

3.2 太陽(yáng)總輻射年時(shí)間序列變化趨勢(shì)的R/S分析

利用搜集到的全國(guó)范圍內(nèi)1956-2009年651個(gè)站點(diǎn)的太陽(yáng)輻射資料，通過(guò)對(duì)逐個(gè)站點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算太陽(yáng)總輻射年時(shí)間序列，利用R/S法求得年時(shí)間序列的赫斯特指數(shù)H，結(jié)果詳見(jiàn)圖1所示。

由圖1可知，西藏地區(qū)、新疆南部、西北地區(qū)以南、西南地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)Hurst指數(shù)均大于0.5，意味著年時(shí)間序列在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)將保持和過(guò)去相一致的持續(xù)性，其中云南北部、陜西南部、廣州中部、安徽南部和浙江西北部等地區(qū)Hurst指數(shù)大于0.65，說(shuō)明該地區(qū)太陽(yáng)總輻射的年時(shí)間序列在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)有更長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)性。而新疆北部、青海北部及甘肅北部、內(nèi)蒙古高原地區(qū)、東北地區(qū)、貴州東部地區(qū)Hurst指數(shù)均小于0.5，說(shuō)明太陽(yáng)總輻射量的年時(shí)間序列在未來(lái)一段時(shí)間將保持與過(guò)去總體變化相反的持續(xù)性，其中，新疆北部、內(nèi)蒙古東北部及黑龍江西北部地區(qū)Hurst指數(shù)小于0.35，說(shuō)明該區(qū)域年時(shí)間序列在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)有更長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)性。

圖1 我國(guó)范圍內(nèi)太陽(yáng)輻射Hurst指數(shù)分布

4 結(jié)論

（1）陽(yáng)輻射以1990年為分水嶺，與世界各地區(qū)共同經(jīng)歷了“全球變暗到變亮”的過(guò)程。除內(nèi)蒙古高原地區(qū)、西藏南部和山南地區(qū)、粵西北地區(qū)、黑龍江北部、吉林中西部地區(qū)太陽(yáng)輻射量（1956-2009年）總體呈上升趨勢(shì)外，我國(guó)其他地區(qū)年均太陽(yáng)輻射量（1956-2009年）總體呈下降趨勢(shì)。

（2均尺度下我國(guó)西藏地區(qū)、新疆南部、西北地區(qū)以南、西南地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)Hurst指數(shù)均大于0.5，意味著西藏中部和怒江流域、新疆地區(qū)、西北地區(qū)以南、西南地區(qū)、華北地區(qū)、華中地區(qū)、華南地區(qū)太陽(yáng)輻射的年時(shí)間序列在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)呈下降趨勢(shì)；而西藏西部及山南地區(qū)、粵西北地區(qū)的年時(shí)間序列在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)呈上升趨勢(shì)。

（3均尺度下我國(guó)新疆北部、青海北部及甘肅北部、內(nèi)蒙古高原地區(qū)、東北地區(qū)、貴州東部地區(qū)Hurst指數(shù)均小于0.5，說(shuō)明新疆北部地區(qū)、青海北部及甘肅北部、東北地區(qū)以南、貴州東部地區(qū)的年時(shí)間序列在未來(lái)的一段時(shí)間內(nèi)呈上升趨勢(shì)；而內(nèi)蒙古高原地區(qū)、東北地區(qū)以北的年時(shí)間序列在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)呈下降趨勢(shì)。

[1]李曉文，李維亮，周秀驥.中國(guó)近30年太陽(yáng)輻射狀況研究 [J].應(yīng)用氣象學(xué)報(bào)，1998，9（1）:24-31.

[2]楊勝鵬，王可麗，呂世華.近40年來(lái)中國(guó)大陸總輻射的演變特征 [J].太陽(yáng)能學(xué)報(bào)，2007，28(3):227-232.

[3]石磊，杜軍.怒江流域近30年太陽(yáng)總輻射變化趨勢(shì).安徽農(nóng)業(yè)科學(xué) [J]，2010，38( 23):12767-12769，12775-12775.

[4]王學(xué)鋒，朱勇，范立張，楊鵬武，楊曉鵬.1961-2007年云南太陽(yáng)總輻射時(shí)空變化特征 [J].氣候變化研究進(jìn)展，2009，5(1):29-34.

未來(lái)我國(guó)太陽(yáng)總輻射時(shí)序變化趨勢(shì)的R/S分析

■湯洋 房鳳華 宗睿

P461+.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-10-274-2