遼寧省阜蒙縣太陽總輻射氣候?qū)W計(jì)算及其特征分析

舒海燕?楊曉彤?陶倩?趙振宇

摘要： 本文應(yīng)用氣候?qū)W方法計(jì)算太陽總輻照量，對(duì)1951-2018年遼寧省阜蒙縣太陽輻照的分布特征及變化趨勢(shì)進(jìn)行分析。該研究對(duì)深入了解遼寧阜蒙縣68年來的太陽輻照變化趨勢(shì)具有重要的參考價(jià)值，為當(dāng)?shù)靥柲苜Y源的有效利用提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：太陽總輻射;氣候?qū)W計(jì)算;日照百分率;小波分析;Mann-Kendall突變檢驗(yàn)

1日照時(shí)數(shù)年際變化特征及周期性變化

從年際日照時(shí)數(shù)變化可以得出，近68a期間年日照時(shí)數(shù)及百分率總體呈下降趨勢(shì)，年總?cè)照諗?shù)的下降率為2.7173 h/a。年日照時(shí)數(shù)2010年為相對(duì)最低，1956年為相對(duì)最高。1951-1973年呈波動(dòng)下降， 1973-1990年維持水平趨勢(shì)不變，1990-2001年振蕩上升，2001-2010年振蕩下降，2011年到至今呈起伏上升狀態(tài)。日照時(shí)數(shù)隨月份變化較大，可日照日數(shù)變化較小;5-9月由于受云雨的影響，日照時(shí)數(shù)和可日照時(shí)數(shù)變化趨勢(shì)不一致，7月的日照時(shí)數(shù)最少，而可日照時(shí)數(shù)最多;總體趨勢(shì)兩者皆是冬季最少，春季呈上升趨勢(shì)，秋季呈下降趨勢(shì);夏季日照時(shí)數(shù)先下降后上升，可日照時(shí)數(shù)變化不大。

2太陽能資料年際變化特征

從多項(xiàng)式曲線的波動(dòng)變化來分析年輻射量變化特征為：先變暗→變亮→變暗→變亮。從1951的高值到1973年水平面總輻照量呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，之后開始上下波動(dòng)振蕩，一直維持到1990年，轉(zhuǎn)折振蕩上升，上升過程持續(xù)到2000年，之后呈現(xiàn)明顯下降，直到2010年下降到階段性最低點(diǎn)，從2011年起又開始振蕩回升。這與全國太陽輻照的變化趨勢(shì)一致，在1990年前后，太陽輻照存在翻轉(zhuǎn)現(xiàn)象，也就是太陽輻照由“變暗”到“變亮”的過程。根據(jù)多項(xiàng)式趨勢(shì)分析表明，未來的趨勢(shì)存在波動(dòng)性“變亮”的可能。

3 太陽能資源季節(jié)與月份變化特征

由四季太陽能變化圖）和逐月變化可以看出，阜蒙縣水平面總輻照量的季節(jié)差異十分明顯，夏季最高，總輻射量為1587.97 MJ/m2;冬季最低，總輻射量為629.58MJ/m2;春季略低于秋季;這種變化的主要原因是由于太陽高度角的變化及云雨等的影響。單月太陽輻照量最大量為568.49 MJ/m2，出現(xiàn)在5月，單月次大量為533.24 MJ/m2，出現(xiàn)在6月;單月最小量為191.67 MJ/m2，出現(xiàn)在1月，單月次小量為218.69 MJ/m2，出現(xiàn)在2月。

4 突變檢驗(yàn)及趨勢(shì)分析

由太陽總輻照量的Mann-Kendall突變檢驗(yàn)可知，在1951年、2010-2011年UB線在超過-1.96的信度檢驗(yàn)。根據(jù)UB和UF曲線交點(diǎn)的位置，可以看出阜蒙縣的總輻照量在1953和1958年發(fā)生突變，表明上升是一種突變現(xiàn)象。 UF線除了1956-1958年外均為負(fù)值，說明總輻照量呈下降趨勢(shì)，從1959年突變后開始呈緩慢下降，1966年起UF值從大于-1快速下降為小于-1，并且到1969年又從大于-2降低到小于-2，到1973年UF值又從大于-3降低到小于-3，一直下降到1988年UF值達(dá)到最大值為-4.061。從1988年UF值又開始波動(dòng)上升，1999年UF值從-3級(jí)別上升到-2級(jí)別，逐漸上升到2004年達(dá)到-1.723，隨后又逐漸下降到-2級(jí)別，并一直持續(xù)到2018年。

5 周期性分析

對(duì)遼寧阜蒙縣1951—2018年太陽總輻照度進(jìn)行sym小波分析（圖8），由圖可知，小波分解包含1個(gè)低頻系數(shù)與3個(gè)高頻系數(shù)。低頻系數(shù)a3顯示太陽輻照度呈波動(dòng)下降狀態(tài)，此曲線表明了近68年來阜蒙縣太陽能資源的基本狀態(tài)，預(yù)計(jì)未來太陽輻照度會(huì)呈波動(dòng)性上升狀態(tài)。從a3的波動(dòng)頻率上表明，上世紀(jì)六十年代太陽能資源很豐富，七十年代開始下降，出現(xiàn)隨著時(shí)間變化的周期振蕩，在16-18年這個(gè)時(shí)間尺度的波動(dòng)明顯。高頻系數(shù)d3反映出在整個(gè)大氣因子對(duì)于太陽輻照度的影響力，氣候的變化仍是太陽能資源變化的有力影響因素，在10-12年這個(gè)時(shí)間尺度的波動(dòng)明顯。高頻系數(shù)d2與d1 可以看作短時(shí)間內(nèi)氣象因子及地理環(huán)境的影響，從5-6年、2-3年時(shí)間尺度上均有周期性波動(dòng)。

6 結(jié)論

（1）遼寧阜蒙縣近68年來的太陽總輻射呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，且整體上經(jīng)歷了“下降” “上升”“下降”“上升”四個(gè)階段的波動(dòng)變化。年太陽輻照量最大值出現(xiàn)在1963年，最小值出現(xiàn)在2010年，平均每年的太陽輻照為4971.32 MJ/m2。

（2）年太陽輻照量在4357.78～5676 MJ/m2之間變化，豐富程度GHR等級(jí)界于很豐富B與豐富C之間，穩(wěn)定度GHRS等級(jí)為豐富B，水平面總輻射穩(wěn)定度GHRS等級(jí)為B穩(wěn)定。

（3）按季節(jié)劃分，太陽輻照量從多到少依次為夏季（6-8月）、春季（3-5月）、秋季（9—11月）、冬季（12月和1—2月），其中5月份的太陽輻照量最多，次多月為9月，12月份最少，次少月為1月。

（4）太陽輻照量突變發(fā)生在1953年與1958年左右，并且輻射量存在以16-18年的主周期、10-12年、5-6年的次周期以及2-3年的周期變化。

致謝：本文得到遼寧工程技術(shù)大學(xué)物理系聶影及張永軍教授的指導(dǎo)與幫助，在此謹(jǐn)致謝意！

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