近20年南水北调中线水源区太阳辐射的变化规律

南阳师范学院20XX 届毕业生毕业论文（设计） 题 目：近20年南水北调中线水源区太阳辐射的变化规律 完 成 人： 班 级： 学 制： 专 业： 地理科学 指导教师： 完成日期： 2第页(共14页)目录摘要(1)1 文献综述(1)2 研究区域概况(2)3 资料与方法(2)4太阳总辐射的变化(3)4.1 太阳总辐射的年变化(3)4.2 太阳总辐射的月变化(4)5结果分析与讨论(8)6结论(9)参 考 文 献(9)Abstract(11)近20年南水北调中线水源区太阳辐射的变化规律 摘要：本文以1990年-2011年近20年来南水北调中线水源区内的安康站以及水源区周边的南阳站两个日射站的太阳总辐射量资料为主要数据源，利用线性倾向估计法研究南阳和安康两个日射站太阳总辐射的变化规律。结果显示：（1）南阳年平均太阳总辐射值为3709.185MJ/m2,安康年平均太阳总辐射值为3469.167MJ/m2，根据国家气象局的区划太阳总辐射值4200MJ/m2的为太阳能贫乏区，因此南阳和安康均为太阳能贫乏区；（2）南阳市太阳总辐射年变化呈单峰型，夏季辐射强，冬季辐射弱，6月和7月辐射最强。安康市太阳总辐射年变化也呈现单峰型，夏季辐射强，冬季辐射弱，7月和8月辐射最强；（3）1990年至2011年近20年来南阳和安康太阳总辐射都呈现减少趋势。 关键词：太阳总辐射；变化规律;水源区 太阳辐射（solar radiation）是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。以平行光线的形式直接投射到地面的太阳辐射，称之为太阳直接辐射。由于空气分子和气溶胶粒子的作用，或由于空气密度的涨落以及不均一，电磁辐射能量以一定规律在各方向重新分布的现象成为散射辐射。经过大气削弱之后到达地面的太阳直接辐射和散射辐射之和称为太阳总辐射。太阳辐射是地球表层最基本、最重要的能量来源，它是地球上生命的基础1。太阳辐射决定了地球大气系统的热力状况，是影响生态环境变化的主要因子。到达地面的太阳辐射与云量、大气中水汽含量、大气气溶胶含量密切相关。辐射量的变化影响到地面温度、蒸发和水循环2。因此,在全球气候变化的背景条件下，研究到达地表太阳总辐射量(以下简称总辐射)的变化特征趋势,有助于了解区域气候变化的规律。 本文以南水北调中线水源区内的安康站以及水源区周边的南阳站两个日射站近20年来的太阳总辐射量为主要数据源，利用线性倾向估计法分析了该区域太阳总辐射的变化规律。本研究可以为南水北调中线水源区调水量提供科学参考。1 文献综述 大范围地面太阳总辐射观测开始于20世纪50年代，自有观测记录以来,全球地面太阳总辐射变化大致可以分为两个阶段，首先一个下降的趋势出现在20世纪60-90年代3(-7Wm-2)，从北美4到西欧5，从东欧的前苏联6到亚洲的中国7，从南极到北极8，地面太阳总辐射变暗的趋势普遍存在。但在20世纪90年代全球大部分地区地面太阳总辐射变化趋势发生逆转，Martin Wild等9研究发现，全球大部分站点1990年以后地面太阳总辐射呈增加趋势，并且在部分地区晴空条件也如此；Lohmann等10利用ISCCP数据进行再分析比较得出，在1984-2001年东亚(+ 3.9Wm-2a-1)和南非(+2.4Wm-2a-1)直接辐射有强烈的线性上升趋势；Power11研究显示德国地面太阳总辐射从1977一2000年存在1.94Wm-2/10a的上升趋势；Shi等12对我国的研究也显示出地面太阳总辐射存在同样的变化趋势。关于全球地面太阳总辐射呈现大范围变暗到变亮的原因，主要有以下几种观点：20世纪50-80年代地面太阳总辐射下降，可能来自于人类与自然产生的硫酸盐及其他气溶胶污染；20世纪90年代后全球地面太阳总辐射呈上升趋势(约恢复6 Wm-2)，可能原因是云量减少，人为气溶胶浓度减少,增加无云大气的透明度，以及全球已从1991年Pinatubo火山爆发的影响中恢复13，但大部分观点都需要区域研究的证实1。2 研究区域概况 南水北调工程是21世纪之初我国水资源调整的一项伟大的战略性基础工程的战略性基础工程14。南水北调中线工程是我国整个南水北调工程的有机组成部分，中线工程从汉江丹江口水库引水（近期），连通长江、淮河、黄河、海河四大流域，北上自流到北京、天津，它对缓解京津及华北地区水资源短缺，改善受水区生态环境，促进华北地区经济和社会的可持续发展具有重要作用。水源区为汉江流域丹江口以上地区，集水面积9.52万km2，属于北亚热带季风气候,具有北亚热带和暖温带两种气候特征，气候温和，雨量较为丰沛，多年平均降水量为819.5mm，多年平均气温为14.6，多年平均径流量是368.7亿m3。未来水源区的地表水资源变化将直接影响调水工程的可靠性,是跨流域水资源调配与管理运行的重要依据15。3 资料与方法所用的资料为南水北调中线水源区内的安康站以及水源区周边的南阳站两个辐射观测站近20年来太阳总辐射量观测值。采用线性倾向估计法研究河南南阳和陕西安康两个日射站太阳总辐射的变化趋势，建立总辐射(y)与时间序列(x，年份)的一元线性回归方程y=a+bx，方程斜率b即为倾向率b0和b0分别表示总辐射随时间增加和减少2。4太阳总辐射的变化4.1 太阳总辐射的年变化根据中国气象局的区划，年太阳总辐射值大于5800 MJ/m2 为太阳能丰富区；太阳总辐射值处在（5000-5800）MJ/m2之间的为太阳能较丰富区；太阳总辐射值处在（4200-5000）MJ/m2之间的为太阳能可利用区；太阳总辐射值4200MJ/m2的为太阳能贫乏区16。由所提供的资料进行数据处理分析知近20年来河南南阳年平均太阳总辐射量为3709.185MJ/m2，陕西安康近20年来平均太阳总辐射量3469.167MJ/m2，所以河南南阳和陕西安康均为太阳能贫乏区。由图1可以看出南阳年太阳总辐射最大值为3966.9MJ/m2，出现在1992年；年太阳总辐射最小值为3296.442MJ/m2，出现在2003年。近20年南阳的太阳总辐射年变化趋势不明显。图1 南阳1990-2011年年太阳平均总辐射变化由图2可以看出安康年太阳总辐射最大值为4196.083MJ/m2，出现在1997年；年太阳总辐射最小值为2890.009MJ/m2，出现在1992年。近20年安康的太阳总辐射年变化总体趋势不明显。图2 安康1990-2011年年太阳平均总辐射变化4.2 太阳总辐射的月变化图3为南阳1990至2011年1-12月太阳总辐射量变化图。 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月图3 1990年至2011年1-12月南阳太阳总辐射量变化图图3显示，在1-12月中一月、三月、四月、五月、十二月5个月的太阳总辐射量变化呈上升趋势，而另外7个月太阳总辐射量变化呈下降趋势，其中七月、八月和九月下降趋势较明显，其决定系数R2分别为0.411、0.1812和0.4011。图4为南阳1990年-2011年各月平均太阳总辐射分布图4 1990-2011年南阳各月平均太阳总辐射分布图4显示，南阳月太阳总辐射呈单峰型,最大月份出现在6月,平均值为5204.43MJ/m2；最小月出现在12月,平均值为2055.47 MJ/m2,最大月与最小月的差值达3148.96MJ/m2。图5为安康1990年至2011年1-12月太阳总辐射量变化图。 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月图51990年至2011年1-12月安康太阳总辐射量变化图图5显示，在1-12月中一月、二月、三月、四月、六月、十二月6个月的太阳总辐射量变化呈上升趋势，而另外6个月太阳总辐射量变化呈下降趋势，其中七月、八月、九月和十月下降趋势都较明显，其决定系数R2分别为0.1687、0.2305、0.4322和0.1872。图6为1990年-2011年安康各月平均太阳总辐射分布图6 1990-2011年安康各月平均太阳总辐射分布图6显示，安康月太阳总辐射呈单峰型，最大月份出现在7月,平均值为5609.37MJ/m2；最小月出现在12月，平均值为1641 MJ/m2，最大月与最小月的差值达3968.37MJ/m2。5结果分析与讨论 南水北调中线工程对缓解京津及华北地区水资源短缺，改善受水区生态环境，促进华北地区经济和社会的可持续发展具有重要作用。根据图4和图5的分析可知，近20年来南水北调中线水源区的太阳总辐射总体无明显变化趋势，但南阳1990-2011年太阳总辐射在七月、八月和九月呈现明显下降趋势，其决定系数R2分别为0.411、0.1812和0.4011。安康1990-2011年太阳总辐射在七月、八月、九月和十月呈现明显下降趋势，其决定系数R2分别为0.1687、0.2305、0.4322和0.1872。七月、八月和九月为夏季，太阳辐射较强，而太阳辐射的强弱与水分的蒸发量正相关，太阳辐射减弱，水分蒸发减少 。因此可推知，南水北调中线水源区太阳总辐射无明显变化的趋势对水源区的调水量是有利的。张雪芬与陈东的研究17认为，河南省太阳总辐射具有减少的趋势，且研究证明大气中总悬浮微粒的增加是导致太阳总辐射减少的重要原因。因为本文研究的时间段仅为20年，比张学芬与陈东的研究 17的时段短，研究区变化趋势不明显，但还是可以推测大气中总悬浮微粒的增加对太阳辐射的变化是有影响的。6结论本文采用了南水北调中线水源区内的安康站以及水源区周边的南阳站两个日射站近20年来的太阳总辐射量资料，分析了其变化情况。主要结论如下：（1）南阳年平均太阳总辐射值为3709.185MJ/m2，安康年平均太阳总辐射值为3469.167MJ/m2，根据国家气象局的区划太阳总辐射值4200MJ/m2的为太阳能贫乏区，因此河南南阳和陕西安康均为太阳能贫乏区。（2）南阳市太阳总辐射年变化呈单峰型，夏季辐射强，冬季辐射弱，6月和7月辐射最强。安康市太阳总辐射年变化也呈现单峰型，夏季辐射强，冬季辐射弱，7月和8月辐射最强。（3）1990-2011年近20年来南阳和安康太阳总辐射都无明显变化趋势。（4）1990-2011年近20年来南阳太阳总辐射在总辐射在七月、八月和九月呈现明显下降趋势，其决定系数R2分别为0.411、0.1812和0.4011。安康1990-2011年太阳总辐射在七月、八月、九月和十月呈现明显下降趋势，其决定系数R2分别为0.1687、0.2305、0.4322和0.1872。参 考 文 献1 郑有飞,关福来，蔡子颖，等.我国南方中东部地区地面太阳总辐射变化规律J.应用气象学报, 2011,2(3):312-320 .2 邓小波，王学峰,罗宇翔，等.1961-2005 年云贵高原太阳辐射变化特征及其影响因子J. 气候与环境研究，2011，16(5):657-664.3 Beate G L.Observed reductions of surface solar radiation at sites in the United States and world from 1961 to 1990. 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