广西太阳总辐射的计算及分布特征.pdf

文章编号 100125191 2003 0420032204 广西太阳总辐射的计算及分布特征 苏 志 涂方旭 广西气候中心 广西 南宁 530022 摘 要 利用桂林 南宁 贵阳 海口1961 2000年逐旬太阳总辐射和日照百分率资料 建立精度较高的回归方程 推算出广西各地逐旬太阳总辐射 并分析了广西四季及年太阳总辐射的空间分布特征 对研究广西太阳总辐射及其 对广西气候的影响有指导意义 关键词 太阳总辐射 回归方程 分布特征 中图分类号 P46811 文献标识码 A Calculation of total Solar Radiation and Its D istribution Characteristics in Guangxi SU Zhi TU Fang2xu GuangxiCli mate Center N anning Guangxi 530022 Abstract A regression equation w ith high precision is established on the basisof information on total so2 lar radiation and sunlight percentage during 1961 2000 ten2days2by2ten2days in Guilin N anning Guiyang and Haikou so as to calculate the total solar radiation ten2days2by2ten2days in various places of Guangxi A n analysis ismade of the distribution characteristics in space of solar radiation in four sea2 sons and of total solar radiation which is useful in studying the total solar radiation and its effect on Guangxi s cli mate Key words total solar radiation regression equation distribution characteristics 收稿日期 2003204221 作者简介 苏志 19642 女 高级工程师 主要从事气候资源 气候灾害分析及气候应用服务工作 太阳辐射是地球上一切自然现象的主要能源 到达地面的辐射总量包括太阳直接辐射和天空散射 辐射 通常称为总辐射 太阳能一般以太阳总辐射 来表示 由于广西只有桂林 南宁两个年代较长的 太阳辐射观测站 邻省有昆明 蒙自 贵阳 海口 广州等日射站 因此只能采用回归统计方法间接计 算出其他各站的太阳总辐射 南京气象学院和广西气象局用1977年以前的 资料研究了 广西太阳辐射 广西丘陵山区农业气 候资源及其合理利用课题组编写的 广西山区农业 气候与大农业开发策略 一书中用1990年以前的资 料分析了 山区太阳辐射的分布 本文工作的不同 之处是 1 所用资料年代为1961 2000年 2 采用了按相关系数最大 欧氏距离最小 平均日照 百分率差异最小等综合比较的方法来确定各站的适 用推算方程 3 计算了广西90个气象站的逐旬平 均太阳总辐射 4 采用贵阳的太阳总辐射资料推 算广西西北部的太阳总辐射 1 总辐射与日照百分率的回归方程 影响太阳总辐射的因子主要是太阳高度角 大 气透明度 日照和云量等 本文采用彭门等人最早 提出的利用日照百分率计算总辐射的方法 1 其经 验公式为 Q Q0 a bS 1 式中Q为旬太阳总辐射 Q0为旬天文辐射 S 为旬日照百分率 a b是与云量 云状和大气透明 度等有关的经验系数 将上式改写成 Q Q0 a bS 2 根据1961 2000年历年实测旬总辐射量与旬 天文辐射的比值Q Q0和实测旬日照百分率S 用 最小二乘法即可确定各站各旬方程的a b值 各回 第24卷 第4期 广 西 气 象 Vol124 No14 2003年12月 JOU TURNAL OF GUAN GX I M ETEOROLOGY Dec12003 归方程中 Q Q0与S 的相关系数为0169 0197 均 通过了 0101的F检验 为了检验方程的精度 计算各日射站的方程计 算值与实测值之间的相对误差 即 Q计 Q实 Q实 100 除桂林4月下旬相对误差达2315 外 其 余都在 212 以内 各站36旬相对误差的绝对值 平均为 桂林017 南宁018 贵阳015 海 口016 可以认为误差相当小 方程精度较高 2 分 区 为了比较准确计算广西各地的太阳总辐射 先 将广西90个站进行合理分区 分区方法为 1 相关系数最大法 按相关系数公式 rkj 2 n i 1 yki y k xji x j 2 n i 1 yki y k 2 2 n i 1 xji x j 2 3 式中 n为样本数 k 1 2 7 j 1 2 90 i 1 2 n1 分别计算广西各站的年日照百分率与桂林 南 宁 昆明 蒙自 贵阳 海口 广州等7个日射站 的年日照百分率的相关系数 然后按相关系数最大 的原则归入相应的日射站 2 欧氏距离最小法 按公式 dkj 2 36 i 1 Ski Sji 2 4 式中 k 1 2 7 j 1 2 90 i 1 2 36 分别计算广西各站与桂林 南宁 昆明 蒙自 贵阳 海口 广州等7个日射站的欧氏距离 然后 按欧氏距离最小的原则归入相应的日射站 相关系数和欧氏距离的分类结果基本相同 只 有田林 百色 北海 涠洲岛的归类有矛盾 按相 关系数最大田林 百色归贵阳 北海 涠洲岛归南 宁 按欧氏距离最小田林 百色归南宁 北海 涠 洲岛归海口 为了解决这一矛盾 再对这4站采用 u检验法 3 u检验法 计算公式 3 为 u S 1 S 2 2 1 N1 2 2 N2 5 S 1 S 2为日射站与被检验站平均日照百分率 2 1 2 2为日射站与被检验站日照百分率的标准差 N1 N2为二站的样本数 按 5 式计算田林 百色 分别与贵阳 南宁36旬的u值 北海 涠洲岛分别 与南宁 海口36旬的u值 按u u0105 1196的原 则 对于南宁 田林有18旬通过 百色有26旬通 过 而对于贵阳 田林仅有5旬通过 百色仅有1旬 通过 因此田林 百色归入南宁较好 对于海口 北 海有19旬通过 涠洲岛有21旬通过 而对于南宁 北海仅有9旬通过 涠洲岛仅有2旬通过 故北海 涠洲岛应归入海口 考虑北海有6年 1995 2000 年 实测太阳辐射资料 其6年平均年太阳总辐射 为5131M J m 2 因此还可以用北海的实测值 方 程计算的同期值与南宁 海口两站比较 表1列出 了用南宁和海口方程计算的北海值 与实测值的差 值 南宁和海口6年实测值及与北海的差值 由表 1可见 回归方程计算值是南宁方程的计算值更接 近北海实测值 若考虑实测差值 用差值订正法 则 似乎是海口更好 为了减少误差 计算北海 涠洲 岛40年平均太阳总辐射时 取南宁 海口回归方程 计算值的平均值 故北海 涠洲岛既归入海口 又 归入南宁 表1 北海6年 1995 2000 平均太阳辐射 mJ m 2 日射 站 回归方程计 算值 6 年 与6年实测 值的差值 日射站6年 实测值 与北海 的差值 南宁4975215643152816 海口468724445076255 经过以上分析 分区结果为 基本上以北纬24 度为分界线 24 N以北的东部 中部有37站归入桂 林 西北7站 加上那坡共8站归入贵阳 北海 涠 洲岛2站归入海口和南宁 南部其余43站归入南 宁 以上分区的地理界线清楚 区域分布也比较合 理 最后根据分区结果选用相应的回归方程推算出 90站36旬太阳总辐射 分析时南宁 桂林用实测 值 3 广西太阳总辐射的空间分布 根据各站40年逐旬平均太阳总辐射计算结果 可以对广西年 季总辐射的空间分布特点 年内月 总辐射的峰值月进行初步分析 311 年总辐射量 广西各地年总辐射量在3601 5304M J m 2 见图1 桂林 柳州 河池三市北部及乐业 凌云 都安 金秀在4000 M J m 2以下 其中龙胜 天峨 南丹 金秀不足3700 M J m 2 为低值区 梧州市 南部 玉林市大部 右江河谷的百色 田阳 田东 3324卷 广 西 气 象 位于十万大山北侧的宁明 上思和沿海地区的钦州 合浦 北海 涠洲岛及横县大于4600 M J m 2 其 中田阳 上思 合浦 北海 涠洲岛超过4800M J m 2 北海 涠洲岛在5000 M J m 2以上 涠洲岛高 达5304 M J m 2 桂林 河池 柳州三市南部的大 部地区 贺州市大部及那坡 来宾为4000 4200 M J m 2 平乐 钟山 鹿寨 忻城 德保 上林 宾 阳 隆安 天等为4200 4400M J m 2 其余地区 为4400 4600M J m 2 从总体而言 广西境内年 总辐射量分布自北向南递增 河谷平原高于山区丘 陵 图1 广西年太阳总辐射量分布图 广西太阳总辐射的年内变化大部地区为单峰型 表2 表3 最大值为419 598 M J m 2 除西林 出现在5月 东兴 防城出现在9月外 其余各地 出现在7 8月 大部地区出现在降水量峰月后的1 2月内 即降水量逐渐减少 但太阳高度角仍较高 的时候 其中资源 全州 灌阳 富川及龙州 崇 左 南宁 宾阳 象州 武宣 贵港 平南 梧州 一线以南各地出现在7月 以北出现在8月 西部 的百色市大部及东兰 凤山 合浦 东兴 防城 北 海 涠洲岛为双峰型 主峰大部地区出现在7 8月 次峰在5月 5月出现次峰的原因可能是 这些地区 位于云贵高原东南侧 春季常受到源于南亚次大陆 的干热气团的影响 2 雨季开始较晚 晴好天气多 而且5月份太阳高度角较高 辐射值较大 故为总 辐射值次高值月 表2 桂林 南宁等站太阳总辐射峰值月和降水量峰值月 项目桂林梧州百色南宁北海 太阳总辐射峰值月87877 太阳总辐射次峰值月55 降水量峰值月65768 表3 桂林 南宁等站1 12月太阳总辐射 mJ m 2 地点123456789101112年 桂林1981782162733794135185304883862972464122 梧州2622132553184584825675515034553583154736 百色2372403464254974875195334923943042834756 南宁2302042513394714825305235014273352894583 北海2722292933875535225725275094753763235039 下转第45页 43 苏 志 涂方旭 广西太阳总辐射的计算及分布特征 4期 使中纬度积聚大量稳定能量 当达到一定强度时 环 流进行调整 冷空气向南爆发 导致广西出现寒潮 天气 从对应的地面气压场来看 图5 亚洲大陆 西伯利亚高压及北美高压较常年偏强 而大西洋及 太平洋上气明显较常年偏低 冬季风较常年明显偏 强 冬季风爆发过程便引起了寒潮爆发 5 结论 本文通过对广西寒潮天气特征及环流形势进行 分析 得出以下结论 1 近46a 广西共出现寒潮61次 全区性寒 潮22次 桂北区域性寒潮29次 桂南区域性寒潮 10次 1987 1988年出现了5次寒潮过程 有11a没 有出现全区或是区域性寒潮天气过程 1月是广西 出现寒潮的高峰月 2 广西出现寒潮天气的总站次略呈下降趋势 主要呈现波动振荡变化 具有 2a 及11a的明显振荡 周期 序列有变率突变 但均值突变不明显 3 广西寒潮天气出现频率呈东高西低的地域 分布 高寒山区在90 以上 桂东北大部为70 90 河谷地区为20 30 其余大部地区40 70 4 典型寒潮年环流分析表明 当极涡南掉 东亚大槽加深 乌拉尔山脊维持 冬季风的加强及 中纬度西风气流是导致冷空气堆积并爆发寒潮的主 要环流形势 参考文献 1 蒙远文 等 1 广西天气及其预报 M 1 北京 气象出版 社 19891348 3931 2 魏凤英等 1 现代气候统计诊断与预测技术 M 1 北京 气象出版社 199919 101 3 张培忠 陈光明 1 影响中国的寒潮冷高压的统计研究 J 1 气象学报 1999 57 4 493 5001 上接第34页 广西各地月总辐射最小值为162 251 M J m 2 除天峨 南丹 凤山 东兰 隆林 乐业 西 林 凌云 田林 百色 那坡等11站出现在1月外 其余地区出现在2月 312 各季总辐射量 春季各地的总辐射量为794 1328 M J m 2 占全年总辐射的20 30 北部地区的桂林 柳 州 贺州三市 河池市北部及都安 马山 来宾 金 秀 蒙山由于春季阴雨天气多 总辐射最少 均在 900 M J m 2以下 其中昭平最低 仅有794 M J m 2 其次是金秀 为800 M J m 2 西部的百色市 大部及沿海大部地区 春季干旱少雨 总辐射最多 在1100 M J m 2以上 其中位于最南面的涠洲岛最 多 达1328 M J m 2 其次是西北部山区的西林 隆 林 分别为1319 M J m 2 1293 M J m 2 西林 隆 林在广西不仅处于纬度偏北的地方 而且海拔高度 均在670米以上 春季总辐射量较多的原因 可能 是位于云贵高原东南侧 春季常受到源于南亚次大 陆的干热气团的影响 晴好天气多的缘故 夏季总辐射量为四季之最 总辐射量为1177 1701 M J