气候资源学论文

1、地面总辐射的气候学计算与分析摘要：为进一步探讨我国地面太阳辐射的变化规律及其原因，了解日照百分率对地面总辐射的影响，以及了解南京地区的地面总辐射的追年变化特征。根据南京地区现有的1961-2010年的实际日照时数和辐射资料进行分析和计算。当前计算太阳总辐射主要建立在经验公式的基础上，运用最小二乘法分析误差大小，判别得出的经验系数的置信程度。由图像分析可以看出南京的太阳总辐射总体是下降的趋势，但是在这最近的几年有些许的增加。关键词：南京地区 太阳总辐射 日照百分率 引言：众所周知，太阳辐射是地球上大气中一切物理过程的主要能源，它影响着地球上所有的物理、生物和化学过程，是维系地表温度，促进地球上的

2、水、大气、生物活动和变化的主要动力。它决定着世界各地的天气和气候变化，是地球气候形成的一个重要因素。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。到达地表的太阳总辐射与日地距离、地理纬度、太阳赤纬、日照百分率、天空云量以及大气和地表的物理状态有关。对于某一地区的地面太阳总辐射量的研究，可以运用结论在工业、农业生产，太阳能资源的高效开发利用。对于太阳总辐射的研究在国内外早就有很多的学者进行计算分析，因而在计算太阳总辐射量的经验公式很多，国内学者大多采用的是日照百分率计算。本文采用的是A.Angstrom提出的Q=Q0(a+bS1).资料与研究方法

3、：南京站(58238,3200,11848,0008.9) 1951.1.1 2011.12.31日照时数及地面总辐射观测资料。 1对南京理论日照时间的计算其中太阳高度角公式为 sinh=sinsin+coscoscos ，式中是指站点地理纬度，指太阳赤纬，而指的是时角。当日出、日落时，站点的太阳高度角h=0，则可以令式 sinsin+coscoscos=0 。由此可以计算出站点处的日出、日落的时角 =arcos(-tg*tg) 继而我们可以根据时角转换为时间，那么理论日照时间就可以求解。在求解过程中，要求先求解出太阳赤纬，求解太阳赤纬有一般为2种方法，一、查找天文年历; 二、经验计算法 =0

4、.0.cosTR+ 0. sin TR 0. cos(2TR) + 0. sin(2TR) 0. cos(3TR) + 0.00148sin(3TR)(180/ ) 其中，TR=2（dn-1）/365为日角，以弧度表示；dn为日序2.对日照百分率的计算日照百分率表示的是实际日照时数与理论可能日照时数的相对值 单位为百分比（）。用公式来表示就是 S=T实T理 。 日照百分率一定程度上能反应一地因天气原因而减少的日照数量。由南京站1961-2010年的日照时数的观测资料，结合理论日照时数的计算，计算出期间日照百分率的年平均，我们得到如下的图像由上图可以看出，日照百分率的年平均从1961年往后整体趋

5、势是下降的，但是期间有上升很明显的年份，在90年代初期上升的比较的明显，且幅度还比较大。3.天文辐射日总量 地球上某一纬度处每日的天文辐射总量就是从日出时刻到日落时刻这段时间的积分。根据时角与时间的关系 =（t-t）*2/T.式中T为地球的自转周期。某地某日的天文辐射日总量可以表示为 上式中的地球轨道偏心率订正系数 可以用下式计算在南京站的经纬度确定以后，代入每天的日序数dn，就可以计算出南京地区全年的天文辐射日总量，并且可以分析南京地区在一年中每个月天文辐射日总量变化规律。如下图从图可以看出在南京地区，在上半年，天文辐射是逐月增加的，到了下半年又开始下降，因而在6,7月的时候达到最大值，而且

6、在6,7月时候的最大值甚至是1,12月时候的2倍。天文日总量一直在变化是因为南京站位于北半球，北纬30o地区，在1月时候，太阳直射的是南半球，6月才是直射北半球的时候，这样导致太阳倾角一直在变化，12月22直射南回归线，此时南京的太阳倾角最小，之后到6月22太阳直射北回归线时南京太阳倾角才能到达最大。因而南京的天文辐射月平均才呈现如上图所示的图像。4.太阳总辐射线性拟合根据国内外大量的研究表明，一个地区在地面太阳总辐射与日照百分率之间存在着一定的线性关系。我们采用A.Angstrom在1924年提出的现在仍然被广泛采用的经验公式 Q=Q0(a+bS1)其中Q表示地面太阳总辐射，Q0表示天文辐射

7、，S1指日照百分率，a、b为经验系数。在本文中，采用的地面太阳总辐射Q，天文辐射Q0，日照百分率S1都是经过处理过的月平均，绘制每月的拟合图像如下图 我们可以根据上面拟合的图像可以的出太阳地面总辐射的经验系数 a、b。如下表得出南京站月太阳总辐射系数由此可以得到南京地区年平均太阳总辐射的气候学计算式为Q=Q0(0.1348+0.5807S1)根据太阳总辐射月平均、天文辐射月平均和日照百分率月平均的线性回归分析a、b的值分别为0.1550,0.5377.经过相关系数检验方法的检验得出相关性R（=0.01）=0.97220.7079，所以得到的相关系数是可靠的，回归方程是有效的，同时我们与我们拟合

8、的经验系数a、b的年平均误差只有13.03，7.997。所以的到的经验方程是有效的。5.太阳总辐射的特征分析 由南京站资料，绘制出1961-2010年的50年间的太阳月总平均日辐射，天文辐射月平均以及日照百分率月平均天文辐射月平均由上图可以看出, 南京地区月太阳天文辐射量从l 月到12月随太阳高度角的变化而有规律的变化, 为先增加后减少, 在6月达到最大值, 12月出现最小值,同时在5、6、7三个月的天文辐射量相对的比较接近并且较大，这是因为夏季时太阳高度角大和可照时间长。 从1961-2010年月平均太阳总辐射年内变化曲线可以看出, 其变化趋势与月天文辐射基本吻合, 但是在6月时候，太阳总辐

9、射略小于5 月和7月, 这是由于在于6月份南京地区进入了梅雨季节, 有较多的阴雨天气, 同时云量较多,导致日照百分率较小。7、8月份时太阳总辐射达到了一年中的最大值。原因有两个，一是这个时候太阳高度角较大, 二是此时南京地区进入一年中高温少雨的盛夏季节, 降水、云系少而日照百分率相对于6月增大。9月份太阳总辐射开始大幅的减少。 1961 1971 1981 1991 2001 2010 月份 上图为1961-2010年的南京站地面太阳年总辐射变化图，1961-2010年南京地区年太阳总辐射整体上呈现减少趋势, 这与全国太阳总辐射的变化趋势一致。差不多在80s后期达到一个谷值，而在之后一直到现在

10、是有一个微弱的增长的。 影响到达地面太阳辐射强弱变化的因素有很多, 一般而言, 决定太阳辐射逐月变化规律的主要因素是太阳的运行规律。到达大气层顶的太阳辐射随太阳的位置变化, 其每月辐射量基本为定值, 而进入大气层后, 由于大气分子、云量、大气中水汽及悬浮物等对太阳辐射的吸收、反射、散射作用削弱了到达地面的太阳辐射程度。因此到达地面的太阳辐射并不完全遵循太阳的运行规律, 而是在其基础上又叠加了外在因素的影响。结论1. 本文利用当前运用比较广泛的太阳总辐射气候学计算经验公式的基础上，利用现有的南京站1961-2010年的日照时数以及太阳辐射总量，采用线性回归方法确定每月的经验系数a、b，然后求平均

11、方式确定年平均的a、b。经相关系数检验是可信的。最后得出公式为Q=Q0(0.1348+0.5807S1)2. 南京地区的日照百分率在这几十年之间整体一直处于一个下降的趋势，但也不是每年都在下降，在90年左右达到一个谷值，之后有较大的增加，之后基本在0.45上下浮动。天文辐射是个单峰曲线，从1月开始增加，到6月达到峰值，随后开始下降，这是随着太阳高度角的变化而变化的，太阳直射点在1月是向北移动，一直到6月22夏至日，随后又向南移动。所以出现天文辐射变化规律。3. 南京地区太阳总辐射的年内变化基本上与其天文辐射相似, 随太阳高度角大小而变化, 夏季大冬季小。6月太阳高度角高, 但太阳总辐射相对5月

12、和7月反而是偏低, 这是因为南京地区在6月时进入梅雨季节,阴雨天气很频繁,同时云量也较多,这导致一部分太阳辐射被云反射和散射掉。7、8月份南京地区进入一年中高温少雨的季节, 太阳总辐射达到一年中的最大值。9月份南京地区会受台风的影响相对较多, 云盆以及降水增多, 总辐射明显下降。4. 地面太阳总辐射在这几十年以来是有一个明显的下降的趋势的，尤其是在80s是一直处于一个相对低值时间段，而之后开始有了一点的回升，尤其是到这几年，感觉南京是开始“变亮”的一个阶段。另一个相似的情况就是日照百分率在这几年也是一个些许增大。这可能是由于在之前工业快速发展，空气污染物增多，大气透明度下降，对太阳总辐射造成了一定的影响。影响太阳总辐射变化的因子很多,如云、气溶胶、大气分子的散射和吸收、太阳活动、城市化等。由于实在是水平有限，本文仅对61年来南京地区太阳总辐射的长期变化趋势进行了初步分析。 参考文献翁笃鸣. 中国辐射气候. 北京: 气象出版社, 1997. 111 1161. 和清华，谢云. 我国太阳总辐射气候学计算方法研究. 自然资源学报. 2010.022贺芳芳，薛静，穆海振. 上海地区太阳总辐射及其时空分布特征. 资源科学 2010，32（4）：693-7003. 郑有飞, 关福来，蔡子颖，吴荣军, 刘建军. 我国南方中东部地区地面太阳总辐射变化规