西宁地区近50年太阳能资源评估分析.pdf

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1、青海农林科技专 题 综 述2014 年第 1 期收稿日期:2014 03 05作者简介:胡德奎(1972 )，青海西宁人，本科，工程师，主要从事公共气象服务与技术开发。电话:13897635809，E mail:527536453 西宁地区近 50 年太阳能资源评估分析胡德奎1，张海林1，王丽莉2(1.西宁市气象局，青海西宁810016;2.青海省气象局信息中心，青海西宁810001)摘要:对西宁市市区、湟中、湟源、大通 4 个站 1960 2009 年日照时数以及对日照有影响的云量、水汽压等资料，分别应用线性倾向估计和相关系数计算进行统计分析，并通过 t 检验法检验。结果表明:西宁地区日照时

2、数呈明显的下降趋势，1960 2009 年 4 站气候变化率分别为每 10 年 81.3h、254.4h、21.9h 和15.5h。与 60 年代相比，00 年代西宁地区的平均日照时数减少了 486.3h，相当于每日的日照时数减少了1.4h。分析发现云量是决定日照时数变化的重要因子之一。太阳能总辐射年曝辐量为 5180 6337MJ/m2，也呈一个弱的下降趋势，其变化特征与日照时数的变化特征相一致，但减少率只有 1.2%，太阳辐射年曝辐量较稳定。根据太阳能资源丰富程度等级评估标准，西宁属于资源很丰富地区，有很好的利用价值。关键词:日照时数;太阳辐射;突变;稳定度;西宁地区中图分类号:P422.

3、1文献标识码:A文章编号:1004 9967(2014)01 0025 06Solar Energy esource Assessment of Xining City in Nearly 50 YearsHU De-kui1，ZHANG Hai-lin1，WANG Li-li2(1.Xining Meteorological Bureau，Xining Qinghai 810016，China;2.Qinghai Meteorological Bureau Information Center，Xining Qinghai 810001，china)Abstract:From 1960 to

4、 2009，the sunshine hours and the impact of cloud cover，vapor pressure，etc onthe sunshine of the Xining city，Huangzhong，Huangyuan，Datong 4 station were being statistical analysis by u-sing estimated of linear tendency and correlation coefficients and examination by test The result show that:thesunshi

5、ne hours of Xining city was decreased apparently from 1960 to 2009，the rate of climate change of 4 sta-tion were respectively 81.3h，254.4h，21.9h and 15.5 h every 10 years，compared with the 60 s，in00 years the average sunshine hours of Xining city reduced 486.3h，equivalent to the daily sunshine hours

6、 re-duced 1.4h Finding cloudiness is one of the important factor to decide the change of sunshine hours by analy-zing the total amount of annual solar radiation is 5180 6337 MJ/m2，also showed a weak downward trend，itsvariation is same with the variation of sunshine hours，but the reduction rate was o

7、nly 1.2%，the total amountof annual solar radiation is relatively stable according to the grade assessment standard of abundance of the so-lar energy resources，Xining city belongs to the resource rich region，and has a good value in useKey words:Sunshine hours;Solar radiation;Mutation;Stability;Xining

8、 city工农业的高速发展及人民生活对能源的迫切需求造成了能源危机。据统计，我国可采储量的化石能源仅为:原煤 114.5a，原油 20.1a，天然气 49.3a。地球上超过 50 亿年积累的能源，或许在几十至上百年间将被耗尽，能源危机正引起全球关注1。因此，大力发展可再生能源，已成为人类可持续发展和生存延续的首要问题。作为高原城市的西宁市来说，太阳能资源十分丰富，在地形复杂多样和居住分散的现实条件下，有着独特的作用，利用太阳能的前景非常诱人。根据IPCC(政府间气候变化专门委员会)第 4 次评估报告，全球在变暖的同时也在变暗。在区域尺度上，美国、西欧、印度和中国等的地表太阳辐射量或日照时数亦呈

9、减少趋势2。到达地表的太阳辐射与太阳常数、云量、大气中的水汽含量以及大气气溶胶含量等有密切的关系，太阳辐射变化52的最直接反映是日照时数的变化。由于日照受诸多要素的影响，不同地区日照的变化特征具有明显的差异。李跃清3 认为青藏高原东侧的日照和云量的变化是春夏季气温变化的重要原因。王华等4 分析了阿克苏的日照时数的变化，发现阿克苏的日照呈增多趋势。覃峥嵘5 分析了南宁日照时数减少的成因，找出了夏季日照时数的减少与降水量、废气排放总量的关系。陈芳6 等分析了青海高原太阳辐射时空分布特征，发现青海省总辐射年曝辐量高，总的分布趋势西高东低。本文通过对西宁地区日照时数与太阳辐射长期变化规律及其影响因素的

10、分析，了解西宁地区大气与气候的变化及其可能原因。全面科学分析和评价西宁太阳能资源的时空分布特点，对大力开发利用太阳能提供科学依据，在能源日益短缺并大力倡导节约型社会的今天，具有更深远的现实意义和经济价值。1资料和方法1.1资料选取西宁市位于青藏高原东部，具有独特的气候特性。本文选取西宁市辖区内 4 个气象观测站的观测资料来进行统计分析。资料为 1960 2009 年各站日照时数、日照百分率、总云量、地面水汽压、气温日较差、白天降水量、相对湿度(青海省气候中心提供)。1.2计算方法采用线性趋势分析来估算相关要素的气候变化趋势，表示为:气温日较差、白天降水量、相对湿度(青海省气候中心提供)。1.3

11、计算方法采用线性趋势分析来估算相关要素的气候变化趋势，表示为:Y=at+b(1)式中:Y 为 t 时刻的要素值趋势方程估计量，t为时间序号。把一阶系数 a 乘以 10 称为该要素变化倾向率(或变化率)，如果为日照时数，则单位为:h/l。a、b 为经验常数。用最小二乘法通过实际资料计算得出，其中 a 表示线性函数的斜率，也就是气候要素的线性趋势变化率。a 为正(负)表示有增加(减小)趋势，零表示无线性变化趋势。日照时数是呈上升趋势还是下降趋势取决于 a 的符号，即倾向值，正为上升，负为下降。趋势是否显著用 t 与 Y 之间的相关系数来判定，超过 0.05 显著性水平则认为趋势显著。太阳总辐射计算

12、方法:选择太阳能评估方法7 中的经验公式:Q=Q。(a+bS)(2)式中:Q 为总辐射，Q。为天文辐射量，S 为日照百分率，a，b 为经验系数。太阳能资源稳定程度评估:各地日照稳定度分布太阳能资源评估方法8 中太阳能资源稳定程度用各月的日照时数 6h 天数的最大值与最小值的比值表示:K=max(Day1，Day2Day12)min(Day1，Day2Day12)(3)式中:K太阳能资源稳定程度指标，无量纲数;Day1，Day2Day121 至12 月各月日照时数大于 6h 天数，单位为(d);max()求最大值的标准函数;min()求最小值的标准函数。通过计算，分析西宁日照时数和太阳总辐射的年

13、、季、月以及年代际的变化特征，对西宁太阳能资源的稳定程度和可利用价值进行评估分析。2日照时数特征分析2.1日照时数的月、季变化特征通过对四站每月日照资料统计分析，各月的平均日照时数在总体上呈单峰变化曲线，以四月、五月和六月日照时数最多，向两端依次减少，各地全年均有两个低值月，九月份日照时数最少，月日照时数在 170.8 194.8h，二月份为次低，五月份为全年日照时数最多月，五月与九月相比多 51.5 63.8h(表 1)。图 1 为西宁地区月平均日照时数变化曲线图。表 1西宁市各代表站月日照时数平均值Table.1the monthly average sunshine hours of e

14、ach the representative stations in Xining city(单位:h)一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月 十二月年合计大通213.7203.6218.4227.6230.9219.4222.7222.7179.4203.82122122566.2湟源217.6213.9238.7242.4243.6237.9229.9225.1183.3205.8213.2210.52661.9西宁207.4205.2225.7236.3247.7240239.3238.6194.8209.3211.82052661.1湟中217.5202.7215.2228.7

15、234.6230.2224.9222.2170.8194.7214.9218.6257562图 1西宁地区月平均日照时数变化曲线图Fig 1the change curve of average sunshine hours of Xining city出现上述变化特征的主要原因是:五月份开始逐步进入白天时间长于夜间，日照时间长，五月阵性降水天气少、白天总云量少，六 八月多阵性降水天气、白天总云量也较五月多，到九月后，进入秋季，白天时间逐渐变短，且多为连阴雨天气，云多日照时 间少，二月份的日照少，是因为总天数比其他月份少 2 3d。计算分析了西宁地区四季平均日照时数和日照时数的变化率，发现春季

16、日照时数最多，夏季次之，秋季最少，春季日照时数比秋季多 99h。西宁市区的表现特征与平均特征有所不同，夏季日照时数最多，春季次之。春季日照时数为缓慢增加的趋势，变化速率为每 10 年 1.3h。其中，湟中春季日照时数增加速度最快，变化速率为每 10 年 10.5h，大通变化速率为每 10 年 8.9h，湟源变化比较平稳，西宁市区在减少，变化速率为每 10 年 14.6h。夏季的变化速率为每10 年 11.2h。秋季的变化速率为每 10 年 4.4h。冬季平均日照时数减少最快，变化速率为每 10 年 12.7h，特别是在 1996 2006 年的 10 年间变化速率为 91.2h，其中，西宁市区

17、冬季日照时数减少的速度比其他三地要快，变化速率为每10 年 23.6h，湟源冬季日照时数减少速度最慢，变化速率为每 10 年 5.9h。2.2日照时数的年际变化特征根据公式(1)对西宁市区、大通、湟源、湟中的年日照时数线性趋势分析，发现西宁地区平均日照时数呈稳定的下降趋势。图 2 给出了西宁年平均日照时数的年际变化曲线。由图 2 可以看出:平均每 10 年减少近 27h。其中，西宁市区年平均日照时数减少速度最快，变化速率为每 10 年 81.3h，2000 2009 年平均值仅为 2469.7h，比 60 年代平均每年减少了314.3h，其 次 为 湟 源，变 化 速 率 为 每 10 年21

18、.9h，大通变化速率为每 10 年 15.5h，湟中与其他三地有所不同，年平均日照时数不是减少，而是在增加，2000 2009 年十年比 60 年代平均每年增加 49h。图 2西宁地区年日照时数变化曲线图Fig 2the change curve of yearly sunshine hours of Xining city从空间尺度来分析，西宁、湟源两地年平均日照时数多，湟中、大通两地年平均日照时数少72(表 1)，两者相差 86.9 95.7h。2.3日照时数的年代际变化的特征年日照时数年代间变化趋势分析可以看出，日照时数是减少的趋势，60 年代到 70 年代中期在平均线以上，变化较平缓，

19、70 年代中期降至平均值附近，此后的日照时数都在均值线以下(图3)，从 80 年代到 90 年代期间有一个增加的过程，主要是因为:1989 年出现了 50a 以来的最少日照时数，为 2141h，而 90 年代的 1990 年和 1997年出现了两年的多日照时数年，日照时数超过平均值 160 多 h。各年 代间的变化趋势不尽相同60 年代日照时数在增多，变化速率 为每 10 年204.5h，70 年代和 90 年代比较稳定，变化不大，80 年代和 90 年代后期到 21 世纪初，这两个阶段日照时数减少速度最快，80 年代变化速率为每10年 265h 至 266h。图 3西宁地区各年代日照时数变化

20、图Fig 3the change curve of sunshine hours in each years of XiNing city季日照时数年代间的比较发现，冬季日照日数减速最快，变化速率为每 10 年 54.1h，00 年代比 60 年代减少了 242.7h。其次，春季变化波动较大，90 年代比 70 年代减少了 75.3h，00 年代比 90 年代又增多了 83.3h。2.4日照时数的阶段性变化特征气候突变是气候变化过程中存在的某种不连续现象，常用气候要素累计距平曲线来确定，即C(t)=ti=t(Xi X)式中:Xi为第 i 年的平均日照时数;X为1960 2007 年的年平均日照

21、时数。若指标绝对值达最大值，则所对应的 t 为突变年份。该年份是否达到气候突变的标准，进行 t 检验。图 4 是西宁地区 1960 2009 年平均日照时数累年距平曲线，可以看出，西宁地区年平均日照时数累计距平曲线有多个高、低值转折年，此绝对最大值出现在1980 年，这次转折是平均日照时数从偏高期转为偏低期，1980 年后的偏低期至今仍在持续。但通过 t 检验结果表明，上述转折并未达到气候突变的标准，只反映了日照时数的多个阶段性变化中表现最为明显的一年。图 4西宁地区 1960 2009 年平均日照时数累年距平曲线Fig 4from 1960 to 2009，curve of average

22、sunshine hours of Xining city822.5影响日照时数变化的主要因素分析日照时数的变化与许多因子有关。云量是决定日照时数变化的最重要因子之一。大气透明度对日照时数也具有很大的影响，大气透明度是表征大气对太阳辐射透明度的一个参数，它受大气中的水汽含量以及大气气溶胶含量等因子影响。由于气象要素之间存在着密切的相关性，为此分别计算 1966 年、1971 年和 2002 年(代表少雨年、平均年和多雨年)三年逐日日照时数和各相关气象要素的相关系数，从表 2 可看出，无论是少雨年、平均年还是多雨年，日照时数与各气象要素的相关系数是一致的，相关相当好，但实际影响日照的因素主要还是

23、云量。在相关系数计算中，总云量、低云量与日照存在着显著的负相关关系。气温日较差与日照存在较好的正相关，究其原因，气温日较差反映出的还是云量的关系，白天无云时日照充分，太阳辐射较强，气温高，晚上由于辐射降温造成气温偏低，日较差大;白天有云时，由于云的遮蔽，太阳辐射到达地面较少，造成白天气温较低，晚上，同样由于云的遮蔽，地面长波辐射被云吸收，辐射降温幅度较小，夜间气温偏高，日较差小。从表 2 还可看出，日平均地表温度和日平均水汽压，相关系数不高。表 2日气象要素与每日日照的关系Table.2the relationship between daily meteorological elements

24、 and daily sunshine日气象要素1966 年相关系数1971 年相关系数2002 年相关系数日平均总云量(成)0.626490.629950.63413日平均低云量(成)0.466140.447430.37982日气温日较差()0.6198420.6146090.620142日平均相对湿度(%)0.464160.46070.45806日平均气温()0.1425830.1668810.174802日平均水汽压(hpa)0.160240.109930.08786日白天降水量(mm)0.434190.296680.35732日平均地表温度()0.21720.23720.233445注

25、解:0.001 信度0.01 信度*0.05 信度日照时数与云量之间存在明显的负相关关系，相关系数为 0.63，经过 t 检验法检验。统计资料表明，那些对太阳光线有较强的阻挡和吸收作用的云层，能有效减小太阳光线的透过率，对地面日照时数减小的作用较强。日照时数与降水过程之间也存在明显的负相关关系，相关系数为0.30 至 0.43，并且通过了显著性检验。资料的分析还表明，连续性的降水过程对日照时数的影响最大，而阵性降水的影响则相对较小。3太阳能资源的计算太阳能资源的分布与纬度、海拔高度、地理状况和气候条件有关。其资源丰富程度一般以总辐射年曝辐量和全年日照总时数表示。气候学透射系数能较好地反映各地区

26、大气透明状况和天空的遮蔽程度8。3.1太阳总辐射计算通过收集西宁地区现有的辐射观测资料，根据公式计算模拟和实况进行对比分析计算，确定各月 Q0，a，b 的取值(表 3)。利用经验公式(2)、各站的日照百分率和各月 Q0，a，b 的取值可以得出西宁各县的太阳总辐射。表 3西宁地区各月 a，b，Q0参数值Table 3a，b，Q0parameters in each month of Xining city一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月十一月 十二月年平均A0.2970.4880.2830.3340.3670.270.2220.2530.010.21 0.4490.050.22458B0

27、.0050.0020.0050.0040.0040.0050.0060.0060.0110.0140.0030.010.00625Q0489.6575.8830980.31135114711601062873.6709.7519.9451.8827.775923.2太阳能资源丰富程度评估表 4太阳能资源丰富程度等级7 Table 4abundance levels of solar energy resources太阳总辐射年总量资源丰富程度6300MJ/(m2a)资源最丰富5040 6300MJ/(m2a)资源很丰富3780 5040MJ/(m2a)资源丰富3780 MJ/(m2a)资源一般

28、根据太阳总辐射经验公式(2)，计算出西宁地区总辐射年曝辐量为5180 6337MJ/m2，西宁、湟源多于大通、湟中，这与日照时数的分析结果相一致。通过对西宁地区 1960 2009 年太阳能总辐射年曝辐量分析，平均总辐射年曝辐量有一个弱的 下 降 趋 势，00 年 代 比 60 年 代 减 少 了186 MJ/m2，但减少率只有 1.2%。由此可见，西宁市太阳总辐射的年际变化不大，太阳总辐射年曝辐量较稳定。2007 年出现了 50a 来的最低值，总量为 5453.1MJ/m2，根据太阳能资源丰富程度等级评估标准(表 4)，仍然属于资源很丰富年代，这对充分利用西宁太阳能资源非常有利。西宁地区总辐

29、射季节分布不均，夏季日照时间长，为一年中太阳能最丰富的季节，夏季总辐射年曝辐量多达 1816 1889MJ/m2，春季次之为1693 1746 MJ/m2，秋、冬季较少为 955.8 1176.6MJ/m2。西宁地区月总辐射变化较大，最多月份和最少月份之差在 372.1MJ/m2以上，变化曲线呈单峰型，其中夏季的 5 8 月总辐射最强，均在600MJ/m2以上(图 5)，一年中总辐射最多月份各地均出现在五月。如:西宁市区五月总辐射达677.4MJ/m2，平均每天达 56.45MJ/m2。一月、十二月可照时数短，月总辐射也少，为一年中最少月份，一般在 320MJ/m2以下。图 5西宁月平均辐射量

30、变化曲线图Fig 5the change curve of monthly average radiation of XiNing city3.3太阳能资源稳定程度评估表 5太阳能资源稳定程度等级Table 5levels of stability of solar energy resources太阳能资源稳定程度指标稳定程度2稳定2 4较稳定4不稳定根据公式(3)，由实测资料计算各站 1960 2009 年每年表征太阳能资源稳定程度的 K 值，然后再对结果进行平均，得出西宁地区 K 值的多年平均值为 1.9。按照标准，K 2 的站有 3 个，占75%;K 值在 2 4 的站有 1 个，占

31、25%;K 4 的站 0 个，表 5 是太阳能资源稳定程度等级。由表5 说明西宁地区大部分地区的太阳能资源属于稳定，个别地区属于较稳定。3.4太阳能资源利用价值评估利用各月日照时数大于 6h 的天数为指标8 9，反映一天中太阳能资源的利用价值，一天中日照时数如小于 6h，其太阳能一般没有利用价值。从表 6 可以看出，西宁各地每月日照时数超过 6h 的天数在 15.4 25.4d，全年在 251.2 265.5d，太阳能可利用时间较长。(下转第 50 页)03从表2 可以看出，使用800 倍液，对木本花卉影响很大，植株的矮化倾向明显，通过对后期生长的观察，不利于植物体的生长发育。1000 倍液和

32、1500 倍液对花卉影响适中，既充分发挥了药物对植株的控制作用，既控制了植株徒长，又有利于植物体的生长发育，两者对花卉的影响差别不大，如果考虑成本等因素，用 1500 倍液为好。4结论4.1对室外栽植的木本花卉，一般不需要过早使用多效唑，只有等到树冠中的枝条长粗，骨架定形后才可以使用。对室内花盆中栽植的花卉要在植株体较小的情况下即可使用，可以防止植株徒长，控制其及早矮化和定形，提高观赏价值，有效利用室内空间。4.2使用多效唑，在用量上要求宁少勿多，每次使用浓度一定要合理，一般要通过多次在生长季节上使用和控制，逐步达到矮化植株的目的。若想通过一次使用过量的多效唑来达到目的，反而会严重削弱植株体，

33、甚至造成严重损失。4.3使用多效唑，应综合考虑花卉的品种、大小、年龄、长势、木本、草本等因素。一般情况是幼旺树的植株应多施，老弱植株少施或不施;木本植株应量少多次施用，逐步控制;一年生草本花卉由于生长期集中，而且时间短，要早施、多施，做到一步到位;多年生草本花卉视情况在每年生长期施 1 2 次。4.4多效唑虽能矮化花卉植物，促进开花，但毕竟只是一种调控手段，要想使栽培的花卉达到理想的目的，还必须做好土、肥、水、光照、温度的管理及病虫害的防治工作。参考文献:1 王志强，于敏，高惠玲 多效唑在桃树上的应用 J 中国林业，2008，(3):542 罗言云，王淑芬 养花完全手册M 成都:四川科学技术出

34、版社，2003:100 351(上接第 30 页)表 6西宁各地日照时数大于 6h 天数统计表Table 6sunshine hours more than 6h statistical table of days of Xining city(单位:d)月份123456789101112年西宁23.42222.622.522.721.420.821.317.82123.623.4262.4大通23.921.621.721.521.519.920.120.416.620.323.624.2255.2湟源25.122.92422.822.420.92020.416.9212425.2265.5湟

35、中24.421.421.221.121.319.719.119.515.419.223.525.4251.24结论与讨论4.1通过计算得出:西宁各地年太阳日照时数在 2566.2 2661.9h，日照时数高、低值区位置和年太阳总辐射高、低值区相一致，春夏季节日照时数高，秋冬季节日照时数低，日照时数有减少的趋势。4.2年太阳总辐射值在 5180 6337MJ/m2之间，其地理分布东西高于南北。全市太阳总辐射四季变化明显，其中春夏季辐射高，秋冬季辐射低。西宁各地每年太阳日照时数 6h 的天数在251.2 265.5d 之间，利用潜力很大。4.3西宁的大部分地区太阳能资源属于稳定和较稳定，同时，太阳

36、能资源属很丰富区，应加大开发利用当地丰富的太阳能资源，促进当地的经济繁荣发展和生态环境保护的协调发展。参考文献:1 刘佳，何清，刘蕊，等 新疆太阳辐射特征及其太阳能资源状况 J 干旱气象，2008，26(4):61 662 范晓辉，郝智文，王孟本 山西省近 50 年日照时数时空变化特征研究 J 生态环境学报，2010，19(3):605 6093 李跃清 近 40 年青藏高原东侧地区云、日照、温度及日较差的分析 J 高原气象，2002，21(3):327 3324 王华，牛清明 阿克苏市日照时数的突变检测分析J 新疆气象，2002，25(3):14 155 罩峥嵘 南宁日照时数减少的气候特征及成因分析J 广西气象，1999，20(2):38 406 陈芳，马英芳，李维强 青海高原太阳辐射时空分布特征 J 气象科技 2005，33(3):231 2347 China Meteorological Administration Assessment Methodfor Solar Energy esources QX/T89 20088 李一平，杜成勋，陈永琼，等 攀枝花太阳能资源评价J 高原山地气象研究，2009，(1):44 509 韩世涛，刘玉兰，刘娟 宁夏太阳能资源评估分析 J 干旱区资源与环境 2010，24(8):131 13505