中國太陽能長期變化及計(jì)算方法研究.pdf

1、太陽能是地球系統(tǒng)幾乎唯一的能量來源，對其長期變化和空間分布的研究歷來是氣候?qū)W研究的重要課題，同時(shí)也是可再生能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要前提。本文從1961-2007年中國太陽能長期變化的觀測事實(shí)出發(fā)，結(jié)合主要的氣象和環(huán)境要素，探討了中國太陽能長期變化的成因，并考慮主要影響因子對輻射傳輸過程的影響，研制出了完全基于衛(wèi)星資料的地表太陽能計(jì)算模型。主要結(jié)果如下： 1)中國太陽能的長期變化存在明顯的區(qū)域性和季節(jié)性。近50年來，我國太陽能總體下降趨

2、勢顯著，其中尤以東、南部地區(qū)下降最為明顯，同時(shí)也表現(xiàn)出較明顯的“前期變暗”和“后期變亮”的特點(diǎn)，但其變化存在明顯的“區(qū)域性”和“季節(jié)性”。就區(qū)域性而言，“變暗”是普遍的，但“變亮”主要發(fā)生在新疆北部、東北北部和南方大部；就季節(jié)性而言，“變暗期”四季的變化方向基本一致，只足變化幅度有不同，普遍表現(xiàn)為夏、冬季下降強(qiáng)于春、秋季；“變亮期”四季的變化方向差異較大，不同季節(jié)對“變亮”的貢獻(xiàn)明顯不同，“變亮”主要發(fā)生在春、夏季。 2)不同地

3、區(qū)導(dǎo)致太陽能下降的主要因素有明顯差異，在人類活動較劇烈的東部地區(qū)，下降主要是由氣溶膠的增多所致，表現(xiàn)為輕霧和(或)霾的增加，而在西部地區(qū)，則主要是由氣候濕潤化的人背景所致，表現(xiàn)為低云和水汽的增加。 3)通過建立數(shù)學(xué)模型，將云對太陽能變化的作用從眾多因素中分離出來，考察了云和環(huán)境因素對太陽能長期變化的作用差異。結(jié)果表明，云量和環(huán)境因素對中國太陽能的變化均有重要作用，但有明顯的區(qū)域性和階段性差異。環(huán)境因素對陽光削弱作用的增強(qiáng)(氣溶膠

4、增多，環(huán)境惡化)是絕大部分地區(qū)地表太陽能下降的共有原因，其中對于新疆和東南地區(qū)而言，“有效云量”的增加對此作用也較大(貢獻(xiàn)率約為13％-35％)。自20世紀(jì)90年代初起，大部分地區(qū)太陽能的下降基本停止，一些地區(qū)甚至略有回升，但成因不盡相同：北疆和云南的回升主要緣于環(huán)境的好轉(zhuǎn)(貢獻(xiàn)率100％)：中南地區(qū)及四川盆地的回升主要緣于有效云量的減少(貢獻(xiàn)率100％)；東北北部和東南地區(qū)的回升則是環(huán)境好轉(zhuǎn)和有效云量減少共同作用的結(jié)果，且環(huán)境好轉(zhuǎn)的貢

5、獻(xiàn)較大(對兩個(gè)區(qū)域的貢獻(xiàn)率分別達(dá)60％和80％)；南疆和西北地區(qū)東部下降趨勢的減緩也主要是環(huán)境好轉(zhuǎn)的結(jié)果。受“有效云量”增加的影響，西北地區(qū)中部、東北大部及華北平原的太陽能依然罕.明顯的下降趨勢，其中對于華北平原而言，環(huán)境的持續(xù)惡化也是重要原因(貢獻(xiàn)率15.9％)。“夏、冬季下降強(qiáng)于春、秋季”是我國太陽能下降的普遍特點(diǎn)，這主要是由云量變化方向和變化強(qiáng)度的季節(jié)性差異導(dǎo)致。通過云的變化和環(huán)境因素的變化可以較好地解釋中國太陽能的變化。

6、 4)通過能夠引起光學(xué)視程障礙的天氣現(xiàn)象日數(shù)分析了不同地區(qū)導(dǎo)致太陽能變化的主導(dǎo)環(huán)境因素。西部地區(qū)的環(huán)境狀況表現(xiàn)為“前期惡化，后期好轉(zhuǎn)”，且環(huán)境的惡化/好轉(zhuǎn)均與煙幕和沙塵的增加/減少密切相關(guān)。輕霧和(或)霾是東、南部地區(qū)環(huán)境惡化的主導(dǎo)因子，且這些因子作用表現(xiàn)為持續(xù)的增強(qiáng)，因此環(huán)境狀況并無好轉(zhuǎn)。在地表太陽能計(jì)算中，必須考慮環(huán)境因索的作用。 5)太陽能的變化伴隨著輻射成分的變化?！白儼灯凇?，直接輻射所占的比例減少；“變亮期”，直接輻射

7、所占的比例也開始增加。 6)對比介紹了主流太陽能計(jì)算模型，應(yīng)用目前使用最廣泛的日照百分率模型對中國的太陽能資源做了評估，并指出了發(fā)展新模型的必要性。結(jié)果表明，“高原大于平原，西部干早區(qū)大于東部濕潤區(qū)”是我國太陽能資源分布的基本態(tài)勢，“強(qiáng)處更強(qiáng)，愈強(qiáng)愈穩(wěn)”是資源時(shí)空變化的主要特征。與歐洲的太陽能利用發(fā)達(dá)的國家相比，中國的太陽能資源非常豐富，太陽能最少的四川盆地與歐洲一些國家相比，總輻射資源量并不遜色，未來在太陽能開發(fā)利用方面存在很

8、大潛力。直射比的分布與人陽能資源本身的分布較為一致，在海拔較高或較干燥的地區(qū)，太陽輻射以直接輻射為主，在較濕潤地區(qū)，以散射輻射為主，在開發(fā)利用太陽能時(shí)必須要考慮資源的輻射成分特點(diǎn)。實(shí)踐證明，經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪褂梅奖悖诘匦纹教?、大氣環(huán)境狀況較單一的地區(qū)精度很高，但由于完全依賴于地面觀測，在地形較復(fù)雜、或者大氣環(huán)境狀況區(qū)域性較強(qiáng)的地區(qū)，計(jì)算結(jié)果存在較大的不確定性，因此，有必要綜合考慮地形、云及大氣環(huán)境狀況對輻射傳輸過程的影響發(fā)展新的計(jì)算模型，并指

9、出衛(wèi)星資料應(yīng)用的必要性。 7)借助Bird晴天輻射計(jì)算模型，以衛(wèi)星探測的大氣環(huán)境資料為輸入，計(jì)算了晴天地表太陽輻射，數(shù)值實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，受地形和大氣環(huán)境因素的作用，晴天太陽輻射的空間分布在很大程度上偏離了緯向分布，其中，以氣溶膠的作用最為顯著。 8)應(yīng)用衛(wèi)星資料，考慮大氣中各主要因素對輻射傳輸過程的影響，建立了新的地表太陽能計(jì)算模型，為解決中國地面太陽能數(shù)據(jù)的空間連續(xù)性問題提供了有效的手段。新模型對直接輻射、散射輻射和總輻