中國太陽能長期變化及計算方法研究.pdf

1、太陽能是地球系統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學研究的重要課題，同時也是可再生能源產業(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出發(fā)，結合主要的氣象和環(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算模型。主要結果如下： 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，同時也表現出較明顯的“前期變暗”和“后期變亮”的特點，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，普遍表現為夏、冬季下降強于春、秋季；“變亮期”四季的變化方向差異較大，不同季節(jié)對“變亮”的貢獻明顯不同，“變亮”主要發(fā)生在春、夏季。 2)不同地

3、區(qū)導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，表現為低云和水汽的增加。 3)通過建立數學模型，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(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(貢獻率約為13％-35％)。自20世紀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(貢獻率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(貢獻率100％)；東北北部和東南地區(qū)的回升則是環(huán)境好轉和有效云量減少共同作用的結果，且環(huán)境好轉的貢

5、獻較大(對兩個區(qū)域的貢獻率分別達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)境好轉的結果。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(貢獻率15.9％)?！跋摹⒍鞠陆祻娪诖?、秋季”是我國太陽能下降的普遍特點，這主要是由云量變化方向和變化強度的季節(jié)性差異導致。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)通過能夠引起光學視程障礙的天氣現象日數分析了不同地區(qū)導致太陽能變化的主導環(huán)境因素。西部地區(qū)的環(huán)境狀況表現為“前期惡化，后期好轉”，且環(huán)境的惡化/好轉均與煙幕和沙塵的增加/減少密切相關。輕霧和(或)霾是東、南部地區(qū)環(huán)境惡化的主導因子，且這些因子作用表現為持續(xù)的增強，因此環(huán)境狀況并無好轉。在地表太陽能計算中，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算模型，應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，“強處更強，愈強愈穩(wěn)”是資源時空變化的主要特征。與歐洲的太陽能利用發(fā)達的國家相比，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)利用太陽能時必須要考慮資源的輻射成分特點。實踐證明，經驗模型使用方便，在地形平坦、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，在地形較復雜、或者大氣環(huán)境狀況區(qū)域性較強的地區(qū)，計算結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)展新的計算模型，并指

9、出衛(wèi)星資料應用的必要性。 7)借助Bird晴天輻射計算模型，以衛(wèi)星探測的大氣環(huán)境資料為輸入，計算了晴天地表太陽輻射，數值實驗結果表明，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算模型，為解決中國地面太陽能數據的空間連續(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