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      泰來縣太陽能資源狀況淺析

      2011-12-25 09:38:20張洪玲高原劉春生魏磊
      黑龍江氣象 2011年3期
      關(guān)鍵詞:泰來縣日照時數(shù)百分率

      張洪玲,高原,劉春生,魏磊

      (1.黑龍江省氣候中心,黑龍江哈爾濱 150030;2.黑龍江省人工影響天氣辦公室,黑龍江哈爾濱 150030)

      泰來縣太陽能資源狀況淺析

      張洪玲1,高原2,劉春生1,魏磊1

      (1.黑龍江省氣候中心,黑龍江哈爾濱 150030;2.黑龍江省人工影響天氣辦公室,黑龍江哈爾濱 150030)

      本文利用海拉爾、長春、哈爾濱1971~2000年總輻射資料和對應(yīng)的日照百分率資料采用氣候?qū)W計算公式,建立了各月總輻射模型,用2001~2009年哈爾濱站實測輻射資料對模型進行了誤差檢驗,模擬效果較好,可以用于評估泰來縣太陽總輻射資源的狀況。泰來縣年太陽總輻射值為5281.2 MJ/m2,在全省處于高值區(qū),可開發(fā)的潛力很大。

      泰來;總輻射;輻射模型

      1 引言

      中國太陽能資源豐富,有2/3的國土面積年日照時間在2 200 h以上,每年地表吸收的太陽能大約相當(dāng)于17 000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤[1]。如果把大于1 050 KWh/(m2.a)作為太陽能資源豐富的可利用區(qū),則約占國土面積的96%以上,可見中國太陽能可開發(fā)的潛力巨大。

      黑龍江省在全國太陽能資源區(qū)劃中屬于豐富帶[1],年太陽總輻射量為4 400~5 028 MJ/m2(相當(dāng)于1 222~1 397 KWh/m2),其總輻射的空間分布趨勢為西南部太陽總輻射值最大,中東部和北部地區(qū)太陽總輻射相對較少。泰來縣是黑龍江省太陽能資源最豐富的地區(qū),年太陽總輻射在5 000 MJ/m2以上,年平均日照時數(shù)在2 800 h以上,日照百分率較大,分析該地太陽能資源狀況,對于合理開發(fā)利用該縣的太陽能資源具有重要的意義。

      2 資料和方法

      2.1 資料

      泰來氣象站1971~2008年的月日照時數(shù)、月日照百分率;海拉爾、長春1971~2000年總輻射以及日照百分率資料,哈爾濱1971~2009年總輻射資料和日照百分率資料。資料來自黑龍江省氣象信息中心。

      2.2 計算方法

      泰來縣沒有輻射觀測項目,周邊的海拉爾、長春、哈爾濱是距離最近的輻射觀測站,采用氣候?qū)W計算公式[2],利用太陽能總輻射與日照百分率之間的關(guān)系,擬合出總輻射計算公式,利用哈爾濱站實測輻射值進行模型檢驗,再反推泰來縣的輻射值。

      3 泰來縣日照時數(shù)、日照百分率的時間變化特征

      3.1 日照時數(shù)的年變化

      以泰來縣1971~2008年的日照時數(shù)資料統(tǒng)計來看,夏季(6~8月)的月平均日照時數(shù)最大,在265.7 h左右,春季次之,在261.4 h左右;秋季和冬季的月平均日照時數(shù)相對較小,分別在239.6 h和189.3 h左右。從各月來看,5月的平均日照時數(shù)最多,為278.5 h,8月次之,12月的平均日照時數(shù)最少,為169.5 h。

      3.2 日照時數(shù)的年際變化特征

      圖1 泰來縣1971~2008年的歷年年平均日照時數(shù)的變化圖

      圖1是泰來縣日照時數(shù)的年際變化,泰來縣的年平均日照時數(shù)整體上呈波浪形減小趨勢,每10 a減少68 h。以泰來縣1971~2008年的日照時數(shù)資料統(tǒng)計來看,泰來縣37 a平均日照時數(shù)在2 817 h左右,年平均日照時數(shù)最大值在3 098 h左右,出現(xiàn)在1975年;年平均日照時數(shù)最小值在2 429 h左右,出現(xiàn)在2003年。

      3.3 日照百分率的年變化

      泰來縣日照百分率年變化以冬季為最大,秋季次之,夏季為最小。以月份計,2月的平均日照百分率最大,為72.3%;7月的平均日照百分率最小,為61.9%。根據(jù)日照時數(shù)資料統(tǒng)計,冬季的月平均日照百分率最大,在67.6%左右,秋季的月平均日照百分率較夏季次之,在67.4%左右;春季和夏季的月平均日照百分率相對較小,分別在63.7%和57.8%左右。

      3.4 日照百分率的年際變化特征

      圖2 泰來縣1971~2008年的歷年年平均日照百分率的變化圖

      從圖2可以看出,年平均日照百分率整體上呈波浪形減小趨勢,每十年減少1.5%。以日照時數(shù)資料統(tǒng)計來看,37 a平均日照百分率在64.2%左右,年平均日照百分率最大值在70.4%左右,出現(xiàn)在1981年;年平均日照百分率數(shù)最小值在55.8%左右,出現(xiàn)在1998年。

      4 泰來縣太陽總輻射模型的建立

      泰來氣象站沒有輻射觀測項目,距離泰來縣較近的富裕氣象站自1992年9月開始進行輻射觀測,數(shù)據(jù)序列較短,為使模式更具合理性,本次推算采用距離泰來縣較近的海拉爾(內(nèi)蒙古自治區(qū))、長春(吉林省)、哈爾濱氣象站總輻射資料(1971~2000年)以及對應(yīng)的日照百分率資料,采用氣候?qū)W計算公式擬合泰來縣月總輻射計算模型。

      太陽總輻射與日照百分率存在以下關(guān)系:

      式中Q與Q0分別為月實際太陽總輻射和月天文太陽總輻射,s為月日照時數(shù)百分率,a、b為經(jīng)驗系數(shù)。Q0是由當(dāng)月逐日天文總輻射量相加得到。

      由于歷年各月天文輻射月總量相差不大,近似為一個值[3],因此可以簡化公式為Q=a+bs,Q實測月總輻射,單位為MJ/m2,s為日照百分率,單位為整數(shù)。利用最小二乘法擬合了各月總輻射計算公式(見表1),整體回歸效果顯著。

      表1 泰來縣太陽總輻射各月擬合公式

      采用2001~2009年哈爾濱站總輻射實測資料,對月總輻射計算模型進行了相對誤差檢驗,結(jié)果(見表2):

      表2 輻射模型誤差分析表(單位:%)

      由上表可以看出,6~8月誤差較大,6月誤差最大,其他月份相對誤差在1.7~8.8%之間,年平均相對誤差為7.85%。

      采用各月輻射模型以及泰來縣1971~2008年日照百分率資料推算出泰來縣各月及年總輻射見下表,年總輻射為各月總輻射累加得到。其中6月總輻射值最大為714.9 MJ/m2,8月次之為672.1 MJ/m2,12月總輻射值最小,年總輻射為5281.2 MJ/m2。

      表3 泰來縣各月總輻射模擬值(單位:MJ/m2)

      5 泰來縣太陽總輻射的空間分布

      根據(jù)泰來縣太陽總輻射各月擬合公式,采用龍江、齊齊哈爾、杜蒙、肇源、泰來、安達以及吉林省白城市的1971~2000年平均各月日照百分率數(shù)據(jù),計算出各站30年平均太陽總輻射值,應(yīng)用GIS技術(shù)采用插值方法,得到泰來縣太陽總輻射空間分布圖(見圖3)。從圖3中可以看出,泰來縣太陽總輻射的空間分布特點是南高北低,北部太陽總輻射值在5200.0 MJ/m2左右,南部太陽總輻射在5300.0 MJ/ m2左右。

      圖3 泰來縣近30 a平均太陽總輻射空間分布圖

      6 結(jié)論與討論

      (1)泰來縣日照時數(shù)整體上呈減少趨勢,每10 a減少68 h;夏季月平均日照時數(shù)最大,春季次之,秋冬最??;

      (2)日照百分率冬季最大,秋季次之,夏季日照百分率最??;

      (3)用氣候?qū)W計算公式,擬合的總輻射計算模式應(yīng)用效果較好,泰來縣年總輻射量為5281.2 MJ/m2;

      (4)泰來縣日照時間長,總輻射值較大,資源豐富,可開發(fā)潛力很大。

      [1]杜祥琬.中國可再生能源發(fā)展戰(zhàn)略研究叢書.太陽能卷[M].北京:中國電力出版社,2008:4-7.

      [2]鞠曉慧,屠其璞,李慶祥,我國太陽總輻射氣候?qū)W計算方法的再討論,南京氣象學(xué)院學(xué)報2005(8)516-521.

      [3]李鐵,周永吉,閆敏慧,黑龍江省近40年太陽輻射變化分析.黑龍江氣象,1999(3):31-33.

      [4]王炳忠,張富國,李立賢.我國的太陽能資源及其計算[J].太陽能學(xué)報,1980,1(1):1-9.

      [5]繆啟龍,周鎖銓,吳息.西部山區(qū)總輻射氣候?qū)W計算及分布[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報,1994,17(2):177-182.

      [6]翁篤鳴.中國輻射氣候[M].北京:氣象出版社,1997:100-128.

      [7]賈友見.水平地面月平均太陽總輻射的日照類模型[J].昆明冶金高等專科學(xué)校學(xué)報,1997,13(3):48-52.

      [8]杜堯東,毛慧琴,劉愛君,等.廣東省太陽總輻射的氣候?qū)W計算及其分布特征[J].資源科學(xué),2003,25(6):66-70.

      1002-252X(2011)03-0022-02

      2011-6-6

      張洪玲(1979-),女,黑龍江省雙鴨山市人,沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué),研究生,工程師.

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