慶陽市近60年太陽輻射的變化特征分析＊

路學勤，趙振昌，賀 濤

（慶陽市氣象局，甘肅 慶陽 745000）

全球氣候變化正在影響著人類的生存與發展，氣候變化對農業生產的影響關系到糧食生產安全[1-3]。在全球變暖背景下，我國50年來增溫尤其顯著，增溫速率為0.22℃·10a-1，明顯高于全球或北半球同期增溫速率[4]。氣候變化將對人類的社會發展、農業生產、生態環境、能源利用等諸多方面造成影響，但首當其沖的是農業[5]。太陽輻射是地球生態系統最主要和最直接的能量來源，影響到地球上的所有的物理，生物和化學過程。太陽輻射與農業生產也息息相關，隨著能源短缺和環境污染的日益嚴重，能源問題越來越受到人們的重視，太陽能資源是取之不盡、用之不歇，而且它是最清潔的能源之一，具有直接直接開發和利用，無須開采和運輸的特點。本研究利用慶陽市七縣一區1960-2018年的近60年歷年氣象日照觀測數據和西峰站1998-2018年的各月總輻射資料，分析出太陽輻射的空間分布特征和時間變化規律，提出了針對慶陽各地的總輻射計算方法,根據緯度和各縣的日照,得出總輻射值,分析了太陽總輻射變化規律及演變趨勢,對了解區域氣候、指導農業生產和充分利用太陽能資源具有一定的指導意義。

1 資料與方法

本文所用的輻射資料為西峰基本站1998年-2018年逐月輻射資料，日照資料來源于各縣氣象局，資料序列為1960年-2018年。

氣候學模擬計算太陽輻射的公式為：

式（1）中a、b為回歸常數，Q為日太陽總輻射（單位MJ·m-2·d-1）,Q0為日天文輻射（單位MJ·m-2·d-1）。

I0是太陽常數，ρ為日地距離系數，δ是太陽赤緯，φ 是緯度，ω0是日落時角（rad）,

n是測站觀測到的日照時數（單位h），N是最大可能日照時數（單位h）,

2 慶陽市各站太陽輻射的分布特征

2.1 空間分布特征

近60年的平均年太陽總輻射量的分布圖(見表1)可看出，隨著緯度和地形的影響年總輻射值也在發生著變化，處于緯度較高慶城、環縣和塬區的西峰，年平均輻射值總量超過5500 MJ/m2，最為豐富；處于川道地區的鎮原、寧縣及地理位置相對偏南的合水、正寧年總輻射量在5450～5500 MJ/m2之間，較為豐富。總體來看，環縣的年總輻射量最大，為5549.8MJ/m2，華池由于受到地形因素影響,雖然緯度最高,但年總輻射量最小,為5370.1MJ/m2。慶陽各縣區的太陽輻射均高于全國平均值[6]200～400MJ/m2，太陽輻射資源豐富。

從年代際變化來看，北部地區上世紀60年代、南部地區上世紀70年代太陽總輻射量較為充足，80年代為普遍偏少時期，90年代北部地區增加較為顯著。進入本世紀太陽總輻射量持續偏少，2011年以來，慶城、合水、寧縣、正寧出現了太陽總輻射量最小值。

表1 慶陽市各縣區太陽輻射變化圖（單位：MJ/m2）

2.2 總輻射值的變化特征

慶陽市各地多年來年平均太陽總輻射為5485.4 MJ/m2，平均太陽總輻射在波動中下降,下降速率為4.19 MJ/m2*10a（如圖1所示），與黃土高原地區太陽輻射變化規律一致[7]，但減少速率明顯小于該地區，大多數年份的太陽總輻射多于歷年平均值（如圖2所示）。最大值出現在1965年，為5707.8MJ/m2；最小值出現在1989年，為5169.4 MJ/m2。

上世紀70年代太陽總輻射較高,80年代最低、且波動較大,相對于70年代下降了126.7 MJ/m2，90年代以后逐步回升，比80年代上升108 MJ/m2，2000年以后太陽輻射變化幅度明顯變小，圍繞多年平均值進行震蕩，且偏少年份居多。

圖1 慶陽市各地年太陽輻射平均值變化圖

圖2 慶陽市各地太陽輻射變化距平圖

2.3 輻射隨季節變化特征

按照氣象上對季節的劃分，通常以陽歷3～5月為春季,6～8月為夏季,9～11月為秋季,12月～來年2月為冬季。由圖3可知，慶陽各季太陽輻射量夏季〉春季〉秋季〉冬季，夏季輻射值最大，占全年的輻射總值的33%，冬季最少，占全年的總值的16%。

從各季節太陽總輻射變化趨勢來看，春季為增加趨勢，夏季、秋季、冬季均為減少趨勢。其中春季的太陽輻射總量增加速率為12.98 MJ/m2*10a，夏季的太陽輻射總量的減少速率為12.66 MJ/m2*10a。

圖3 慶陽市各季太陽輻射變化圖

2.4 引起太陽輻射變化的因子

引起太陽輻射變化的因子有很多,但是最主要是天文、地理、氣象和人為因素引起的，其中天文和地理因素在慶陽各縣區是一定的，所以引起太陽輻射的時空變化主要是氣象因子。諸多學者研究表明，大氣中氣溶膠、云量和水汽含量對地表太陽輻射造成的影響最為顯著,云量尤其是低云對太陽輻射的影響最大。影響太陽輻射變化的氣象因子是相互作用、互相影響的，對于它們之間的相互關系及對太陽輻射的影響權重，還需未來進一步研究。

3 總結

1）慶陽市各縣區太陽輻射環縣、西峰及慶城為較多地區，華池較少，但各地均高于全國平均值，太陽輻射資源豐富。從年代際變化來看，上世紀60、70及90年代太陽總輻射量較為充足，80年代為偏少時期，進入本世紀太陽總輻射量持續偏少。

2）慶陽市各地多年平均太陽總輻射在波動中下降,下降速率為4.19 MJ/m2*10a，與韓虹等研究的黃土高原地區太陽輻射變化規律一致，但減少速率明顯偏小。

3）慶陽各季太陽輻射量夏季〉春季〉秋季〉冬季，夏季輻射值最大，冬季最少。從各季節太陽總輻射變化趨勢來看，春季為增加趨勢，夏季、秋季、冬季均為減少趨勢。

4）慶陽市各地的年總輻射值5370-5550 MJ/m2之間，對于全國來說屬于輻射豐富區。在經濟結構調整中，要加大對太陽能資源的開發和利用，大力發展設施農業，為振興鄉村經濟、改善人居環境、建設山川秀美的新慶陽提供科技支撐。