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目 录

1引言 1

1.1研究背景 1

1.2太阳辐射的组成及空间分布 1

1.3研究进展 2

2资料与方法 2

2.1资料来源 2

2.2方法简介 3

2.2.1线性回归法 3

2.2.2相关性分析 3

3结果分析 4

3.1地面太阳辐射的年际变化分析 4

3.1.1总辐射的年际变化 4

3.1.2直接辐射的年际变化 6

3.1.3散射辐射的年际变化 8

3.2地面太阳辐射长期变化的空间分布情况 10

3.3地面太阳辐射与气象因子的关系 11

3.3.1总辐射与气象因子的关系 11

3.3.2直接辐射与气象因子的关系 12

3.3.2散射辐射与气象因子的关系 13

4结论 14

参考文献 16

近20年来中国地面太阳辐射变化规律及其影响因子的研究

施东雷

, China

Abstract: The long term trends of surface solar radiation in the past 20 years were analyzed in this study based on the yearly data of solar radiation and meteorological factors which is from the 16 observational stations in China. And the influence of aerosol, percentage of sunshine and relative humidity on the changes of solar radiation was also analyzed. The results shows that:(1) During the period of 1993-2013,the total surface solar radiation shows a trend of increasing in most parts of China while the direct radiation shows a decreasing trend. The diffuse radiation was increasing almost in all regions of China. (2)Between the three meteorological factors analyzed in the study，the percentage of sunshine has obvious influence on total surface solar radiation and direct radiation but it has little influence on the diffuse radiation. The relative humidity’s has little influence on both three types of solar radiation. However, the aerosol was the main factor that influences the changes of the surface solar radiation, which means the change of atmospheric environment is one of the significant factors that influence the surface solar radiation in the past 20 years.

Key words: surface solar radiation; changes of climate; atmospheric environment; percentage of sunshine

1引言

1.1研究背景

地面太阳辐射地球上各种物理过程和生命过程的根本能量来源，也是天气与气候形成和演变的最基本动力。地球上某地的大气上界的太阳总辐射长期变化很小，而到达地面的太阳辐射总量却可以很大，导致这种区别的原因是太阳辐射在穿过大气到达地面的过程中，大气对太阳辐射有吸收和散射的作用，而这两种作用与大气成分、大气中水汽的含量、云量、以及大气中的气溶胶浓度等因素等变化密切相关。

近年来，环境污染和大气污染问题越来越严重，中国许多城市都受到雾霾天气的危害。因此，研究地面太阳总辐射的年际变化不仅可以帮助我们认识气候变化的规律，而且对评估大气成分和应对环境污染也有重要意义。

1.2太阳辐射的组成及空间分布

太阳总辐射包括太阳直接辐射和散射辐射，在地表辐射交换中，它是能量收入部分，对地气能量交换，地表辐射平衡，以及天气气候的形成具有重要意义。太阳总辐射还是地球上一切生命活动的能源。因此，研究太阳总辐射的基本特征及其分布规律有着十分重要的实际意义。

饶小琴（2003）将我国按照影响太阳总辐射的因子的分布进行区划，对我国太阳总辐射的分布特征从不同方面进行了研究，得出以下结论：太阳总辐射会受地形高度、季风气候以及纬度等因素的影响。总的来说,太阳总辐射年分布具有西部大于东部，高原大于平原，干燥地区大于湿润地区和内陆大于沿海等特点。

以平行光线的形式直接投射到地面的太阳辐射，称为直接辐射，通常以直接辐射通量密度来表示其强弱。刘娜（2015）等从日照时数入手，对太阳直接辐射的特点进行了研究，发现直接辐射的大小主要取决于太阳高度角、大气透明度、云量、海拔高度和地理纬度等。直接辐射和太阳高度角、大气透明度呈正相关关系。马金玉等（2011）对近40年来我国的太阳辐射直接分布的观测资料进行处理分析，发现我国的直接辐射在一定程度上偏离了纬向分布，有明显的地方特色。其特点是：青藏高原为强大的高值中心，并由青藏高原向内蒙古、河西走廊扩展。低值区位于四川盆地及其周围山区直到整个长江中下游一带。同时，横断山脉的迎风坡以及青藏高原东南侧也是低值区。塔里木盆地海拔较低，又因为地处沙漠区，大气透明度较低，所以也是低值区。海南岛和华南沿海因纬度较低，直接辐射较多阴雨天气的长江中下游有所增大。

散射辐射是通过大气的散射作用后的太阳辐射。韩佳音，李胜功（2015）对2012年春季千烟洲地区的散射辐射数据、云的观测资料和大气透明度数据进行了对比分析，研究发现散射辐射与大气透明度关系密切。姚万祥等（2014）利用近50年（1961—2009年）14个站以及31年（1961—1991年）49个气象站点的散射辐射观测资料，采用统计方法，得出了我国散射辐射分布的一般规律，即太阳散射辐射的年总量在全国的分布特点是低海拔地区大于高海拔地区，低纬地区大于高纬地区，干旱地区大于湿润地区。

1.3研究进展

自20世纪50年代以来，世界上开始对到达地面太阳辐射开始进行观测，同时开始利用卫星遥感自上而下地对地球辐射进行观测。

Aksoy(1997)、Omran(2000)、Power .H .C(2005)等科学家分析了20世纪50年代至90年代全球辐射测站的数据，得出了相似的结论：自20世纪60年代以来，北半球各大洲和非洲地区的太阳辐射有明显下降的趋势，科学家称为“全球变暗”；90年代之后，地面太阳辐射开始上升，称为“全球变亮”。

近半个世纪来，中国地区的地面太阳辐射也出现了先“变暗”后“变亮”的趋势。我国的科学家们针对我国不同区域和不同城市间的地面辐射变化规律进行了研究。汪凯等（2010）分析了中国东南部江苏、浙江、福建等6个省的太阳辐射观测数据，发现1961-1990年间，中国东南部的太阳辐射呈下降趋势，1990年之后，东南部地区太阳辐射开始呈现上升趋势。齐月等（2015）利用 1961—2011 年中国东、西部地区地面太阳辐射和长期气观测资料, 综合分析了东、西部地面太阳总辐射的变化特征和辐射的变化原因，发现近 50 年来东、西部地区地面太阳总辐射整体呈下降趋势，但东、西部下降幅度并不完全相同。以1990年为界，大部分地区的太阳辐射符合先“变亮”后变暗的趋势。同时，东、西部各地区地面太阳总辐射与日照时数之间有显著相关性。丁守国（2004），王秀俊（2012）总结了国外学者对全球云量变化的研究，发现云量的年际变化和太阳总辐射的年际变化并没有确定的相关性。由于我国工业化进程的发展，空气污染问题日益严重。陈志华（2005）、张华等（2009）、尹青等（2011）的研究均表明，气溶胶和地面太阳辐射的长期变化有显著地相关性，是造成我国近50年来地面太阳辐射变化的重要因子之一。

本文利用中国地区1993-2013年的地面太阳辐射长期观测资料和气象观测数据，分析了近20年来中国不同地区的地面太阳辐射变化趋势以及地面太阳辐射与其他气候因子的相关性，研究不同地区影响地面太阳辐射长期变化的主要因子。

2资料与方法

2.1资料来源

本文选取了中国北京、辽宁、新疆、湖北、河南、青海、云南等15个省份的16个站点地区的长期气象观测数据和地面太阳辐射观测日平均资料，站点分布如图1所示。所选资料包括地面太阳总辐射、直接辐射、散射辐射、风速、相对湿度，其中风速为平均风速，相对湿度为平均相对湿度资料。所有观测资料均来自中国气象局国家信息中心，根据中国气象局编写的《气象辐射观测方法》对资料进行严格的处理和质量控制。

因为缺少气溶胶的观测资料，本文采用浑浊度因子来表示气溶胶的变化，浑浊度因子α表示为直接辐射和散射辐射的比值，表达式为：α=D/S。

在晴天条件下，若太阳高度角相同，α主要取决于气溶胶的含量，当气溶胶含量高时，α较大，气溶胶含量低时，α较小。

图1 观测站点分布示意图

2.2方法简介

2.2.1线性回归法

利用线性回归法可以研究地面太阳辐射在长时期内的变化趋势，方法是建立地面太阳辐射y与年份x的一元线性回归方程y=ax b，系数a为气候倾向率，b为截距。agt;0时，表示辐射随时间增加；alt;0时，表示辐射随时间减小；a=0表示无变化。

2.2.2相关性分析

通过计算某两种气象要素之间的Pearson相关系数，可以度量两者之间的相关性。对于X和Y两组气象要素，其相关系数r的计算公式为：

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