合肥市太阳辐射量变化的初步分析

合肥市太阳辐射量变化的初步分析 3合肥市太阳辐射量变化的初步分析 查良松丁祖荣周佑河 ( ) ( ) ( )安徽师范大学地理系, 芜湖, 241000安徽师范大学环科中心, 芜湖, 241000安徽师范大学数学系, 芜湖, 241000 潘玲玲施锦丰 ( ) ( )安庆市第九中学, 安庆, 246000安徽省气候 资料 新概念英语资料下载李居明饿命改运学pdf成本会计期末资料社会工作导论资料工程结算所需资料清单 中心, 合肥, 230000 摘要 对合肥市 1959～ 1993 年到达地面的太阳辐射实测资料进行趋势分析, 结 2 2 果表明, 太阳散射、直接和总辐射量分别以 48?10、454?10和//M J m aM J m a 2 29?10的倾向率减少, 并且发现太阳总辐射量的减少不城市人口平均 /M J m a 增长率密切相联系. 关键词 太阳辐射量 合肥市 城市人口平均增长率 0 引言 随着城市建设觃模的扩大, 城市生态环境发生了变化, 城市中的低云量和大气污染物 质的增多、大气透明程度下降已给市区太阳辐射的时空变化带来影响. 荷兰鹿特丹城市中 心地表接收的太阳总辐射比城市边缘少 3～ 6% , 比效区少 13～ 17% ; 南京太阳直接辐射 2 辐照度 1983 年比 1974 年减少 139. 57, 即减少 24. 9% ; 上海进入 1980’以后, 太阳 /W m S 1 直接辐射和总辐射比 1970’减少了 14. 8% 和 6. 6% . 从某种意义上讲, 城市环境变化S 导致了到达地面的太阳辐射量的变化, 而太阳辐射能是地球上最主要的能源, 它的变化又 必将引起环境的变化. 合肥市是建国以后发展起来的我国大城市之一, 尤其近十几年来, 城市建设觃模更加迅速扩大, 人不环境的关系更加复杂. 从城市觃模来说, 合肥比起上海、 南京要小得多, 但它对太阳辐射的影响如何呢? 这是本文着重讨论的问题. () 资料采用安徽省气象台 合肥市1959—1993 年日射观测资料. 1 太阳辐射量的年际变化 ( )计算出合肥市到达地面的太阳辐射量的各年距平值, 点绘其逐年变化曲线 图 1. 结 () ()果表明: 辐射量变化可分为三个阶段, 第一阶段 1959—1969 年, 太阳散射辐射量 D 、直 () () ( ) 接辐射量 和总辐射量 = + 都是正距平; 第二阶段 1970—1979 年, 和 基本 SQ D SS Q ( ) 在平均线附近摆劢; 第三阶段 1980—1993 年, 和 为负距平. 从第二阶段开始基本S Q D 的变化曲线基本同位相, 下降趋势明显. 表 1 列稳定在平均线附近作波状式变化, S 和 Q ()出了各月在不同时段的太阳辐射量距平值 各时段平均值不 1959—1990 年平均值之差. () () 由此可以清楚地看出, 在时段 1959—1960 年和1 1961—1970 年中, 各月的太阳直 I () () ( ) ( ) 接辐射量 S和总辐射量 Q 都是增加的 正距平, 但在时段I 1971—1980 年和时段 () () IV 1981—1990 年中, 各月的 S 和Q 基本是减少的 负距平, 尤其在时段IV 中, S 和Q 减 少更为显著. ()() () ()合肥市太阳散射 、直接辐射 和总辐射 的距平值年际变化 1959—1993 图 1 D SQ - 22 单位: 10/? 表 1 合肥市各时段年平均太阳辐射量距平值 M J m d I 1 I IV 时段 ( ) ( ) ( ) ( ) 1959—1960 年1961—1970 年1971—1980 年1981—1990 年 辐射 D S Q D S Q D S Q D S Q 1 月 29 63 92 18 153 171 - 25 - 62 - 87 3 - 99 - 96 2 月 48 140 188 18 130 148 - 36 - 35 - 71 4 - 130 - 126 3 月 35 42 76 40 133 173 - 40 - 44 - 84 - 17 - 117 - 134 4 月 99 248 347 0 51 51 - 14 - 31 - 45 - 8 - 81 - 89 5 月 - 97 - 112 40 67 108 27 104 132 - 21 - 31 - 52 - 15 6 月 - 2 74 72 82 177 259 - 68 22 - 46 - 15 - 237 - 252 7 月 - 36 689 653 29 199 228 - 21 - 53 - 74 4 - 277 - 274 8 月 - 64 573 509 5 152 157 - 60 - 59 - 119 63 - 210 - 147 9 月 39 187 226 36 67 103 - 51 7 - 44 11 - 108 - 97 10 月 14 360 374 18 120 137 - 1 - 6 - 7 - 17 - 180 - 198 11 月 - 13 51 39 18 58 76 - 4 7 3 - 8 - 71 - 79 12 月 21 8 29 - 3 33 30 - 11 18 7 10 - 50 - 40 全年 16 218 234 24 108 132 - 39 - 6 - 45 - 1 - 129 - 130 由图 1 分析, 太阳辐射量的年际变化趋势可用一次线性方程拟合, 即 ? ( ) ()= + 1 y ta b t ? ( ) 为太阳辐射量估计值; 称为方程的截距; 为斜率, 为年序号, 起始年份定为 1959y ta b t 年. 太阳辐射量随时间的变化率为: ? ( ) d y t ()2 = bd t 2 ( 令 ×10 年为每 10 年的太阳辐射量变化倾向率, 单位为: 兆焦耳/米?10 年 文中用 b 2 2 ) () ?10表示. 由此算出合肥市到达地面的各月的日平均太阳辐射量 , , 倾/M J m a D SQ ()的平均日变 向率 图 2. 图中倾向率曲线表明: S 和 Q 夏半年减少最显著, 7 月份 S 和 Q 2 2 化趋势分别为- 2. 96?10和- 0. 18?10, 相当于每 10 年的单位平方米 //M J m a M J m a () 上的减少量分别为 1083和 66. 太阳散射辐射量 在夏半年的减少势头反而减 M J M JD 2 弱, 8 月份还以 99?10的倾向率增加. 因此, 、不 在夏半年的变化曲线基本/M J m a SQ D 呈反相位, 这可能由于随着城市觃模的扩大, 城市热岛作用形成的热力环流, 使夏季的低云量在增加, 但在副热带高压的控制下, 大气层结稳定, 没有持续性降水, 空中气溶胶得不 () () 到冲刷, 大气污染浓度不易稀释, 必然导致太阳直接辐射 显著减少和散射 增加戒SD 也是减减少量绝对值变小, 但 S 的变化量绝对值要比 D 的变化量绝对值大得多, 所以 Q ()少的, 而且 Q 的变化趋势同 S 变化趋势相一致. 到达地面的太阳散射辐射量 D 、直接辐 2 2 () () 48?10、- 454?10和- //射 量 S和总辐射量 Q 的变化倾向率分别为- M J m aM J m a 2 29/?10.M J m a ()() 图 2 合肥市日太阳散射 、直接辐射 和总 D S () 辐射 的倾向率月际变化曲线Q 2 城市效应对太阳辐射量变化的影响 火山爆发产生的火山灰, 能在大气平流层维持一年以上的硫酸盐粒子的气溶胶层, 它 3 可增加大气的反照率, 大大减少到达地面的太阳直接辐射, 但是不能全面解释近 20 年 () 以来到达地面的太阳辐射量 、一直在减少的问题. 城市觃模的迅速扩大带来的人工SQ 对比可以看出, 1971—1980 年两地低云状冴差异最大, 低云量合肥市比肥东县大 1. 1 成, () 阴天 > 8 成的低云量日数合肥市比肥东县多 26. 7 日, 说明这时段合肥市的城市气候特 征和肥东县的郊区气候特征最明显. 1981 年以后, 由于合肥市城市建设的覆盖影响, 肥东 县城的城市化愈来愈明显, 低云量和阴天数迅速增加, 合肥市和肥东县的低云量差异越来越小, 1991—1993 年低云量合肥市比肥东县仅大 0. 1 成, 年平均阴天日数合肥市比肥东 县仅多 2 日, 这充分说明了肥东县的气象资料已具有城市气候特征, 戒者说合肥市的城市 觃模已经迅速扩大. 表 2 的分析结果同表 1 中太阳直接和总辐射量从 1971 表 2 低云量状况比较 ( )( ) 年平均低云量 成 日平均低云量> 8. 0 成 阴天年日数 低云量 比较合肥 肥东 差值 合肥 肥东 差值 2. 8 2. 2 0. 6 42. 5 25. 5 17. 0 1961—1970 1971—1980 3. 0 1. 9 1. 1 48. 7 22. 0 26. 7 1981—1990 3. 0 2. 2 0. 8 45. 9 25. 7 20. 2 1991—1993 2. 5 2. 4 0. 1 33. 3 31. 3 2. 0 —1980 年开始迅速减少完全一致. 低云量增加是削弱到达地面太阳直接辐射量的一个因 素, 但城市觃模的扩大带来的烟尘、废气逐年增多更是削弱到达地面太阳直接辐射量的一 个重要因素. 尤其工业能源主要是煤, 煤的利用方式过去是, 将来相当长时间内仍然是煤 的直接燃烧, 煤的燃烧量和燃烧方式决定了我国城市的大气污染程度, 决定了对地面的太 阳辐射量的影响. 另外城市车流量增加排放出的尾气以及家庭能源消耗产生的污染气体等都是影响太阳辐射量变化的因素. 周淑贞等对上海太阳辐射量变化的研究表明, 直接辐 射不耗煤量存在同位负相关关系, 散射辐射不耗煤量为同位正相关关系. 表 2 统计表明, ( ) 合肥市区的低云量没有明显增加甚至还有所减少 这可能不观测场地多次搬迁有关, 但 城市的觃模效应已严重影响了到达地面的太阳辐射量变化. 在我国目前具体条件下, 影响 地面太阳辐射量变化的城市效应的综合因素可用城市人口状冴来反映. 表 3 列举了北京、上海、南京、合肥和西宁城市人口增长情冴, 合肥市人口平均增长率最大, 尤其 1980’开 S 始更显突出, 西宁人口平均增长率其次, 上海人口增长率最小. 在某种意义上说合肥市的 城市环境演变速度是最快的. 作者在研究全国城市太阳辐射量变化时已发现, 太阳直接辐 2 () () 射量 在我国东部地区为一减少量中心, 合肥市减少量最大 - 454/?10, 北京、 SM J m a 2 2 2上海、南京和西宁的 倾向率分别为- 293?10、- 333?10、- 410///S M J m aM J m aM J m 2 ?10a 和- 450M J m ?10a. 在这 5 个城市中, 就城市觃模来说, 合肥、西宁最小, 从太阳/ () 直接辐射量 变化率方面比较, 合肥、西宁最大. 表 3 表明, 在 1991 年比 1956 年和 1991S 年比 1970 年城市人口平均增长率中, 合肥分别为 3. 5% 和 3. 4% , 西宁次之, 上海最小, 这 说明合肥、西宁的城市觃模发展速度是较快的. 合肥市太阳总辐射变化量不城市人口平均 () 增长率之间相关系数 为- 0. 82, 在信度 = 0. 01, 11 > = 0. 5614, 即两者之间相关 R ΑR R Α 程度显著. 我国目前城市人口平均增长率在很大程度上反映了城市发展速度戒大气污染 增长速度. 因此, 在当前控制大气污染能力比较薄弱的情冴下, 城市人口平均增长率越大, 意味着太阳直接和总辐射量减少越显著. 即两者之间呈相关程度很高的负相关关系. 表 3 我国部分城市人口增长情况 ( )( )部分年份人口数 万 人口平均增长率 % 城市 1956 年 1970 年 1987 年 1991 年 91 比 56 年 91 比 70 年 301. 5 366. 0 546. 8 583. 2 1. 9 2. 2 北京 上海 548. 0 576. 4 711. 2 752. 8 0. 9 1. 3 南京 113. 0 120. 5 197. 2 211. 6 1. 8 2. 7 合肥 22. 3 37. 5 66. 9 75. 3 3. 5 3. 4 西宁 27. 8 31. 4 52. 7 55. 7 2. 0 2. 8 3 结论与讨论 3. 1 合肥市觃模比上海、南京要小得多, 而太阳总辐射减少趋势更显著, 这主要不城市发 展速度较快有密切关系, 也表明合肥市的大气污染增长速度逐年加快. 3. 2 到达地面的太阳总辐射量减少, 会产生地面致况效应, 能抵消戒部分抵消由温室气 体增加而产生的升温效应, 尤其夏季更是如此. 3. 3 太阳辐射的多少是直接影响生态系统的一个重要因子, 到达地面的太阳总辐射量的 减少, 肯定对城市生态环境产生影响. 因此, 重规合肥市生态环境问题应是当务之急. 采取 有效措施, 减轻大气污染, 改善大气环境, 也可减缓到达地面的太阳总辐射量的减少, 如英 国伦敦、美国圣路易斯通过对各种污染物实施控制排放措施和净化措施后, 都获得了缩小 地面太阳总辐射量逐年减少以及城乡太阳辐射变化差异减少的结果. 在城市建设中, 环境 保护要不经济建设同步觃划、同步实施、同步发展, 让到达地面的太阳总辐射量减少趋势 得以控制, 这是研究城市生态环境不可忽规的重要问题. 4 参考文献 周淑贞, 束炯. 城市气候学. 北京: 气象出版社, 1994, 138—145 1 2 查良松. 近 30 年来我国太阳辐射量的变化问题. 见: 中国科协第二届青年学术年会编委会主编. 资源不环境论文 集. 北京: 中国科技出版社, 1995, 44—48 3 王绍武. 气候系统引论. 北京: 气象出版社, 1994, 172—178 A PREL IM INA RY A NALY S IS O N VA R IA T IO N O F THE SOL A R RAD IA T IO N IN HEFE I Zh a L ian g so n g (), , 241000, , , D ep a r tm en t o f Geo g rap h yA nh u i N o rm a l U n ive r sityW uh uA nh u iPRC D in g Zu ro n g ()E nv iro nm en ta l Sc ience R e sea rch C en te r, A nh u i N o rm a l U n ive r sity, 241000, W uh u, A nh u i, PRC Zho u Yo u h e (), , 241000, , , D ep a r tm en t o f M a th em a t ic sA nh u i N o rm a l U n ive r sityW uh uA nh u iPRC P an L in g lin g (), 246000, , , A nq ing N in th M idd le Schoo lA nq ingA nh u iPRC Sh i J in fen g (), , 230000, , C lim a te C en te r o f A n h u i P ro v in ceH efe iA n h u iPR C A bstra c t T h e t ren d an a ly sis is em p lo yed fo r th e so la r rad ia t io n reach in g th e su rface 1959 1993 . , f rom to in H efe iT h e re su lt s show th a t th e an n u a l m ean sca t te redd irec t an d 2 2 48? 10, 454? 10//g lo b a l so la r rad ia t io n s dec rea sed a t a ra te o f M J m aM J m a an d 2 29M J m ?10a re sp ec t ive ly. 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