合肥市太阳辐射量变化的初步分析

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1、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安徽省气候资料中心, 合肥, 230000摘要对合肥市19591993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 a2 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

2、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

3、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19591993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 19591969 年, 太阳散射辐射量D、直() () ( ) 接辐射量 和

4、总辐射量 = + 都是正距平; 第二阶段 19701979 年, 和基本 SQ D SS Q( ) 在平均线附近摆劢; 第三阶段 19801993 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 19591990 年 平均值之差.() () 由此可以清楚地看出, 在时段 19591960 年和1 19611970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I19711980年和时段()()IV 1981

5、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 19591993 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 dI 1 I IV 时段 ( ) ( ) ( ) ( ) 19591960 年19611970 年19711980 年19811990 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 1

6、88 18 130 148 - 36 - 35 - 71 4 - 130 - 126 3 月 35 42 7640 133173 - 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 67108 27 104 132 - 21 - 31 - 52 - 156 月 - 2 74 72 82 177 259-6822 - 46 - 15 - 237-252 7 月 - 36689 653 29 199 228 - 21- 53-744 - 277 - 274 8月-64

7、 573 509 5 152157 - 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 -

8、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X10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

9、显 著， 7 月份 S 和 Q2 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 JD2 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

10、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()()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Q2 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

11、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, 19711980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, 19911993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

12、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 19611970 19711980 3. 0 1. 9 1.1 48. 7 22. 0 26. 719811990 3. 0 2. 2 0. 8 45. 9 25. 7 20. 219911993 2. 5 2. 4 0. 1 33. 3 31.

13、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

14、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

15、 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 m2 ?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

16、= 0. 01， 11 = 0. 5614， 即 两者之间相关R AR R A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

17、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

18、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

19、145 12 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, 44 483 王绍武. 气候系统引论. 北京: 气象出版社, 1994, 172178A PREL IM INA RY A NALY S IS O N VA R IA T IO N O FTHE SOL A R RAD IA T IO N IN HEFE IZh 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 r

20、m a l U n ive r sityW uh uA nh u iPRCD 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, PRCZho 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 iPRCP an L

21、 in g lin g(), 246000, , , A nq ing N in th M idd le Schoo lA nq ingA nh u iPRCSh 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 CA 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 . ,

22、 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 d2 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. T h e dec rea sin g o f so la r rad ia t io n is c lo se ly re la ted to th e/.ave rage g row th ra te o f u rb an pop u la t io n.Key word s so la r rad ia t io n H efe i c ity ave rage g row th ra te o f u rb an pop u la t io n