湖北省太阳能资源时空分布特征及区划研究.

收稿日期:2007-05-15

*湖北省气象局重点项目(2006Z04 资助

刘可群, 男, 1963年生, 高级工程师. 工作单位:武汉区域气候中心, 武汉430074.

湖北省太阳能资源时空分布特征及区划研究*

刘可群陈正洪夏智宏

(武汉区域气候中心, 武汉430074

摘要利用武汉、宜昌等7个站点1961~2004年逐年、逐月太阳总辐射与日照百分率资料, 采用最小二乘法确定湖北省太阳总辐射计算公式参数, 推算出广大无辐射观测地区的逐年、逐月太阳总辐射; 结合日照时数、晴天日数、阴天日数等指标, 对湖北省太阳能资源的时空分布特征及气候变化趋势进行了分析; 以全国太阳能资源区划为基础, 制定了湖北省太阳能资源区划指标, 开展了湖北省太阳能区划工作。结果表明:湖北太阳能资源北多南少, 同纬度相比, 平原多, 山区少; 太阳能资源夏季最丰富, 尤其是8月, 总辐射、日照时数、晴天日数均为全年最高, 湖北东部秋季大气层结稳定, 太阳能资源仅次于夏季; 冬季虽然晴天较多, 但由于太阳直射南半球, 夜长昼短, 总辐射全年最低。将全省太阳能资源分为3个区, 鄂东北7~12月每月有近一半或以上的晴天, 为1级可利用区, 也是湖北太阳能资源最佳区域; 江汉平原、鄂东南、鄂北岗地部分地区等地为2级可利用区, 是光电与光生物质能综合利用的最佳区域; 鄂西南、长江河谷地区为太阳能贫乏区。

关键词太阳总辐射; 日照时数; 晴天日数; 阴天日数; 区划

中图法分类号 T K 519 文献标识码 A 文章编号 1000-2421(2007 06-0888-06

太阳能资源普查与区划是太阳能开发利用的基

础性工作, 过去国内外对于太阳能资源的普查研究主要集中在太阳辐射的气候学计算与分析[1-5]。其实不论是光电、光热、还是光生物质能的利用, 应当综合考

虑总辐射、日照时数、晴天日数、阴天日数等指标的协同作用, 因此笔者在推算出广大无辐射观测地区太阳总辐射的基础上, 综合考虑日照时数、晴天日数、阴天日数等, 对湖北太阳能资源的时空分布特征进行详细分析, 并进行合理区划, 为湖北太阳能资源发展规划和开发利用提供依据。

1 资料与方法

1 气象资料。湖北省77个气象台站1961~2004年的气象资料(含武汉、宜昌的辐射资料来自于湖北省气象档案馆, 西安、重庆、长沙、南昌、郑州

等5个气象台站1961~2000年的气象资料来自于国家气象信息中心。

太阳总辐射Q 的气候学计算公式如下[5-9]:

Q =Q 0(a+bs

(1

其中, Q 为太阳总辐射(M J/m 2 , Q 0为天文辐射(M J/m 2 。通过天文学公式[10]计算出逐日值, 累加得到月、年值, s 为日照百分率(% , a 、b 为经验系数。

将7个辐射观测站逐年同月份所有太阳总辐射(Q 与日照百分率(s 序列合并, 样本长度252, 再通过最小二乘法确定, 结果见表1。

所有方程均通过了0. 001的信度检验, 说明这些公式完全可以用于推算湖北省无日射观测台站的太阳总辐射。

表1 逐月、年太阳总辐射Q 计算公式的经验系数a 、b 与相关系数R

Table 1 Empirical coefficient a, b and correlation coefficient R of yearly and monthly formula for solar total radiation Q 1月

Jan. 2月Feb. 3月M ar. 4月Apr. 5月M ay 6月J une 7月July 8月Aug. 9月S ep. 10月Oct. 11月Nov. 12月Dec. 全年Annu al a 0. 15030. 14800. 14230. 15770.

19080. 19840. 22050. 22480. 17170. 19720. 18610. 18350. 1925b 0. 84530. 80860. 76350. 70600. 63680. 64030. 59840. 58720. 70150. 64780. 71840. 73870. 6605R

0. 9168

0. 9018

0. 8952

0. 8686

0. 8308

0. 8677

0. 8384

0. 8462

0. 8816

0. 8771

0. 8828

0. 8895

0. 8006

第26卷第6期2007年 12月华中农业大学学报Journal o f Huazho ng A g ricultura l U niver sity Vo l. 26 No. 6Dec. 2007, 888~893

2 晴天与阴天的划分。为了避免云量目测的误差, 采用日照百分率来划分晴天与阴天, 日照百分率\60%记为晴天, <20%记为阴天, 连续4d 或4d 以上阴天为1个连阴天过程。

2结果与分析

2. 1太阳能资源空间分布特征

湖北省各地年太阳辐射主要指标的空间分布见图1(1961~2004年平均。

湖北省各地年太阳总辐射为3450~4800 MJ/m 2(图1-a 。其中, 鄂东北最多, 广水、孝感、安陆、新州、黄冈、麻城均在4700M J/m 2以上; 其次为鄂西北、鄂北

岗地、江汉平原等地, 总辐射为4500~ 4700M J/m 2; 再次为鄂东南(4300~4500 MJ/m 2 ; 鄂西南山区最少(3450~4000MJ/m 2 。年日照时数在1100~2000h 之间(图1-b , 其中鄂北、鄂东北最多(1900h 以上 ; 鄂西南最少, 在1500h 以内。年晴天日数在

70~175d 之间, 鄂北、鄂东北晴天日数\160d, 鄂西南山区则在80d 左右, 前者为后者的2倍左右。

太阳能资源空间分布总体上呈现两大特点:北多南少, 以西部山区最显著, 中东

部变化相对较小; 同纬度相比, 平原多, 山区少。

2. 2太阳能资源月变化特征

图2为湖北省地理区域主要代表站总辐射、日照时数、晴天日数、阴天日数的月、季分布图。

湖北省太阳总辐射以夏季7、8月最丰富, 冬季12月、1月最少, 武汉、宜昌

7、8月的实测总辐射均在500M J/m 2以上, 是12月、1月的2倍多; 春季比秋季多, 主要由于春季3月以后太阳直射北半球, 白昼时间长, 秋季9月后直射南半球, 昼短夜长所致。日照时数, 夏季6、7、8月最多, 冬季最少; 受华西秋雨影响, 西部山区秋季日照时数明显少于春季; 中东部地区则相反, 日照时数为春多秋少。晴天日数, 夏季最多, 春季最少(鄂西南冬季最少 , 秋季略高于冬季。阴天日数与晴天日数相反,

夏季最少, 冬季最多。

2. 3气候变化趋势