大连地区太阳能资源分布特征及区划李光一;李昱茜;谷萍;蔡冬梅;艾青【摘要】利用1970-2012年大连国家基准气候观测站历年逐月太阳总辐射和日照百分率实测资料，应用统计方法计算出大连地区各月太阳总辐射气候学公式，进而计算出周边无辐射观测地区的太阳总辐射量并了解大连地区太阳能资源分布情况。
结果表明：大连南部、长海和瓦房店太阳能资源较好，中部和黄海沿岸较差；春夏季好，秋冬季差，5月份最好，12月份最差；太阳能资源各年代呈小幅度波动，近几年逐渐下降。
根据QX/T 89-2008太阳能资源评估方法，大连地区属于太阳能资源丰富区。
【期刊名称】《山东气象》【年(卷),期】2014(000)003【总页数】5页(P27-31)【关键词】太阳能资源;总辐射;区划【作者】李光一;李昱茜;谷萍;蔡冬梅;艾青【作者单位】庄河市气象局，辽宁庄河 116400;大连市气象局，辽宁大连116001;大连市气象局，辽宁大连 116001;大连市气象局，辽宁大连 116001;大连市气象局，辽宁大连 116001【正文语种】中文【中图分类】P461太阳能是地球上一切生命活动最主要的能量来源，是动、植物生长发育和产量形成的根本条件。
研究太阳辐射能，以便采取措施达到提高太阳能的利用率，获取农业生产的高产稳产，现实意义重大[1]。
同时在传统能源供应紧张，化石能源对环境的污染日渐严重的今天，各国政府都十分重视可再生能源的开发利用，相继制定了发展规划和支持政策，太阳能是取之不尽的可再生绿色能源，被看成是未来可再生能源利用的重要方向[2]。
随着太阳能资源利用技术的进步和气候条件的不断变化，了解大连地区的太阳能总辐射分布特点，为大连地区农业生产和太阳能产业的开发利用提供有关太阳能资源的基础数据，已经显得十分必要。
大连地区太阳总辐射观测站只有1个，太阳总辐射资料缺乏，为获得没有太阳总辐射观测地区的总辐射资料，通常是应用统计方法建立适合本地区的经验公式来计算太阳总辐射量[3]。
1.1 资料来源和整理利用的1970—2012年大连站逐月太阳总辐射和日照百分率以及周边的瓦房店、普兰店、庄河、皮口、金州、长海和旅顺7个气象站的逐月日照百分率资料都来源于大连市气象局档案馆，台站地理位置分布见图1。
其中大连逐月太阳总辐射资料有6个月份缺测，它们是1970年1月、2月、1971年6月和1980年10月、11月、12月，此文做资源分析时缺测值用统计公式估算值代替。
对辐射标准和单位进行了统一，1986年以前月辐射曝辐量单位为cal/cm2，文中统一为国际标准单位MJ.m-2。
1.2 计算方法首先利用1970—2012年43a的大连太阳总辐射和日照百分率实测资料，拟合计算大连地区太阳总辐射经验公式，再利用经验公式计算周边7个气象站的总辐射值并分析大连地区太阳能资源分布特征，最后根据气象行业标准QX/T 89-2008[4]对大连地区太阳能资源进行初步区划。
用拟合经验公式计算太阳总辐射的方法有很多，经过王炳忠等学者对比分析认为，Q=Q0φ(S)这种形式的公式在计算结果上最佳并且具有计算简易的优点[5-9]。
目前，用这类方法计算太阳总辐射的最为多见，此文也采取这种方法。
此类方法最常用的基本形式为：式（1）中，Q为月太阳总辐射；Q0为月天文总辐射；s为月日照百分率；a和b 为经验系数。
月天文总辐射Q0采用日天文总辐射QA逐日累加得出。
日天文总辐射公式如下：式（2）中，T表示一天长度（取86400秒）；I0为太阳常数（取1367W/m2）；0ω为水平面上日没（出）时角；ϕ为地理纬度；δ为太阳赤纬（°）取自《地面气象观测规范》附录7.2[10]；1/ρ2为地球轨道偏心度订正系数，用下面经验下面公式计算得到；式（3）中TR=2（dn－1）/365, dn为日序（1月1日取1，2月1日取32，余类推。
）1.3 经验公式利用大连辐射站1970—2012年43a的历年各月太阳总辐射和日照百分率实测资料，通过线性回归确定出经验系数a，b值，得到计算大连地区各月太阳总辐射经验公式Q=Q0（a+bs），各月经验系数见表1。
根据表1得出，除1月外，其它月份都通过了显著水平5%（F＞4.08）的F检验。
除1月、2月、12月外，其它月份都通过了显著水平1%（F＞7.31）的F检验。
其中1、2月份的相对误差为11%，其它月份的相对误差在7%～9%，利用该组公式估算各月太阳总辐射值并累加估算年值是可行的，其中相对误差为：为逐月样本个数。
2.1 太阳能资源实测值分析大连站太阳总辐射累年平均值为4999 MJ/m2。
表2列出大连站太阳总辐射累年月平均值和年平均值。
图2给出总辐射的逐月变化曲线。
可见，总辐射最高值出现在5月，最低值出现在12月份。
从季节上看，春、夏季辐射量较大、秋冬季辐射量较小。
春、夏、秋、冬四季总辐射量分别占年总辐射量的31.9%，32.8%，21.1%和14.2%。
1970—2012年，大连站有4个年份总辐射值异常大，分别是1972年总辐射量为5960 MJ/m2、1989年总辐射量为5985 MJ/m2、1991年总辐射量为6634MJ/m2和1997年总辐射量为6893 MJ/m2，其中1989年、1991年、1997年大连地区年降水量明显偏少，全年日照时数和年平均气温明显偏高，1989年还发生了20世纪迄今对人类影响最严重的太阳风暴[11]，所以总辐射值异常偏大应该是正常反映，1972年值异常原因不详。
从图3中的5年移动平均来看，70年代初到80年代中期大连地区太阳总辐射是一个偏低时期，80年代后期至21世纪初总辐射是一个偏高期，从2003年以后呈现逐年下降的趋势。
近年的减少趋势与相邻山东省日照时数变化趋势非常相似[12]。
表3列出1970—2009年大连太阳总辐射的年代变化，可见大连市80年代太阳总辐射量偏小，为4857 MJ/m2，90年代太阳总辐射量偏大，为5322 MJ/m2，70年代和本世纪初的10a太阳总辐射量基本相当。
总体来看，大连太阳总辐射年代变化呈小幅度波动趋势。
2.2 太阳能资源分布特征2.2.1 各月太阳能资源特点利用表1各项计算得到大连地区7个台站43a太阳总辐射累年月平均值和年平均值，大连用实测资料分析（表4）。
大连各地太阳总辐射年平均值在4610～4999 MJ/m2之间，最大值出现在大连，为4999 MJ/m2，最小值出现在庄河，为4610MJ/m2，大连地区平均值为4804 MJ/m2。
年总辐射量超过4804 MJ/m2的有大连、长海、瓦房店、旅顺4个台站，低于4804 MJ/m2的有普兰店、金州、皮口、庄河4个台站。
太阳总辐射的分布受气候和地形影响，与降水量分布相反、与日照分布相一致。
大连市区、长海、旅顺和瓦房店总辐射量较大，东部沿黄海海岸的庄河、皮口以及中部的金州、普兰店等辐射量较小。
由表1各项计算出大连各台站太阳总辐射累年月平均值，分析得到大连地区平均太阳总辐射的逐月分布特征为：5月最强，12月最弱；四季分布为春季最大，夏季次之，冬季最小，春、夏、秋、冬四季太阳总辐射量分别占全年总辐射量的32.1%，32.0%，21.4%和14.5%。
其中，大连、长海、旅顺为夏季最大，春季次之，冬季最小，其它5个站的太阳总辐射为春季最大，夏季次之，冬季最小。
2.2.2 各地日照时数累年平均值由表5可看出长海、大连、瓦房店日照时数年平均值都在2600h以上，旅顺、普兰店在2500h以上，金州、皮口、庄河都在2400h以上，其中庄河最少只有2448h。
太阳总辐射分布和日照分布基本一致。
2.2.3 太阳能资源区划本文按照表6中华人民共和国气象行业标准QX/T 89-2008太阳能资源评估方法[4]中的标准对大连地区太阳能资源丰富程度进行了初步区划。
根据大连站太阳总辐射实测值和其它各站气候学公式计算值，大连各台站太阳总辐射年总量处于4610～4999MJ/m2之间，按照表6太阳能资源丰富程度等级属于3780～5040 MJ/m2范围内，所以大连地区属于太阳能资源丰富区。
通过对大连地区太阳总辐射实测和统计计算值的分析，得到以下结论：（1）利用公式Q=Q0（a+bs）和表1的经验系数可以用于计算大连地区各月的太阳总辐射值。
（2）从大连43a的实测情况来看，年均太阳总辐射量为4999MJ/m2，历年总辐射呈现小幅变化，春、夏两季太阳能资源较好，秋、冬两季较差，5月最好，12月最差，近几年呈逐年下降趋势。
（3）利用统计计算结果分析了大连地区太阳能资源分布特征：大连南部、长海县以及瓦房店地区辐射量较大，东部黄海沿岸的庄河、皮口以及中部金州、普兰店地区辐射量较小。
（4）根据QX/T 89-2008太阳能资源评估方法，大连地区属于太阳能资源丰富区，可为相关部门制定太阳能资源开发利用规划提供理论依据。
【相关文献】[1]胡毅，李萍，杨建功，朱毅，等.应用气象学（第二版）[M].北京：气象出版社，2005 ：6.[2]高绍凤，陈万隆，朱超群，等.应用气候学 [M].北京：气象出版社，2001 ：16-19.[3]房剑，彭振林，高克东.太阳总辐射的气候学计算及其特征分析[J].辽宁气象，2004（1）：25-28.[4]中国气象局.中华人民共和国气象行业标准（QX/T 89-2008）太阳能资源评估方法[S].北京：气象出版社，2008 ：2.[5]刘新安，范辽生，王艳华，等.辽宁省太阳辐射的计算方法及其分布特征[J].资源科学，2002，24（1）：82-87.[6]中国气象科学研究院风能太阳能资源实验室.风能、太阳能资源研究论文集[M].气象出版社，2008，：218-225.[7]龚强，于华深，蔺娜，等.辽宁省太阳能、风能资源时空分布特征及其初步区划[J].资源科学，2008，30（5）：654-661.[8]张云海，杨洪斌，龚强.辽宁太阳紫外线辐射特征及强度预报[J].气象与环境学报，2006，22（1）：34-37.[9]张运林，秦伯强，陈伟民. 太湖无锡地区太阳总辐射的气候学计算及特征分析[J].应用气象学报，2003，14（3）：339-347.[10]中国气象局.地面气象观测规范 [M].北京：气象出版社，2003 ：140.[11]何志军.来自宇宙的太阳风暴 [J].四川监察，2000.8 ：25.[12]董旭光，邱粲，刘焕彬，等. 山东省日照时数的气候变化特征及其影响因素[J]. 中国农业气象, 2013, 34(02): 138-145.。