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近20年南水北调中线水源区太阳辐射的变化规律.rar

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    20 南水北调 中线 水源 太阳辐射 变化 规律
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    编号:08009110121南阳师范学院 2012 届毕业生毕业论文(设计)题 目:近 20 年南水北调中线水源区太阳辐射的变化规律 完 成 人: 王艳秋 班 级: 2008-01 学 制: 4 年 专 业: 地理科学 指导教师: 戚鹏程 完成日期: 2012-03-31 目 录摘要 ..................................................................................(1)1 文献综述 ............................................................................................................................(1)2 研究区域概况 .................................................................................................................(2)3 资料与方法 .......................................................................................................................(2)4太阳总辐射的变化 ........................................................................................................(3)4.1 太阳总辐射的年变化 ............................................................................................(3)4.2 太阳总辐射的月变化 ............................................................................................(4)5结果分析与讨论 .............................................................................................................(8)6结论 ........................................................................................................................................(9)参 考 文 献 .........................................................................................................................(9)Abstract ..................................................................................................................................(11)第 1 页(共 14 页)近 20年南水北调中线水源区太阳辐射的变化规律作 者:王艳秋指导老师:戚鹏程摘要: 本文以1990年-2011年近20年来南水北调中线水源区内的安康站以及水源区周边的南阳站两个日射站的太阳总辐射量资料为主要数据源,利用线性倾向估计法研究南阳和安康两个日射站太阳总辐射的变化规律。结果显示:(1)南阳年平均太阳总辐射值为3709.185MJ/m 2,安康年平均太阳总辐射值为3469.167MJ/m2,根据国家气象局的区划太阳总辐射值<4200MJ/m 2的为太阳能贫乏区,因此南阳和安康均为太阳能贫乏区;(2)南阳市太阳总辐射年变化呈单峰型,夏季辐射强,冬季辐射弱,6月和7月辐射最强。安康市太阳总辐射年变化也呈现单峰型,夏季辐射强,冬季辐射弱,7月和8月辐射最强;(3)1990年至2011年近20年来南阳和安康太阳总辐射都呈现减少趋势。关键词:太阳总辐射;变化规律;水源区太阳辐射(solar radiation)是指太阳向宇宙空间发射的电磁波和粒子流。以平 行 光 线 的 形 式 直 接 投 射 到 地 面 的 太 阳 辐 射 , 称之 为 太 阳 直 接 辐 射 。 由 于 空 气 分 子 和 气 溶 胶 粒 子 的 作 用 , 或 由 于空 气 密 度 的 涨 落 以 及 不 均 一 , 电 磁 辐 射 能 量 以 一 定 规 律 在 各 方 向重 新 分 布 的 现 象 成 为 散 射 辐 射 。 经 过 大 气 削 弱 之 后 到 达 地 面 的 太阳 直 接 辐 射 和 散 射 辐 射 之 和 称 为 太 阳 总 辐 射 。太阳辐射是地球表层最基本、最重要的能量来源,它是地球上生命的基础 [1]。太阳辐射决定了地球大气系统的热力状况,是影响生态环境变化的主要因子。到达地面的太阳辐射与云量、大气中水汽含量、大气气溶胶含量密切相关。辐射量的变化影响到地面温度、蒸发和水循环 [2]。因此,在全球气候变化的背景条件下,研究到达地表太阳总辐射量(以下简称总辐射)的变化特征趋势,有助于了解区域气候变化的规律。本文以南水北调中线水源区内的安康站以及水源区周边的南阳站两个日射站近20年来的太阳总辐射量为主要数据源,利用线性倾向估计法分析了该区域太阳总辐射的变化规律。本研究可以为南水北调中线水源区调水量提供科学参考。1 文献综述第 2 页(共 14 页)大范围地面太阳总辐射观测开始于20世纪50年代,自有观测记录以来,全球地面太阳总辐射变化大致可以分为两个阶段,首先一个下降的趋势出现在20世纪60-90年代 [3](-7W·m-2),从北美 [4]到西欧[5],从东欧的前苏联 [6]到亚洲的中国 [7],从南极到北极 [8],地面太阳总辐射变暗的趋势普遍存在。但在20世纪90年代全球大部分地区地面太阳总辐射变化趋势发生逆转,Martin Wild等 [9]研究发现,全球大部分站点1990年以后地面太阳总辐射呈增加趋势,并且在部分地区晴空条件也如此;Lohmann等 [10]利用ISCCP数据进行再分析比较得出,在1984-2001年东亚(+ 3.9W·m-2·a-1)和南非(+2.4W·m -2·a-1)直接辐射有强烈的线性上升趋势;Power [11]研究显示德国地面太阳总辐射从1977一2000年存在1.94W·m -2/10a的上升趋势;Shi等 [12]对我国的研究也显示出地面太阳总辐射存在同样的变化趋势。关于全球地面太阳总辐射呈现大范围变暗到变亮的原因,主要有以下几种观点:20世纪50-80年代地面太阳总辐射下降,可能来自于人类与自然产生的硫酸盐及其他气溶胶污染;20世纪90年代后全球地面太阳总辐射呈上升趋势(约恢复6 W·m-2),可能原因是云量减少,人为气溶胶浓度减少,增加无云大气的透明度,以及全球已从1991年Pinatubo火山爆发的影响中恢复 [13],但大部分观点都需要区域研究的证实 [1]。2 研究区域概况南水北调工程是21世纪之初我国水资源调整的一项伟大的战略性基础工程的战略性基础工程 [14]。南水北调中线工程是我国整个南水北调工程的有机组成部分,中线工程从汉江丹江口水库引水(近期),连通长江、淮河、黄河、海河四大流域,北上自流到北京、天津,它对缓解京津及华北地区水资源短缺,改善受水区生态环境,促进华北地区经济和社会的可持续发展具有重要作用。水源区为汉江流域丹江口以上地区,集水面积9.52万km 2,属于北亚热带季风气候,具有北亚热带和暖温带两种气候特征,气候温和,雨量较为丰沛,多年平均降水量为819.5mm,多年平均气温为14.6℃,多年平均径流量是368.7亿m 3。未来水源区的地表水资源变化将直接影响调水工程第 3 页(共 14 页)的可靠性,是跨流域水资源调配与管理运行的重要依据 [15]。3 资料与方法所用的资料为南水北调中线水源区内的安康站以及水源区周边的南阳站两个辐射观测站近20年来太阳总辐射量观测值。采用线性倾向估计法研究河南南阳和陕西安康两个日射站太阳总辐射的变化趋势,建立总辐射(y)与时间序列(x,年份)的一元线性回归方程y=a+bx,方程斜率b即为倾向率b>0和b<0分别表示总辐射随时间增加和减少 [2]。4太阳总辐射的变化4.1 太阳总辐射的年变化根据中国气象局的区划,年太阳总辐射值大于5800 MJ/m2 为太阳能丰富区;太阳总辐射值处在(5000-5800)MJ/m 2之间的为太阳能较丰富区;太阳总辐射值处在(4200-5000)MJ/m 2之间的为太阳能可利用区;太阳总辐射值<4200MJ/m 2的为太阳能贫乏区 [16]。由所提供的资料进行数据处理分析知近20年来河南南阳年平均太阳总辐射量为3709.185MJ/m 2,陕西安康近20年来平均太阳总辐射量3469.167MJ/m2,所以河南南阳和陕西安康均为太阳能贫乏区。由图1可以看出南阳年太阳总辐射最大值为3966.9MJ/m 2,出现在1992年;年太阳总辐射最小值为3296.442MJ/m 2,出现在2003年。近20年南阳的太阳总辐射年变化趋势不明显。y = 0.8944x + 3698.9R2 = 0.001130003200340036003800400042001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份平均总辐射量(MJ/m-2)图1 南阳1990-2011年年太阳平均总辐射变化由图2可以看出安康年太阳总辐射最大值为4196.083MJ/m 2,出第 4 页(共 14 页)现在1997年;年太阳总辐射最小值为2890.009MJ/m 2,出现在1992年。近20年安康的太阳总辐射年变化总体趋势不明显。y = -5.9017x + 3537R2 = 0.014625002700290031003300350037003900410043001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份平均总辐射量(MJ/m-2)图2 安康1990-2011年年太阳平均总辐射变化4.2 太阳总辐射的月变化图3为南阳1990至2011年1-12月太阳总辐射量变化图。y = 14.754x + 2016.4R2 = 0.087815002000250030001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)y = -8.7783x + 2650R2 = 0.012315002500350045001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)1月 2月y = 38.182x + 3239.4R2 = 0.18362500300035004000450050001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)y = 9.9684x + 4435.3R2 = 0.020630003500400045005000550060001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)3月 4月第 5 页(共 14 页)y = 16.272x + 4971R2 = 0.0411400042004400460048005000520054005600580060001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)y = -0.3772x + 5208.9R2 = 2E-05400045005000550060006500700075001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)5月 6月y = -72.182x + 6051.7R2 = 0.4113000350040004500500055006000650070001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)y = -48.624x + 5356.4R2 = 0.181220002500300035004000450050005500600065001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)7月 8月y = -61.915x + 4583.1R2 = 0.4011200030004000500060001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)y = -24.854x + 3525.2R2 = 0.11692000250030003500400045001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)9月 10月y = -4.1131x + 2458.2R2 = 0.0043150020002500300035001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)y = 3.568x + 2014.6R2 = 0.0028150020002500300035001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)11月 12月图3 1990年至2011年1-12月南阳太阳总辐射量变化图图3显示,在1-12月中一月、三月、四月、五月、十二月5个月第 6 页(共 14 页)的太阳总辐射量变化呈上升趋势,而另外7个月太阳总辐射量变化呈下降趋势,其中七月、八月和九月下降趋势较明显,其决定系数R 2分别为0.411、0.1812和0.4011。图4为南阳1990年-2011年各月平均太阳总辐射分布图4 1990-2011年南阳各月平均太阳总辐射分布图4显示,南阳月太阳总辐射呈单峰型,最大月份出现在6月,平均值为5204.43MJ/m 2;最小月出现在12月,平均值为2055.47 MJ/m2,最大月与最小月的差值达3148.96MJ/m 2。图5为安康1990年至2011年1-12月太阳总辐射量变化图。y = 29.211x + 1557.8R2 = 0.2998100015002000250030001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)10001500200025003000350040004500500055001 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12月 份太阳总辐射(MJ/m2)第 7 页(共 14 页)y = 1.7617x + 2168.2R2 = 0.00071000150020002500300035001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)1月 2月y = 21.221x + 3127.4R2 = 0.07752000250030003500400045001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)y = 20.926x + 3897.6R2 = 0.06963000350040004500500055001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)3月 4月y = -5.7837x + 4757.3R2 = 0.00483500400045005000550060001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)y = 2.7475x + 4927.1R2 = 0.000735004000450050005500600065001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)5月 6月第 8 页(共 14 页)y = -52.144x + 6232.6R2 = 0.16870100020003000400050006000700080001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)y = -63.097x + 5890.3R2 = 0.23053500400045005000550060006500700075001990 1992 19941996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m2)7月 8月y = -79.622x + 4642.2R2 = 0.4322200025003000350040004500500055001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m-2)y = -43.929x + 3179R2 = 0.187215002000250030003500400045001990199219941996 199820002002200420062008 2010年 份总辐射量(MJ/m-2)9月 10月y = -14.691x + 2028.1R2 = 0.043105001000150020002500300035001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m-2)y = 14.754x + 2016.4R2 = 0.087815002000250030001990 1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010年 份总辐射量(MJ/m-2)11月 12月图51990年至2011年1-12月安康太阳总辐射量变化图图5显示,在1-12月中一月、二月、三月、四月、六月、十二月
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