近20年南水北調(diào)中線水源區(qū)太陽輻射的變化規(guī)律

南陽師范學(xué)院20XX 屆畢業(yè)生畢業(yè)論文（設(shè)計） 題 目：近20年南水北調(diào)中線水源區(qū)太陽輻射的變化規(guī)律 完 成 人： 班 級： 學(xué) 制： 專 業(yè)： 地理科學(xué) 指導(dǎo)教師： 完成日期： 2第頁(共14頁)目錄摘要(1)1 文獻綜述(1)2 研究區(qū)域概況(2)3 資料與方法(2)4太陽總輻射的變化(3)4.1 太陽總輻射的年變化(3)4.2 太陽總輻射的月變化(4)5結(jié)果分析與討論(8)6結(jié)論(9)參 考 文 獻(9)Abstract(11)近20年南水北調(diào)中線水源區(qū)太陽輻射的變化規(guī)律 摘要：本文以1990年-2011年近20年來南水北調(diào)中線水源區(qū)內(nèi)的安康站以及水源區(qū)周邊的南陽站兩個日射站的太陽總輻射量資料為主要數(shù)據(jù)源，利用線性傾向估計法研究南陽和安康兩個日射站太陽總輻射的變化規(guī)律。結(jié)果顯示：（1）南陽年平均太陽總輻射值為3709.185MJ/m2,安康年平均太陽總輻射值為3469.167MJ/m2，根據(jù)國家氣象局的區(qū)劃太陽總輻射值4200MJ/m2的為太陽能貧乏區(qū)，因此南陽和安康均為太陽能貧乏區(qū)；（2）南陽市太陽總輻射年變化呈單峰型，夏季輻射強，冬季輻射弱，6月和7月輻射最強。安康市太陽總輻射年變化也呈現(xiàn)單峰型，夏季輻射強，冬季輻射弱，7月和8月輻射最強；（3）1990年至2011年近20年來南陽和安康太陽總輻射都呈現(xiàn)減少趨勢。 關(guān)鍵詞：太陽總輻射；變化規(guī)律;水源區(qū) 太陽輻射（solar radiation）是指太陽向宇宙空間發(fā)射的電磁波和粒子流。以平行光線的形式直接投射到地面的太陽輻射，稱之為太陽直接輻射。由于空氣分子和氣溶膠粒子的作用，或由于空氣密度的漲落以及不均一，電磁輻射能量以一定規(guī)律在各方向重新分布的現(xiàn)象成為散射輻射。經(jīng)過大氣削弱之后到達地面的太陽直接輻射和散射輻射之和稱為太陽總輻射。太陽輻射是地球表層最基本、最重要的能量來源，它是地球上生命的基礎(chǔ)1。太陽輻射決定了地球大氣系統(tǒng)的熱力狀況，是影響生態(tài)環(huán)境變化的主要因子。到達地面的太陽輻射與云量、大氣中水汽含量、大氣氣溶膠含量密切相關(guān)。輻射量的變化影響到地面溫度、蒸發(fā)和水循環(huán)2。因此,在全球氣候變化的背景條件下，研究到達地表太陽總輻射量(以下簡稱總輻射)的變化特征趨勢,有助于了解區(qū)域氣候變化的規(guī)律。 本文以南水北調(diào)中線水源區(qū)內(nèi)的安康站以及水源區(qū)周邊的南陽站兩個日射站近20年來的太陽總輻射量為主要數(shù)據(jù)源，利用線性傾向估計法分析了該區(qū)域太陽總輻射的變化規(guī)律。本研究可以為南水北調(diào)中線水源區(qū)調(diào)水量提供科學(xué)參考。1 文獻綜述 大范圍地面太陽總輻射觀測開始于20世紀50年代，自有觀測記錄以來,全球地面太陽總輻射變化大致可以分為兩個階段，首先一個下降的趨勢出現(xiàn)在20世紀60-90年代3(-7Wm-2)，從北美4到西歐5，從東歐的前蘇聯(lián)6到亞洲的中國7，從南極到北極8，地面太陽總輻射變暗的趨勢普遍存在。但在20世紀90年代全球大部分地區(qū)地面太陽總輻射變化趨勢發(fā)生逆轉(zhuǎn)，Martin Wild等9研究發(fā)現(xiàn)，全球大部分站點1990年以后地面太陽總輻射呈增加趨勢，并且在部分地區(qū)晴空條件也如此；Lohmann等10利用ISCCP數(shù)據(jù)進行再分析比較得出，在1984-2001年東亞(+ 3.9Wm-2a-1)和南非(+2.4Wm-2a-1)直接輻射有強烈的線性上升趨勢；Power11研究顯示德國地面太陽總輻射從1977一2000年存在1.94Wm-2/10a的上升趨勢；Shi等12對我國的研究也顯示出地面太陽總輻射存在同樣的變化趨勢。關(guān)于全球地面太陽總輻射呈現(xiàn)大范圍變暗到變亮的原因，主要有以下幾種觀點：20世紀50-80年代地面太陽總輻射下降，可能來自于人類與自然產(chǎn)生的硫酸鹽及其他氣溶膠污染；20世紀90年代后全球地面太陽總輻射呈上升趨勢(約恢復(fù)6 Wm-2)，可能原因是云量減少，人為氣溶膠濃度減少,增加無云大氣的透明度，以及全球已從1991年P(guān)inatubo火山爆發(fā)的影響中恢復(fù)13，但大部分觀點都需要區(qū)域研究的證實1。2 研究區(qū)域概況 南水北調(diào)工程是21世紀之初我國水資源調(diào)整的一項偉大的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)工程14。南水北調(diào)中線工程是我國整個南水北調(diào)工程的有機組成部分，中線工程從漢江丹江口水庫引水（近期），連通長江、淮河、黃河、海河四大流域，北上自流到北京、天津，它對緩解京津及華北地區(qū)水資源短缺，改善受水區(qū)生態(tài)環(huán)境，促進華北地區(qū)經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。水源區(qū)為漢江流域丹江口以上地區(qū)，集水面積9.52萬km2，屬于北亞熱帶季風(fēng)氣候,具有北亞熱帶和暖溫帶兩種氣候特征，氣候溫和，雨量較為豐沛，多年平均降水量為819.5mm，多年平均氣溫為14.6，多年平均徑流量是368.7億m3。未來水源區(qū)的地表水資源變化將直接影響調(diào)水工程的可靠性,是跨流域水資源調(diào)配與管理運行的重要依據(jù)15。3 資料與方法所用的資料為南水北調(diào)中線水源區(qū)內(nèi)的安康站以及水源區(qū)周邊的南陽站兩個輻射觀測站近20年來太陽總輻射量觀測值。采用線性傾向估計法研究河南南陽和陜西安康兩個日射站太陽總輻射的變化趨勢，建立總輻射(y)與時間序列(x，年份)的一元線性回歸方程y=a+bx，方程斜率b即為傾向率b0和b0分別表示總輻射隨時間增加和減少2。4太陽總輻射的變化4.1 太陽總輻射的年變化根據(jù)中國氣象局的區(qū)劃，年太陽總輻射值大于5800 MJ/m2 為太陽能豐富區(qū)；太陽總輻射值處在（5000-5800）MJ/m2之間的為太陽能較豐富區(qū)；太陽總輻射值處在（4200-5000）MJ/m2之間的為太陽能可利用區(qū)；太陽總輻射值4200MJ/m2的為太陽能貧乏區(qū)16。由所提供的資料進行數(shù)據(jù)處理分析知近20年來河南南陽年平均太陽總輻射量為3709.185MJ/m2，陜西安康近20年來平均太陽總輻射量3469.167MJ/m2，所以河南南陽和陜西安康均為太陽能貧乏區(qū)。由圖1可以看出南陽年太陽總輻射最大值為3966.9MJ/m2，出現(xiàn)在1992年；年太陽總輻射最小值為3296.442MJ/m2，出現(xiàn)在2003年。近20年南陽的太陽總輻射年變化趨勢不明顯。圖1 南陽1990-2011年年太陽平均總輻射變化由圖2可以看出安康年太陽總輻射最大值為4196.083MJ/m2，出現(xiàn)在1997年；年太陽總輻射最小值為2890.009MJ/m2，出現(xiàn)在1992年。近20年安康的太陽總輻射年變化總體趨勢不明顯。圖2 安康1990-2011年年太陽平均總輻射變化4.2 太陽總輻射的月變化圖3為南陽1990至2011年1-12月太陽總輻射量變化圖。 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月圖3 1990年至2011年1-12月南陽太陽總輻射量變化圖圖3顯示，在1-12月中一月、三月、四月、五月、十二月5個月的太陽總輻射量變化呈上升趨勢，而另外7個月太陽總輻射量變化呈下降趨勢，其中七月、八月和九月下降趨勢較明顯，其決定系數(shù)R2分別為0.411、0.1812和0.4011。圖4為南陽1990年-2011年各月平均太陽總輻射分布圖4 1990-2011年南陽各月平均太陽總輻射分布圖4顯示，南陽月太陽總輻射呈單峰型,最大月份出現(xiàn)在6月,平均值為5204.43MJ/m2；最小月出現(xiàn)在12月,平均值為2055.47 MJ/m2,最大月與最小月的差值達3148.96MJ/m2。圖5為安康1990年至2011年1-12月太陽總輻射量變化圖。 1月 2月 3月 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 11月 12月圖51990年至2011年1-12月安康太陽總輻射量變化圖圖5顯示，在1-12月中一月、二月、三月、四月、六月、十二月6個月的太陽總輻射量變化呈上升趨勢，而另外6個月太陽總輻射量變化呈下降趨勢，其中七月、八月、九月和十月下降趨勢都較明顯，其決定系數(shù)R2分別為0.1687、0.2305、0.4322和0.1872。圖6為1990年-2011年安康各月平均太陽總輻射分布圖6 1990-2011年安康各月平均太陽總輻射分布圖6顯示，安康月太陽總輻射呈單峰型，最大月份出現(xiàn)在7月,平均值為5609.37MJ/m2；最小月出現(xiàn)在12月，平均值為1641 MJ/m2，最大月與最小月的差值達3968.37MJ/m2。5結(jié)果分析與討論 南水北調(diào)中線工程對緩解京津及華北地區(qū)水資源短缺，改善受水區(qū)生態(tài)環(huán)境，促進華北地區(qū)經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展具有重要作用。根據(jù)圖4和圖5的分析可知，近20年來南水北調(diào)中線水源區(qū)的太陽總輻射總體無明顯變化趨勢，但南陽1990-2011年太陽總輻射在七月、八月和九月呈現(xiàn)明顯下降趨勢，其決定系數(shù)R2分別為0.411、0.1812和0.4011。安康1990-2011年太陽總輻射在七月、八月、九月和十月呈現(xiàn)明顯下降趨勢，其決定系數(shù)R2分別為0.1687、0.2305、0.4322和0.1872。七月、八月和九月為夏季，太陽輻射較強，而太陽輻射的強弱與水分的蒸發(fā)量正相關(guān)，太陽輻射減弱，水分蒸發(fā)減少 。因此可推知，南水北調(diào)中線水源區(qū)太陽總輻射無明顯變化的趨勢對水源區(qū)的調(diào)水量是有利的。張雪芬與陳東的研究17認為，河南省太陽總輻射具有減少的趨勢，且研究證明大氣中總懸浮微粒的增加是導(dǎo)致太陽總輻射減少的重要原因。因為本文研究的時間段僅為20年，比張學(xué)芬與陳東的研究 17的時段短，研究區(qū)變化趨勢不明顯，但還是可以推測大氣中總懸浮微粒的增加對太陽輻射的變化是有影響的。6結(jié)論本文采用了南水北調(diào)中線水源區(qū)內(nèi)的安康站以及水源區(qū)周邊的南陽站兩個日射站近20年來的太陽總輻射量資料，分析了其變化情況。主要結(jié)論如下：（1）南陽年平均太陽總輻射值為3709.185MJ/m2，安康年平均太陽總輻射值為3469.167MJ/m2，根據(jù)國家氣象局的區(qū)劃太陽總輻射值4200MJ/m2的為太陽能貧乏區(qū)，因此河南南陽和陜西安康均為太陽能貧乏區(qū)。（2）南陽市太陽總輻射年變化呈單峰型，夏季輻射強，冬季輻射弱，6月和7月輻射最強。安康市太陽總輻射年變化也呈現(xiàn)單峰型，夏季輻射強，冬季輻射弱，7月和8月輻射最強。（3）1990-2011年近20年來南陽和安康太陽總輻射都無明顯變化趨勢。（4）1990-2011年近20年來南陽太陽總輻射在總輻射在七月、八月和九月呈現(xiàn)明顯下降趨勢，其決定系數(shù)R2分別為0.411、0.1812和0.4011。安康1990-2011年太陽總輻射在七月、八月、九月和十月呈現(xiàn)明顯下降趨勢，其決定系數(shù)R2分別為0.1687、0.2305、0.4322和0.1872。參 考 文 獻1 鄭有飛,關(guān)福來，蔡子穎，等.我國南方中東部地區(qū)地面太陽總輻射變化規(guī)律J.應(yīng)用氣象學(xué)報, 2011,2(3):312-320 .2 鄧小波，王學(xué)峰,羅宇翔，等.1961-2005 年云貴高原太陽輻射變化特征及其影響因子J. 氣候與環(huán)境研究，2011，16(5):657-664.3 Beate G L.Observed reductions of surface solar radiation at sites in the United States and world from 1961 to 1990. 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The results are as follows:（1）The annual average total solar radiation in Nan Yang is 3709.185MJ/m2,and in An Kang is 3469.167MJ/m2，according to the regulations of the National Weather Service, thus, Nan Yang and An Kang both belong to solar energy poor area；(2)Total solar radiation annual change of Nan Yang and An Kang annual both demonstrate single peak, radiation in summer is strong ,while in winter is weak, the sun radiates most strongly in Nan Yang are June and July, while in An Kang are July and August；(3) The annual total solar radiation of Nan Yang and An Kang from 1990-2011 has descending trend.Key words：Total solar radiation；variation trend; water source areas第12頁(共14頁)