湖北省太阳能资源时空分布特征及区划研究.docx

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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TK519文献标识码A文章编号1000-2421（200706-0888-06

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=Q0（a+bs

（1

其中,Q为太阳总辐射（MJ/m2,Q0为天文辐射（MJ/m2。

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

Table1Empiricalcoefficienta,bandcorrelationcoefficientRofyearlyandmonthlyformulaforsolartotalradiationQ1月

Jan.2月Feb.3月Mar.4月Apr.5月May6月June7月July8月Aug.9月Sep.10月Oct.11月Nov.12月Dec.全年Annuala0.15030.14800.14230.15770.19080.19840.22050.22480.17170.19720.18610.18350.1925b0.84530.80860.76350.70600.63680.64030.59840.58720.70150.64780.71840.73870.6605R

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JournalofHuazhongAgriculturalUniversityVol.26No.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3450~4800MJ/m2（图1-a。

其中,鄂东北最多,广水、孝感、安陆、新州、黄冈、麻城均在4700MJ/m2以上;其次为鄂西北、鄂北岗地、江汉平原等地,总辐射为4500~4700MJ/m2;再次为鄂东南（4300~4500MJ/m2;鄂西南山区最少（3450~4000MJ/m2。

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500MJ/m2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

研究发现,湖北省太阳能资源各项指标的气候变化趋势基本一致。

因此以武汉为例分析湖北省年总辐射、日照时数、晴天日数、阴天日数、连阴次数及持续时间（1961~2004的变化趋势（图3。

由图3可见,武汉近44a太阳总辐射、日照时数、晴天日数呈下降趋势,阴天日数呈增加趋势;这与全球太阳总辐射下降的研究结论相一致[6]。

进一步分析发现,阴天过程次数呈增加趋势,但平均阴天过程持续的时间有缩短趋势,如图3-c,这一变化特征对于小功率光伏发电应用产品如太阳能照明灯、太阳能采暖设备等设备太阳能的利用有正面效果。

2.4太阳能资源分区

1区划指标。

文献[9-11]根据太阳能总辐射对我国太阳能资源进行4级划分（资源丰富、较丰富、一般及贫乏带,湖北省为资源一般带。

为了更好开发利用湖北省的太阳能资源,需要制定湖北省太阳能区划标准,绘制太阳能区划图。

本文将在全国太阳能资源区划的基础上,将年总辐射量细分,并引入日照时数、晴天日数等指标（如表2。

表2太阳能区划指标Table2Solarenergydivsionindex

太阳能分区Solarenergydistribution年辐射总量/（MJ#m-2#a-1

Annualsolartotalradiation

年日照时数/h

Annualsunshineduration

年晴天日数/dAnnualcountofclear-sky

丰富区Mostabundantregion\6700\2800\250较丰富区Moreabundantregion5400~67002300~2800195~2501级可利用区Leval1availableregion4600~54001900~2300155~1952级可利用区Leval2availableregion4200~46001400~1900130~155贫乏区Unavailableregion<4200<1400<130

2区划方法及其分区。

根据表2中区划指标,将所有指标进行综合考虑,且每一个指标同等重要。

当某地有2个或2个以上指标满足某分区条件时,该地即为此分区。

由于表2中3个指标因子相互间相关性较好,因此在区划时大部分台站3个指标均同时满足某一分区条件,只有少数台站出现2个指标满足某一分区的情况。

根据上述分区指标,湖北无太阳能丰富区、较丰富区。

1级可利用区。

该区主要包括鄂东北以及鄂西北部分地区,如图4,这一区域年太阳总辐射大于4600MJ/m2,日照时数在1900~2100h之间,年晴天日数在155~180d之间,是湖北省太阳能最佳地区;相对而言,该区各月的日照时数及晴天日数均较多;年平均大于等于7d的连阴（雨天过程为1.8~2.2,大于10d的连阴（雨天过程不足1次。

尤其是下半年,鄂东北7~12月、鄂西北十堰5~12

图1湖北省年太阳总辐射（a、年日照时数（b、年晴天日数（c空间分布Fig.1HubeiProvinceannualsolartotalradiation（a,annualsunshineduration（b,annualcountofclear-sky（cspatialdistribution

图2湖北省主要代表站太阳总辐射、日照时数、晴天日数、阴天日数的月际分布图Fig.2Solartotalradiation,sunshineduration,countofclear-sky,countofovercas-tsky

monthlyvariationofrepresentativestationsinH

ubei

图3武汉年总辐射、日照时数、晴天日数、阴天日数、连阴次数及持续时间年际变化（1961-2004Fig.3Wuhanannualvariationofsolartotalradiation,sunshineduration,countofclean-sky,countof

overcas-tsky,countanddurationofcontinuouscloudy-sky

图4湖北省太阳能资源区划

Fig.4SolarenergyresourcesdivisioninHubei

月（9月除外每月有近一半的晴天,年变化较稳定,这一时间不亚于我国太阳能资源较丰富区中的部分地区的太阳能资源,对于光电直接利用非常有利。

2级可利用区。

该区在湖北省分布最广,包括江汉平原、鄂东南、鄂北岗地部分地区以及鄂西北一部分地区,这一区域年太阳总辐射4200~4600MJ/m2,日照时数在1400~1900h之间,年晴天日数在130~155d之间。

该区晴天天气主要分布在7~9月3个月里,尤其是7、8月2个月有半数以上的晴天。

另外该区是湖北省粮棉重点生产区域,也是光合产物的农业副产品生物质能的重点产区,是光电与光-生物质能综合利用的最佳区域。

太阳能贫乏区。

主要包括鄂西南、长江河谷。

本区的年太阳总辐射低,日照少,除8月晴天较多外,其它月份很少,如恩施,全年日照时数1259h,全年晴天日数不足90d,阴天日数却高达199d,占全年总天数的55%;全年只有7、8两月晴天超过10d。

3小结

1湖北省太阳能资源空间分布呈现两大特点:

一是北多南少,同纬度相比,平原多,山区少;二是以东经112b为界,西部由南向北,梯度变化非常明显,鄂西南属于太阳能贫乏区,而最北端的鄂西北则为

1级可利用区;东部梯度变化相对较弱。

2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,东经112b以东地区,秋季中低层受北方冷高压控制,中高层副高盘踞,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。

另外受全球气候变化的影响,年太阳总辐射、日照时数以及晴天日数有减少的趋势;阴天日数呈增加趋势,但连阴（雨过程持续的时间有缩短趋势,连阴（雨过程持续的时间缩短有利于提高小功率光伏发电应用产品如太阳能照明灯、太阳能采暖等设备的利用效率。

3在全国太阳能资源区划的基础上,引入日照时数、晴天日数气象因子,将湖北省划分3个不同等级的区域,鄂东北为1级可利用区,也是湖北的太阳能最佳地区;鄂西南为太阳能贫乏区,其它地区为2级可利用区。

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comparingwithsouthernHubei,therearemorethesolarenergyresourcesinnorthernHubei.therearemoresolarenergyresourcesinplainareaincomparasontomountainousareaatthesamelatitude.Thesolarenergyresourcesofsummertimearemostabundant,especiallyinAugustwhensolartotalradiation,sunshineduration,countofclearskyareallhighestinayear.IneasternHubei,thesolarenergyresourcesinautumnisonlyinferiortothoseinsummerbecauseofthestableatmosphericstratification.Althoughthecountofclearskyisalittlemoreinwinter,solartotalradiationisleastinayearbecausethesundirectlyirradiatesinsouthernhemisphereanddaytimeisshorterthannighttime.Solarenergyresourcesaredistributed3regions,andnortheastHubeiisthebestregionforexploringlightenergyinbecausefromJulytoDecembertherearealmost15cleanskydaysormoreeverymonth.NortheastHubeiiscalledaslevel1availableregion.Jianghanplain,southeastHubeiandthehillockplacesinnorthernHubeiarecalledaslevel2availableregion.Theyarealloptimalregionsfortheintegrativeutilizationoflightelectricityandlightbiologicalenergy.NorthwestandthevalleyofYangtzeRiverareUnavailableregionoflightenergy.Keywordsdivisionsolartotalradiation;sunshineduration;countofclearsky;countofovercastsky;-（责任编辑:

杨锦莲