安徽省近45年日照时数时空分布及太阳辐射模拟优化
日照时数是地球气候变化和形成的重要因素,而太阳辐射是地表能量的源头.因太阳辐射气象站点较少,以及日照时数与日太阳总辐射之间存在非常稳定的比例关系,因此研究日照时数变化与日太阳总辐射模拟有非常重要的意义.本文利用1971-2015年安徽省23个气象台站逐日的日照时数及日太阳总辐射数据,应用空间插值分析方法、线性趋势、相关分析、突变检验、小波分析、误差分析和日太阳总辐射模拟计算方法,分析安徽省近45年日照时数和太阳总辐射的季节变化及年际变化特征.采用空间插值方法分析该省日照时数的空间分布特征,比较分析左大康、曹雯、翁笃鸣、童宏良、Prescoff和FAO56修正模型等6种日太阳总辐射模型的计算精度.本文在不同时间尺度下利用最小二乘法建立模型并分析日太阳总辐射量空间变化特征,该建模方法可以减小误差进一步优化模型.结论如下:(1)反距离权重法能够更加准确反映出安徽省日照时数的空间分布特点,该省日照时数呈北多南少,由北向南逐渐减少的空间变化趋势.安徽省南部和东南部的日照时数相对偏少.春季安徽省南部日照时数偏少,北部和中北部地区日照时数偏多.夏季日照时数较多地区主要分布在淮南地区和江南北部地区.秋季安徽省东南部和西北部的日照时数偏少,而安徽省北部砀山和亳州地区日照时数偏多.冬季安徽省日照时数呈由南向北逐渐增加趋势.(2)安徽省近45年的年日照时数变化幅度较大,年日照时数均值为1931.4h,年日照时数总体呈明显的减少趋势,变化率为-66.94h/10a.春季安徽省日照时数总体呈微弱的上升趋势.夏季、秋季和冬季日照时数呈下降趋势,其中夏季日照时数变化振幅最大,其变化率为-30.48h/10a.23个气象站点的日照时数都呈下降趋势,其中阜阳和砀山地区的日照时数下降趋势最明显,蚌埠地区日照时数下降趋势最缓.(3)安徽省近45年日照时数存在2-3a显著周期,其中1977-1985年存在4-5a显著周期.春季存在6-9a左右显著周期,在1971-1980年、1988-1995年和2007-2014年存在2a的显著周期.夏季1971-2015年日照时数存在2a和3-5a显著周期.秋季存在2-5a显著周期,1971-1980年存在6-9a显著周期.冬季1984-2015年存在3-7a显著周期,1971-1980年和2005-2015年存在2a显著周期.年日照时数在1989-1993年产生明显突变,自1990s以来减少趋势十分显著.春季日照时数在2002年左右发生突变,但突变不显著.夏季日照时数在1995年左右发生显著性突变.秋季和冬季日照时数分别在2005年和1983年左右发生突变,但突变都不显著.(4)安徽省近45年太阳总辐射呈微弱的上升趋势.在1970s中期至1980s初,处于太阳辐射量偏少时期,1980s末太阳辐射量出现明显上升趋势,1990s初上升至高点后下降,之后呈上升趋势.太阳总辐射在1971-2007年有2-5a左右的显著周期,1980-1996年存在6-11a的显著周期.安徽省在不同季节太阳总辐射量为:夏季辐射量最高,春季次之,冬季最低.春、夏和秋季的太阳总辐射呈上升趋势,其中春季上升的趋势明显,而冬季太阳总辐射呈下降趋势.太阳总辐射量自1980s末期以来有明显的增加趋势,并在2000年产生突变.通过皮尔逊相关分析可得,安徽省逐日日照时数与日太阳总辐射之间呈显著的正相关性,日太阳总辐射量随着日照时数的增多(减少)而增多(减少).(5)FAO56修正模型对安徽省日太阳总辐射的模拟效果最好,能够更加准确的模拟该地区日太阳总辐射值.在有无日照以及有无降水的不同天气情况下,FAO56修正模型在有日照和无降水的情况下模拟值的误差最小.Prescoff模型在无日照情况下模拟值误差最小.童宏良模型在有降水情况下的模拟值误差最小.(6)安徽省日照时数与太阳总辐射量的年际和季节变化较大,不同时间尺度下模型模拟的效果不同.为进一步提高模型的精度,采用最小二乘法分别拟合出不同季节和45年不同时间尺度的模型.拟合模型的结果为,春季:R=RL(0.171+0.677S0),夏季:R=RL(.0209+.0584S0),秋季R=RL0(.192+.0635S0),冬季:R=RL(.0187+.0668S0),年:R=RL(.0189+.0642S0).拟合模型的效果较好,能够进一步缩小模拟值的误差,提高模型精度.(7)采用优化后的日太阳总辐射模型,模拟2015年23个气象站点的太阳总辐射值.经分析得出该地区太阳总辐射呈北部较多,南部较低,总体呈由北向南减少的空间变化趋势.北部的亳州、砀山和蚌埠地区与南部的铜陵地区太阳总辐射量高.
- 作者：
- 于海敬
- 学位授予单位：
- 安徽农业大学
- 专业名称：
- 气象学
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2018年
- 导师姓名：
- 张庆国
- 中图分类号：
- P422.1
- 关键词：
- 安徽；日照时数；太阳辐射；时空变化；日太阳总辐射模型；优化
- Anhui； Sunshine duration； Solar radiation； Spatiotemporal change； Daily solar radiation model； Optimiza