我国地面太阳辐射量的时空变化研究

第16卷第3期

1996年8月地　理　科　学SCIEN T I A G EO G RA P HICA SIN ICA V ol. 16No. 3Aug. , 1996

我国地面太阳辐射量的时空变化研究

查良松

(安徽师范大学地理系, 芜湖241000)

提　要　　在分析我国到达地面太阳辐射量(1957～1992年) 时空变化分布规律基础上, 阐述了火山爆发产生的气溶胶和城市发展带来的人工气溶胶对太阳辐射量变化的影响, 以及大气中气溶胶增加和地面太阳总辐射量的减少在环境研究中的问题。

关键词　　太阳辐射　气溶胶　城市人口平均增长率　大气污染

火山活动产生的气溶胶层可以削减到达地面的太阳总辐射而导致地面气温降低, 随着城市发展造成的大气污染也使到达地面的太阳总辐射量减少[2], 两者都是不同成分、不同尺度的气溶胶对太阳辐射的吸收、反射和散射的影响所致, 其结果使到达地面的太阳辐射光

[3]谱有显著的变动。太阳辐射是各种自然环境要素能量交换源泉, 这种太阳辐射量的变化对

人类生存环境必将产生重大影响。因此, 探讨大区域性的太阳辐射量的变化是研究资源与环境的基本问题之一, 本文选用分布在全国的58个日射站的实测日射资料(1957～1992年) , 对到达地面的太阳辐射量进行时空变化分析, 并试图讨论它的变化成因问题。[1]

1　太阳辐射量的年际变化

　　近30a 来, 我国年平均(58个站平均) 太阳直接辐射(s ) 和总辐射(q =d +s ) 从1972年开始一直呈下降趋势, 太阳散射辐射量(d ) 在平均线上下呈波动式摆动。s 和q 的变化趋势基本同步, 表明在q 的变化中, s 变化起决定性作用。s 和q 在1961、1970、1973、1975和1982年出现了明显的下降低谷, 而且1982年的低值持续了2a 。1985年开始略有上升, 但是到了1992年又开始下降(图1) 。我们计算的太阳辐射量变化趋势分布表明[4]、我国东北、华北绝大部分地区以及西北、华南部分地区、华南沿海和云贵高原西侧的太阳散射辐射量是增加的, 长江中下游流域、河套和华南部分地区在减少。太阳直接辐射量全国普遍减少, 平均变化趋势为

2-246M J /(m 10a ) , 减少量最大中心在长江中下游流域和华南沿海以及以西宁为中心的

[5]西北地区。太阳总辐射量分布形式同太阳直接辐射量分布形式差不多, 全国平均变化趋势

为-16. 8M J/(m 2 10a ) 。

2　太阳辐射变化量分布的季节特点

　　春季　　太阳散射辐射量在华北的增加区向南延伸, 江南的减少区南退, 减少量的绝对。

3期　　　　　　　　　　查良松:我国地面太阳辐射量的时空变化研究　　　　　　　　　　　　233

图1　我国太阳散射(d ) 、直接辐射(s ) 和总辐射(q ) 平均距平变化(1957～1992年)

Fig. 1　Th e averag e d eparture of s cattered , direct and global radiation (d , s and q ) in China(1957-1992)

值变小。太阳直接辐射和总辐射在全国绝大部分地区趋于减少, 并在云贵高原和江南形成一减少带。

夏季　　我国东部和北部地区太阳散射辐射量基本是增加的, 其他地区太阳散射量以减少为主(图2a, 图中阴影部分为辐射量增加区, 非阴影部分为辐射量减少区) 。太阳直接辐射减少量的绝对值东部大于西部, 长江流域为一显著的减少带, 上海、南京、合肥和宜昌的太阳直接辐射量的变化趋势在-900M J /(m 2 10a ) 以下(图2b ) 。太阳总辐射减少量分布形式同直接辐射分布很类似, 但长江上游的减少区分别向南北方向延伸, 两个减少中心分别在四川盆地和江淮地区, 合肥、南京等地太阳总辐射量以65M J/(m 10a) 的趋势减少(图2c) 。2

图2a 　夏季(7月) 太阳散射辐射变化趋势

(365M J/(m 2 10a) ) 分布图(1957～1992年)

Fig. 2a 　Th e dis trib ution of th e trend of scattered radiation change

in China in J u ly (1957-1992)

　　　　　　　　　　　　　　　地　　理　　科　　学　　　　　　　　　　　　　　　16卷234图2c 　夏季(7月) 太阳总辐射变化趋势

365M J/(m 2 10a) 分布图(1957～1992年)

Fig. 2c Th e dis tribution of th e trend of global radiation ch ang e

365M J /(m 2 10a ) in China in J uly (1957-1992)

秋季　　我国东部的太阳散射辐射量增加区向华北退缩, 华南转变成增加区。太阳直接辐射变化量的绝对值比夏季小, 长江流域的减少带东撤到115°E 以东。四川盆地的太阳总辐

3期　　　　　　　　　　查良松:我国地面太阳辐射量的时空变化研究　　　　　　　　　　　　235射减少量中心已消失, 长江中下游的减少中心向东萎缩, 减少量绝对值变小。

冬季　　华北地区和华南沿海部分地区为太阳散射辐射增加区。太阳直接辐射减少量中心位于华北平原、长江中下游平原、江南丘陵地区和河套西部地区。太阳总辐射主要减少区在黄河以南、南岭以北地区。

3　太阳辐射量变化原因分析

我国到达地面的太阳辐射量变化, 主要是气溶胶和大气环流影响的结果。根据澳大利亚墨尔本近郊太阳辐射观测, 1963年3月印度尼西亚巴厘岛的Agung 火山(8. 3°S, 115. 5°E) 爆发后, 太阳直接辐射下降23%, 散射辐射则增加一倍以上, 但是太阳散射量的绝对值小, 所以太阳总辐射仍下降了6%。同样, 1968年6月Fernandina 火山(0. 5°°年10月S , 92W ) 、1974

Fueg o 火山(14. 5°N, 125. 5°E) 、1982年4月El-Chichon 火山(17. 3°N, 93. 2°W ) 和1991年6月Pinatubo 火山(15. 09°N , 120. 2°E) 爆发都与图1分析过的太阳直接辐射和总辐射下降的低谷有密切的联系。Pinatubo 火山爆发可能是近年来最强的一次, 仅3个月的时间在低纬度地区气溶胶就已达到峰值。而在北半球的中纬度气溶胶1992年5～6月才达到峰值。因此, 这就不难理解1992年我国到达地面的太阳总辐射量为一相对低值的缘故。另一重要原因是我国工业的迅速发展, 城市人口剧增, 交通流量增大, 随之而来的炊烟、工业生产直接排放的粉尘、汽车尾气以及工厂排放出的废气经过光化反应形成的烟雾等, 使大气透明程度下降, 即由于人工气溶胶影响的结果。在我国目前控制大气污染能力比较弱的情况下, 由城市发展带来的一系列环境污染问题, 可用城市人口增长速度综合反映, 计算出近25a 到达地面的太阳总辐射量与人口增长速度的相关系数(r ) 是-0. 74(上海) 、-0. 82(合肥) 、-0. 81(西宁) 、-0. 80(太原) 、-0. 81(重

庆) 、和-0. 76(广州) , 令信度T =0. 01, r T =

0. 56, |r |>r T , 证明两者线性相关程度显著。

图3更直观地反映了太阳总辐射变化量与城市

人口增长率呈负相关。当然, 这是在我国的具

体条件下得出的结论, 这对于那些人口大致维

持平衡或处于负增长情况的国家显得不适用,

最好用浑浊度系数作指标解释太阳辐射量的

变化。

长江流域地区太阳直接、总辐射量显著减

少, 除与该地区大气污染日趋严重外, 还同夏

季副热带高压控制或影响有关, 副热带高压控

制下的天气是大气层结稳定, 从而使局地形成

的气溶胶不易稀释而堆积, 高空强盛的辐合下

沉气流还可使远处的高空气溶胶向此地输送

汇集, 天气以少云、晴天为主, 又没有持续性降[6]图3　城市人口增长率(W ) 与太阳辐射量(d , s , q ) 距平5年滑动平均曲线(a:上海, b :合肥) F ig. 3　Th e averag e grow th rate of u rban population (W ) and 5-year m oving av erage of departure :Hefei ) of s olar radiation (d , s , q ) (a :Shanghai , b

水来冲刷低空中的气溶胶, 这样从低层到高空维持着一个深厚的气溶胶层, 造成了该地区为一显著的太阳直接辐射、总辐射量减少带。因而可能是形成该地区为一逐步变冷区的主要[7]

4　结语与讨论

(1) 　我国到达地面的太阳直接(s ) 和总辐射量(q ) 普遍趋于减少, 原因是火山爆发产生的气溶胶和城市迅速发展带来一系列人工气溶胶以及污染气体共同影响的结果。火山爆发决定了s 和q 下降幅度最大, 人工气溶胶的影响决定了s 和q 的减少趋势分布不均匀。

(2) 　在四川盆地以东的长江流域, s 和q 减少趋势最显著, 这与该地人口稠密, 工业、交通发展迅速而带来的大气污染增长速度快于其他地区有关。同时又受到该地夏季s 和q 减少量为极值的叠加影响。

(3) 　s 和q 的减少量绝对值夏季最大, 冬季最小。尤其夏季长江流域为一显著带状式的s 和q 减少量中心, 除与该地大气污染日趋严重影响外, 更重要的是受持续的副热带下沉气流控制, 使气溶胶大量汇集而不易稀释的结果。

(4) 　气溶胶对气温的影响非常复杂, 最近研究表明, SO 2排放形成的硫酸盐微粒导致的变冷作用目前能抵消CO 2增暖效应的50%, 可以肯定, 大气中SO 2的增加和地面的太阳总辐射量的减少必将对我国的气候变化[10,11]产生重大影响。因此, 人们在研究环境变化问题时, 既要考虑增暖因素又要考虑致冷因素才是合理的。

参　考　文　献[8][9]

1　徐群. 火山活动与气候变化. 气象科技, 1990, (1):9～15.

2　周淑贞. 城市气候学. 北京:气象出版社, 1994. 138～156.

3　Lorente J et al . Influence of urban aeros ol on spectral solar irradiance. Journal of Applied M eteo rolog y, 1994, 33(3):406-415.

4　查良松. 近30年来我国太阳辐射量的变化问题. 见:中国科协第二届青年学术年会论文集资源与环境分册. 北京:中国科学技术出版社, 1995. 44～48.

5　查良松. 西北地区太阳辐射量变化的研究. 干旱区地理, 1995, 18(1):8～13.

6　王绍武. 气候系统引论. 北京:气象出版社, 1994. 172～187.

7　丁一汇, 等. 环境和气候变化对中国的挑战. 北京:气象出版社, 1993. 16～21.

8　叶笃正, 等. 当代气候研究. 北京:气象出版社, 1991. 288～294.

9　Yoram J et al. M od el simulations of th e competing cl imatic effects of SO 2and CO 2. Journal of Climate, 1993, 6(7):1241-1252.

10　任国玉. 全球气候变化的地域差异及其意义. 地理科学, 1993, 13(1):62～68.

11　王绍武. 近百年气候变化与变率的诊断研究. 气象学报, 1994, 52(3):261～273.

A S TUDY ON SPATIAL AN D TEM PO RAL V ARIATION

O F SO LAR RADIATION IN CHIN A

Zha Lia ng song

(Dep artmen t of Geograph y , Anhui N orm al University , W uhu 241000)

ABS TRAC T

By using th e data of s olar radiation measu red at the s urface from 1957to 1992, its distribu tion of spatial and tem po-ral variation is analys ed . Th e direct (s ) and global (q =d +s ) solar radiations of th e w hole coun try have decrcas ed since 1972, w ith larger ch ang es in the Yangtze R iv er valley th an in the others. Th e s cattered (d ) radiation increasing is found in North east and coas tland of South and Eas t. Th e m os t obvious d ecreasing of th e direct and g lobal solar radiation occurs in th e Yangtze R iv er valley and Sich uan basin in mids ummer. The decreasing in th e direct and global solar radiation coin-cides w ith the resu ts of th e increasing in th e inpu t of aeros als and atmosph eric pollution from domestic and indus trial sources besides volcing eruption . In addition , th e d ecreasing of direct and global solar radiation -belt occurred in midsum-mer and th e Yangtze River valley is closely connected w ith the con tin ual subsidence and th e lack of rainfall in the su btrop-ical an ticyclon es. Recently, cooling of th e s urface in th e Yangtze River in s ummer is p rimarily due to significan t global ra-diation red ucetion.

Key Words :Solar radiation; Aerosol; A v erage grow th rate of urban popu lation; Atmosph eric pollution

(收稿日期:1995-01-31, 改回日期:1996-04-02)