對(duì)一個(gè)太陽(yáng)總輻射計(jì)算公式的修正

(玉溪師范學(xué)院 信息技術(shù)工程學(xué)院,云南 玉溪 653100)

目前,獲得太陽(yáng)總輻射值的方法主要有兩種[1～2]，第一種是實(shí)際測(cè)量法，第二種是理論模型計(jì)算法.實(shí)際測(cè)量法通過(guò)太陽(yáng)能輻射儀對(duì)太陽(yáng)能總輻射進(jìn)行實(shí)際測(cè)量，可獲得較準(zhǔn)確的太陽(yáng)能輻射資源，但需投入大量的人力、物力和財(cái)力；理論模型計(jì)算法通過(guò)部分地區(qū)現(xiàn)有太陽(yáng)總輻射實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，并結(jié)合該地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)等，利用數(shù)學(xué)擬合方法建立太陽(yáng)總輻射理論計(jì)算模型，并由此推算出相關(guān)地區(qū)太陽(yáng)總輻射值.與實(shí)際測(cè)量法相比，理論模型計(jì)算法無(wú)需投入大量人力、物力、財(cái)力,因而成為了獲取太陽(yáng)能輻射資源的主要途徑.

以云南省為例,云南全省共有129個(gè)縣、市，但卻只有7個(gè)氣象臺(tái)站能夠?qū)Ρ镜貐^(qū)的太陽(yáng)總輻射量進(jìn)行實(shí)測(cè)記錄，而要對(duì)其他122個(gè)地區(qū)的太陽(yáng)總輻射量進(jìn)行實(shí)際測(cè)量難度相當(dāng)大.為此，不少科研工作者對(duì)我國(guó)境內(nèi)的太陽(yáng)總輻射的計(jì)算方法進(jìn)行了研究，并根據(jù)不同的地理特征提出了不同的計(jì)算方法.林文賢等人于1990年提出了云南干濕季太陽(yáng)輻射理論，建立了適用于云南省各地的干濕季總太陽(yáng)輻射通用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式[3].王明等人于1991年提出了云南省太陽(yáng)總輻射月總量的氣候?qū)W數(shù)學(xué)計(jì)算方法，該方法是基于王炳忠的經(jīng)驗(yàn)公式的一種改進(jìn)方法[4].

本文在林文賢等人提出的云南省各地的干濕季總太陽(yáng)輻射通用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式的基礎(chǔ)上引入修正系數(shù)E，提出一種修正計(jì)算方法，同時(shí)根據(jù)修正公式計(jì)算出云南省各地太陽(yáng)總輻射值，并由此得到云南省的太陽(yáng)輻射資源分布圖.

1 林文賢等人提出的云南省太陽(yáng)總輻射計(jì)算公式

林文賢等人提出的云南省各地水平地面上月總太陽(yáng)輻射量的計(jì)算公式[5]如下：

(1)

(2)

ωs=cos-1(-tgΦtgδ)

(3)

(4)

式中：H為水平地面上月總太陽(yáng)輻射量,H0為對(duì)應(yīng)月份的大氣層外水平面上的月總太陽(yáng)輻射量,Ahd為干季的季平均日絕對(duì)溫度,Ahw為濕季的季平均日絕對(duì)溫度,Isc為太陽(yáng)常數(shù),Ф為地理緯度,δ為赤緯角,ωs為日落時(shí)角,a為經(jīng)驗(yàn)常數(shù),n為計(jì)算H0的月平均值而取代的日代表日數(shù).

2 修正計(jì)算方法及計(jì)算結(jié)果

2.1 修正計(jì)算方法

圖1 修正計(jì)算方法流程圖

在本文中，筆者通過(guò)引入修正系數(shù)E來(lái)對(duì)林文賢等人提出的云南省各地水平地面上月總太陽(yáng)輻射量的計(jì)算公式進(jìn)行修正.為了得到能使計(jì)算值更加準(zhǔn)確的修正系數(shù)E，筆者通過(guò)Fortran進(jìn)行編程[6]，使修正系數(shù)差方和B得到一個(gè)最小值，即此時(shí)的修正系數(shù)E便為所求得的最佳值.修正計(jì)算方法流程如圖1所示.

其中，修正系數(shù)E和修正系數(shù)差方和B之間的關(guān)系如下式所示：

(5)

式中，B為修正系數(shù)差方和,E為修正系數(shù),hn為云南省7個(gè)地區(qū)太陽(yáng)總輻射實(shí)測(cè)值,kn為云南省7個(gè)地區(qū)太陽(yáng)總輻射計(jì)算值.

(6)

式中：H為水平地面上月總太陽(yáng)輻射量,H′為修正后水平地面上月總太陽(yáng)輻射量,E為修正系數(shù).

2.2 修正公式計(jì)算結(jié)果

通過(guò)Fortran進(jìn)行編程可以得到最佳的修正系數(shù)E的值為1.001 38.在原有計(jì)算值的基礎(chǔ)上乘以修正系數(shù)E得到太陽(yáng)總輻射的計(jì)算值,將計(jì)算值與實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較,其結(jié)果如附表所示.

從附表看，原有計(jì)算公式得出的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的誤差大都在5～11 MJ/[m2·a]之間，而用本文的修正公式修正后,其計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的誤差均小于5 MJ/[m2·a]，且大多在2 MJ/[m2·a]左右，修正后的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值更為接近.

附表 云南省太陽(yáng)輻射量實(shí)測(cè)值與修正后計(jì)算值比較

3 云南省太陽(yáng)輻射資源分布

用修正計(jì)算公式計(jì)算出云南省各地的太陽(yáng)輻射值,并由此得到云南省太陽(yáng)輻射資源分布圖(如圖2).

圖2 云南省太陽(yáng)輻射資源分布

圖2中,參考相關(guān)文獻(xiàn),筆者依照太陽(yáng)年均總輻射水平將云南省的太陽(yáng)輻射資源劃分為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)4個(gè)等級(jí)[7～9].即：Ⅰ級(jí)為資源最豐富地區(qū)(太陽(yáng)總輻射年總量大于6 300 MJ/[m2·a]),Ⅱ級(jí)為資源很豐富地區(qū)(太陽(yáng)總輻射年總量5 040 MJ/[m2·a]～6 300 MJ/[m2·a]),Ⅲ級(jí)為資源豐富地區(qū)(太陽(yáng)總輻射年總量3 780 MJ/[m2·a]～5 040 MJ/[m2·a])和Ⅳ級(jí)為資源一般地區(qū)(太陽(yáng)總輻射年總量小于3 780 MJ/[m2·a]).

從圖2看,云南省太陽(yáng)能輻射資源主要集中在Ⅱ級(jí)和Ⅲ級(jí)，且98.7%為Ⅲ級(jí)以上地區(qū).云南省年均太陽(yáng)輻射量約為5 086 MJ/(m2·a),全省輻射量最高為麗江市古城區(qū)6 167 MJ/(m2·a)，輻射量最低為昭通市威信縣3 672 MJ/(m2·a).其中,太陽(yáng)能資源很豐富的縣(市)有77個(gè)，占全省縣(市)總數(shù)的59.5%；太陽(yáng)能資源豐富的縣(市)有49個(gè)，占39.2%；太陽(yáng)能資源一般的縣(市)有3個(gè)，占1.3%.

4 結(jié) 論

本文中，筆者在林文賢等人提出的云南省各地的干濕季總太陽(yáng)輻射通用經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式基礎(chǔ)上引入修正系數(shù)E，提出一種修正計(jì)算方法.利用林文賢等人提出的原計(jì)算公式,其計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的誤差大都在5～11 MJ/[m2·a]之間.而利用筆者提出的修正計(jì)算方法,其計(jì)算值與實(shí)測(cè)值之間的誤差均小于5 MJ/[m2·a],且大多在2 MJ/[m2·a]左右，修正后的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值更為接近.

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