本研究使用的資料均源自中國氣象局國家氣象信息中心,選取江蘇省14個地面氣象站1960~2008年逐日日照時數及日照百分率等日值觀測資料和1960~2008年江蘇省南京、呂泗及淮陰3個輻射觀測站逐年年值觀察數據。本研究還采用了江蘇省行政邊界及土地利用圖(比例1∶25萬)太陽能資源評估一般包括太陽能資源豐富程度、利用價值、穩定程度及日最佳利用時段評估。日照時數和太陽總輻射是表征太陽能資源的兩個重要指標。本文用太陽總輻射及日照時數對研究區太陽能豐富程度、利用價值及穩定程度進行分析。太陽能資源豐富程度劃分的標準如下:資源豐富區,年輻射總量>6700MJ/(m2•a);資源較豐富區,年輻射總量為5400~6700MJ/(m2•a);資源較貧乏區年輻射總量為4200~5400MJ/(m2•a);資源貧乏區年輻射總量<4200MJ/(m2•a)。
由于研究區內僅有3個輻射觀測站,本文所使用的太陽總輻射根據下面公式計算:
(1)式中:Q為太陽總輻射,MJ/(m2•d);Qn為天文輻射量,MJ/(m2•d);S為日照百分率,%;a,b為經驗系數,根據計算站點附近的日射站觀測資料,利用最小二乘法計算求出。天文輻射量Qn是指在大氣上界太陽輻射的分布,由地球的天文位置所決定,它受日地位置、太陽高度角等因素的影響:
(2)式中:T為周期,T=86400s;I0為太陽常數,I0=13.67W/m2;ρ為日地相對距離;ω0為日落時角,ω0=arccos(-tanφtanδ);φ為地理緯度;δ為太陽赤緯。
1、太陽能資源豐富程度評估
江蘇省太陽輻射觀測站點稀疏,太陽總輻射資料缺乏。有地面氣象觀測站的地方可以根據日照百分率及公式(1),(2)算出。對于有氣象站點的地區,太陽能資源數據可以通過空間插值確定。根據計算得出的江蘇省13個氣象站點年均太陽輻射總量,并通過統計分析對其進行空間插值。利用普通克里格插值法對江蘇省太陽能總輻射及日照時數進行空間插值,插值結果如圖1,2所示。
由圖1可知,江蘇省大部分地區太陽能資源屬于資源較貧乏地區(年均太陽輻射總量為4200~5400MJ/(m2•a),太陽總輻射呈北豐南貧趨勢。相對來說,連云港地區、鹽城北部、徐州東北部及宿遷北部地區的太陽資源相對較豐富,年均太陽總輻射可達5000MJ/(m2•a),年均日照時數在2300h以上屬于資源較豐富區;蘇南地區及中部地區年均總輻射相對較少,日照時數在1900~2300h,屬于資源貧乏區。研究區的太陽能總輻射與日照時數都存在自北向南逐漸減少的趨勢,可以認為江蘇省太陽能資源北豐南貧。
2、太陽能資源穩定程度評估
太陽能穩定程度用一年中各月日照時數大于6h的天數的最大值與最小值的比值來表示:
式中:K為太陽能資源穩定程度的指標;day1,day2,…,day12為1~12月各月日照時數大于6h的天數。K值可反映太陽能資源全年變幅的大小,K值越小,說明全年的太陽能資源越穩定,越利于太陽能資源的利用。
此外,最大值與最小值出現的季節也反映了太陽能資源本身的一種特征。按照上述公式,對研究區1999~2008年14個氣象觀測站日照時數(日值)進行計算,得到各站點10年平均K值。用普通Kriging插值法對各站點的K值進行空間插值,結果見圖3。
由圖3可知,蘇北及江蘇東部地區太陽能資源較為穩定,其K值最小;太陽能資源相對較為貧乏的蘇南地區,K值較高,太陽能資源穩定程度相對較差。總體來說,江蘇省太陽能資源相對較為豐富地區的穩定程度相對高,但可能由于地形方面的原因,太陽能資源較為豐富的徐州地區資源穩定性較小。
3、太陽能資源利用價值評估
根據中國氣象局頒布的“太陽能資源評估方法”(QX/T89-2008)及已有的研究表明,利用各月日照時數大于6h的天數為指標,可反映一天中太陽能資源的利用價值。一天中日照時數如小于6h,則認為太陽能不具有利用價值。
鑒于此評價標準,統計出研究區1999~2008年14個氣象觀測站日照時數大于6h的天數,并求平均值。統計結果表明,各站點中年均各月日照時數大于6h天數最多的是連云港市的贛榆,平均為218d;其次是揚州的高郵、南通的呂泗等站點;年均各月日照時數大于6h,天數最少的是淮陰,平均為65d??梢?,江蘇省太陽能資源較為豐富的連云港地區資源穩定性較高,亦有較高的可利用價值,而資源相對較為貧乏的蘇南地區,資源穩定程度及可利用價值較低。
結語
本文基于氣象觀測站近50年來日照時數和太陽總輻射觀測資料,采用統計與空間插值相結合的方法對研究區太陽能資源的豐富程度、穩定程度及可利用狀況進行了分析,在對太陽能資源潛力分析的基礎上,嘗試從現有經濟技術條件分析研究區太陽能資源的社會潛力,得到了以下初步認識。
(1)依據我國太陽能資源區劃標準判斷,研究區的太陽能資源屬于資源貧乏區,且由北向南逐漸減少。
(2)研究區的太陽能資源豐欠程度、穩定性變化及可利用價值的趨勢一致,蘇北連云港地區、徐州、宿遷及鹽城北部部分地區的太陽能資源相對比較豐富、資源穩定性較高,具有較高的利用價值,蘇南地區則相反。