武 丹 1，2，3，4

（1陜西省土地工程建設(shè)集團責任有限公司 陜西西安 710075 2陜西省地建土地工程技術(shù)研究院有限責任公司 陜西西安 710075 3國土資源退化及未利用土地整治工程重點實驗室 陜西西安 710075 4陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心 陜西西安 710075）

引言

太陽是一個碩大的能量寶庫，與常規(guī)的能源相比較，其優(yōu)點較為突出。我國的太陽能資源利用規(guī)模形成開始于20世紀70年代，而且我國政府一直把研究開發(fā)太陽能和可再生能源技術(shù)列入科技攻關(guān)計劃，制定了一系列輔助太陽能利用產(chǎn)業(yè)的政策措施。[1]目前，我國太陽能資源發(fā)展已居于世界前列。甘肅省太陽能產(chǎn)業(yè)呈現(xiàn)出兩強一弱的態(tài)勢。兩強即太陽能資源豐富、太陽能利用程度比較高；一弱是太陽能相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以及對新能源所產(chǎn)生的電能的輸送和消納能力薄弱。與發(fā)達地區(qū)相比，甘肅省缺乏具有一定規(guī)模的企業(yè)，太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在成本障礙、技術(shù)薄弱和企業(yè)規(guī)模小，競爭力較弱等限制因素，加上地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展相對緩慢，導(dǎo)致市場供需失衡。同時，對太陽能的財政支出有限，在很大程度上制約著甘肅太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 研究區(qū)氣候概況

河西地區(qū)屬于溫帶大陸性干旱、半干旱氣候，有其獨特的氣候特點：

（1）降水量比較稀少。河西地區(qū)降水量呈現(xiàn)由西北向東南逐漸增多的分布趨勢，并且在空間分布上降水量很不均勻。河西大部分地區(qū)年降水量在150mm以下，西部地區(qū)年降水量在100mm以下，其中敦煌、安西、鼎新年降水量小于60mm，敦煌為42.2mm，是河西地區(qū)年降水量最少的地方；民樂、古浪、烏鞘嶺年降水量超過300mm，烏鞘嶺405mm，是河西年降水量最多的地方。河西地區(qū)降雨季節(jié)分配極不均勻，一般夏季多，冬季少，春秋兩季居中，且秋雨多于6℃，依次向兩端遞減；最冷月為1月，平均氣溫在-11.8--7.2oC之間；最熱的地方為最春雨，特點是雨熱同期[2]。

（2）熱量充足。河西地區(qū)年平均氣溫0-9.5℃。各地最熱月為7月，平均氣溫在11.4-24.西端的敦煌，最冷的地方為最東端的烏鞘嶺；平均氣溫日較差大部分都在14℃以上，氣溫日較差夏季大于冬季；平均氣溫年較差大部分在26℃以上[3]。

（3）風(fēng)能資源較為豐富。河西地區(qū)年平均風(fēng)速的地域分布趨勢是西北部大、東南部小，除河西中部和東部的部分地區(qū)外，其余各地年平均風(fēng)速在3m/s以上，烏鞘嶺雖處在東南部，但由于其海拔較高，年平均風(fēng)速達5.1m/s，是河西地區(qū)年平均風(fēng)速最大的地方，涼州區(qū)年平均風(fēng)速只有1.8m/s，是河西地區(qū)年平均風(fēng)速最小的地方，且風(fēng)速年際變化小[4]。

（4）光照比較充足。河西地區(qū)海拔較高，干燥少云，空氣透明度高，日照時間長，太陽光能資源極其豐富。其地域分布為由西北向東南逐漸減少，季節(jié)分布為夏季輻射強、日照時數(shù)長，冬季輻射弱、日照時數(shù)短，春秋兩季居中[3]。

2 太陽總輻射變化分析

2.1 太陽總輻射年內(nèi)變化

近21年各站平均太陽總輻射的年內(nèi)分布狀況如圖2所示。由圖可以看出：敦煌、酒泉、民勤三站的年內(nèi)太陽總輻射呈現(xiàn)近似正態(tài)分布，月總輻射平均值分別為530.6MJ/(m2·a)、512.0MJ/(m·2a)、530.4MJ/(m·2a)；月總輻射在 11-2 月的數(shù)值差異較小，從3月開始數(shù)值上升趨勢增大，在5月份達到峰值，5-8月份平緩下降，從9月份開始明顯下降，在11月份開始趨于平緩；三個輻射站月總輻射最大值均出現(xiàn)在5月份（6月次之，4、7、8月也較多），其值分別為 763.90MJ/(m2·a)、740.24MJ/(m2·a)和 757.90MJ/(m·2a)；最小值則均出現(xiàn)在 12 月份，其值分別為 256.38MJ/(m·2a)、253.38MJ/(m·2a)和 297.43MJ/(m·2a)。

圖1 月平均太陽輻射

2.2 太陽總輻射年際變化

以太陽總輻射的年總量為指標，進行太陽能資源豐富程度評估。具體的資源豐富程度等級見表1[6]:

表1 太陽能資源豐富程度等級

表1中指標1與指標2均表示單位面積上接收到的太陽輻射能量，1KW·h/(m·2a)=3.6MJ/(m·2a)。

圖2為敦煌、酒泉、民勤三地的年太陽總輻射變化情況。通過計算可知，敦煌在21年的年太陽總輻射平均值為6335.91MJ/(m2·a)，其中有 8 年低于平均值，線性傾向率為 4.96MJ/(m2·a)，年太陽總輻射呈現(xiàn)上升趨勢；酒泉在21年的年太陽總輻射平均值為6115.59MJ/(m·2a)，其中有9年低于平均值，線性傾向率為-3.16MJ/(m·2a)，年太陽總輻射呈略微的下降態(tài)勢；民勤在21年的年太陽總輻射平均值為6249.01MJ/(m2·a)，其中有10年低于平均值，線性傾向率為-13.62MJ/(m·2a)，下降趨勢較明顯。經(jīng)過顯著性檢驗得出，只有民勤有顯著性下降趨勢，其他兩地沒有顯著性變化。

各地歷年太陽總輻射的極值分布是：敦煌最大值為6671.14MJ/(m·2a)(2012 年)，最小值為 5302.20MJ/(m2·a)(2010 年)；酒泉最大值為6362.56MJ/(m·2a)(1995年)，最小值為5807.58MJ/(m2·a)(2010 年)；民勤最大值為 6613.26MJ/(m2·a)(1997 年)，最小值為5950.46MJ/(m·2a)(2010年)。河西地區(qū)各地最近21年年太陽總輻射在5302-6672MJ/(m2·a)之間，屬于太陽能資源較豐富-豐富地區(qū)。而最小值集中出現(xiàn)在2010年，很有可能與該年份氣候異常有關(guān)。

圖2 各站年太陽總輻射

2.3 太陽總輻射季節(jié)變化

由圖3得出，太陽總輻射存在明顯的季節(jié)變化。夏季太陽總輻射最強，三站夏季平均達2124.6MJ/(m2·a)，為冬季的兩倍以上；其次為春季，達 1935.4MJ/(m2·a)；秋季為 1303.3MJ/(m2·a)，最弱的是冬季僅 928.8MJ/(m2·a)。

計算表明，河西各地1993-2013年春季、夏季、秋季、冬季歷年平均太陽總輻射占年平均太陽總輻射的比例范圍分別為30%-31%，33%-34%，20%-21%，14%-16%，非常穩(wěn)定。從河西地區(qū)3個輻射站點各個季節(jié)的逐年變化(見圖3)可以看出：敦煌太陽總輻射的春、夏、秋三季的極大值均在1998年和2009年出現(xiàn)，且均在2010年出現(xiàn)極小值，春、夏兩季波動較大，秋、冬兩季較小；酒泉的太陽總輻射四季變化相似，年較差變化不大，四季的變化較平緩；民勤的太陽總輻射在2002年的春、夏兩季出現(xiàn)極大值，波動幅度較大，秋、冬兩季變化平穩(wěn)，沒有明顯地波動。總體來說，夏季太陽總輻射量最大，其次為春季、秋季、冬季，季節(jié)變化較大，春季和夏季總輻射量是冬季的兩倍以上。

通過顯著性檢驗表明，敦煌、酒泉四季太陽總輻射均無顯著性變化，民勤除冬季有顯著性下降外，其他季節(jié)也沒有顯著變化。

圖3 三站歷年四季太陽總輻射，(a)：敦煌；(b)：酒泉；(c)：民勤

結(jié)語

敦煌、酒泉、民勤的年太陽總輻射在5302-6672MJ/(m2·a)之間，屬于太陽能資源較豐富地區(qū)。在年內(nèi)變化上，輻射量最大值出現(xiàn)在5月份，最小值出現(xiàn)在12月份。從季節(jié)上來說，太陽總輻射由多到少的順序為夏季、春季、秋季、冬季。通過分析河西地區(qū)進21年太陽能資源發(fā)現(xiàn)西地區(qū)各地最近21年太陽能資源均屬于較豐富-豐富地區(qū)并且太陽能資源較穩(wěn)定。