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山东省太阳能资源评估

作　者: 董旭光
导　师: 张述文
学　校: 兰州大学
专　业: 气象学
关键词: 太阳总辐射日照百分率非线性回归方程太阳能资源
分类号: P422.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 346次
引　用: 4次
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内容摘要

随着全球经济的迅猛发展,人类对能源的需求也日益剧增。由于常规能源的有限储量以及排放的污染物对大气的污染,许多国家已经把开发利用太阳能资源作为国民经济可持续发展和改善环境质量的重要清洁能源。太阳能资源评估是太阳能资源有效利用的重要前期工作。由于山东省太阳辐射观测站的数目稀少,远远不能满足科研和工程上的应用,在今后相当长的一段时间内,太阳辐射模型的研究和太阳辐射量的推定仍然非常重要。目前,国内外广泛使用的太阳总辐射气候学计算方程是基于太阳总辐射和日照百分率的一元线性回归方程,许多研究人员利用气温、降水、相对湿度、云量以及纬度、当地海拔高度等气象和地理要素等各种参数建立了不同的太阳总辐射计算方程。利用太阳总辐射和日照百分率计算得到的太阳辐射计算值与实测值的相对误差较小,精确度较高,可以满足应用。但能否仅利用天文总辐射和日照百分率找到计算值与实测值的相对误差更小,精确度更高的太阳总辐射计算模型就成为一个值得研究的课题。本文正是在这样的背景下展开研究的。本文首先对山东省太阳总辐射气候学特征做了分析,分析结果表明:济南地区的太阳总辐射呈明显的下降趋势,下降幅度达到20.3MJ/m~2,1990年代以前,福山太阳总辐射变化平稳,1990年代以后,福山大部分年份太阳总辐射值均在5000 MJ/m~2以上。莒县历年太阳总辐射变化趋势与济南一致,但莒县历年太阳总辐射值均高于相应济南值。山东省三个太阳辐射站累年各月太阳总辐射值均在5月份达到最大,12月份最小。从太阳总辐射比与日照百分率关系散点图上可以看出,两者之间存在较明显的正相关关系。本文通过山东省各太阳辐射站建站至2003年的太阳总辐射和日照百分率资料,建立了一系列太阳总辐射回归方程,这些回归方程包括一元线性、二次多项式、三次多项式、对数、指数、幂指数回归方程。通过分析这些方程复相关系数的大小,选取拟合效果较好的逐月太阳总辐射回归方程作为当地该月的太阳总辐射拟合方程。济南、福山、莒县三地逐月的太阳总辐射拟合方程以三次多项式方程为主,个别月份的回归方程是指数方程。分别选取三地2004年和2005年逐月太阳总辐射和日照时数实测资料,对各自的拟合方程进行了相对误差分析,分析结果表明:这些拟合方程对当地逐月太阳总辐射的实际拟合效果较好,除了各别月份的相对误差超过10%,大部分月份的相对误差均在5%上下。同时这些非线性方程比传统的线性方程的拟合效果更好,更符合当地实际的太阳总辐射特征。运用这些非线性回归方程反演得到了山东省太阳总辐射年月变化特征,给出了山东各地逐月和年的太阳总辐射分布图。由这些图可以看出,山东省各地年太阳总辐射量在4542.61～5527.32MJ/m~2之间,其中成武站年太阳总辐射量最少,为4542.61MJ/m~2,蓬莱年太阳总辐射量最多,为5527.32MJ/m~2。山东省各地太阳总辐射地区差异较大,其中胶东半岛南部太阳总辐射量较小,北部蓬莱、龙口一带较大,呈现处南少北多的特点,鲁北垦利、河口一带太阳总辐射量较大,鲁西南、鲁西一带较小,值得注意的是鲁东南一带年总太阳辐射量较大,这是由于该地区是利用莒县太阳辐射站的回归方程做的太阳总辐射反演,莒县的太阳总辐射资料仅从1990年开始,资料年代很短,莒县的累年太阳总辐射量平均值达到5300MJ/m~2以上,造成在当地利用莒县太阳总辐射回归方程计算得到的太阳总辐射值也明显偏大。山东省各地太阳能资源丰富程度与太阳总辐射量的分布特征类似,胶东半岛北部、鲁东南、鲁北为太阳能资源较丰富区,年可利用量达到或超过1400KW·h/(m~2·a),蓬莱地区最大为1536.59KW·h/(m~2·a);鲁中、鲁西、鲁西南为太阳能资源较贫乏区,年可利用量不足1400KW·h/(m~2·a),尤以鲁西南最低,其中成武地区最低仅为1262·85KW·h/(m~2·a)。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-10
目录  10-12
第一章绪论  12-18
  1.1 研究课题的提出  12-13
  1.2 国内外发展研究概况  13-16
    1.2.1 基于日照百分率的计算方法  13-15
    1.2.2 基于其它气象和地理要素的计算方法  15
    1.2.3 基于人工神经网络的计算方法  15-16
    1.2.4 基于卫星探测资料反演的地表总辐射  16
  1.3 本文内容与工作要点  16-18
第二章山东省地理概况和气候特征  18-35
  2.1 山东省地理概况  18
  2.2 山东省气候特征  18-33
    2.2.1 气温  18-19
    2.2.2 降水量  19-20
    2.2.3 相对湿度  20
    2.2.4 日照时数及日照百分率  20-24
      2.2.4.1 山东年平均日照时数  20
      2.2.4.2 各季日照时数  20-22
      2.2.4.3 日照时数的年变化  22
      2.2.4.4 年平均日照百分率  22
      2.2.4.5 各季日照百分率  22-23
      2.2.4.6 日照百分率的年变化  23-24
    2.2.5 山东省太阳总辐射气候学特征  24-33
      2.2.5.1 太阳总辐射的年际变化  24-26
      2.2.5.2 太阳总辐射的月变化  26-27
      2.2.5.3 太阳辐射比与日照百分率的关系  27-33
  2.3 小结  33-35
第三章太阳总辐射计算公式及回归分析  35-54
  3.1 太阳总辐射计算公式的相关理论  35-37
    3.1.1 天文总辐射的计算  35-36
    3.1.2 日照百分率的计算  36
    3.1.3 回归方程统计分析评价方法  36-37
      3.1.3.1 相对误差(σ)  37
      3.1.3.2 复相关系数(r)  37
  3.2 山东省太阳总辐射数据的回归分析  37-52
    3.2.1 山东省太阳辐射站的月天文辐射  37-38
    3.2.2 方法  38
    3.2.3 回归方程拟合系数和复相关系数的确定  38-44
    3.2.4 济南、福山、营县逐月太阳总辐射回归方程  44-52
  3.3 小结  52-54
第四章山东省太阳总辐射拟合方程误差分析  54-57
第五章山东省太阳总辐射资源及太阳能资源评估  57-68
  5.1 山东省太阳总辐射资源评估  57-65
  5.2 山东省太阳能资源丰富程度评估  65-66
  5.3 需要注意的问题  66-68
第六章结论与展望  68-70
  6.1 结论  68-69
  6.2 展望  69-70
参考文献  70-77
攻读硕士期间科研项目和发表的论文  77-78
致谢  78

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