Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Временная изменчивость часовых значений солнечной радиации как источника энергии на территории Средней Азии и Казахстана

ВАК РФ 11.00.09, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Временная изменчивость часовых значений солнечной радиации как источника энергии на территории Средней Азии и Казахстана"

I - I

ЧД

А: Г с (> ) „« / <' '

министерство экологии и природных ресурсов

российской федерации

комитет по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды

ордена трудозого красного знамени павная геофизическая обсерватория им. а.и.воепкова

НА. ПРАВАХ РУКОПИСИ

ШАНИНА Ирина Ннколаеона

УДК 551.62.521

ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ЧАСОВЫХ ЗНАЧЕНИЙ ЗОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИЯ КАК ИСТОЧНИКА ЭНЕРГИИ НА ТЕРРИТОРИИ СРЕДНЕЙ АЗИИ И КАЗАХСТАНА

I!.ООДЮ~МПТЕОРОЛОГИЯ, КЛИМАТОЛОГИЯ, АГРОМЕТЕОРОЛОГИЯ

АВТОРЕФЕРАТ ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЛ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ГЕОГРАФИЧЕСКИХ НАУК

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1992

/

Работа выполнена в Главной геофизической обсерватории им .Л .И.ВоеКкови

Научные руководители

доктор географических наук ГЗ ДОивоварова)

доктор географических наук И.Д.Лопанев

Официальные оппоненты -

доктор географических наук Г.Г.Берлянд, ГГО

кандидат географических наук А.Я.Воскресенский, ААНИИ

Вэдуцая организация -

Российский гидрометеорологический институт

Запита диссертации состоится " 1992г.

часов на заседании специализированного совета

вЛ

1.02't .06 .01 при Главной геофизической обсерватории им.А.И.Вое кова по адресу: I940I8, Санкт-Петербург, ул.Карбышева, Д.7

*

С диссертацией можно ознакомиться в библиотека Главкой геофизической обсерватории ии.А.Й.Воейкова

Автореферат разослан "

" WJL-fA^ 1992 г.

Ученый секретарь ^

специализированного совета, доктор географических наук, '

профессор ч ¿iíf^v. Н.В.Кобыш

V Г". I ' • ■

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темыЛ До настоящего времени в большинство работ, посвященных исследованию изменчивости прихода солнечном радиация, рассматривались в основной длительные интервалы осреднения: годовые, месячные, суточные.

Однако для решения ряда задач, связанных с использованием солнечной энергии, необходимы данные за более короткие интервалы времени, например, часовые. Степень изученности распределений часовых сумм суммарной, а тем более прямой и рассеянной радиации значительно меньшая, чем суточных, месячных и годовчх сумм.

Кроме того, в связи с наличием огромных массивов данных, полученных за каждый час, трудоемкостью их обработки и учитывая телеке, что регистрация солнечной радиации по часам ведется на ограниченном числе станций, встает задача определения часовых значений на основе данных, полученных за сутки, а также получения одних видов радиации через другие. Пути решения которой и предлагаются в данной работа, что свидетельствует об ее актуальности.

Цели и задачи диссертации. Диссертационная работа посвящена изучению характеристик временной изменчивости часовых значений суммарной, прямой и рассеянной радиации по территории Средней ^зии.и Казахстана по данным регистрирующих приборов ( о часовым интервалом осреднения). Выбранные районы являются наиболее перспективными в отношении использования солнечной радиации на территории СНГ.

Для достижения поставленной цели в работе ставятся следующие основные задачи:

- создание массива данных часовых и суточных сумм суммарной ( 0 ), прямой на нормальную к лучу ( 5 ) и горизонтальную ( $ ) поверхности, рассеянной радиации (Л) );

«изучение временной изменчивости часовых сумм и особенностей рядов коротковолновой радиации о использованием вероятно-статистических методов;

-расчет основных статистических характеристик часовых сумм суммарной,'прямой и рассеянной радиации и оценка их точности;

- аппроксимация распределения часовых сумм солнечной радиаци

- оценга моядусуточнои и виугрисуточной связности часовых сумм солнечной радиации ;

- раочог некоторых дополнительных характеристик на основе ча совых сумм солнечной радиации, учитывающий ее прерывистый и нерав номерны;; характер поступления в течение дня ( например, повторяемость непрерывной продолжительности облучения солнечной радиаци-

довом ходе;

- выявление корреляционных связей между суммарной и рассеянной радиацией в общем суммарном приходе на основе одной лишь глав ной и наиболее употребительной составляющей радиационного баланса суммарной радиации ;

- определение часовых сумм суммарной и рассеянной радиации на основе суточных данных.

Исходный материал. Для исследования особенностей рядов часовых сумм коротковолновой солнечной радиации были использованы • ежедневные часовые значения суммарной, прямой на нормальную к лучу и горизонтальную поверхности и рассеянной радиации за все месяцы года по 12 станциям Средней Азии и Казахстана за период с начала регистрации по восьмидесятые года. Это практически все станции в данном районе, где ведется регистрация солнечной радиации. Высота используемых станций не превышает 850 м над уровнем мо ря .

При рассмотрении вопросов, связанных с нахождением корреляционных связей между суммарной и рассеянной радиацией били такне использованы данные ряда других станций, расположенных в различных климатических зонах СНГ.

. Научная новизна. Для территории Средней Азии и Казахстана выполнено климатологическое обобщение о целью выявления 'закономерностей временной изменчивости характеристик часовых сумм коротковолновой солнечной радиации за полный годовой цикл: рассчитаны статистические параметры часовых сумм Д , ,

установлены типы распределений часовых сумм рассматриваемых видов радиации, показана возможность использования кривых Пирсона I , Ш , X типов для аппроксимации распределений часовых сумм

ей );

исследование изменчивости отношения

в суточном к го-

О . 5 ъ

казана возможность применения типовых аппроксимирующих гсриных, исивзших распределение солнечной радиации сразу в нескольких .совых интервалах для дневных часов.

Выполнена оценка внутрису точной связности прямой и суммарной ^печной рздиации.

Получен ряд дополнительных характеристик, учигпваиции пре-вистый и неравномерный характер поступления солнечной радиации течение дня по всем местам года: среднее число и общая продол-1Тельность периодов, когда солнечная радиация претмаот заданные ювни; суммарное количество солнечной энергии вме определенного ювня, которое может быть использовано. Рассчитана непрерывная юдолхителъноеть облучения суммарной и примой радиацией за весь довой цикл ( для уровнел через 50 ЬтД£ ). Получены серии гратов, позволяющие для любого интересующего уровня за клкдый моги определить повторяемость периода непрерывного пребывплия О , 5 ,3 более указанного количества часов и наоборот.

Исследована изменчивость отношения рассеянной радиации к 'нмарной в суточном и годовой ходе. Отношение Ъ/О. было внчис-;но не по средним многолетним часовом и суточным суммам, а посредственно по ежечасным и суточным суммам 0 и Л) за каждый ;нь с послед/им осреднением.

Для территории Средней Азии и Казахстана получены со'отноше-ля, связывающие между собой долю рассеянной радиации в общем гммарном приходе с одной стороны и отношение суммарной радиации солнечной радиации, приходяцей на верхний границу атмосферы внеатмосферной ) с другой, как длн суточных, так и для чаоових /■мм. Подученные соотношения позволяют оценить значения рассеян-ЭЛ (а следовательно и-прямой) радиации на основании лишь данных /ммарной радиации.

Показана возщжность применения метода Сизкова - определение асовых сумм в и Ъ на основе суточных данных, разработанного ля осреднекных характеристик, применительно к отдельным дням.

Практическая значимость.'Результаты, полученные в настоящем сследовании могут быть полезными в практических приложениях, вязанных с решением вопросов по использованию солнечной энергии.

Внедрение результатов. Материалы исследований и полученные юзультаты использованы в ГГО им.А.И.Зосйксва при выполнении

б

те»« III .16.03 "Исследование метеорологических аспектов использования солнечной радиации как источника энергии"; в научно -справочном пособии З.И.Пивоваровой, В.В.Стадцик "Климатические характеристики солнечной радиации как источника энергии на территории СССР"; в научно - производственном объединении "Квант" для расчета объективности и надежности автономных систем электропитания, размещенных в пунктах о известной актинометричеокой информацией; при проектировании энергоустановки в района города Ашхабад.

Апробация работы. Результаты работы неоднократно докладывались на конференциях молодых ученых и аспирантов в ГГО в 198Э - 67 гг., на Ленинградской областной конференции молодых ученых и специалистов в 1988г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, насчитывающих II разделов, заключения, списка используемой литературы и приложения. Основная часть диссертации изложена на 162с. машинописного текста; содержит 43 рисунков и 18 таблиц.

В приложении приводятся 7 таблиц и 8 рисунков. Библиография включает 121 наименование литературных источников, из них 21 - на иностранных языках.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность года диссертации. Сформулированы цели и задачи исследования.

Первая глчва посвящена исследованию изменчивости эмпирических рядов часовых сумм радиации.

В связи с тем, что для работы различных типов гелиоустановок требуются данные о разных видах коротковолновой радиации з работе исследуются особенности временных рядов часовых сумм не только сушарной, но и прямой на нормальную к лучу и на горизонтальную поверхность и рассеянной радиации.

Приводится краткий обзор состояния вопроса. К. настоящему времени в работах Т.Г.Берлянд, З.И.Пивоваровой, Е.П.Барашковой, В.В.Стадник и ряда других авторов подробно изучено пространственное и временное распределение годовых и месячных величин различных видов радиации, а также суточных сумм суммарной радиации. Изученности ке распределения часовых сумм уделялось значительно меньше внимания. Имеющиеся в литературе сведения об исследовании распределений часовых сумм относятся к отдельным станциям за от-^ дельные месяцы года и касаются в основном суммарной радиации, причем авторы, как правило, ограничивались рассмотрением средних многолетних и экстремальных значений часовых -сумм.

Для решения ряда, вопросов, связанных с практическим использованием солнечной радиации, необходимо знать не только средние величины, но и иметь данные по статистическим параметрам, давщим представление о временной структуре ряда.

На базе созданного массива часовых сумм 3 , 3 , Ъ

произведены расчеты статистических характеристик: среднего многолетнего значения, среднего квадратического отклонения, коэффициента вариации, асимметрии, эксцесса, корреляционной функции, а также повторяемости часовых сумм в заданных градациях. Расчеты были выполнены для каждого часа за все месяцы года.

В работе подробно проанализированы закономерности изменения в суточном и годовом ходе-полученных характеристик. Приведены гистограммы распределений рассматриваемых видов радиации, установлены их типы.

Анализ накопленных данных по часовым и суточным суммам в, 5, 5 . Д) показал, что воя рассматриваемая территория может быть разделена на три крупных района: Северный Казахстан; Центральный

и Южный Казахстан и Средняя Азия, для каторых обнаруживается различный характер распределения солнечной радиации.

В результате анализа рядов часовых сумм солнечной радиации можно видеть, что изменчивость солнечной радиации существенно зависит от интервала интегрирования, о его уменьшением изменчивость как прямой, суммарной так и рассеянной радиации увеличивается; так в утренние и вечерние часы изменчивость часовых сумм суммарной'радиации в 1,5 ~ 2,5 раза превышает изменчивость суточных сумм и в 3-4 раза - изменчивость месячных сумм.

Из рассмотренных видов радиации наиболее изменчивой является прямая. Значения, относительной изменчивости 5 (Су) выше на 4040% зимой и на 10-30$ летом, чем Су суммарной радиации и состав ляют, к примеру в Средней Азии 90-105$ зимой и 20-30/& в летнее вре мя в течение дня.

Установлено, что для часовых сумм суммарной радиации характер ным является отрицательно-асимметричное распределение почти нормал но45 крутизны переходящее в отрицательно-асимметричное остро вершинное распределение в летний период. Для прямой радиации характерен Вит дальний характер распределения, за исключением летних месяцев в Центральном Казахстана и Средней Азии, когда распределение является островершинным отрицательно-асимметричным. Формирование бимодального распределения является следствием объединения в один ряд совокупностей с резко различными распределениями: одно из них является распределением в ясные, а другое в пасмурные часы. Для рассеянной радиации характерно положительно-асимметричное распределение.

Таким образом, установлено, что распределения часовых сумм различных видов коротковолновой радиации отличаются от нормального особенно в полуденные часы в летнее время в Центральном Казахстане и Средней Азии, когда для распределений б и о характерным является наличие большого положительного эксцесса (до 20) и значительная отрицательная асимметрия (до -4). Для практических целей следует учитывать, средние величины, которые даются в Справочниках и других пособиях, по часовым суммам суммарной и прямой радиации значительно меньше, чем наиболее часто встречающиеся знзчения.

Анализ гистограмм часовых сумм солнечной радиации, построенных Для каждого месяца года за каждый час показал, что для различных видов радиации в разные сезоны года, характерным является определенный тип повторяемости солнечной радиации.

1спользуя принятые в работах В.В.Стадник, типы распределений суточных сумм суммарной радиации, и учитывая имеющуюся тосную связь гаду часовыми посуточными суммами, определена типы распределений :умм & , 3 > 5 > и Л) для каждого часа светлой части сутс:. 'оказано, чтб формирование суточных сумм радиации происходит в ос-[овном за счет дневных часов, утренние и вечерние часы вносят ма-[ый энергетический вклад. Характерный для суточных суим тип расп-■еделения распространяется на дневные часы, но выражен более резко.

Для математического описания распределения часовых сумм необ-:одимо подобрать к ним соответствующую аппроксимирующую кривую, 'яды часовых сумм близкиз к полдню, так же как и суточные суммы вдиации, могут быть выравнены кривыми Пирсона I, Ш, X типов. Так ,ак тип распределения' часовых сумм солнечной радиации остается ус-ойчивим на протяжении нескольких дневных часов, то оказалось воз-¡окным применение одной, типовой аппроксимирукщей кривой, удовлет-орительно описывающей распределение солнечной радиации сразу в ескольких часовых интервалах.

Для выравнивания бимодальных распределений часовых сумм пря-ой радиации использовался подход, применяемый к распределениям уточных величин, предложенный в работах Н.А.Петелиной, Р.Б.Сали-вой, Л.Б.Гарцмана. Эмпирические распределения часовых сумм были редставленн в виде комбинации двух одновершинных распределении: ясные и пас^рные часы. Разделение рядов осуществлялось с уче-ом ежечасных данных по продолжительности солнечного сияния. Ис-ользуемый подход, несмотря на его трудоемкость, является прием-имым для выравнивания часовых суим прямой радиации. Для бимо-альных распределений часовых сумм суммарной радиации выделение з исходного распределения двух частных является очень сложной адачей.

В работе была выполнена: I) оценка междусуточной связности асовых сумм отдельно для каждого часового интервала; ) оценка внутрисуточной связности часовых оумм через I, 3, б, и 12 час,

Количественная оценка показала, что между су точная связность 8 и 5 слабо зависит от конкретного часового интервала и мало зменяется от месяца к месяцу (0,2 - 0,0, причем ее значения для тдельных часовых интервалов мало отличаются от значений между су-очного коэффициента корреляции суточных суим суммарной радиации за сутки в целом). Таким образом, ряды значений часовых оумм в аидом отдельном часовом интервале можно считать малосвязными.

Ко значения часовых сумм от часа к часу в течение дня (т.е. инутрисугочная связность) корродируются довольно сильно, при L = 3 ч., коо'Лжциенти корреляции как для суммарной, так и для прямой радиации-составляют 0,5 - 0,8. При увеличении сдвига коэ.5-фициентц корреляции уменьшаются и при переходе от суток к суткам составляют 0,2. ото необходимо учитывать при климатологической обработке неходких рядов солнечной радиации.

Проанализировав больнее количество материала, изучив 'структуру часовых сумм различных видов радиации, можно видеть, что обработка часовой информации является чрезвычайно трудоемкой. Учитывая, что регистрация солнечной радиации по часам ведется на очень ограниченном числе станций, было бы желательно получение данных одного интервала интегрирования через другой, а также получение одних видов радиации через другие.

DO второй главе исследована возможность применения методики получения часовых сумм на основе суточных данных применительно к отдельным дням, а также возможность получения рассеянной ( прямой) радиации на основе лшь главной составляющей радиационного баланса-суммарной радиации.

Переход из одного интервала- временного интегрирования в другой является необходимым при решении ряда вопросов. В частности, при решении задач, связанных с моделированием солнечных систем, расчетом специализированных характеристик, в которых возникает необходимость перехода, или замени данных часовых сумм суточными пли наоборот. Особенно это ва?«но при компьютерных расчетах.

Для получения часовых сумм по суточным данным нами бал использован метод Сивкова, который основан на предположении, что зна чения интенсивности радиации изменяются прямо пропорционально сину. су высоты солнца, а прозрачность атмосферы.остается неизменной в течение дня. Таким образом, теоретическая формула, связывающая дола часовой сумкы в общей суточной сумме зависит только от воз-:;ом:ной продолжительности дня. Зтот метод использовался для получения осредненнцх характеристик и не был опробован на большом количестве материала. Если tipewi влагается .прямо пропорциональная зависимость от высоты солнца, то следовательно работа этого метода будет зависеть от количества облачности. Метод хорошо'будет "работать" в ясные дни. Поэтому для такого солнечного и безоблачного района, каким являетсч Средняя А.зия, ;мы нашли возможным оценить

пользование этого метода, основанного на зависимости между часо-ми и суточными суммами, полученной по оерэдиенннм значениям, ииснительно к конкротннм отдельным Дням. \\ таким образом подуть на основании суточных сумм суммарной или рассеянной радиации ды часовых сумм за какдий день.

Представляет интерес сравнить рассчитанные часовые суммы за ждый день, полученные по теоретическим кривым с фактическими Дании. Погрешность расчетоз выражалась в абсолютных единицах. Из лученных гистограмм частотных распределений абсолютных погреинос-й часовых сумм суммарной и рассеянной радиации видно, что в зиме время долл случаев, когда абсолютная погрешность 'результатов счетов суммарной радиации находится в пределах ¿0,2 ИДж/м^ сое-йляет от 60-65$ (Средняя Азия) до 98;» (Северный Казахстан). В ¡тиие месяцы в связи с преобладанием безоблачной, погоды в Сред-!Й Азии, доля случаев, когда абсолютная погрешность находится в :азснных пределах, • может достигать 85$, причем основная доля слу-1еи 50-55$ из них приходится на интервая "¿0,1 МДк/:г. На станин: Северного Казахстана доля случаев, когда абсолютная погрепность сходится в пределах -0,2 МДж/t^ составляет порядка 50$.

Для рассеянной радиации получены следующие результаты. Зимой >ля случаев, когда абсолютная ошибка часовых сумм рассеянной ра~ ?ации-не превосходят принятых пороговых значений ( - 0,2 МДм/м^) >ставляет свыше 50$, в летнее время - 80 .- 95$ в Средней Азии и ) - 70$ в Северном Казахстане.

Расчет статистических характеристик часовых сумм по восставленным рядам показал, что они близки к статистическим харакге-ютикам эмпирических рядов часовых сумм.

В данных измерений, полученных по регистрации, для симметрич-jx интервалов часто отмечается асимметрия, что монет привести к рачительным отклонениям от расчетных величин. Таким образом в це->м, можно сделать еьшод, что рассматриваемый метод может быть рименен к отдельным календарным дням. Его использование является аиболее подходящим для ясных' дней, которые и представляют наи-эльыий интерес с точки зрения использования солнечной энергии , aie как именно в отот период, процессы, происходящие в солнечных остановках имеют наиболъиуа эффективность.

В реальных условиях указанный метод может быть использован ля оценки часовых сумм с учетом указанных абсолютных погрешностей,

но естественно в отдельных случаях, особенно в переходные сезон! рассчитанные значения часовых су ми могут значительно отличаться от наблюденных.

В работе также была рассмотрена возможность получения одни: видов радиации через другие.

В ряде зарубежных исследований, в частности в работе Лиу и Джордана, разработана методика получения доли рассеянной и прям( радиации на основе главной и наиболее употребительной составляющей радиационного баланса - суммарной радиации. Используя этот подход з работе были получены соотношения, связывающие между .'coi дала рассеянной радиации в общем суммарном приходе с одной сторс и отнсиение суммарной радиации к внеатмосферной характер,

зуацее ослабление суммарной радиации облачностью при прохожденш через толцу атмосферы с другой. Для часовых сумм оценивалась во: мощность перенесения на них зависимости, полученной по суточным сумкам радиации, что позволяет существенно расширить спектр применения суточных сумм суммарной радиации.

для выяснения зависимости между отношением рассеянной ради< ц',;к к суммарной (~D/Q ) и индексом ясности ~Кт( Кти от ши-

роты места дополнительно бил рассмотрен ряд других станций, отш сящихся к различным климатическим зонам СНГ.

В результате исследований установлено, что

- зависимости между вкладом рассеянной радиации в общий суммарный приход и индексом ясности, как для часовых, так и для суточных сумм радиации стабильны ло времени и не зависят от длины p¡ да наблюдений;

- получена уравнения регрессии первой и второй степени, связь® щие у.зкду собой величины Ъ]0 и S/Оо для каждой станции. Пр; расчете значений рассеянной радиации в южных районах применение уравнений второй степени по сравнению с уравнениями первой степ< ни не дает существенного улучыения результатов. С продвижением i север и с увеличением облачности возрастает и крутизна KpvBftFtí^ ница между значениями рассеянной радиации, вычисленными по урав! ниям первой и второй степени достигает 10$,.;

- существует некоторая зависимость величин 2>¡Q и индекса ясно Кт от иироты места, но она не велика. Учитывая это, для терри рки Средней Азии и Казахстана было получено на основании "индив

/альных" уравнений для каждой станции, общее осрздненнос уравнение, связывающее долю рассеянной радиации о индексом ясности;

- зависимости, полученные по суточным суммам, могут быть примене-т! и для выделения рассеянной составляющей по часовым суммам суи-арной радиации;

- при сравнении графиков, характеризующих зависимость от О/Оо, злученных для суточных и часовых сумм оказалось, что степень раз-роса точек во втором случае значительно больше. Поэтому кривые згрессии для часовых сумм были построены отдельно для теплого и элодного периодов. Использование кривых, построенных разных ззонов года , для „часовых сумм позволяет получить лучшей результаты.

" Для сравнения полученных результатов с эмпирическими данными лли построены гистограммы частотных распределений абсолютных пог-ешностей часовых и суточных сумм радиации, вычисленных по корре-яционным соотношениям первой и второй степени, а по территории родней Азии и Казахстану также и .по осредненному уравнению? отребители обычно заинтересованы в оценке доступной радиационной нергии, то есть в абсолютных погрешностях. В этом случае высокие гносительные погрешности при малых значениях самих рассчитываемых мличин оказываются менее вакни, чем значительно меньшие относи-ельные погрешности, которые однако допускаются при вычислении ольших величин. Установлено, что в большинстве случаев рздсчитан-ые суммы рассеянной радиации, укладываются в выбранный дараговые качения ( для суточных сумм -2 , для часовых сумм - 0,2 ИДж/м^).

оля случаев, когда абсолютная погрешность результатов расчета' ассеянной радиации не превосходит пороговых значений составляет олее 60$ для часовых сумм и более 80$ для суточных сумм.

Таким образом, используя приведенные методики получения часо-ых сумм по суточным значениям и разделения суммарной радиации на оставляющие, мы можем существенно расширить область применения уточных сумм суммарной радиации.

Суммы радиации, полученные за определенный период времени, са-и по себе еще не определяют времени работы и количества энергии, ото рое может быть использовано установкой. "

При решении вопросов о практическом использовании солнечной нергии, также важно знать не только величину радиации, но и непре-ыпную продолжительность ее воздействия. Поэтому на основании пос-

ледовательности часовых сумм солнечной'радиации бил получек комплекс дополиительних характеристик, учитывающий ее прерывистый и неравномерный характер притупления в течение дня: среднее чиол и общая продолжительность периодов, когда солнечная радиация пре выкает заданные' у ровни; суммарное количество солнечной онергни выше определенного уровни, которое может быть использовано установкой; повторяемость непрерывной продолжительности облучения суммарной и прямой солнечной радиацией. Эти характеристики расск •репы в третьей главе диссертации.

D зимнее прямя ежедневно на всех станциях достигаются ypoBt суммарной радиации до

150 ВтД£. В летнее время в Северном Каза> стане - до 600-650, а на территории Центрального Казахстана и С; ней Азии до 800 Br/i.£. Более высокие уровни могут бить достигнут один раз в несколько дней, причем вероятность их достижения в те чение дня увеличивается по мере продвижения на юг. Например, ур£ вень 'tOQ ВтДг в январе в Северном Казахстане достигается в ере; нем один раз за 15-20 дней и его продолжительность составляет' в среднем всего 10 мин, а в Узбекистане и Туркменистане - один ра: в 1,5 - 2 дня, продолжительность его 2-2,5ч.

Для работы бытовых гелиоустановок, как правило, поток солш ной радиации долкси быть не ниже определенного уровня. Для этогс вычислялась общая продолжительность периодов пребизания ( F ) различных видов солнечной радиации выше заданных уровней в течение дня, анализ которой позволил построить обобщенные графики F для районов Северного, Центрального и Южного Казахстана и Средш Азии.

Для практики представляет тагаке интерес и то количество эн( гии, которое может быть получено за период времени с приходом р; диации различной мощности потока. Для этого исследовались хроно: раммц часовых сумм суммарной и прямой радиации, которые рассекались уровнями радиации различного напряжения. Количество энергш получаемое за один и тот же промежуток времени в зависимости от уровни радиации, неодинаково: с увеличением уровня радиации воз; растает и количество анергии. Например, для получения 1,5 kBt/V энергии при таком низком уровне суммарной радиации, как 50 Вт/^ в Средней Азии требуется порядка йч., . а при уровне 200 Зт/tr i количество энергии может быть получено уже за 7ч, а при уровне !»00 Вт/>£

- за 5час. и т.д.

Для определения воз мокко й длительности работа солнечник уста-)Б0гс за более длительные периоды времени (месяц, год) было рас-)Итано число часов с заданными уровня« радиации.

Для практических приложений требуется знать не только число icoB с той или иной моциотью радиации, но и их энергетическую наг-гзку. В работе представлены данные, характеризующие энергетический :лад суточного прихода прямой и суммарной радиации а заданных гра-щиях.

Наибольший энергетический вклад в суточную сумму прямой радка-m ъ Средней Азии, в Центральном и Южном Казахстане приходится на ! часы, когда мощность радиации достигает 600 - 1000 Вт/>£, что ютавляет 50-70$ средней суточной суммы, а в летнее время - 60-80/5.

Северном Казахстане зимой наибольший вклад «о приходится на те .оы, когда ее мощность достигает 4СО-800 ВтУм^ (60 - 65$ средней точной суммы), летом - 600-600 Ъч/i? ( 6Ü - 70$). Наименьший лад в суточные сумш радиации вносят часы с радиацией мощностью - 200 Вт/м? и больше 1000 Вт/м^, что соответственно составляет зимние месяцы 10 и \%, а з летние - 5 и 1%.

Принимая во внимание больаой штерео потребителей к характе-стикам непрерывной продолжительности радиации выэе заданного уров-, рассчитывалась повторяемость непрерывной продолжительности об-чения различными видами радиации за все месяцы года. Из анализа лученного материала видно, что приход радиации не является стальным во времени; с возрастанием рассматриваемых уровней радиа-и уменьшается и непрерывная продолжительность облучения. Высокие ачения радиации, близкие к максимальным держатся, всего 1-2 часа, нее при исследовании непрерывных периодов облучения суточных мм солнечной ра'диацми отмечалось, что наибольшая повторяемость одолкительиости периодов, в течение которых солнечная радиация ешаает те или иные значения, приходится на кратковременные -ительностья 1-2 Дня. Таким образом, поток радиации не стабилен только при переходе.ото дня ко дна, но и меняется внутри дня.

В работе представлен табличный и графический материал, илляст-рупщий особенности прерывистой структуры прихода как суммарной, с и прямой радиации в течение дня.

О СГОйНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Для территоки Сродней Азии и Казахстана выполнено климатологической обобщение с целью выявления закономерностей временной изменчивости характеристик часовых сумм коротковолновой солнечной радиация применительно к запросам гелиоэнергетики.

Осчовсй для выполнения настоящего исследования послужили данные многолетних актинометрических наблюдений на сети станций, полу-че:ш;.;с путем непрерывной регистрации самописцами (актинографаии).

Б процессе работы исследована статистическая структура рядов часовых сумм суммарной, прямой на нормальную к лучу и на горизонтальную поверхности и рассеянной радиации, выявлены особенности рядов часовых сумм различных видов коротковолновой радиации. Рассчитаны основные статистические характеристики (? , ^ , ,Л) для каждого часа за все месяцы года (моменты распределения, корреляционная функция, повторяемость часовых сумм в заданных градациях^ Определены типы распределений часовых сумм указанных видов радиа-ци;:. Установлено, что тип распределения, характерный для суточных сумм радиации распространяется на дневные часы, но выражен более резко.

1. Показано, что распределение часовых сумм различных видов коротковолновой радиации отличается ст нормального, особенно в полуденные часы в летний период.

Установлено, что для часовых сумм суммарной радиации характерным является отрицательно-асимметричное распределение почти нормальной крутизны переходящее в отрицательно-асимметричное островер-шшное в летний период. В то время, как для рассеянной радиации -• положительно-асимметричное распределение. Для прямой радиации характерен бимодальный характер распределения за исключением летних месяцев в Центральном Казахстане и Средней Азии, когда распределение является островерсшнным отрицательно-асимметричным.

2. Аппроксимация часовых сумм суммарной, рассеянной и прямой радиации наиболее корректно выполняется при использовании кривых Пирсона I, Е, X типов. • •

3 работе показана возможность применения типовых аппроксимиру ащих кривых, описывающих распределение солнечной радиации сразу в нескольких часовых интервалах в дневные часы.

3. Количественная оценка внутрисуточной связности показала, что величины- часовых сумм суммарной и прямой солнечной радиации и

с часа к часу в течение дня имеют четкую коррелят™, ^следования мекдусугочной связности показали, что ряди часов-« гмм ото дня ко дню погано считать малосвязники.

<4. Получен комплекс дополнительных параметров, учитцва:^;!:'; эерывистый и неравномерный характер поступления солнечной радка-1и: среднее число и общая продолжительность периодов, з течение >тарых солнечная радиация превышает заданные уровни и суммарное эличество солнечной-энергии, получаемое за эти периоды, хссчитапа непрерывная продолжительность облучения суммарной и рямой радиацией за весь годовой цикл. Показано, что с возрастаем уровня радиации уменьшается'непрерывная продолжительность обучения. Высокие значения радиации, близкие к максимальным, дер-1ться всего 1-2 часа. . .

5. Получены серии графиков, позволяющие для любого интересую-его уровня за каждый месяц, определить повторяемость непрерывного рсбывания О , 3, Л) . более указанного количества часов и наобо-эт. ' .

6. Рассчитано число часов по месяцам и за год о заданным уров-ем солнечной, радиации и вклад в суточную сумму солнечной радиа-

ии различной мощности. '

7. Определен вклад рассеянной радиации в общий суммарный при-од как для часовых так и для суточных сумм. Исследована изменчи-ость в суточном и годовом ходе.

8. Выявлена возможность применения методики определения часо-ых сумм суммарной и рассеянной радиации на основе суточных данных

отдельным дням.

Анализ статистических характеристик восстановленных рядов асовых сумм радиации показал, что структура ряда определяется остаточно точно.

9. Рассмотрена возможность получения рассеянной ( прямой ) оставляющей на основе главной составляющей радиационного баланса-.уммарной радиации. Получены корреляционные соотношения между ве-

.«чинами Л)/0 и индексом ясности Кт для часовых и суточных сумм ;олнечной радиации.

Показана возможность использование соотношений, полученных 1ля суточных сумм радиации, для оценки вклада рассеянной радиации I часовые суммы.

Доля случаев, когда абсолютная погрешность результатов расчета

рассеянно:'1, радиации не превосходит принятых пороговых значения с< став-яет в среднем более 60/5 для часовых сумм и более 80/' для суточных сумм.

1С .На основании анализа данных станций, расположенных в nasj них климатических зонах СНГ, була исследована зависимость отноае-нкл J>/G и индекса ясности от широты места. Показано, что соотнес кйе меэдг величиной 3/Q и индексом ясности б зависимости от un¡ изменяется мало,

II. Результаты выполненных исследований могут быть использоз кы при релен!;;; различных прикладных задач, в том числе связанных арзблской использования солнечной энергии.Полученные характерное дают возможность полнее учитывать влияние солнечной радиации при проектировании и эксплуатации гелиоустановок в районах Средней Аг и Казахстана.

Основные результаты работы были додошиш:

- ка конференциях молодых ученых и аспирантов в ГП) в 1983 - 87

- на Ленинградской областной конференции молодых ученых и специг листов г> 1988г.

- ::а семинаре отдела прикладной климатологии ГТО им.А.И.Воейковс

Содержание диссертации изложено в следующих работах:

1. Исследование статистических характеристик часовых сумм со нс-ч:юИ радиации // Труда конференции молодых специалистов и учень ГП) №.А.И.Воейкова, 198*ь-(деп.в Щ ВНИИ1М-МЦД 14.12.84 Ш70 ГМ ;«). . • ■'

2. Изменчивость часовых сумм солнечной радиации по станциям-Казахстана и Средней Азии // Труды ГШ, 1987 .-Вып .5Б .-С.Ш-12Э (совместно с Пивоваровой З.И.).

3. Аппроксимация эмпирических распределений часовых сумм сод нечнол радиации по станциям Казахстана и Средней Азии / В кн.: Ак тулльные проблемы гидрометеорологии и контроля природной среды. Т зкса докладов Ленинградской областной конференции молодых ученых ;, специалистов.- J1.,1968,С. 103.

А. О временной структуре распределения часовых сумм солнечно р.-д-лации //Труды ГГО, 1988.-Вып.520.-С.82-88.

5. О временной связности часовых'сумм солнечной радиации // Труды ГГО, 1990. - Búa.532.-С.71-74.

7/ "¿KZk-U/lcL ??п.ГГ0.25.Ю.92.2ах.571Л.100.Бееплатно.