东北地区生长季太阳辐射估算及其时空变化特征研究

太阳辐射作为地球-大气系统最重要的能量来源，是植物光合作用、蒸腾作用的主要驱动因子，是最基本最主要的农业气候资源。东北地区是我国重要的商品粮生产基地，太阳辐射（特别是生长季太阳辐射）是作物生长的能源基础，研究东北地区生长季太阳辐射资源的时空变异特征，有助于进一步了解东北地区的气候变化规律，对于农业生产活动有一定的指导意义，同时也为东北地区经济的可持续发展奠定了基础。 本文首先通过对东北地区地面所测得的包括13个气象站点的太阳辐射数据和106个气象站点的日照时数等数据进行了筛选、处理，在此基础上，利用Matlab将日照数据和太阳辐射数据分为6个对照组进行了对比分析，即：生长季整个序列、有降水序列、无降水序列以及全年整个序列、有降水序列、无降水序列进行拟合分析。利用6个数据组分别建立基于日照时数的模型，对其进行回归并给出了回归系数，并利用误差分析对这些模型进行了对比，选择了一个精度最高的模型估算整个东北地区生长季太阳辐射量，并分析了东北地区生长季太阳辐射的变化规律，主要包括对东北地区生长季太阳辐射在时间上的变化趋势、周期、突变和空间上分布特征、变化趋势等内容的分析。归纳起来，主要研究结论如下： （1）利用6个数据组（生长季整个序列、有降水序列、无降水序列以及全年整个序列、有降水序列、无降水序列）分别建立起6组A-P模型，生成的A-P模型通过统计参数均方根误差（RMSE）、平均偏差（MBE）、平均百分误差（MPE）、t统计量进行检验以选择出一个精度最高的模型。结果显示，利用A-P模型在估算13个站点的太阳辐射时用5-9月的数据即生长季整个序列的数据模拟效果最好。13个站点所测量的所有数据结合起来经过分析得到可以用来估算中国东北所有气象站点生长季太阳辐射量的模型。 （2）对东北地区生长季太阳辐射时间序列进行了线性趋势分析，得出了以下结论：研究区1961-2010年生长季平均太阳总辐射为2818.23MJ/m2，1965年出现最大值为2979.49MJ/m2，2003年出现最小值2653.81MJ/m2。在1960-2010年期间，东北地区生长季太阳辐射呈显著减少趋势，为-21.55MJ/（m2·10a）。 （3）利用小波分析对生长季太阳辐射的周期进行了分析得出结论：整个研究区生长季地面太阳辐射主要存在3个时间尺度的周期震荡，在低频30a以上的时间尺度，研究区生长季太阳辐射具有明显的周期振荡；在15a左右时间尺度上，东北地区生长季太阳辐射变化的周期震荡较为强烈，这期间有5个“偏高期”与4个“偏低期”交替出现。在3a左右的时间尺度上，该区生长季太阳辐射的周期变化更为复杂，转折点也更多。 （4）对东北地区生长季平均太阳辐射进行M K突变分析得出结论：在整个六七十年代，生长季太阳辐射值处于小幅度的变化。东北地区年平均生长季太阳辐射在1980年发生了突变。20世纪80年代初期以后至今东北地区的生长季平均太阳辐射一直处于降低阶段，且在1985年以后下降趋势显著。 （5）对19612010年东北地区生长季平均太阳辐射变化趋势空间分布进行了研究并得出结论：近50a来东北大部分地区的生长季太阳辐射是有明显的下降趋势，其中生长季平均太阳辐射下降幅度最大的是吉林北部的三岔河站，生长季平均太阳辐射呈上升趋势的区域比较小，主要分布在大小兴安岭地区和三江平原的部分地区。