青藏高原太阳辐射热的计算与利用_胡清华

第24卷第4期2005年8月兰州交通大学学报(自然科学版)JournalofLanzhouJiaotongUniversity(NaturalSciences)Vol.24No.4Aug.2005文章编号:1001-4373(2005)04-0062-05青藏高原太阳辐射热的计算与利用*胡清华1,2,高孟理1,王三反1,张济世1(1.兰州交通大学环境与市政工程学院,甘肃兰州730070;2.铁道第四勘察设计院城建院,湖北武汉430063)摘要:通过对青藏高原太阳辐射和温室热负荷的计算,证明采用适当的保温隔热措施,在很低的气温条件下,接受的太阳辐射热可以保证人工温室冬季蔬菜生长的需要,为青藏高原太阳能温室的修建提供了科学依据.关键词:青藏高原;太阳辐射;耗热量;人工温室中图分类号:TK519文献标识码:A1青藏高原的基本自然条件青藏高原海拔高、空气稀薄、大气尘埃少、水蒸气和二氧化碳等气体含量很低,大气透明度高,对日光的漫射、散射均较小,到达地面的太阳辐射强度很高,年总辐射量为20000～30000MJ/m2,是全国年总辐射量最高的地区.人工温室的试验地点为青藏铁路望昆站,海拔4516m,地理纬度35.7°,位于永久冻土区的最北端,在青藏铁路海拔超过4000m的永久冻土区中太阳辐射强度最低,年平均地温-0.5℃,年平均气温-6.7℃,最大风速24m/s,主导风向为西风.冬季3个月的月平均日照数为228.3h,日照率73%.年内太阳辐射最小值出现在12月,平均日辐射总量为10.22MJ/m2d(1994-1995)年[2].2003年冬至日期间在三个不同的地点,并且都为晴天时实测了不同时刻太阳法向辐射的各个瞬时值,见图1所示(兰州观测点为市郊区空旷地,格尔木观测点为市郊区青藏公路附近空旷地,望昆观测点为青藏公路沿线六号泵站后空旷地).通过比较可以看出青藏高原太阳辐射的强度优势.在青藏高原利用太阳能有着重要的经济实用价值;而且利用这种洁净能源对保护高原脆弱的生态环境有着积极的意义.2太阳辐射计算到达地球表面的太阳辐射随季节、时刻、地理纬图1三地实测太阳辐射强度(单位:w/m2)Fig.1Solarradiationintensityatthreeobservationsites度、大气透明度以及海拔高度等不同而发生变化.2.1到达地面附近的太阳直接辐射强度2.1.1大气层上界的太阳辐射强度平均日—地距离时,在地球大气层上界,垂直于太阳投影方向,单位面积在单位时间内所接受的太阳辐射能,称为太阳常数,用Gsc表示.太阳常数约为1367W/m2.各个时间到达大气层上界的太阳辐射强度,可用实际日—地距离对太阳常数的修正来表示[1].Gon=Gsc[1+0.033cos(360°n/365)](1)式中:Gon为大气层上界的太阳辐射强度;n为从1月1日算起的天数.2.1.2大气层外切平面的瞬时太阳辐射强度大气层外切平面所接受的太阳辐射能,除与太阳辐射强度有关外,还与太阳的辐射方向有关,即Go=Goncosθz(2)式中:Go为大气层外切平面的太阳辐射强度;θz为太阳天顶角,其函数关系*收稿日期:2005-01-20基金项目:铁道部科技攻关项目(2002Z005)作者简介:胡清华(1980-),男,湖北潜江人,硕士生.第4期胡清华等:青藏高原太阳辐射热的计算与利用cosθz=cosφcosδcosω+sinφsinδ(3)式中:ω为时角,中午12∶00为0°,午前为负,午后为正,每小时相差15°;φ为地理纬度;δ为太阳赤纬角,其函数关系为δ=23.45°sin[360°(284+n)/365](4)2.1.3大气质量与大气透明度大气质量为太阳光线穿过地球大气的路径与太阳光线在天顶方向时穿过地球大气的路径之比,并假定在标准大气压(p=101325Pa)和0℃时,海平面上太阳光线垂直入射的路径为1.任意地点、任意季节、任意时刻的大气质量为m=1cosθz(5)对于海拔较高的地区,应对大气压力进行校正,其大气质量为mz=mpz101325(6)式中:pz为海拔高度为z处的大气压力.云层和较大颗粒的放射作用,使部分太阳辐射放射回大气空间;同时大气层中的O3,H2O,C2O等气体和尘埃对部分太阳辐射散射和吸收.因此,太阳辐射能在通过大气层时会产生一定的衰减,表示这种衰减程度的一个重要参数就是大气透明度,其中Pm表示大气质量为m的大气复合透明度,为了比较不同大气质量情况下的大气透明度值,一般把大气透明度订正到大气质量为2的大气透明系数P2来表示.青藏高原地区的年平均大气透明系数P2=0.726～0.775[3],取0.75作为每小时大气透明度P2m的计算值.2.1.4到达地面附近的太阳直接辐射强度大气层外切平面的太阳辐射穿过大气层时,受到大气质量与大气透明度