城市大气污染对到达地表的太阳辐射的影响研究

doi:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0508

太阳能学报 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (6): 124-131.DOI: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2021-0508

城市大气污染对到达地表的太阳辐射的影响研究

杨丽薇^1~3, 高晓清¹, 李振朝¹

1.中国科学院西北生态环境资源研究院/中国科学院寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室,兰州 730000;
2.中国科学院西北生态环境资源研究院/中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室,兰州 730000;
3.中国科学院大学,北京 100049

收稿日期:2021-05-12 出版日期:2022-06-28 发布日期:2022-12-28
通讯作者: 高晓清（1966—）,男,博士、研究员,主要从事气候变化与气候资源方面的研究。xqgao@lzb.ac.cn
基金资助:
国家自然科学基金（41805085）; 中国科学院沙漠与沙漠化重点实验室开放课题（KLDD-2020-004）; 甘肃省重点人才项目（2021RCXM049）; 甘肃省青年科技基金（20JR5RA544）

STUDY ON INFLUENCE OF URBAN AIR POLLUTION ON SURFACE SOLAR RADIATION

Yang Liwei^1-3, Gao Xiaoqing¹, Li Zhenchao¹

1. Key Laboratory of Land Surface Process and Climate Change in Cold and Arid Regions, Chinese Academy of Sciences/ Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;
2. Key Laboratory of Desert and Desertification, Chinese Academy of Sciences / Northwest Institute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;
3. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China

Received:2021-05-12 Online:2022-06-28 Published:2022-12-28

摘要/Abstract

摘要： 在晴空（无云）的条件下,大气污染是影响到达地球表面太阳辐射的重要因素之一。选择中国6个典型城市（北京、沈阳、上海、武汉、广州和成都）,利用2014年1月—2020年12月的空气质量日监测数据以及地面太阳辐射、日照时数等逐日观测数据,定量分析晴空条件下大气污染指数（AQI）与地表太阳总辐射、散射辐射的关系。结果表明：1）大气污染会降低清晰度指数,增加散射系数,对于地表太阳总辐射有衰减作用,对于散射辐射有增强作用。2）2014—2020年,大气污染（AQI>100）使得晴天地表太阳总辐射的年衰减总量和相对衰减量（共7 a）较大的是北京（212.40 MJ/m²,4.01%）、沈阳（184.16 MJ/m²,3.00%）、上海（123.80 MJ/m²,4.37%）和武汉（106.36 MJ/m²,3.04%）,而成都（58.03 MJ/m²,3.82%）和广州（18.76MJ/m²,0.96%）的衰减总量较小。3）大气污染（AQI>100）使得晴天散射辐射的年增加总量和相对衰减量分别是北京256.64 MJ/m²（12.96%）、沈阳134.45 MJ/m²（7.10%）、武汉22.62 MJ/m²（1.36%）、成都43.40 MJ/m²（9.71%）、上海94.74 MJ/m²（8.25%）和广州37.79 MJ/m²（5.90%）。

关键词: 太阳辐射, 大气污染, 空气质量, 定量分析, 晴空条件

Abstract: Air pollution is one of the most important factors affecting the solar radiation reaching the earth’s surface under the clear （cloudless） sky conditions. In this work, six typical cities in China with serious pollution are selected： Beijing, Shenyang, Shanghai, Wuhan, Guangzhou and Chengdu. Based on the daily monitoring data of air quality and the daily observation data of surface solar radiation and sunshine hours from January 2014 to December 2020, the relationship between air quality index （AQI） and global and diffuse solar radiation under clear sky condition is quantitatively analyzed. The results show that air pollution will reduce the clearness index, decrease the global solar radiation and increase the diffuse solar radiation. From 2014 to 2020, the total annual attenuation and attenuation rate（7 years in total） of global solar radiation caused by air pollution （AQI>100） is larger in Beijing （212.40 MJ/m², 4.01%）, Shenyang （184.16 MJ/m², 3.00%）, Wuhan （106.36 MJ/m², 3.04%） and Shanghai （123.80 MJ/m², 4.37%）, while Chengdu （58.03 MJ/m², 3.82%） and Guangzhou （18.76 MJ/m², 0.96%） have smaller attenuation. The total annual increment and increment rate of diffuse solar radiation caused by air pollution （AQI>100） is respectively 256.64 MJ/m² and 12.96% in Beijing, 134.45 MJ/m² and 7.10% in Shenyang, 22.62 MJ/m² and 1.36% in Wuhan, 43.40 MJ/m² and 9.71% in Chengdu, 94.74 MJ/m² and 8.25% in Shanghai and 37.79 MJ/m² and 5.90% in Guangzhou.

Key words: solar radiation, air pollution, air quality, quantitative analysis, cloudless sky conditions

中图分类号:

P422.1

杨丽薇, 高晓清, 李振朝. 城市大气污染对到达地表的太阳辐射的影响研究[J]. 太阳能学报, 2022, 43(6): 124-131.

Yang Liwei, Gao Xiaoqing, Li Zhenchao. STUDY ON INFLUENCE OF URBAN AIR POLLUTION ON SURFACE SOLAR RADIATION[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2022, 43(6): 124-131.

参考文献

[1] ZHAO Q, YAO W X, ZHANG C X, et al.Study on the influence of fog and haze on solar radiation based on scattering-weakening effect[J]. Renewable energy, 2019, 134: 178-185.
[2] KABIR E, KUMAR P, KUMAR S, et al.Solar energy: Potential and future prospects[J]. Renewable & sustainable energy reviews, 2018, 82: 894-900.
[3] WILD M, GILGEN H, ROESCH A, et al.From dimming to brightening: decadal changes in solar radiation at earth’s surface[J]. Science, 2005, 308(5723): 847-850.
[4] WILD M.Enlightening global dimming and brightening[J]. Bulletin of the American Meteorological Society, 2012, 93(1): 27-37.
[5] 马金玉, 罗勇, 申彦波, 等. 近50 年中国太阳总辐射长期变化趋势. 中国科学: 地球科学, 2012, 42(10): 1597-1608.
MA J Y, LUO Y, SHEN Y B, et al.Regional long-term trend of ground solar radiation in China over the past 50 years[J]. Science in China (earth sciences), 2012, 42(10): 1597-1608.
[6] 汪宏宇, 龚强, 付丹丹. 沈阳空气质量对到达地面太阳辐射的影响分析[J]. 中国环境科学, 2020, 40(7): 2839-2849.
WANG H Y, GONG Q, FU D D.Analysis for the influence of air quality on solar radiation arriving on the ground in Shenyang[J]. China environmental science, 2020, 40(7): 2839-2849.
[7] 熊燕琳, 周筠珺. 四川地区地面太阳总辐射时空分布及气象影响因素研究[J]. 太阳能学报, 2020, 41(12): 162-171.
XIONG Y L, ZHOU Y J.Temporal-spatial distribution of ground surface total solar radiation and meteorological influencing factors for Sichuan area[J]. Acta energiae solaris sinica, 2020, 41(12): 162-171.
[8] 邵振艳, 周涛, 史培军, 等. 大气污染对中国重点城市地面总辐射影响的时空特征[J]. 高原气象, 2009, 28(5): 1105-1114.
SHAO Z Y, ZHOU T, SHI P J, et al.Spatial-temporal characteristics of the influence atmospheric pollutant on surface solar radiation changes for Chinese key cities[J]. Plateau meteorology, 2009, 28(5): 1105-1114.
[9] 齐月, 房世波, 周文佐. 近50 年来中国地面太阳辐射变化及其空间分布[J]. 生态学报, 2014, 34(24): 7444-7453.
QI Y, FANG S B, ZHOU W Z.Variation and spatial distribution of surface solar radiation in China over recent 50 years[J]. Acta ecologica sinica, 2014, 34(24): 7444-7453.
[10] 姬兴杰, 贾志军, 肖国杰. 近60年郑州市地面太阳辐射变化的影响因素分析[J]. 太阳能学报, 2017, 38(5): 1211-1219.
JI X J, JIA Z J, XIAO G J.Analysis of influence factors of surface solar radiation in Zhengzhou city over recent 60 years[J]. Acta energiae solaris sinica, 2017, 38(5): 1211-1219.
[11] YAO W X, ZHANG C X, HAO H D, et al.A support vector machine approach to estimate global solar radiation with the influence of fog and haze[J]. Renewable energy, 2018, 128: 155-162.
[12] 蔡子颖, 姚青, 韩素芹, 等. 气溶胶直接气候效应对天津气象和空气质量的影响[J]. 中国环境科学, 2017, 37(3): 908-914.
CAI Z Y, YAO Q, HAN S Q, et al.The influence of the air quality and meteorological field about Aerosol direct climate effect on Tianjin[J]. China environmental science, 2017, 37(3): 908-914.
[13] ZHANG C X, SHEN C, YANG Q R, et al.An investigation on the attenuation effect of air pollution on regional solar radiation[J]. Renewable energy, 2020, 161: 570-578.
[14] ELTBAAKH Y A, RUSLAN M H, ALGHOUL M A, et al.Solar attenuation by aerosols: An overview[J]. Renewable & sustainable energy reviews, 2012, 16(6): 4264-4276.
[15] 刘长焕, 邓雪娇, 朱彬, 等. 近10年中国三大经济区太阳总辐射特征及其与O₃、PM_{2. 5}的关系[J]. 中国环境科学, 2018, 38(8): 2820-2829.
LIU C H, DENG X J, ZHU B, et al.Characteristics of GSR of China’s three major economic regions in the past 10 years and its relationship with O₃ and PM_2.5[J]. China environmental science, 2018, 38(8): 2820-2829.
[16] ALPERT P, KISHCHA P, KAUFMAN Y J, et al.Global dimming or local dimming?: Effect of urbanization on sunlight availability[J]. Geophysical research letters, 2005, 32(17): 317-330.
[17] DUFFIE J A, BECKMAN W A.Solar engineering of thermal processes[M]. 4nd ed. USA: John Wiley & Sons Inc, 2013.
[18] HJ 633-2012, 环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)[S].
HJ 633-2012, Technical regulation on ambient air quality index, China[S].
[19] TAN X R, HAN L J, ZHANG X Y, et al.A review of current air quality indexes and improvements under the multi-contaminant air pollution exposure[J]. Journal of environmental management, 2021, 279: 111681.
[20] YAO W X, ZHANG C X, WANG X, et al.The research of new daily diffuse solar radiation models modified by air quality index (AQI) in the region with heavy fog and haze[J]. Energy conversion and management, 2017, 139: 140-150.
[21] 罗浩. 典型城市和区域大气颗粒物浓度时空变化及辐射效应[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2020.
LUO H.Spatiotemporal variations and radiative effects of atmospheric particulate matter concentration in typical cities and regions[D]. Nanjing: Nanjing University of Information Science & Technology, 2020.
[22] SONG Z, REN Z G, DENG Q L, et al.General models for estimating daily and monthly mean daily diffuse solar radiation in China’s subtropical monsoon climatic zone[J]. Renewable energy, 2020, 145: 318-332.
[23] 符传博, 丹利. 大气污染加剧对中国区域散射辐射比例的影响[J]. 科学通报, 2018, 63(25): 2655-2665.
FU C B, DAN L.Influence of intensified air pollution on the sunny diffuse radiation fraction in China[J]. Chinese science bulletin, 2018, 63(25): 2655-2665.

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STUDY ON INFLUENCE OF URBAN AIR POLLUTION ON SURFACE SOLAR RADIATION

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[1]	秦放, 李登宣, 丁煌, 周海. 基于CERES数据分析中国云对地表太阳辐射影响特征[J]. 太阳能学报, 2022, 43(9): 8-14.
[2]	黄晨昱, 李念平, 阿勇嘎, 袁宸章, 汪泳思, 陆美瑶. 太阳辐射对辐射地板供冷性能的影响[J]. 太阳能学报, 2022, 43(9): 169-175.
[3]	李红莲, 杨怡, 付昱曦, 王赏玉, 张颉, 杨柳. 气象观测站点外地区典型气象年数据的获取方法[J]. 太阳能学报, 2022, 43(8): 150-156.
[4]	刘兴冉, 张宏晔, 闫海明, 罗建美. 区域复杂地形晴日太阳辐射估算研究[J]. 太阳能学报, 2022, 43(8): 174-180.
[5]	陈龙, 孙文哲, 禹国军. 基于大气透明系数的天气分类方法[J]. 太阳能学报, 2022, 43(7): 174-179.
[6]	李遥, 李照荣, 王小勇, 刘抗, 王有生, 赵文婧. 基于斜面辐射组合计算模型的光伏阵列最佳倾角研究[J]. 太阳能学报, 2022, 43(5): 127-136.
[7]	徐煜, 王辉涛, 葛众, 王建军, 夏禹辰. 太阳能喷射式制冷功冷联供系统[J]. 太阳能学报, 2022, 43(4): 249-255.
[8]	马明瑞, 李明, 吴德众, 李国良, 周国富. CPC不同方位辐射量及最佳倾角计算[J]. 太阳能学报, 2022, 43(3): 256-262.
[9]	董庆海, 李舒宏. 冷辐射板吸收太阳辐射的特性研究[J]. 太阳能学报, 2022, 43(2): 282-286.
[10]	袁宸章, 李念平, 何颖东, 阿勇嘎, 陆美瑶, 黄晨昱. 建筑室内人体太阳辐射得热特性及数值模拟[J]. 太阳能学报, 2022, 43(2): 296-302.
[11]	马梦茹, 张华玲. 封闭阳台温差修正系数取值及其对供暖设计的影响[J]. 太阳能学报, 2022, 43(2): 303-310.
[12]	张晓静, 盖世博, 谢静超, 周锦玥, 刘加平. 西沙地区建筑能耗模拟用典型气象年研究[J]. 太阳能学报, 2022, 43(2): 311-320.
[13]	张娅琴, 徐政, 于海衡, 邱宗旭. 实用多朝向太阳辐照度概率密度函数研究[J]. 太阳能学报, 2022, 43(11): 132-139.
[14]	贾沼霖, 李新义, 练继建, 闵巧玲, 袁新勇, 张永旭. 遗留桩坑对临近复合筒型基础倾斜率的影响[J]. 太阳能学报, 2022, 43(11): 166-171.
[15]	张军涛, 朱少康, 王珊, 王林泽, 李丽荣, 高德东. 基于有效介质理论的积灰组件透射特性研究[J]. 太阳能学报, 2022, 43(10): 52-58.