晴隆紫马光伏电站太阳能资源评估修改.doc

晴隆紫马光伏电站项目太阳能资源评估报告书贵州省气候中心2014年12月审定：吴战平审核：帅士章校核：于俊伟统稿：胡家敏 帅士章 李 霄数据预处理：徐永灵 胡家敏 张东海 丁立国龙 俐 潘徐燕 计算绘图：龙 俐 徐永灵 编写：胡家敏 徐永灵 张东海 田鹏举 丁立国 目 录1 前言11.1编制依据12 贵州省及黔西南州基本情况32.1贵州省地形地貌特点32.2黔西南州地形地貌52.3晴隆县地形地貌52.4贵州省气候特点62.5贵州省太阳能资源情况83 参证站选择94 参证站太阳能资源观测数据质量检测94.1典型日变化104.2数据质量控制115 日照时数分析155.1参证站日照时数变化特征155.2栗树村日照时数分析165.3日照有效性分析176太阳能资源气候学方法分析196.1辐射资源观测资料分析196.2辐射推算模型参数216.3参证站太阳能资源分析216.4栗树村太阳能资源分析237太阳能资源遥感反演分析247.1反演原理247.2反演流程277.3卫星遥感反演结果278太阳能资源稳定度评估319太阳能板倾斜角度3210太阳能利用高影响气象因素评估3410.1气象要素统计3410.2 高影响气象因素3711 结论与建议4611.1结论4611.2建议46附件1委托书47表 格表3-1参证站及评估区域地理位置参数表9表4-1物理可能结构控制表11表4-2极端罕见辐射结构控制表12表4-3辐射要素的横向数据比较界限13表6-1月总辐射观测值表(MJ/m2)19表6-2各月平均总辐射值及年总辐射22表6-3太阳能资源丰富程度等级（QX/T 89-2008）22表8-1 太阳能资源稳定程度等级（QX/T 89-2008）31表9-1栗树村中心点位置各月太阳高度角和太阳能板倾斜角度表32表10.1-1 兴仁气象站气象要素统计表（1981-2010年）35续表10.1-1 兴仁气象站气象要素统计表（1981-2010年）36插 图图1-1晴隆县紫马乡地理位置示意图2图1-2晴隆县紫马乡栗树村光伏电站位置示意图3图2-1贵州省海拔分层图4图2-2贵州省地形图5图2-3晴隆县地形图6图2-4 贵州省气候带分布图7图2-5贵州省太阳能资源分布图8图3-1兴仁县气象站、晴隆县气象站及紫马乡栗树村位置图9图4-1典型天气辐射分析_暴雨 2012年1月2日10图4-2典型天气辐射分析_晴天 2012年3月21日10图4-3典型天气辐射分析_阴天 2012年3月23日11图4-4实测总辐射与物理可能总辐射上限值折线图12图4-5实测散射辐射与物理可能散射辐射上限值折线图12图4-6实测总辐射与极端罕见总辐射极限值折线图13图4-7实测散射辐射与极端罕见散射辐射极限值折线图13图4-8太阳天顶角变化图14图4-9横向数据比较与界限值对比图14图5-1 兴仁站历年日照时数变化图15图5-2 兴仁站多年平均各月日照时数图15图5-3 兴仁站历年界限日照天数变化图18图5-4 兴仁站历年无日照和日照小于3小时天数变化图18图6-1兴仁站总辐射观测值月变化图20图6-2 兴仁站2011年1月-2014年4月各月日照时数与总辐射变化图21图6-3辐射率和日照率关系图21图6-4各月总辐射变化图22图6-5兴仁站历年年总辐射变化图23图6-6总辐射插值图24图7-1 反演模式示意图25图7-2 基于FY-2的年总辐射分布图28图7-3基于FY-2的春季总辐射分布图29图7-4 基于FY-2的夏季总辐射分布图29图7-5 基于FY-2的秋季总辐射分布图30图7-6 基于FY-2的冬季总辐射分布图30图7-7 卫星反演紫马乡栗树村月均太阳总辐射与NASA结果对比图31图9-1太阳高度角和太阳能板倾斜角示意图32图9-2紫马乡栗树村中心点位置各月平均太阳高度角和总辐射变化图33图10.2-1 贵州省各冻雨历年平均日数与海拔高度曲线37图10.2-2 兴仁气象站各月平均凝冻日数曲线图38图10.2-3 兴仁气象站1961-2010年年凝冻日数变化38图10.2-4 兴仁气象站各月平均雾日数曲线图39图10.2-5 兴仁气象站1961-2010年年雾日数变化40图10.2-6 兴仁气象站各月平均雷暴日数曲线图40图10.2-7 兴仁气象站1961-2010年年雷暴日数变化41图10.2-8 兴仁气象站各月平均冰雹日数曲线图42图10.2-9 兴仁气象站1961-2010年年冰雹日数变化42图10.2-10 兴仁气象站各月平均大风日数曲线图（1981-2010年）43图10.2-11 兴仁气象站1961-2013年年大风日数变化44图10.2-12 兴仁气象站各月平均暴雨日数曲线图45图10.2-13 兴仁气象站1961-2010年年暴雨日数变化45 1 前言太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源，生物质能、风能、水能、海洋能等都来自太阳能。太阳能作为可再生能源的一种，是指太阳能的直接转化和利用。太阳能的开发利用是积极应对气候变化，落实国家节能减排要求、改善能源结构、推进新能源生产和消费革命的重要举措。中华人民共和国气象法第六章规定：“各级气象主管机构应当组织对城市规划、国家重点建设项目、重大区域性开发项目和大型太阳能、风能等气候资源开发利用项目进行气候可行性论证。”开发利用太阳能，资源评估是基础和关键。贵州晴隆普照能源有限公司拟在晴隆县紫马乡栗树村建设集中式光伏电站，该项目拟利用当地荒山和太阳能能资源，可改善当地电网结构，为贵州电网提供清洁可再生能源，保护当地生态环境；也是落实关于光伏扶贫工程工作方案的具体表现，可扩大光伏市场新领域，有利于人民群众增收就业，有利于人民群众生活方式变革，具有明显的产业带动和社会效益。紫马乡栗树村位于晴隆县南部，距兴仁县气象站约20公里，海拔在11001300米。 根据贵州省太阳能评估与气候可行性论证等的管理要求贵州晴隆普照能源有限公司委托贵州省气候中心编写晴隆县栗树村30MWp光伏发电项目太阳能资源评估报告，本报告以晴隆县、兴仁县气象站历史及实时观测数据为依据或参证数据，对评估区域的太阳能资源和气象灾害情况进行综合评估。紫马乡栗树村地理位置图1-1，光伏电站位置示意图见图1-2。1.1编制依据本光伏电站太阳能资源评估的主要依据：（1）光伏发电站设计规范（GB50797-2012）（2）太阳能资源评估方法（GB/T 89-2008）（3）光伏发电工程可行性研究报告编制办法（GD003-2011）（4）QX/T 117-2010 地面气象辐射观测资料质量控制（5）QX/T 118-2010地面气象观测资料质量控制等（6）贵州省新能源“十二”五发展规划（7）贵州省太阳能发电“十二五”发展规划报告（8）光伏电站项目管理暂行办法（国能新能2013329号）（9）国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见国发201324号（10）中华人民共和国气象法（11）太阳能电站项目选址评估技术指南（第1版）2012（12）国家能源局国务院扶贫办关于“光伏扶贫”工作的会议纪要(国能新能2014420号)（13）国家能源局关于进一步加强光伏电站建设与运行管理工作的通知（ 国能新能2014445号）（14）委托书基础资料：（1）兴仁县气象站气象要素资料（2）兴仁县气象站太阳能自动观测资料（3）晴隆县地理信息图1-1晴隆县紫马乡地理位置示意图图1-2晴隆县紫马乡栗树村光伏电站位置示意图2 贵州省及黔西南州基本情况 2.1贵州省地形地貌特点贵州省地处云贵高原东部斜坡过渡带，位于东经103°36109°35、北纬24°3729°13之间，东西长530公里，南北宽465公里，总面积17.6万平方公里，占全国总面积的1.8%。贵州位于祖国西南云贵高原东斜坡上，海拔在1000米以上地区占56%，是一个山峦重叠，丘陵起伏的高原山区。地势东低西高，可概括为三个台阶两个斜坡。东部800米以下，中部1100米左右，西部1600米以上形成三个台阶；中部隆起为脊背，由中部向南一个斜坡和向北一个斜坡。图2-1贵州省海拔分层图从整体上来说：西部最高，中部稍低，东、南、北三方低。最高处在赫章县珠市乡韭菜坪海拔2901米，是乌蒙山脉在黔西北的主峰；最低处在黔东南州的黎平县地坪乡水口河出省界处，海拔为148米。境内分布着四大山脉（岭），北有大娄山，大娄山脉横贯黔北；东有武陵山，梵净山为武陵山的主峰（海拔2572米），西有乌蒙山，乌蒙山脉地势最高；苗岭横贯于中部，为长江流域和珠江流域的分水岭，主峰为雷公山（海拔2178米）。图2-2贵州省地形图贵州省地貌可概括分为：高原山地、丘陵和山间盆地三种基本类型。其中92.5%的面积为山地和丘陵，除中北部和西南部的遵义、安顺、铜仁和兴义等地区有少数面积较大的山间盆地可称为“万亩大坝”以外，全省多为山岭崎岖、峰岩峭峻之区，极少开阔平地，素有“八山一水一分田”之说，省内大于15°的坡地占全省面积的69.4%，其中，大于25°的陡坡地占全省面积的34.5%。省内喀斯特地貌占国土面积的69.1%，岩溶分布范围广泛，形态类型齐全，构成一种特殊的岩溶生态系统。贵州是全国石漠化面积最大的省份，是西南喀斯特区域中心，已经存在的石漠化土地面积为3.59×104km2，占全省国土面积的20.4%，如再加上具有潜在石漠化的土地，面积可达到45.2%。贵州是没有平原支撑的内陆喀斯特地貌高原山区省份。 2.2黔西南州地形地貌黔西南布依族苗族自治州属贵州省下辖自治州，位于贵州省西南部，素有“西南屏障”和“滇黔锁钥”之称。地处黔、滇、桂三省区的结合部，珠江上游和南昆铁路中段，地势西高东低，北高南低。州内地势西高东低，西部海拔大都在18002000米以上，中部为16001200米，向东逐渐减低为1200600米。相对高度一般由中部的200300米，向北、东部增至700米以上。因此，地势总的是中部较平缓，起伏较小，向周围变大，即由丘原逐渐转变为山原及中山地形。地貌类型以岩溶化丘原、山原和中山为主。岩溶高中山分布在西北部边缘。从中部向南北盘江地貌类型呈环带状分布，即由中部的海拔为1200-1600米的丘原向西、北变为中山和山原，向东南变为低中山。2.3晴隆县地形地貌晴隆县位于贵州省西南部、黔西南布依族苗族自治州东北角，地处云贵高原中段。县境东与关岭县隔江相望，北与水城、六枝特区划江为界，南连兴仁县，西接普安县，距省城贵阳市237多公里，距州府兴义市166公里。县境南北长69公里，东西宽33公里，全县总面积1327.3平方公里。（见图2-3）。晴隆县属高源峡谷区，最高点为县境西南隅与普安县交界处大厂镇的五月朝天以北约1公里处，海拔2025米，最低点麻沙河与北盘江汇合处，海拔543米，海拔高差达1482米。因受北盘江及其支流的强烈切割，切深长达500700米，属深切割岩溶侵蚀山区。因此，全县地形起伏大，具有“山高坡陡谷深”的特点，地貌类型有低山、低中山、中山和高中山。石山地区岩溶发育强烈，伏流、地下河床、溶洞、落水洞、竖林、岩溶干沟等极为普遍。图2-3晴隆县地形图2.4贵州省气候特点贵州山川纵横，地势起伏较大，山地气候的垂直分带明显，气候类型多种多样，气候资源丰富，“一山有四季，十里不同天”是其立体气候特征的真实写照。省内东、西部之间的海拔高差在2500m以上，随着从东到西地势不断增高，气温高低明显不同。省之中部的贵阳市与南部的罗甸县相距约100 km，海拔相差630 m，年均温相差4.3。贵阳四季分明，而罗甸则长夏无冬，秋春相连，终年温暖。在一些相对高度很大的独立成峰地带，气候的垂直差异更是显著。如苗岭主峰雷公山海拔2178 m，与西坡山脚下的雷山县城直线距离仅13 km，海拔却相差1338 m，县城年平均气温15.4，在10001500m的山腰降低到12.014.0，至山顶就只有9.0，温差之大可见一斑。故贵州的气候带分布不是呈纬向分布，而是中部一线为北亚热带，北部海拔较低地区及南部地区为中亚热带（见图2-4）。图2-4 贵州省气候带分布图 贵州属低纬度高海拔高原，纬度较低，太阳高度角较大，故虽在冬季也温暖如春，气候特点如下：1、冬无严寒，夏无酷暑，四季分明 地面冷空气自北向南入侵贵州时，北面有秦巴山系阻挡而经两湖盆地自东北方向抵达贵州时，势力已大大减弱。冬季最冷的1月平均气温大部分地区在3-8°C，未出现过连续五天的候平均气温低于-5.0的严寒天气，较同纬度的湘、赣两省为高。夏季最热的7月平均气温，除边缘低热河谷地区达28.0外，大部分在22.026.0之间，盛夏当我国东部酷热难当之时，贵州高原却是凉爽宜人，微风习习。按照国内常用的四季划分标准（以候均气温低于10为冬季，高于22为夏季，居其间为春、秋季）。贵州除南部罗甸、望谟冬季较短，不到一个月，西部的威宁、水城一带基本上没有夏季外，全省大部分地区四季分明。2、雨水充沛，光、热、水基本同期 贵州由于受季风影响，冷暖气流交汇频繁，年降水量在1100-1300毫米之间，但降水季节分配不均，80%的雨水都集中在5-10月份。4月上旬到5月上旬，雨季自东向西陆续开始，6、7月降雨量达到全年最高峰，此时正值全年高温、多光照时期。3、气候的地域性和垂直性差异均显著 由于受地形条件的影响，贵州各地气候条件差异很大，“立体气候”明显。“一山有四季，十里不同天”，就是贵州气候的地域和垂直性差异均显著的鲜明写照。省城贵阳与南部罗甸，相距约100余公里，海拔相差630米，年均温相差4.7，冬季1月的平均气温，贵阳4.8，而罗甸高达10.4，以至贵阳气候温和，四季分明，而罗甸则春秋相连，长夏无冬，终年温暖。在相对高度很大的山区，气候的垂直差异更是显著。苗岭主峰雷公山海拔2178米，与西坡山脚下的雷山县城直线距离仅13公里，海拔却相差1338米，县城年平均气温15.4，在10001500米的山腰，降低到12.014.0，至山顶就只有9.0了。2.5贵州省太阳能资源情况贵州年日照时数在988.91740.7h之间，平均为1220h，年平均太阳总辐射在3149.164594.80 MJ/m2之间，全省平均年总辐射为每平方米3615.72 MJ（相当于约124千克标准煤燃烧的热量），其中省之西部和西南部最高，年平均太阳辐射每平方米4000MJ以上，北部最低，年平均太阳辐射在3300 MJ/m2以下，其它地区在33004000MJ/m2之间，见图2-5。晴隆县位于贵州太阳能资源相对丰富区域。图2-5贵州省太阳能资源分布图3 参证站选择为准确评估晴隆县紫马乡栗树村的太阳能资源以及相关气象灾害情况，由于评估区域没有辐射观测数据和地面气象观测数据，因此，需选取参证站进行辐射资源评估和高影响天气评估。在贵州现有太阳辐射观测站包括地面气象观测站中，仅兴仁气象站与评估区域的地理位置最接近，拟选取兴仁站作为参证站。表3-1参证站及评估区域地理位置参数表区站号台站名纬度(°)经度(°)海拔(m)57902兴仁县25.43105.181379紫马乡栗树村中心点25.62105.321152图3-1兴仁县气象站、晴隆县气象站及紫马乡栗树村位置图4 参证站太阳能资源观测数据质量检测本项目共收集到兴仁参证站2011年2014年的太阳辐射分时观测资料，观测要素有总辐射、散射辐射、直接辐射、净辐射、反射辐射等。为保证观测数据的有效性和可靠性，从以下几个方面进行了数据的检验。4.1典型日变化典型日逐时太阳曝辐量分布曲线如图4-1图4-3所示，表明，各种天气条件下总辐射和散射辐射的量值关系都是非常符合该天气条件的。图4-1典型天气辐射分析_暴雨 2012年1月2日图4-2典型天气辐射分析_晴天 2012年3月21日图4-3典型天气辐射分析_阴天 2012年3月23日4.2数据质量控制本项目对2012年1月1日到2012年12月31日的数据进行验证，采用Long-Dutton-shi控制方法进行数据验证，即主要进行三层数据质量评估，第一层是物理结构控制；第二层是对通过第一层控制的数据再进行极端结构控制；第三层是对通过第二层控制的数据进行相关要素之间的比对控制。4.2.1物理结构控制称为物理结构控制是因为真实的辐射数据值是不可能超过这个指标的。表1是物理可能控制的上下限设置。表4-1物理可能结构控制表下限辐照度上限-4总辐射Sa×1.5×1.2+100-4散射辐射Sa×0.95×1.2+50上表中Sa是经过日地距离订正后的太阳常数，我们取值为1367W/m2。=cos（Z），Z是太阳天顶角。根据天文学原理，将计算出的太阳天顶角带入物理可能上限计算公式，并绘制2012年1月1日2012年12月31日共计365天的变化图。图4-4实测总辐射与物理可能总辐射上限值折线图图4-5实测散射辐射与物理可能散射辐射上限值折线图通过以上两图，可以看出总辐射和散射辐射都在物理可能范围内，初步认定数值是有效的。4.2.2极端罕见结构控制这是次一级指标体系，通常是根据多年历史记录中的极值而选取的。表4-2极端罕见辐射结构控制表下限辐照度上限-2总辐射Sa×1.2×1.2+50-2散射辐射Sa×0.75×1.2+30图4-6实测总辐射与极端罕见总辐射极限值折线图 图4-7实测散射辐射与极端罕见散射辐射极限值折线图由上图可以看出实测的总辐射和散射辐射值均在“极端罕见”界限范围内，初步认为数值是有效的。4.2.3 相关要素之间的数据比较表4-3辐射要素的横向数据比较界限要素结果条件散射辐射/总辐射1.05Z75°，总辐射50W/m2，否则不进行1.1075°Z93°，总辐射50W/m2，否则不进行其中Z是太阳天顶角，根据天文学公式对太阳天顶角进行计算，并绘制变化图（图4-8）。图4-8太阳天顶角变化图由一年365天太阳天顶角的变化图可见，都满足Z<75°的条件。图4-9横向数据比较与界限值对比图由上图可见对于总辐射50W/m2的所有实测数据中，散射辐射与总辐射的比值全年基本都在“横向数据比较”界限范围内，可以认为数值是有效的。通过Long-Dutton-shi方法的三个步骤对实测数据进行分析，认为数据是可靠、有效的。5 日照时数分析5.1参证站日照时数变化特征兴仁站多年平均日照时数为1512.6小时，19612013年53年来趋势较平稳，气候倾向率为-43.2小时/10年（图5-1）；近53年来日照时数最大值出现在1978年，为1889.6小时，最小值出现在2012年，为1143.9小时，80%以上年份年日照时数超过1384.8小时，90%的年份年日照时数超过1313.2小时。图5-1 兴仁站历年日照时数变化图兴仁站春季和夏季日照时数最多，分别为432.6和422.8小时，其次为秋季314.0小时，冬季最少，为260.6小时；其中39月最多，在124小时以上， 4、5、7、8月达155168小时，1月最少，仅80.7小时左右（图5-2）。图5-2 兴仁站多年平均各月日照时数图5.2栗树村日照时数分析5.2.1插值方法观测获得的数据一般都是研究要素在某点的具体数值，为了获得评估区域的具体数值，需要在已有观测点的区域范围之内估计未观测区域的特征值，即内插。内插的方法有若干种，各自有自己特点和不足，常用的有反距离权插值、样条插值和克力格插值。根据具体问题的特征，选择适当的插值方法进行插值，才可能对未知点的属性得到较为准确的预测和反映。此次评估拟定采用反距离加权插值，这种方法既能保证插值点上的结果保持不变，而且平滑效果也比较好。反距离加权插值( Inverse Distance Weighting，简称IDW )作为一种几何方法，是最常用的空间内插方法之一。在反距离加权方法中，需要考虑两个影响因素，即距离的幂和邻域搜索范围。前者的距离值是一个重要的因素，通过设置距离的幂值，可以明显地改变内插的效果 。它规定在内插过程中，距离变化影响已知点对未知点的权重按何种指数规律增、减的方式；而后者是根据已知样本点的分布结构、数据特性 、创建表面的精度要求等，我们可以设置搜索邻域的形状和大小，以及搜索区内已知样本点的数量，来控制其使用样点的数量和方式。它认为与未采样点距离最近的若干个点对未采样点值的贡献最大，其贡献与距离成反比。反距离加权插值法，是基于地理学第一定律相似近似原理，即两个物体离得越近，它们的值越相似，反之，离得越远则相似性越小。它以插值点与样本点间的距离为权重进行加权平均，离插值点越近的样本赋予的权重越大，其计算公式如下： 公式5-1式中：为处的预测值，N为预测计算过程中要使用的预测点周围样点的数量；无预测计算过程中使用的各样点的权重，该值随着样点与预测点之间的距离的增加而减少； 是处获得的测量值。确定权重的计算公式为： 公式5-2式中：p为指数值；为预测点与各样点之间的距离。样点在预测点值的计算过程中所占权重的大小受参数p的影响，即随着采样点与预测值之间距离的增加，采样点对预测点影响的权重按指数规律减少，在预测过程中，各样点值对预测点值作用的权重大小是成比例的，这些权重的总和为1。这里p值的最佳值是通过求均方根误差的最小值求得的。5.2.2插值结果利用反距离加权插值方法（见公式5-1、5-2），将附近气象站的日照时数插值到晴隆县栗树村，得到该区域的日照时数大部在13611490小时，评估区平均日照时数为1502小时。5.3日照有效性分析国内外一般利用各月日照时数大于6小时的天数为指标，反映太阳能资源的利用价值；据调研，日照时数大于3小时的天数能够在一定程度上反映分布式太阳能资源的利用价值。兴仁站日照时数大于3小时、6小时的天数多年平均分别为190.1、132.6天，80%以上年份分别在176.5和118.5天以上（图5-3）；年总无日照天数多年平均为118.2天，80%以上年份在104.5天以上，最多年份达164天（2012年）；小于3小时日照天数多年平均为174.2天，80%以上年份在162天以上，最多年份达214天（2012年）（图5-4）。图5-3 兴仁站历年界限日照天数变化图图5-4 兴仁站历年无日照和日照小于3小时天数变化图兴仁站日照持续较少的时段主要出现在冬季。最长连续无日照天数多年平均为12.8天，最多年份达33天（2011年），最少年份为5天（1987、2001年）（图5-5）；最长连续日照小于3小时日数多年平均为16.2天，最多年份达33天（2011年），最少年份为9天（1979年）（图5-6）。图5-5 兴仁站历年最长连续无日照日数变化图图5-6 兴仁历年最长连续日照小于3小时日数变化图6太阳能资源气候学方法分析6.1辐射资源观测资料分析兴仁站太阳辐射观测自2011年1月1日起开始，各月总辐射观测值见表6-1。表6-1月总辐射观测值表(MJ/m2)月份2011年2012年2013年2014年123.65134.14165.63219.332250.66195.95322.34185.723266.23387.38363.6253.334369.93536.01279.6296.15556.23403.06331.11332.946436.05325.41411.517527.31425.32502.148577.87590.64406.88 9369.03289.56435.4810265.61343.1111338.55311.9112147.53214.06合计4128.654156.55从2011年1月至2014年5月（其中2013年10月-12月缺测）观测结果来看，除2011年1月受持续凝冻天气影响，总辐射仅为23.65MJ/m2外，其余各月份总辐射均在100 MJ/m2以上，最大值出现在7月或者8月，超过500 MJ/m2，不同年份存在一定差异（图6-1）。季节变化情况为：夏季最大（2011年为1541.23MJ/m2,2012年为1341.37MJ/m2,2013年为1320.53MJ/m2），其次为春季（2011年为1192.39 MJ/m2，2012年为1326.45 MJ/m2，2013年为974.31MJ/m2）和秋季（2011年为973.19 MJ/m2,2012年为944.58MJ/m2），冬季最小（2012年为477.62MJ/m2）；年总辐射2011年为4128.65 MJ/m2，2012年为4156.55 MJ/m2。图6-1兴仁站总辐射观测值月变化图从日照时数和辐射的观测数据来看，站点各月日照时数和总辐射具有良好的线性关系，变化趋势基本一致（图6-2）。图6-2 兴仁站2011年1月-2014年4月各月日照时数与总辐射变化图6.2辐射推算模型参数太阳总辐射的气候学计算公式为：，式中为水平面天文辐射，为日照百分率， 值为经验系数。在推算太阳辐射值时，多是以季（月）的实测太阳辐射数据与日照百分率等常规观测气象要素来拟合得到系数，从而计算得到辐射值。基于气候学公式可知，通过计算兴仁站逐月可照时数、天文辐射，结合2011年1月至2014年4月的兴仁站辐射观测与日照时数观测数据，分别计算出辐射百分率（）和日照百分率（）。各月辐射百分率和日照百分率具有较好的线性关系（图6-3），Q/Q0 =0.4987×S + 0.1808(R = 0.7)，由此得到系数分别为：=0.1808，=0.4987，相关性较好，且通过检验。图6-3辐射率和日照率关系图6.3参证站太阳能资源分析由前述分析，采用兴仁站的太阳辐射参数（）结合兴仁站历年月平均日照时数估算兴仁站太阳辐射资源。兴仁站各月30年（1981-2010年）平均总辐射及80%保证率值见表6-2和图6-4。表6-2各月平均总辐射值及年总辐射月份总辐射（气候平均）（MJ/m2）总辐射（80%保证率）1200.6168.82245.3180.83353.4277.04425.2358.85445.6387.66380.0339.27442.8382.18458.7408.69364.7320.210262.7221.911248.7213.412216.0179.1全年4043.73782.0图6-4各月总辐射变化图兴仁观测站各月总辐射量均在200MJ/m2以上， 4-5、7-8月超过400MJ/m2；春夏秋冬四个季节分别为：1224.1MJ/m2，1281.5MJ/m2，876.1MJ/m2和662.0MJ/m2，夏季最高，春季略低于夏季，冬季最低。按照兴仁站太阳辐射估算参数以及兴仁站累年的日照时数估算得到兴仁站的年总辐射量为4043.7MJ/m2，按照太阳能资源评估方法（QX/T 89-2008）中的太阳能资源丰富程度等级标准（见表6-3），兴仁站的太阳能资源属丰富等级。表6-3太阳能资源丰富程度等级（QX/T 89-2008）太阳总辐射年总量MJ/(·a)资源丰富程度>6300资源最丰富50406300资源很丰富37805040资源丰富<3780资源一般兴仁站历年总辐射量均在3500 MJ/m2以上（图6-5），80%年份在3782.0 MJ/m2以上，部分年份超过4500 MJ/m2，最高值可达4732.0 MJ/m2。图6-5兴仁站历年年总辐射变化图6.4栗树村太阳能资源分析利用反距离加权插值方法（见公式5-1、5-2），将附近气象站的太阳总辐射进行插值计算，得到光伏电站所在区域大部地区的太阳总辐射在40014450 MJ/m2，光伏电站所在区域中心点的太阳辐射为4186.6 MJ/m2（见图6-6），东北部在4000 MJ/m2以下，按照太阳能资源评估方法（QX/T 89-2008）中的太阳能资源丰富程度等级标准（见表6-3），光伏电站的中心区域的太阳能资源属丰富等级。图6-6总辐射插值图7太阳能资源遥感反演分析7.1反演原理入射到大气层顶的太阳辐射在穿越大气到达地面的传输过程中，同大气和地球表面发生了一系列相互作用的物理过程，主要包括：臭氧吸收；分子瑞利多次散射；云滴的多次散射和吸收；水汽吸收；气溶胶的多次散射和吸收；地面与大气的多次反射。利用大气辐射传输模式，可以模拟这些过程，进而计算出到达地面的太阳总辐射。 在进行大气辐射传输的计算过程中，采用一个垂直方向非均一、分为5个层次的平面平行理想大气模型（图7-1），分5个太阳光谱区间(0.20.4m，0.40.5m，0.50.6m，0.60.7m，0.74.0m)，计算发生在当中的太阳辐射的散射、吸收和反射。从上述各个物理过程对地面入射太阳辐射的影响大小来看，云的影响比其他因子要大一个量级，地面入射太阳辐射主要由云决定，在计算过程中需要对它加以重点考虑。 图7-1 反演模式示意图地面入射太阳辐射产品是以FY-2静止气象卫星资料为主，以国际卫星云气候计划（ISCCP）资料为辅，输入大气辐射传输计算模式，来计算到达地面的入射太阳辐射总量。臭氧吸收对于臭氧的可见光(0.50.6m)和紫外(0.20.4m)两个吸收带，Lacis和Hansen (1974)提出的太阳辐射吸收百分率的经验解析表达式分别为: （6.4-1） （6.4-2）臭氧含量x的单位为cm(NTP)。瑞利散射对于太阳光谱前面四个短波光谱区段(0.20.4m，0.40.5m，0.50.6m，0.60.7m)考虑空气分子的瑞利散射。对于瑞利散射，单次散射反照率=1，非对称因子g=0，在任意波长，从任意高度到大气层顶的瑞利标准光学厚度采用Margraff和Coriggs(1969)的近似方法: （6.4-3）式中，为波长（m），h为高度(km)，(，h)为从高度h到大气层顶的瑞利标准光学厚度。对于任一个光谱区间的瑞利光学厚度，则由该区间两个节点处的光学厚度平均而得。水汽吸收假设对于波长<0.7m光谱区间没有水汽吸收，对波长>0.7m的光谱区间，根据水汽吸收系数的离散概率分布划分为8个间距（Lacis和Hansen，1974），若某一大气层含有y(cm)的可降水量，水汽的吸收率A(y)可以近似地表达为： （3-4）式中，为离散吸收系数，为离散吸收系数的概率分布，为有效水汽光程，它由该大气层的可降水量y得到： （3-5）式中，P和T分别为地面气压和温度，和为标准状况下的气压和温度，分别等于1013 hPa和273 K。气溶胶Fenn等(1981年)发现，对流层底部的气溶胶和相对湿度存在相关，由于大气层的气溶胶和水汽集中于对流层底部，Darnell和Staylor(1988)采用回归分析的方法得到了气溶胶光学厚度和可降水量的经验表达式： （3-6）现在我们很难得到有关气溶胶时空分布的更多信息，只能采用这样一种非常粗略的方法考虑气溶胶对太阳辐射传输的影响，在一般情况下，由这个公式引起的误差是可以接收的。云前面指出，云对太阳辐射传输的影响比其他因子要大一个量级，为决定到达地面太阳辐射的主要因子，因此采用一个尽可能精细的云参数化方案是非常必要的。但是，静止气象卫星的少数几个通道资料很难准确识别云的微观结构，因此和前人的工作不一样，只能把云层都当作水云考虑。对于云的其他参数化因子，借鉴Pinker和Laszlo（1992年）的方案，他们在总结前人工作的基础上，从模式结果出发，设计了一个精细的云参数化方案。该方案中，云滴的单次散射反照率（）、非对称因子(g)随云的光学厚度、太阳天顶角及波长的变化而变化，只是对太阳光谱短波区（<0.7m），云滴才近似为非吸收性的（=1.0）。7.2反演流程（1） 计算晴空大气层顶双向反照率由卫星的实际观测时间，计算太阳天顶角、卫星天顶角和太阳卫星相对方位角；从ISCCP C2气候数据集中读取可降水量、臭氧含量、地面可见光反照率、地面气压、气温；从地形资料中读取海拔高度；臭氧、水汽、分子散射、气溶胶的参数化；将上述资料输入大气辐射传输模式DISORT，计算晴空大气层顶双向反照率。（2）晴空/有云像元判识由卫星实际观测云图资料计算出大气层顶的实际双向反照率；把实际双向反照率与晴空大气层顶双向反照率计算结果进行比较，若前者大于后者，为有云像素否则为晴空无云像素。（3） 计算云的光学厚度把晴空大气层顶双向反照率中的资料和大气层顶的实际双向反照率输人大气辐射传输模式DISORT；采用快速逼近法，计算出云的光学厚度。（4） 计算地面入射太阳总辐射日曝辐量对于晴空像元，把晴空大气层顶双向反照率中的资料输入大气辐射传输模式DISORT，计算出地面入射太阳总辐射辐照度；对于有云像元，把晴空大气层顶双向反照率中的资料和云的光学厚度计算结果输入大气辐射传输模式DISORT，计算出地面入射太阳总辐射辐照度；对于某地从日出到日落所有卫星观测时问计算出的地面