Пространственно-временная характеристика продолжительности солнечного сияния на территории Забайкальского края

УДК 551.55

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ СОЛНЕЧНОГО СИЯНИЯ НА ТЕРРИТОРИИ ЗАБАЙКАЛЬСКОГО КРАЯ

SPATIOTEMPORAL CHARACTERISTICS OF SUNSHINE DURATION IN THE TRANSBAIKAL TERRITORY

Д.Н. Носков,

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г. Чита denisnoskov84@ya.ru

D. Noskov,

Laboratory of Regional Climatology, INREC SB RAS, Chita

В последнее время производство энергии на основе возобновляемых источников энергии становится все более существенным. В Забайкальском крае необходимость ускоренного развития возобновляемый источников энергии обусловлена потребностями как в обеспечении электрической энергией населенных пунктов, находящихся вне систем централизованного энергоснабжения, так и в снабжении районов, не имеющих резервного энергообеспечения. Поэтому важно оценить возможность включения в общий энергетический баланс Забайкальского края гелиоэнергетических ресурсов, так как они имеют значительную вероятностную составляющую прихода энергии.

Определяющими при выборе мест установки солнечных энергетических установок являются данные по продолжительности солнечного сияния. Поэтому необходимо изучить пространственно-временное распределение продолжительности солнечного сияния в Забайкальском крае, что является целью данной работы.

Для анализа временного распределения месячных и годовыгх сумм продолжительности солнечного сияния по территории Забайкальского края использованы данные за период с 1981 по 2013 гг. по четырнадцати метеорологическим станциям Забайкальского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, ведущим наблюдения с использованием гелиографа. Для пространственного анализа взят период с 1990 по 2013 гг.

Сделаны вышоды1 о том, что в целом территория Забайкальского края является одним из самыгх солнеч-ныгх регионов с продолжительностью солнечного сияния 2000...3000 ч/год. Отчетливо вы1ражен годовой ход ее среднемесячный значений с минимумом в декабре и максимумом в июне. В период с мая по июнь, когда Солнце восходит около 4 ч и заходит около 21 ч, длина светового дня наибольшая. В холодный период продолжительность солнечного сияния наблюдается в основном с 7 до 18 ч.

В среднем по территории Забайкальского края продолжительность солнечного сияния увеличилась, причем практически во все месяцы. Исключением являются май, октябрь и ноябрь, где произошло снижение числа часов солнечного сияния. Не прослеживается однонаправленной тенденции в ряду продолжительности солнечного сияния в феврале

Ключевые слова: Забайкальский край, продолжительность солнечного сияния, гелиограф, световой день

In recent years, the production of energy from renewable energy sources is becoming increasingly important. In the Transbaikal region the need to accelerate the development of renewable energy is stipulated as a demand-driven to provide electrical energy settlements outside of centralized power, and to provide areas that do not have a backup power supply. Therefore, it is important to evaluate the possibility of inclusion of solar energy resources in the overall energy balance of the Transbaikal Territory, because these resources have a significant component of the probability of energy arrival.

The determining factors, when deciding where to install solar power systems, are data on sunshine duration. It is therefore necessary to examine the spatial and temporal distribution of sunshine duration in the Transbaikal region, which is the goal of this work.

E.B. Носкова,

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г. Чита elena-noskova-2011@mail.ru

E. Noskova,

Laboratory of Regional Climatology, INREC SB RAS, Chita

To analyze the temporal distribution of monthly and annual sums of sunshine duration on the territory of Transbaikal Region the data for the period from 1981 to 2013 of 14 meteorological stations of Transbaikal department for Hydrometeorology and Environmental Monitoring are used which lead surveillance with the help of heliograph. For the spatial analysis the period between 1990 and 2013 was taken.

The conclusions that the whole territory of Transbaikal Territory is one of the sunniest regions of sunshine duration 2000...3000 hours per year are made. The annual course of its monthly values in December and a minimum peak in June is clearly expressed. In the period between May and June, when the sun rises around 4 hours and comes to about 21 hours, the length of daylight is a maximum one. In the cold period, the duration of sunshine is observed mainly from 7 to 18 hours.

On average for the territory of Transbaikal Territory, the sunshine duration has increased, for almost all months. The exceptions are May, October and November, when there was a decrease in the number of hours of sunshine. The one-way tendencies in a series of sunshine duration in February are not traced

Key words: Transbaikal territory, duration of sunshine, heliograph, daylight

Исследования выполнены при финансовой поддержке РФФИ и Правительства Забайкальского края, грант 14-05-98005-р_сибирь_а

В настоящее время производство энергии

на основе возобновляемых источников энергии становится все более существенным. В Забайкальском крае необходимость ускоренного развития возобновляемых источников энергии обусловлена потребностями как в обеспечении электрической энергией населенных пунктов, находящихся вне систем централизованного энергоснабжения, так и в обеспечении районов, не имеющих резервного энергообеспечения. Поэтому важно оценить возможность включения в общий энергетический баланс Забайкальского края гелиоэнергетических ресурсов, так как эти ресурсы имеют значительную вероятностную составляющую прихода энергии.

Определяющими при выборе мест установки солнечных энергетических установок являются данные по продолжительности солнечного сияния. Поэтому необходимо изучить пространственно-временное распределение продолжительности солнечного сияния в Забайкальском крае, что является целью данной работы.

Продолжительностью солнечного сияния называется время, в течение которого прямые солнечные лучи освещают земную поверхность. Количественно данная характеристика выражается в часах либо в процентах от наибольшей возможной продолжительности светового дня в данной местности.

Она зависит от географической широты пункта наблюдения и увеличивается с севера на юг с возрастанием длительности светового дня. Широтное распределение существенно нарушается влиянием облачности, обусловленной особенностями атмосферной циркуляции, и рельефом местности.

Продолжительность солнечного сияния представляет собой важную климатическую характеристику, данные которой применяют не только при оценке гелиоэнер-гетического потенциала, но и учитывают в сельском хозяйстве для выбора наиболее подходящего места размещения сельскохозяйственных культур, в строительстве — с целью определения естественного освещения помещений.

Для анализа многолетних изменений месячных и годовых сумм продолжительности солнечного сияния по территории Забайкальского края использованы данные за период с 1981 по 2013 гг. по четырнадцати метеорологическим станциям Забайкальского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, ведущим наблюдения с использованием гелиографа. Для пространственного анализа взят период с 1990 по 2013 гг.

С целью определения параметров линейных трендов многолетних изменений применялся метод наименьших квадратов. Для анализа достоверности трендов

использовалась t — статистика Стьюдента при 5 % уровне значимости. Построение карт пространственного распределения числа часов солнечного сияния в среднем за год и величины линейного тренда продолжительности солнечного сияния по территории Забайкальского края производилось в программе АгсОК.

Результаты исследования и обсуждение. Территория Забайкальского края относится к регионам, для которых характерно наибольшее число часов солнечного сияния на территории России [2]. Здесь продолжительность солнечного сияния достигает 2000...3000 ч в сумме за год. Соответственно, этот регион является перспективным с точки зрения гелиоэнергетики [3 ].

Значительная протяженность Забайкальского края и неоднородность рельефа обусловливают разнообразие в распределении по территории числа часов солнечного сияния.

Наименьшее число часов солнечного сияния за год наблюдается в северных районах (Чара, Средний Калар, Калакан) Забайкальского края, где их величина достигает 2150.2250 ч (рис. 1), что составляет около 50 % от возможной продолжительности. Несколько больших значений солнечное сияние достигает в западных (Красный Чикой, Черемхово) и северо-восточных (Могоча) районах (около 2350 ч) с относительной продолжительностью чуть более 50 %.

Рис. 1. Распределение средней продолжительности солнечного сияния

При продвижении с запада на юг (Кыра, Мангут) наблюдается резкое увеличение количества часов солнечного сияния до 2750...2850 и относительной продолжительности до 63.64 % от возможной.

Максимальная продолжительность солнечного сияния (около 2900 ч) отмеча-

ется на юго-востоке региона (Борзя); относительная продолжительность составляет до 65 % от возможной. В отдельные годы максимальная величина числа часов солнечного сияния здесь может достигать более 3150 ч(табл. 1).

Таблица 1

Экстремальная продолжительность солнечного сияния за год на метеостанциях Забайкальского края

Станция Продолжительность, ч

наибольшая наименьшая

Борзя 3163 2695

Калакан 2421 2021

Красный Чикой 2456 2175

Кыра 2997 2549

Мангут 3067 2659

Могоча 2506 2048

Нерчинский Завод 2814 2359

Средний Калар 2431 1979

Сретенск 2766 2324

Тунгокочен 2810 2286

Чара 2289 1948

Черемхово 2526 2255

Чита 2829 2380

Ямкун 2861 2508

Минимум продолжительности солнечного сияния на всей территории приходится на декабрь, максимум — на июнь (табл. 2). В среднем по территории Забайкальского края в зимние месяцы отмечается в среднем порядка 150 ч солнечного сияния. Наибольшая месячная продолжительность солнечного сияния наблюдается в весенне-летний период, когда ее величина достигает более 230 ч с максимумом в мае-июне (около

270 ч). Это объясняется увеличением продолжительности светового дня. В осенний сезон происходит уменьшение числа часов солнечного сияния с 200 ч в сентябре до 140 ч в ноябре. При этом относительная продолжительность солнечного сияния имеет противоположную направленность с максимумом в феврале-марте (около 67 % от возможной) и минимумом в июле-августе (50 % от возможной).

Таблица 2

Средняя месячная и годовая фактическая и относительная продолжительность солнечного сияния, осредненная по территории Забайкальского края

Продолжительность солнечного сияния Среднегодовая продолжительность солнечного сияния по месяцам Год

I II III IV V VI VII VIII IX X XI XII

Фактическая, ч 148 186 249 246 269 270 255 229 199 189 142 123 2506

Относительная,% 57 67 67 59 56 53 50 50 53 57 55 51 56

Подобное распределение связано с тем, что в летний период на территории Забайкальского края, как указано в справочнике по климату СССР «Облачность и атмосферные явления», увеличивается количество общей облачности и, соответственно, число пасмурных дней вследствие развития циклонической деятельности и увеличения запаса влаги в воздухе. Зимой на рассматриваемой территории наблюдается в основном облачность верхнего и среднего яруса [3]. В крупных населенных пунктах, как, например, в Чите, оказывает значительное влияние и наличие дыма в атмосфере [1].

Дополнительной характеристикой солнечного сияния является его продолжительность по часам суток. В период с мая по июнь, когда солнце восходит около 4 ч и заходит около 21 ч, длина светового дня наибольшая. В холодный период продол-

о; ^

х

(К ^

о

2 о

_а

I—

о о

X

По территории Забайкальского края за период с 1981 по 2013 гг. в среднем продолжительность солнечного сияния увеличилась на 105 ч, что составляет 4 % от средней годовой продолжительности, осредненной по территории. Тренд статистически досто-

жительность солнечного сияния наблюдается в основном с 7 до 18 ч. Средняя за год продолжительность солнечного сияния достигает максимальных значений (более 20 ч в сумме за месяц) в часовых интервалах с 10 до 15 ч (рис. 2). В интервалы истинного солнечного времени от 7 до 10 ч и от 15 до 17 продолжительность в среднем состав ля-ет около 15 ч. В остальное время световой день длится в среднем менее 10 ч.

Наблюдаемое изменение климата как в глобальном масштабе [8; 10], так и в региональном [6; 7] сказывается на различных климатических характеристиках. В первую очередь, такие изменения проявляются в повышении глобальной температуры воздуха и изменении режима осадков. Однако временной ход других метеорологических элементов и явлений также имеет ярко выраженные тенденции.

верен при уровне значимости а = 5 %. Подобная ситуация наблюдается практически на всей территории региона (рис. 3). Только на метеостанциях Кыра и Красный Чикой получены отрицательные значения величины линейного тренда числа часов солнечного си-

25,0

Интервалы истинного солнечного времени Рис. 2. Суточный ход продолжительности солнечного сияния в среднем по территории Забайкальского края

яния. В Красном Чнкое их снижение незначительно и составляет всего 11 ч (тренд недостоверен) . В Кыре уменьшение составило около 119 ч. Указанный тренд статистически достоверен. Наибольшее увеличение произошло в районе метеостанций Мангут, Тунгокочен (более 200 ч), Могоча, Средний Калар (около 180 ч). Выявленные тренды статистически достоверны. Статистически

значимые тренды отмечены на метеостанциях Сретенск, Чара и Черемхово, где число часов солнечного сияния возросло в среднем на 125.145 ч. Наименьшее увеличение продолжительности солнечного сияния произошло в юго-восточных и восточных районах края. Линейные тренды в рядах продолжительности солнечного сияния здесь статистически незначимы.

Рис. 3. Распределение величины линейного тренда продолжительности солнечного сияния по территории Забайкальского края

Знак и величина линейного тренда продолжительности солнечного сияния, осредненной по территории Забайкальского края, меняются в течение года. За рассматриваемый период ее сумма уменьшилась лишь весной (на 8 ч). В остальные сезоны ее значение, как и в целом за год, увеличилось: зимой — на 17 ч, летом — на

77 ч и осенью — на 20 ч. Статистически достоверен тренд при уровне значимости а = 5 % лишь летом.

Практически во все месяцы продолжительность солнечного сияния увеличивается. Только в мае, октябре и ноябре величина линейного тренда отрицательная. В октябре и ноябре число часов солнечного сия-

ния уменьшилось незначительно (табл. 3). В мае же продолжительность солнечного сияния снизилась на 36 ч, что составляет 13 % от среднего значения в этом месяце. Наибольшая величина положительного тренда отмечается летом и в сентябре. Здесь число часов солнечного сияния повысилось в среднем на 26 ч. В остальные месяцы повышение составило в среднем около 11 ч.

В январе, марте, августе-сентябре тренды в рядах продолжительности солнечного сияния статистически значимы при 5 %-ном уровне. В остальные месяцы достоверность трендов при данном уровне значимости не подтверждается. Не прослеживается однонаправленной тенденции в ряду продолжительности солнечного сияния в феврале.

Таблица 3

Тенденции изменений осредненных по территории Забайкальского края месячных сумм продолжительности солнечного сияния

Месяц Величина линейного тренда, ч Месяц Величина линейного тренда, ч

Январь 12* 8 Июль 17 7

Февраль 0 0 Август 35* 16

Март 17* 7 Сентябрь 29* 15

Апрель 10 4 Октябрь -3 -1

Май -36* -13 Ноябрь -7 -5

Июнь 24 9 Декабрь 5 4

Примечания

1. В числителе указана величина изменения продолжительности солнечного сияния (часы); в знаменателе — процент от среднего значения продолжительности солнечного сияния в текущем месяце;

2. * отмечены статистически достоверные значения трендов при 5 %-ном уровне значимости.

Выявленное увеличение продолжительности солнечного сияния на территории Забайкальского края вероятно обусловлено изменением климата, проявляющимся, в том числе, в изменении режима облачности [5; 9]. Анализ режима облачного покрова над территорией Забайкальского края будет задачей дальнейших исследований.

Выводы. В целом на территории Забайкальского края продолжительность солнечного сияния достигает 2000.3000 ч/год. Наименьшие ее значения наблюдаются в северных районах Забайкальского края, а наибольшие — на юго-востоке региона.

Отчетливо выражен годовой ход продолжительности солнечного сияния. На всей территории ее минимум приходится на декабрь, максимум — на июнь. При этом

годовой ход относительной продолжительности солнечного сияния имеет противоположный ход с максимумом в феврале-марте и минимумом в июле-августе.

В период с мая по июнь, когда солнце восходит около 4 ч и заходит около 21 ч, длина светового дня наибольшая. В холодный период продолжительность солнечного сияния наблюдается в основном с 7 до 18 ч.

В среднем по территории Забайкальского края продолжительность солнечного сияния увеличилась на 105 ч. Ее увеличение произошло практически во все месяцы. Исключением являются май, октябрь и ноябрь, где произошло снижение числа часов солнечного сияния, и февраль, где тренд отсутствует.

Список литературы_

1. Климат Читы / под ред. Ц.А. Швер, И.А. Зильберштейна. Л.: Гидрометеоиздат, 1982. 248 с.

2. Кобышева Н.В., Акентьева Е.М., Богданова Э.Г. [и др.]. Климат России. СПб.: Гидрометеоиздат, 2001. 656 с.

3. Кобышева Н.В., Акентьева Е.М., Ильина О.Б. [и др.]. Энциклопедия климатических ресурсов Российской Федерации. СПб.: Гидрометеоиздат, 2005. 319 с.

4. Мещерская А.В., Обязов В.А., Богданова Э.Г. [и др.]. Изменение климата Забайкалья во второй половине XX века по данным наблюдений и ожидаемые его изменения в первой четверти XXI века // Труды Главной геофизической обсерватории им. А.И. Воейкова. 2009. № 559. С. 32—57.

5. Мохов И.И., Чернокульский А.В., Акперов М.Г. [и др.]. Изменения характеристик циклонической активности и облачности в атмосфере внетропических широт северного полушария по модельным расчетам в сопоставлении с данными реанализа и спутниковыми данными / / Доклады Академии наук. 2009. Т. 424. № 3. С. 393-397.

6. Обязов В.А. Изменения климата в междуречье Аргуни и Онона в контексте глобального потепления // Вестник ЧитГУ. 2011. № 7 (74). С. 78-85.

7. Обязов В.А. Многолетние изменения приземной температуры в Забайкалье / / Материалы между-нар. науч. конф. «Региональный отклик окружающей среды на глобальные изменения в Северо-Восточной и Центральной Азии». Иркутск: Изд-во Института географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2012. Т. 1. С. 232-234.

8. Пачаури Р.К., Райзингер А. [и др.]. МГЭИК, 2007: Изменение климата // Обобщающий доклад. Вклад рабочих групп I, II и III в четвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Женева: МГЭИК, 2007. 104 с.

9. Переведенцев Ю.П., Шанталинский К.М. Глобальные и региональные изменения современного климата // Экологический ежегодник. 2010. № 4. С. 39-51.

10. Climate change 2013. The Physical Science Basis. Summary for Policymakers. Режим доступа: http:/ / www.climatechange2013.org/images/report/WG1AR5_SPM_FINAL (дата обращения 20.11.2015).

List of literature_

1. Klimat Chity [Climate of Chita]; Ed. Ts. A. Schwer, I.S. Silberstein. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1982. 248 p.

2. Kobysheva N.V., Akenteva E.M., Bogdanova E.G. [et al.]. Klimat Rossii [Climate of Russia]. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 2001. 656 p.

3. Kobysheva N.V., Akenteva E.M., Ilina O.B. [et al. ]. Entsiklopediya klimaticheskih resursov Rossiyskoy Federatsii [Encyclopedia of climatic resources of the Russian Federation]. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 2005. 319 p.

4. Meshcherskaya A.V., Obyazov V.A., Bogdanova E.G. [et al.]. Trudy Glavnoy geofizicheskoy observatorii im. A.I. Voeykova (Proceedings of the Main Geophysical Observatory. AI MGO), 2009, no. 559, pp. 32-57.

5. Mokhov I.I., Chernokulsky A.V. Akperov I.G. [et al.]. Doklady Akademii nauk (Reports of the Academy of Sciences), 2009, vol. 424, no. 3, pp. 393-397.

6. Obyazov V.A. Vestn. Chit. Gos. Univ. (Transbaikal State University Journal), 2011, no. 7 (74), pp. 78-85.

7. Obyazov V.A. Materialy mezhdunar. nauch. konf. «Regionalny otklik okruzhajushhey sredy na globalnye izmeneniya v Severo-Vostochnoy i Tsentralnoy Azii» (Materials of Intern. scientific. conf. «Regional responses to global environmental changes in the North-East and Central Asia»). Vol. 1. Irkutsk: Publishing House of the Institute of Geography. V.B. Sochava, 2012, pp. 232-234.

8. Pachauri R.K., Reisinger A. [et al.]. Obobshhayushhiy doklad. Vklad rabochih grupp I, II i III v chet-verty doklad ob otsenke Mezhpravitelstvennoy gruppy ekspertov po izmeneniyu klimata (Roundup report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change). Geneva: MGEIK, 2007. 104 p.

9. Perevedentsev Yu.P., Shantalinsky K.M. Ekologicheskiy ezhegodnik (Environmental Yearbook), 2010, no. 4, pp. 39-51.

10. Climate change 2013. The Physical Science Basis. Summary for Policymakers (Climate change 2013. The Physical Science Basis. Summary for Policymakers) Available at: http://www.climatechange 2013.org/im-ages/report/WG1AR5_SPM_FINAL (accessed 20.11.2015).

Коротко об авторах-

Носкова Елена Викторовна, мл. науч. сотрудник лаборатории региональной климатологии, Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г. Чита, Россия. Область научных интересов: изменение климата, альтернативные источники энергии, ветровой режим, ветроэнергетика elena-noskova-2011@mail.ru

Носков Денис Николаевич, инженер лаборатории региональной климатологии, Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г. Чита, Россия. Область научных интересов: изменение климата, альтернативные источники энергии, радиационный режим, гелиоэнергетика denisnoskov84@ya.ru

Briefly about the authors_

Elena Noskova, unior researcher, Laboratory of Regional Climatology, INREC SB RAS, Chita, Russia. Sphere of scientific interests: climate change, wind conditions, alternative energy sources wind

Denis Noskov, engineer, Laboratory of Regional Climatology, INREC SB RAS, Chita, Russia. Sphere of scientific interests: climate change, alternative energy sources, radiation treatment, solar power

Образец цитирования_

Носкова Е.В., Носков Д.Н. Пространственно-временная характеристика продолжительности солнечного сияния на территории Забайкальского края // Вестн. Заб. гос. ун-та. 2016. Т. 22. № 1.

С. 28-36.