Многолетние изменения солнечной радиации в Забайкальском крае

УДК 551.55

МНОГОЛЕТНИЕ ИЗМЕНЕНИЯ СОЛНЕЧНОЙ РАДИАЦИИ В ЗАБАЙКАЛЬСКОМ КРАЕ

LONG-TERM CHANGES OF SOLAR RADIATION IN THE TRANSBAIKAL REGION

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

E. Noskova, Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology SB RAS,

Отмечено, что наблюдаемое как глобальное, так и региональное изменение климата сказывается на различных климатических характеристиках. Многие результаты исследований свидетельствуют о том, что в поступающей на земную поверхность солнечной радиации, являющейся одним из основных климатообра-зующих факторов, отмечается положительный тренд, сохраняющийся в последние несколько лет.

Целью данного исследования является выявление многолетних изменений характеристик солнечной радиации на территории Забайкальского края в условиях меняющегося климата.

В статье использованы данные (за период с 1981 по 2013 гг.) актинометрических пунктов Забайкальского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды о среднемесячных среднесрочных значениях рассеянной радиации на горизонтальную поверхность и прямой радиации на перпендикулярную к солнечным лучам поверхность. В пределах Забайкальского края действует три таких пункта: Борзя, Мангут и Чита.

Автором сделаны выводы, что в последние три десятилетия отмечено увеличение годовых значений сумм прямой солнечной радиации по данным актинометрических пунктов Забайкальского края. Значения же суммарной радиации увеличились лишь на одном пункте (Чита) в связи с тем, что здесь отмечено увеличение значений рассеянной радиации, а в Борзе и Мангуте — их уменьшение. Уменьшение значений рассеянной радиации произошло во все месяцы, в то время как значения прямой радиации, напротив, увеличились, за исключением апреля и мая. Величина линейного тренда суммарной радиации положительна в январе-феврале, августе-сентябре и декабре. В остальное время значение суммарной радиации снизилось.

Многолетнее увеличение годовых значений прямой солнечной радиации вызвано, вероятнее всего, ростом продолжительности солнечного сияния, так как продолжительность солнечного сияния и прямая солнечная радиация находятся в зависимости, близкой к прямо пропорциональной

Ключевые слова: Забайкальский край; изменение климата; солнечная радиация; продолжительность солнечного сияния; рассеянная радиация; суммарная радиация; значение суммарной радиации; климатические характеристики; положительный тренд; величина линейного тренда

It is noted that the observed global and regional climate change influence on different climatic characteristics. Many results of the studies show that, in solar radiation, coming to the earth's surface, which is one of the major climatic factors, there is a positive trend continuing in the last few years.

The aim of this study is to identify long-term changes of solar radiation characteristics in the territory of Transbaikal region in conditions of climate changing.

We used the data for the period from 1981 to 2013 of the actinometrical points of the Transbaikal department for Hydrometeorology and Environmental Monitoring about the medium-term average monthly values of diffuse radiation on a horizontal surface, and direct radiation on the surface perpendicular to the sun's rays. Within the Transbaikal region there are three such points: Borzya, Mangut and Chita.

It is concluded that in the past three decades, there have been an increase in the annual value of the sum of direct solar radiation based on the solar radiation data from the points of the Transbaikal region. The values of total radiation have increased only due to the fact that there was an increase in scattered radiation values at one point (Chita), and in Borzya and Mangut — there was a reduction. The reduction of scattered radiation values

Chita

has occurred in all months, while the values of direct radiation have increased, with the exception of April and May. The value of total radiation of the linear trend is positive in January-February and August-September and December. During the rest time the total radiation value has decreased.

The long-term increase in annual direct solar radiation values is due, most likely, to the increasing duration of sunshine because the duration of sunshine and direct solar radiation are in dependence which is close to the directly proportional one

Key words: Transbaikal region; climate changing; solar radiation; duration of sunshine; scattered radiation; total radiation; value of total radiation; climatic characteristics; positive trend; value of linear trend

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

Солнечная радиация, поступающая на земную поверхность, является одним из основных климатообразующих факторов. В свою очередь, она в значительной степени зависит от циркуляции атмосферы (что проявляется через облачность и прозрачность атмосферы) и особенностей подстилающей поверхности (высоты над уровнем моря, закрытости горизонта, альбедо поверхности) [3]. Ее приход определяется такими астрономическими факторами, как продолжительность дня и высота солнца. Продолжительность дня на 15-е число месяца определяется по времени восхода и захода солнца.

Наблюдаемое изменение климата, как глобальное [7; 9], так и региональное [4; 5], сказывается на различных климатических характеристиках. В первую очередь такие изменения проявляются в повышении температуры воздуха. Однако временной ход других метеорологических элементов также имеет ярко выраженные тенденции. Многие результаты исследований свидетельствуют, что в поступающей на земную поверхность солнечной радиации отмечается положительный тренд, который сохраняется в последние несколько лет [8].

Целью данного исследования является выявление многолетних изменений характеристик солнечной радиации на территории Забайкальского края в условиях меняющегося климата.

В статье использованы данные (за период с 1981 по 2013 гг.) актинометриче-

ских пунктов Забайкальского управления по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды о среднемесячных среднесрочных значениях рассеянной радиации на горизонтальную поверхность и прямой радиации на перпендикулярную к солнечным лучам поверхность. В пределах Забайкальского края действует три таких пункта: Борзя, Мангут и Чита.

Количество солнечной радиации, приходящее на горизонтальную поверхность S ', зависит от высоты солнца над горизонтом h и может быть получено из соотношения, указанного в справочнике по климату СССР «Солнечная радиация, радиационный баланс и солнечное сияние», 1966 г.:

S' = S • sin h ,

где S — прямая солнечная радиация, поступающая на перпендикулярную к солнечным лучам поверхность.

Месячную сумму суммарной радиации YjMQ вычисляют методом трапеций по осредненным за месяц значениям элемента радиации для каждого срока наблюдений по следующей формуле [1]:

а

•îih

а + 04 + %1

а

180 + ^-Î2

0,06-лт,

где Q1 - Q5 — среднемесячные значения суммарной радиации, полученные для первого — пятого сроков, вычисленные до 0,001 кВт/м2;

t1 — время в минутах от момента восхода Солнца 15-го числа месяца до первого срока;

t2— время между пятым сроком и моментом захода Солнца 15 числа месяца, мин;

N — число дней в месяце;

180 — интервал времени между соседними сроками (3 ч), выраженный в минутах;

0,06 — коэффициент для перевода в МДж/м2.

Месячные суммы рассеянной радиации вычисляют аналогично месячной сумме сум марной радиации.

Месячную сумму прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность вычисляют как разность месячных сумм суммарной и рассеянной радиаций по формуле:

=

Выявление изменений характеристик солнечной радиации проводилось путем

расчета и анализа линейных трендов, вычисляемых методом наименьших квадратов. Оценка их статистической значимости выполнялась при помощи критерия Стью-дента при уровне значимости а = 5 %.

Результаты исследования и обсуждение. Приход возможной суммарной радиации при безоблачном (ясном) небе на горизонтальную поверхность на территории Забайкальского края составляет за год около 6000...6700 МДж/м2, прямой — около 4900...5600 МДж/м2, рассеянной — около 1100.1200 МДж/м2 (табл. 1), с максимальными значениями в южных (Мангут) и юго-восточных (Борзя) районах и минимальными в центральной (Чита) части исследуемого региона.

Таблица 1

Годовые суммы суммарной Q , прямой S' и рассеянной D радиаций на актинометрических пунктах Забайкальского края при безоблачном небе (БО) и при

реальных условиях облачности

The annual amount of total, direct and diffuse radiation at the actinometrical points of the Transbaikal region during cloudless sky

Станция Радиация, МДж/м2

Q S' D

Б0 Р0 Б0 Р0 Б0 Р0

Борзя 6435 4859 5245 2969 1190 1890

Мангут 6671 4723 5592 2848 1079 1875

Чита 6100 4507 4929 2545 1172 1963

При реальных условиях облачности годовой приход суммарной радиации на территорию Забайкальского края, по данным актинометрических пунктов, колеблется в пределах 4507.4859 МДж/м2 (более 70 % от возможной) при общем увеличении с севера на юг (табл. 1). При этом суммы прямой радиации составляют 2545.2969 МДж/м2 (около 50 % от возможной ), рассеянной — 1875.1963 МДж/м2, в среднем на 67 % превышая возможную в условиях ясного неба.

Наибольшее количество солнечной радиации (625.678 МДж/м2 суммарной радиации, 372.407 МДж/м2 прямой) поступает в июне (рис. 1). Максимум осред-ненных по территории значений рассеянной радиации приходится на май, достигая

в среднем 266 МДж/м2. В пункте Чита наибольшее ее значение отмечается в июле [2]. В декабре значение радиации оказывается наименьшим в году (88.126 МДж/м2 суммарной радиации, 36.70 МДж/м2 прямой радиации, 52.57 МДж/м2 рассеянной радиации) (табл. 3). Увеличение месячных сумм суммарной и прямой радиаций от февраля к марту обусловлено, прежде всего, быстрым ростом высоты солнца и продолжительности дня.

По территории Забайкальского края за период с 1981 по 2013 гг. отмечено уменьшение суммарной радиации в Борзе на 193 МДж/м2, в Мангуте - на 346 МДж/м2 (табл. 2). В Чите поступление суммарной радиации на горизонтальную поверхность увеличилось на 331 МДж/м2.

Рис. 1. Годовой ход радиации на территории Забайкальского края: 1 - суммарная радиация; 2 - прямая радиация; 3 - рассеянная радиация

Fig. 1. The annual course of radiation on the territory of Transbaikal region: 1 - total radiation; 2 - direct radiation; 3 - scattered radiation

Такие же тенденции прослеживаются в рядах рассеянной радиации. В Борзе и Мангуте тренды среднегодового значения составляют -382 и -426 МДж/м2 соответственно, а в Чите 40 МДж/м2. Прямая ра-

диация, в отличие от рассеянной, увеличилась повсеместно. В Чите она возросла на 116, в Мангуте — на 121, в Борзе — на 242 МДж/м2.

Таблица 2

Тенденции изменений (МДж/м2) годовых сумм суммарной Q, прямой S' и рассеянной D радиаций на актинометрических пунктах Забайкальского края

Trends change (MJ / m2) of the total annual amounts Q, direct S 'and D of scattered solar radiation at the actinometrical points of the Transbaikal region

Радиация Борзя Мангут Чита

Q -193 -4 -346 -7 331 7

S' 196 7 242* 9 121 5

D -382* -20 -426* -22 40 2

Примечания

1. В числителе указана величина изменения годовой суммы радиации (МДж/м2), в знаменателе — процент от среднего значения годовой суммы радиации;

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

Значение рассеянной радиации во все месяцы уменьшилось (рис. 2). Ее снижение произошло на 11...23 % от осредненно-го по территории среднего значения радиации в этом месяце (на 7,0.53,0 МДж/м2). Значения же прямой радиации, напротив, увеличились практически во все месяцы, за исключением апреля и мая, когда она сни-

зилась в среднем на 44 МДж/м2, что составляет около 13 % от осредненного по территории среднего значения радиации за эти месяцы. Повышение же в остальные месяцы произошло на 3.19 % от среднего значения радиации в этом месяце, осредненного по территории (на 2,0.52,0 МДж/м2).

Рис. 2. Изменение величины тренда радиации в течение года на актинометрических пунктах

Забайкальского края за 1981-2013 гг.: 1 - суммарная радиация; 2 - прямая радиация; 3 - рассеянная радиация

Fig. 2. The change in the trend of radiation throughout the year at the actinometrical points of the Transbaikal

region for 1981-2013 years: 1 - total radiation; 2 - direct radiation; 3 - scattered radiation

В тенденциях прихода суммарной радиации также наблюдаются различия. В течение года меняются как знак, так и величина линейного тренда. Это значение в среднем по территории положительно в январе-феврале, августе-сентябре и декабре и составляет лишь 1...4 % от среднего значения радиации в этом месяце, осреднен-ного по территории (2,0.7,0 МДж/м2). В остальное время значение суммарной радиации снизилось на 1.19 % от среднего значения радиации в этом месяце, осред-ненного по территории. Наибольший отри-

цательный тренд отмечен в мае и составляет 116 МДж/м2.

Достаточно тесная связь выявлена между рядами средних месячных сумм прямой радиации с продолжительностью солнечного сияния (табл. 3). Коэффициент корреляции между ними во все месяцы превышает 0,67. Поэтому многолетнее увеличение годовых значений прямой солнечной радиации в Забайкальском крае вызвано, скорее всего, ростом продолжительности солнечного сияния, связанным с изменением режима облачного покрова [6].

Таблица 3

Коэффициент корреляции между рядами средних месячных сумм прямой радиации и продолжительностью солнечного сияния

The correlation coefficient between the rows of average monthly amounts of direct radiation and sunshine duration

Месяц Станция Месяц Станция

Борзя Мангут Чита Борзя Мангут Чита

Январь 0,88 0,82 0,75 Июль 0,90 0,82 0,83

Февраль 0,82 0,76 0,70 Август 0,87 0,87 0,90

Март 0,74 0,67 0,68 Сентябрь 0,92 0,86 0,80

Апрель 0,83 0,80 0,75 Октябрь 0,75 0,74 0,84

Май 0,78 0,85 0,76 Ноябрь 0,80 0,87 0,83

Июнь 0,91 0,82 0,89 Декабрь 0,84 0,80 0,78

Выводы. В последние три десятилетия в Забайкальском крае отмечено увеличение годовых значений прямой солнечной радиации. Значения суммарной радиации увеличились лишь в Чите в связи с тем, что здесь отмечено увеличение значений рассеянной радиации, а в Борзе и Мангуте — их уменьшение.

Произошло уменьшение среднемесячных значений рассеянной радиации, в то время как значения прямой радиации,

Список литературы_

напротив, увеличились, за исключением апреля и мая. Величина линейного тренда суммарной радиации положительна в январе-феврале, августе-сентябре и декабре. В остальное время значение суммарной радиации снизилось.

Многолетнее увеличение годовых значений прямой солнечной радиации вызвано, вероятнее всего, ростом продолжительности солнечного сияния.

1. Актинометрические наблюдения. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. РД 52.04.562-96. Вып. 5. Ч. 1. Актинометрические наблюдения на станциях. М., 1997. 221 с.

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

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

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

5. Обязов В. А. Многолетние изменения приземной температуры в Забайкалье: материалы междунар. науч. конф. «Региональный отклик окружающей среды на глобальные изменения в Северо-Восточной и Центральной Азии» Т. 1 [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.izdatgeo.ru/pdf/gipr/2010-2/34.pdf (дата обращения: 01.07.2016).

6. Оценочный доклад об изменениях климата и их последствиях на территории Российской Федерации / / Изменение климата. М.: Планета, 2008. Т. 1. 228 с.

7. Пачаури Р. К., Райзингер А. [и др.]. 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.

8. Самукова Е. А. Тенденции современных изменений суммарной солнечной радиации в Европе // Труды Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова. 2012. № 565. С. 188-204.

9. Climate change 2013. The Physical Science Basis. Summary for Policymakers [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.climatechange 2013.org/images/report/WG1AR5_SPM_FINAL (дата обращения: 01.07.2016).

List of literature_

1. Aktinometricheskie nablyudeniya. Nastavlenie gidrometeorologicheskim stantsiyam i postam. RD 52.04.562-96 (Actinometric observation. Manual hydrometeorological stations and posts. RD 52.04.562-96). Vol. 5. Part I. Actinometric observation stations. Moscow, 1997. 221 p.

2. Klimat Chity [Climate of Chita]; ed. C. A. Schwer, I. A. SiLberstein. Leningrad: Gidrometeoizdat, 1982. 248 p.

3. Kobysheva N. V., Akenteva E. M., Bogdanova E. G. [et al.]. Klimat Rossii [Russian climate]. St.-Petersburg: Gidrometeoizdat, 2001. 656 p.

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

5. Obyazov V. A. Mnogoletnie izmeneniya prizemnoy temperatury v Zabaykalie (Long-term changes in surface temperature in the Transbaikal region): Materials of Intern. Scientific. Conf. «Regional environmental protection response to global changes in the North-East and Central Asia», vol. 1 Available at: http://www. izdatgeo.ru/pdf/gipr/2010-2/34.pdf (accessed 07.01.2016).

6. Otsenochny doklad ob izmeneniyah klimata i ih posledstviyah na territorii Rossiyskoy federatsii (Assessment Report on climate change and its impact on the territory of the Russian Federation): Climate Change. Moscow: GU «SIC Planet», 2008, vol. 1, 228 p.

7. Pachaury R. K., Reisinger A. [et al.]. Izmenenie klimata: obobshhayushhiy doklad. Vklad rabochih grupp I, II i III v chetverty doklad ob otsenke Mezhpravitelstvennoy gruppy ekspertov po izmeneniyu klimata

[Climate change: Progress Report. Contribution of Working Groups I, II and III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change]. Geneva: IPCC, 2007. 104 p.

8. Samukova E. A. Trudy Glavnoy geofizicheskoy observatorii im. A. I. Voeykova (Proceedings of the Main Geophysical Observatory named after A. I. Voeykov), 2012, no. 565, pp. 188—204.

9. 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/ images/report/WG1AR5_SPM_FINAL (accessed 01.07.2016).

Коротко об авторе _ Briefly about the author

Носкова Елена Викторовна, младший научный 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, гелиоэнергетика elena-noskova-2011@mail.ru

Elena Noskova, junior researcher, Laboratory of Regional Climatology, Institute of Natural Resources, Ecology and Cryology SB RAS, Chita, Russia. Sphere of scientific interests: climate change, alternative energy sources, wind, wind power, solar power

Образец цитирования _

Носкова Е.В. Многолетние изменения солнечной радиации в Забайкальском крае // Вестн. Забайкал. гос. ун-та. 2016. Т. 22. № 9. С. 15-21.