﻿ 基于气候突变年的太阳辐射模型统计时长选取方法
 哈尔滨工业大学学报  2021, Vol. 53 Issue (1): 193-200  DOI: 10.11918/201911110 0

### 引用本文

YU Ying, JIA Xiaoyu, CHEN Xiao. Selection method of statistical duration in solar radiation model based on climate abrupt change year[J]. Journal of Harbin Institute of Technology, 2021, 53(1): 193-200. DOI: 10.11918/201911110.

### 基金项目

“十三五”国家科技支撑课题(2018YFC0704504)

### 文章历史

Selection method of statistical duration in solar radiation model based on climate abrupt change year
YU Ying, JIA Xiaoyu, CHEN Xiao
School of Mechanical and Electrical Engineering, Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China
Keywords: solar radiation model    statistical duration    meteorological element    climate abrupt change year    error analysis

1 数据获取及质量控制

2 气候突变年的确定

2.1 气象要素突变检验 2.1.1 温度

 图 1 温度M-K突变检验 Fig. 1 Abrupt change in temperature using Mann-Kendall test
2.1.2 相对湿度

 图 2 相对湿度M-K突变检验 Fig. 2 Abrupt change in humidity using Mann-Kendall test
2.1.3 日照时数

 图 3 日照时数累积距平突变检验 Fig. 3 Abrupt change in sunshine hours using cumulative anomaly curve
2.2 气候突变年确定

 ${w_j} = \frac{{{C_v}_{_i}}}{{\sum\limits_{i = 1}^n {{C_v}_{_i}} }}i = 1, 2, \cdots , n.$ (1)

 图 4 90个台站气候突变年 Fig. 4 Climate abrupt change years of 90 stations
3 统计时长对模型估算误差的影响 3.1 模型选择和建立

 ${K_t} = a + b\left( {\frac{S}{{{S_0}}}} \right),$ (2)
 $\begin{array}{l} {K_d} = a + b{K_t} + cK_t^2 + d{K_t}^3 + {\rm{ }}\\ \;\;\;\;\;\;\;\;e\left( {\frac{S}{{{S_0}}}} \right) + f{\left( {\frac{S}{{{S_0}}}} \right)^2} + g{\left( {\frac{S}{{{S_0}}}} \right)^3}. \end{array}$ (3)

3.2 模型评价指标

 ${{\rm{RMSE}}\% = \frac{{\sqrt {\frac{1}{n}\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{I_{{\rm{ob}}}} - I} \right)}^2}} } }}{{\bar I}}, }$ (4)
 ${{R^2} = 1 - \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {{I_{{\rm{ob}}}} - I} \right)}^2}} }}{{\sum\limits_{i = 1}^n {{{\left( {I - \bar I} \right)}^2}} }}.}$ (5)

 ${{E_{{\rm{RMSE\% }}}} = {Ⅱ_{{\rm{RMSE\% }}}} - {Ⅰ_{{\rm{RMSE\% }}}}, }$ (6)

3.3 估算误差分析

 图 5 日总辐射模型R2和误差分布 Fig. 5 Distribution of R2 and error of daily global radiation model

 图 6 散射辐射模型R2和误差分布 Fig. 6 Distribution of R2 and error of diffuse radiation model

4 结论

1) 借助气候突变年的判别方法，对我国90个台站进行气候突变年检验，发现75%的台站气候突变年均集中在1990年~2005年之间，说明近30年间我国大多数地区气候都发生了变化.当台站之间地理距离相近，且经济发展水平、人口等因素相差不大时，气候突变年也相近.

2) 以突变年为时间节点，选取突变年后数据时段作为统计时长分别建立日总辐射模型和散射辐射模型，将模型估算误差与观测数据超过25年统计时长的模型估算误差比较，结果显示借助气候突变年选取建模统计时长的方法可以有效减少估算误差，提高模型拟合程度.该方法可为太阳辐射模型统计时长的选取提供依据.