大气成分对天气现象的影响

相比于天文因素的规律性，大气中的太阳辐射影响因素显得较为多元化，对太阳辐射的短期变化影响也更为复杂。在地学中，太阳辐射在大气介质中的传播规律，称为辐射传输方程。当光伏电站所在区域为晴朗天气时，太阳辐射在空气中的传播一般被认为满足平面平行大气辐射传输方程；当天空有分布不均匀的云时，则需要考虑球面大气问题，即应当采用三维空间的辐射传输方程。

在太阳辐射的短期变化分析中，可将大气成分与天气现象的影响，抽象为0～72h中存在显著变化因素的提取，由此可以简化O3、CH4等缓变成分的影响。

（1）气溶胶。当太阳辐射穿过大气层时，大气中的一些气溶胶成分就会有选择的吸收一定波长的辐射能，从而减弱了太阳辐射。与此同时，除了被吸收的辐射能，还有一部分能量被气溶胶分子散射。气溶胶浓度具有明显的日变化特征，当大气中的相对湿度、气压以及风速风向等要素发生变化时，气溶胶粗、细粒子的浓度特征均会发生不同幅度的变化。此外，土壤墒情、地表植被等情况也会对某一区域的扬沙、浮尘产生影响，甚至可能在一定的气压或风速条件下产生沙尘暴，大幅削弱大气中的短波辐射透过性。气溶胶的短期预测研究对于太阳辐射的变化规律分析、太阳辐射的短期预测具有重要意义，目前常用的方法包括神经网络方法和数值模拟方法等。其中，数值模拟方法中应用较为广泛的是WRF—CHEM模式，国内高校如南京大学、中山大学等已在此方面取得了丰富的科研成果。

（2）水汽。大气中的水汽和臭氧也是影响地面太阳辐射的重要因素。两者均可对光伏发电能够利用的可见光波段的太阳辐射造成衰减。

不同的是，臭氧属于大气中的微量成分，主要集中在高度为10～50km的大气层中，物质交换的速率显著低于对流层和近地层。即使在浓度最大处，臭氧在单位体积大气中的占比也仅为百万分之几。仅对太阳辐射短期变化所关注的特定区域而言，复杂的光化学反应过程并不会极大地改变其对日间太阳辐射的衰减幅度。

空气中的水汽含量正常为0.03%，相对湿度增大时水汽含量相应增加。大气中的水汽来源主要包括地表水体蒸发和暖湿气流的水汽输送，因此天气过程或大气环流调整均能够造成日间大气含水量的变化。

空气的干湿程度通常用绝对湿度、相对湿度、比湿、混合比以及露点等物理量来表示。其中，绝对湿度的含义是单位体积空气中所含水蒸气的质量，通常以1m3空气内所含有的水蒸气的克数来表示，单位为g／m3。但在我国《地面气象要素观测规范》和《常规高空气象观测业务规范》中并没有提出绝对湿度的观测，取而代之的是相对湿度。(www.xing528.com)

相对湿度是空气中实际所含水蒸气密度与同温度下饱和水蒸气密度的百分比，一般用RH表示。它所表达的含义是：空气的干湿程度和空气中所含有的水汽量接近饱和的程度有关。当温度比较低时，水汽容易达到饱和，湿空气能够达到该温度下的最大水蒸气含量。反之，暖气团中湿空气的水汽携带能力更强，更加有利于水汽的经向或纬向输送，因此也就存在显著改变局地大气含水量的可能性。

（3）云。云在地气系统的辐射能量收支过程中发挥着比较重要的作用，云能强烈的反射太阳短波辐射，尤其在天气变化剧烈或大气对流旺盛时，天空中云的变化对太阳辐射起到极大的影响。一般情况下，云对到达大气上界的太阳辐射的反射约为23%，云对太阳辐射的吸收作用约为12%。即以到达大气上界的太阳辐射为基准，云造成的辐射衰减将达到35%左右。

基于1958—1963年逐日定时太阳辐射观测资料，陆渝蓉等研究了低云、中云和高云量各为10的情况下太阳辐射的衰减系数。其中，我国低云太阳辐射衰减系数的多年平均值大于60%，低云太阳辐射衰减的最大值出现在江浙平原地区，最小值在西藏西部地区。如尹青等对华东地区平均总云量和总辐射进行了研究，中低云对于辐射的削弱作用较为明显，而高云对于辐射衰减的影响较小，2011年华东地区平均总云量和总辐射变化趋势如图5-2所示。

图5-2　2011年华东地区平均总云量和总辐射变化趋势

总的来说，低云尤其是浓积云和积雨云的水滴含量高，凝结核复杂，对太阳辐射的衰减效应较强；高云则主要以冰晶为主，太阳辐射的透过率强，衰减作用仅为低云的几分之一。其次，地面太阳辐射通量会随着云量的增加而逐渐减少。气象上通常采用1～10来表示云占天空可视面积的比例。天空总云量为0时代表晴好天气，低云量为10时到达地表的太阳辐射很低且几乎全部为散射辐射。