地球表面の日射量（SSR）は生命の根源であり、大気環境、陸域生態系、陸域気候などさまざまな分野を支配しています。 SSR は地球上で最も豊富な再生可能エネルギー資源です。それにもかかわらず、大気成分、雲量 (雲で覆われた空のパーセンテージ)、および太陽と地球の幾何学 (地球から太陽までの距離) の変化の変化によって引き起こされる変化を受けます。 3 番目の種類のバリエーションは、純粋に天文学的な (数学的な) 問題であるため、この研究では対象外です。
SSR の変化は、短期 (年内、季節) および長期 (10 年) です。最初のカテゴリは太陽の周りの地球の自転によるもので、2 番目のカテゴリは大気組成と曇り (雲量) の変化によるものです。北米とヨーロッパにおける SSR の数十年にわたる変動は、1960 年代から 1980 年代後半にかけて減少傾向を示しています。これは、グローバル ディミングと呼ばれる現象です。;この現象は、北米とヨーロッパで大気汚染物質のレベルが上昇していることに起因しています。それにもかかわらず、1990 年から 2000 年にかけて、これらの地域で SSR レベルの上昇傾向が確認されています。 SSR 強度のこの回復は、全球増光と呼ばれています。 .
ある場所の日射気候とは、SSR コンポーネントのレベルと傾向 (つまり、拡散日射) を指します。 、太陽を除く空のすべての部分から受けた放射線。 直射日光 、太陽だけから受けた放射線。 地球全体の日射量 、拡散成分と直接成分の合計)。 SSR は、雲や大気中のエアロゾル (大気汚染物質、火山灰、砂漠の粉塵、海のしぶきなどの大気中の浮遊粒子) によって減衰します。雲と大気中のエアロゾルは空間と時間で変化するため、SSR レベルに同様の変化が生じます。
データの収集と分析
SSR レベルの分析のために、全球日射量 (G e 、単位 Wm) および拡散日射量 (D e 、単位 Wm) は、1992 年から 2017 年の期間にアテネ国立天文台 (ASNOA) のアクチノメトリック ステーションから使用されました。このような測定は、日射計と呼ばれる特定の機器によって行われています。 .
分析の前に、両方の G の 1 時間ごとの値に品質管理テスト (QCT) が適用されました。 e とD e データシリーズ。 QCT基準に従わない値は、それ以上の処理から拒否されました。最後のG e とD e 時系列は非季節化されました (時系列に対する季節の影響は削除されました)。両方のGの傾向を調べるために e とD e シリーズでは、ITA (Innovative Trend Analysis) が非季節化されたデータに適用されました。
時系列 Z に ITA メソッドを適用するには k (k=1, 2, …, n)、この場合、G e とD e データ、Z X に 2 等分されました 私 (i =1、2、… n/2)、および Y j (j =n/2 +1, n/2 +2, …, n)、n は元の Z のデータ値の数 時系列。次に、X 私 そしてY j サブシリーズは昇順でソートされました。 X 私 x 軸と Y に配置されました j 同じグラフの y 軸 (図 1 に例を示します)。両方のサブシリーズに傾向がない場合、それらのデータは 1:1 (45) の線上にあります。正のトレンドの場合、データは 1:1 ラインより上に蓄積されますが、負のトレンドの場合、データは 1:1 ラインより下になります。すべてのデータが 1:1 ラインの上または下に累積されている場合、傾向は単調であると言われます。一部のデータ ポイントが 1:1 ラインより上にあり、他のポイントが 1:1 ラインより下にある場合、傾向は単調ではありません (つまり、時系列に異なる傾向が存在します。図 1 を参照してください)。
時系列の傾向を識別するには、次の傾向指標 (D ) はこの作業で使用されました:
どこで xi と yi X のデータ値です 私 そしてY j x̄ は X の算術平均です。 私 サブシリーズ。
曇りが SSR に及ぼす影響を調べるために、霧状指数 (F ) はこの作業で使用されました:
ここで CR 実際の (測定された) 状況での雲の比率 (CR M ) および (理論上の) 晴天下 (CR) T ); D e,sci 、晴天拡散放射照度、および P e,sci 、理論上の直接水平放射照度は、次の関係によって与えられます:
式のすべての係数。 (2d) 単位は Wm です。 私 、T L 、および α r それぞれ相対光学質量、吸光係数、リンケ濁度係数です。 γ は太陽高度 (度):
ふ 0 から 1 の間で変化します。表 1 は、F の値に応じて 5 つの空のカテゴリを示しています。
結果と考察
図 2 は元の G と非季節化された G を示しています e とD e 年間データ シリーズ。当てはめられた直線 (青い破線) には次の式があります:G e =30.45+0.17 年 (3a) と D e =1682.07-0.77 年 (3b)。 year=1992 および year=2001 (1992 年から 2001 年までの 10 年間の両端) を式に適用すると、 (3a)、差 G を取る e2001 –G e1992 、結果を平均 G で割ります e 1992 年から 2017 年までの期間の値は 370.12 Wm に等しく、これに 100% を掛けると、10 年あたり +0.41% の傾向が見られ、1950 年から 1980 年までの期間の低い値から SSR レベルがわずかに回復した (地球規模で明るくなった) ことを示唆しています。 .一方、+0.41%/decade の傾向は、+0.15 Wm/年 (または +1.50 Wm/decade) に相当します。 D でトレンドの計算を繰り返すことによって e 式の時系列。 (3b) G について e 、平均 D e 調査期間中の値は 133.64 Wm であり、D であることがわかります。 e -5.19%/10 年 (または ≈-0.52%/年) の傾向があり、強い減少傾向を示しています。これは、-23 Wm/10 年 (または -2.30 Wm/年) の減少傾向に相当します。
1992 年以降の SSR レベルの回復は、ギリシャを含む EU 諸国が講じたさまざまな公害対策による可能性があります。一方、拡散放射の減少は、調査期間中の曇りの減少、ヨーロッパの大気汚染レベルの減少、およびバルカン半島でのエアロゾル負荷の減少に起因する可能性があります。
表 2 は、G に関して、この研究の傾向調査結果と他の関連研究の調査結果との比較を示しています。 e データ。 Dの傾向の比較 e そのようなデータは文献で提供されていないため、他の研究との現在の研究におけるデータは不可能です.
図 3-左は、G の月平均値の ITA メソッドを示しています。 e 、一方、図 3-右の個人 D 式の合計の前に計算された値。 (1)。全体的なD 値 (式 1 の合計後) は +0.11 であり、実質的に傾向がないことを示しています。 G e 時系列は、いくつかのデータ ポイントが 1:1 ラインの上と下にあるため、調査期間の非単調なものです。
月平均 D への ITA 法の適用 e D の値と対応する図 値を図 4 に示します。図の左側のグラフから、D のデータ ポイントのほとんどが e サブシリーズ A – D e サブシリーズ B は [-10%, -5%] の範囲にあり、いくつかは -10% ラインより下にあります。全体的なD 値は -0.90 です。つまり、かなりのマイナス傾向です。
晴天の SSR 時系列を図 5 に示します。ここで、当てはめられた直線 (青い破線) の式は G です。 e =-1633.15+1.01 年と D e =2210.76-1.03 年。 year=1992 および year=2001 (1992 年から 2001 年までの 10 年間の両端) を式に適用すると、 (3a)、差 G を取る e2001 –G e1992 、結果を平均 G で割ります e 1992 年から 2017 年の期間の値は 382.21 Wm に等しく、それに 100% を掛けると、10 年あたり +2.36% の傾向が見られ、1950 年から 1980 年の期間の低い値からの SSR レベルの顕著な回復 (地球規模の増光) を示唆しています。 .一方、+2.36%/10 年の傾向は、≈+0.91 Wm/年 (または +9.09 Wm/10 年) に相当します。 D でトレンドの計算を繰り返すことによって e 式の時系列。 (3b) G について e 、平均 D e 調査期間中の値は 136.95 Wm であり、D であることがわかりました。 e -6.77%/10 年 (または ≈-0.68%/年) の傾向があり、強い減少傾向を示しています。これは、-9.27 Wm/10 年 (または ≈-0.93 Wm/年) の減少傾向に相当します。
表 3 は、G に関して、この研究の傾向調査結果と他の関連研究の調査結果との比較を示しています。 e データ。 Dの傾向の比較 e このようなデータは文献で提供されていないため、他の研究との現在の研究のデータは不可能です.
図 6-左は、G の月平均晴天値の ITA メソッドを示しています。 e 、一方、図 6-右は対応する D セクション 2 で述べたように計算された値。全体の D 値は +0.43 で、わずかにプラスの傾向を示しています。一方、月平均 D への ITA 法の適用 e D の値と対応する図 値を図 7 に示します。図の左側のグラフから、D のデータ ペアのほぼ半分が e サブシリーズ A 対 D e サブシリーズ B は [-10%, -5%] の範囲にあり、残りは -10% ラインより下にあります (全天 D についても同様の結果が得られました e 図4の傾向）。これは、拡散日射の月次値が、研究期間中に有意/非常に有意な負の傾向を示していることを意味します。確かに、D 図 7 の右側の図は、すべての値が [-0.5, -1.0] の範囲と -1.0 ラインより下に累積されることを示しており、上記の結論を確認しています。これは全体的なDと一致しています =-1.18 値 (非常に有意な負の傾向)。
結論
本研究では、1992 年から 2017 年の期間におけるアテネの SSR の変動と傾向を調査しました。これは、ヨーロッパのほとんどの地域で明るくなる時代として特徴付けることができます。この作業にはいくつかの革新が組み込まれました。(i) 初めて、ITA 方法論がギリシャの気候時系列に適用されました。 (ii) 世界で初めて、ある場所の日射気候学の範囲に拡散日射時系列が含まれ、調査されました。
ITA メソッドは、グローバルおよび拡散非季節化月平均値の両方に適用されました。全天条件 (すべて F カテゴリ);それにもかかわらず、ITA分析は+0.11の全体的な傾向を示しました（傾向なし）。非季節化された年平均全球放射値に線形回帰を適用することにより、+0.41%/10 年 (または +1.50 Wm/10 年) の傾向が見つかりました。この結果は、この研究で調べた期間を含む期間に主にヨーロッパで実施された他の同様の研究の結果と比較されました。
非季節化された月平均拡散日射値に対する ITA メソッドの繰り返しは、1992 年から 2017 年の期間にわたって非単調な変動を示し、有意および非常に有意な負の傾向を示しました。実際、全体的な傾向指標は -0.90 の値を示しました (大幅にマイナスの傾向)。非季節化された年次拡散日射時系列への線形回帰適合は、-5.19%/10 年 (または ≈-6.93 Wm/10 年) を示しました。国際文学
月平均晴天(F 5 カテゴリのみ) G の値 e 全体的な D で非単調な傾向を示した =+0.43 (ややプラス傾向)。季節性のない G への線形適合 e 年間値は、+2.36%/10 年 (または +9.09 Wm/10 年) の正の傾向を示し、南イタリアの値 (+7.90 Wm/10 年) にのみ匹敵する値です。季節性を取り除いた月間平均 D に対する ITA メソッドの繰り返し e 値は D で単調でない傾向を示しました =-1.18 (非常に有意なマイナス傾向)。非季節化された年間平均 D への線形適合 e 値は、-6.77%/decade (または -9.27 Wm/decade) の傾向を示しました。 1992 年以降のアテネの澄んだ空の下での拡散放射のこの減少は、バルカン半島での大気汚染とエアロゾル負荷の減少に起因する可能性があります。すべての空の場合と同様に、拡散放射分析の現在の結果は、他の結果と比較することはできませんでした.
これらの調査結果は、「アテネの太陽放射気候:1992 年から 2017 年にかけての明るくなる時代の変化と傾向」という題名の記事で説明されており、最近ジャーナル Solar Energy に掲載されました。 この研究は、アテネ国立天文台の Harry Kambezidis によって実施されました。
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