太阳辐射的分布因纬度、季节、一天内时间的不同而变化，太阳能应用最有利的地区为北纬15°N～35°N，而我国正好处在可以广泛应用太阳能资源的这些地域，像我国青藏地区这样得天独厚的太阳能资源，在世界也是少见的资源上的优势，为我国太阳能开发利用提供了良好的前提条件。根据各地太阳辐射量的差异和太阳能利用特点，可将我国分为最丰富、次丰富、中等丰富、较差地区四种地域类型，这也反映了太阳能资源受气候和地理环境影响的特点。

9.1.1.1 太阳能资源的区域分布特征

在一年中，随着地球绕太阳公转时日地距离的改变，到达地面的太阳辐射存在着约7%的变化。日地关系也决定了地球表面所接受的太阳辐射在时间上的变化规律：存在着较明显年际变化、年变化(季节变化)、日变化。在空间上还存在着随纬度变化的特征。

在全球，到达地面的太阳辐射随纬度的升高而减少，海面上的总辐射少于陆地，夏季的总辐射多于冬季。但由于局地气候、地理环境的影响，也会打破这种规律。

全球太阳能资源最丰富的地区位于美国西南部、非洲、澳洲、中东、我国西北部等(即sun belt)，平均总辐射量在每年2000 kw•h/m²以上。其中撒哈拉沙漠、阿拉伯半岛地区在每年2500kw•h/m²以上，见图9.1。

图9.1 全球太阳能总辐射年总量空间分布

(资料来源：风能太阳能评估中心)

9.1.1.2 太阳能资源的局地小气候环境特征

小气候是指在局部地区内，因下垫面局部特性影响而形成的贴地层和土壤上层的气候。它与大气候不同，其差异可用“范围小、差别大、很稳定”来概括。所谓范围小，是指小气候现象的垂直和水平尺度都很小(垂直尺度主要限于2米以下薄气层内；水平尺度可从几毫米到几十公里或更大一些)；所谓差别大，是指气象要素在垂直和水平方向的差异都很大(如在沙漠地区贴地气层2毫米内，温差可达十几度或更大)；所谓很稳定，是指各种小气候现象的差异比较稳定，几乎天天如此。

地表是人类活动、动植物生存的主要场所，中小地形、森林、湖泊和人类活动集中的城市、耕地等，对贴地气层的小气候影响很大。不同的下垫面上就形成各种不同的小气候，农田中有农田小气候，城市里有城市小气候，森林中有森林小气候等。中小地形造成的小气候的差异，主要是通过小的地形起伏、坡向和坡度的不同，来影响辐射状况、温度分布、湿润状况和局部风的变化。

在起伏地形中，温度、湿度的分布和变化有较大的差异。例如，山顶和山谷的气温日变化有显著的差异，山顶的气温日较差小，山谷的气温日较差大，谷底由于夜晚冷空气下沉，往往形成“冷湖”，增强逆温层。湿度的变化与上述的相似，也是低洼地的绝对湿度日振幅大，高坡地的日振幅小。风的变化，由于山谷风等局地环流的影响，风向变化很大。特别在天气较稳定的晴朗日子里、局地环流较明显，不同部位的风向差异更为明显。

在坡地上，由于坡向、坡度的不同，其获得的太阳辐射能量的多少不同，故温度的分布也不同。白天南坡增温幅度大于其它各坡；东坡接收辐射早，最高温度出现早(午前)；西坡接受辐射最迟，最高温度出现时刻也迟(午后)。各坡地最高温度出现时刻前后相差可达三小时左右。北坡接受太阳辐射最少，增温幅度最小。各坡地上温度日较差，属南坡最大，西坡次之，东坡又次之，北坡最小。

坡度对获得太阳辐射能量的多少也有影响。在温带地区向南倾斜20°的坡地表面，在中午前后所得到的太阳热量与南移20°纬度的水平表面获得的太阳热量相等。从而可得出：倾斜l°的向南坡，在中午前后所获得的太阳能数量，相当于向南移纬度l°(或111公里)地方的水平面上所获得的太阳能数量。所以，向南斜坡具有更南地区的气候特点，而向北斜坡则具有更北地区的气候特点。坡向不同，空气湿度也不同。在湿润地区，南坡蒸发强，空气的绝对湿度最大；而在干旱地区，则北坡的绝对湿度大。

9.1.2.1 太阳能资源的年际变化

到达地面的太阳辐射有两部分：一是太阳以平行光线的形式直接投射到地面上，称为太阳直射辐射。二是太阳辐射的一部分能量在遇到空气分子或微小尘埃时便以这些质点为中心向四面八方散射出去，经过散射后的一部分能量自天空投射到地面的，称为散射辐射，两者之和称为总辐射，就是到达地面的太阳辐射，其中直接辐射占主要部分。

如图9.2，总辐射的年际变化存在明显的周期性，且有减少的趋势。申彦波等采用Morlet小波对全国地面年太阳总辐射变化趋势通过α=0.05显著性检验的长年代(1961-2009年)站点观测资料进行周期分析。结果表明: 在华北及东北区， 大部分站的太阳总辐射变化周期为5-7a， 9-13a， 18-21a 和30-33a；在华中、华南及西南区， 大部分站的周期为7-8a，11-14a 和29-33a；在西北及青藏高原区， 大部分站的周期为6-8a， 10-14a 和21-22a。归纳起来看， 地面年太阳总辐射的主要周期有6-9a， 10-13a， 29-33a， 但其周期在各区域有异同。

图9.2 太阳能总辐射年际变化

从各区域中挑选一些站点作为图例说明， 如图9.3所示。 例如: 从图9.3乌鲁木齐站地面年太阳总辐射的小波方差来看， 其年际周期为6-9a， 年代际周期为35a以上。 但由于资料年代不够长， 35a 以上的长周期变化还需今后更长的资料进一步分析验证。 从图9.3小波变换图来看， 该站的地面年太阳总辐射现正处于偏多期的后期， 今后将进入偏少期。

图9.3 代表站点地面年太阳总辐射的小波变换和小波方差(乌鲁木齐、北京、上海、广州)

对各城市散射太阳辐射的拟合分析表明(表9.1) ，43a来各城市散射辐射的变化差别较大。哈尔滨、沈阳、昆明、广州和上海等地的散射辐射有增加趋势，增幅最大的是上海，达64.23 MJ/(m²•10a)，其余各地的散射辐射都有所减少，减幅最大的是成都，达- 72.9MJ/(m²•10a)。

图9.4 太阳直接辐射年际变化

由图9.4，表9.1可见，43a来各城市直接太阳辐射的变化趋势与总辐射的变化趋势基本相同，均呈减少趋势， 哈尔滨的减少趋势最不明显，减少幅度最明显的是上海，达-312.6MJ/(m²•10a)。比较各地太阳散射辐射和直接辐射的变化趋势可知，除昆明外，各地散射辐射的变化幅度均小于直接辐射。总辐射变化主要是由直接辐射变化引起的，43a来昆明太阳总辐射的变化趋势与其他城市相反，表现出增加趋势，其散射辐射增加而直接辐射减小，因此昆明太阳总辐射的增加是由散射辐射增加引起的。

表9.1 各城市太阳散射辐射和直接辐射的线性趋势系数

另有学者使用1961—1990年的49个站的直接辐射和散射辐射资料分析了其年际变化趋势，这些观测站点分布在全国各个地理气候区域，在行政区域分布上，东北5个、华北8个、华中(把浙江、上海和江西归在此区)8个、华南(把福建归在此区)6个、西南6个、西北12 个、青藏高原4个。在气候带分布上，中温带11个，暖温带14个、北亚热带8个、中亚热带5个、南亚热带7个、青藏高原4个。从城市看，主要省级大城市26 个、其他城市23 个。

1961—1990年太阳直接辐射变化趋势如图9.5所示，绝大部分站点为下降趋势，其中下降显著的站点居多，占总站数的46.9% ，其次为下降明显和下降极显著，分别占30.6% 和12.2% ，而变化不明显的仅占10.2%。

图9.5 1961-1990年年直接辐射变化趋势分类图

从1961—1990年49个站的观测资料分析来看，直接辐射的变化趋势具有明显的地理分布特征。由图9.6和表9.2可见，1961—1990年各气候带太阳直接辐射变化趋势有明显差别。在中温带，下降的站点占该带总站数的72.7%，其中下降明显和下降显著的分别占54. 5%和18.2%，变化不明显的占27.3%。在暖温带，下降的站点占92.8%，其中下降明显、下降显著和下降极显著的依次占35.7%，35.7% 和21.4%，变化不明显的占7.1%。在北亚热带，下降的站点占87. 5%，其中下降显著的最多，占50.0%，下降极显著的占25.0%，而变化不明显的占12.5%。在中亚热带，下降显著的站点最多，占80. 0%，其次下降明显的占20.0%。在南亚热带，所有站点均为下降显著。在青藏高原，下降明显的站点最多，占50.0%，其次为下降显著和下降极显著，分别均占25.0%。总之，各个气候带虽大都为下降，但下降的幅度有明显差异，其中，中亚热带、南亚热带和青藏高原所有站点均为下降，而中温带有27.3% 的站点为变化不明显。

表9.2 1961—1990年不同气候带年直接辐射变化趋势分类(占该带总站数百分比单位:%)

图9.6 1961—1991年不同气候带年直接辐射变化趋势分类

由图9.7和表9.3可见，1961—1991年全国49个站点年太阳直接辐射各类变化趋势具有明显的地域性。在东北区，以下降明显的站点居多，占总站数的百分比为60.0% ，其次为下降显著和变化不明显，分别均占20. 0%。在华北区，全部站点为下降趋势，其中，下降显著的站点最多，占50.0% ，其次为下降极显著和下降明显，分别均占25. 0%。在华中区，75.0% 站点为下降显著，其次25. 0% 的站点为下降极显著． 在华南区，全部站点为下降显著。在西北区，50.0% 的站点为下降明显，而25.0% 的站点为变化不明显。在西南区，下降显著的站点居多，占50.0%，其次为下降明显和变化不明显，分别占33.3% 和16.7%。在青藏高原，全部站点均为下降趋势，其中下降明显的站点最多，占50.0% ，其他是下降显著和下降极显著，分别均占25. 0%。总的来看，1961—1990年全国49个站点的年直接辐射以下降趋势为主，而华北区、华中区、华南区和青藏高原的站点下降趋势尤为明显。

表9.3 1961—1990年各区域年直接辐射变化趋势分类(占该带总站数百分比单位:%)

图9.7 1961—1991年各区域年直接辐射变化趋势分类

1961—1990年全国49个站点年太阳散射辐射变化趋势如图9.8所示． 在49个站点中，40.8% 的站点为下降趋势，22.5% 的站点为上升趋势，36.7% 的为变化不明显。其中，下降明显和下降显著的站点分别占34.7% 和6.1% ，上升明显和上升显著的站点分别占14.3% 和8.2%。

图9.8 1961—1991 年全国年散射辐射变化趋势分类

1961—1990年全国49个站点的太阳散射辐射变化趋势具有明显的地理分布特征． 由图9.9和表9.4可见，1961—1990年各气候带散射辐射变化趋势有明显差别。在中温带，变化不明显的站点最多，占该带总站数的63.6%，其次为下降明显和上升明显，分别均占18. 2%。在暖温带，下降的站点占42.8%，其中下降明显和下降显著分别占35. 7% 和7. 1% ；上升的站点占28. 5% ，其中上升显著和上升明显分别占21.4% 和7.1%；变化不明显的占28.6%。在北亚热带，下降明显的站点占62.5%，变化不明显的占25.0% ，上升明显的占12.5%。在中亚热带，上升明显的站点居多，占40.0%，其次下降明显和下降显著的分别均占20.0% ，而变化不明显的占20.0%。在南亚热带，变化不明显的站点最多，占42.9%，降明显的占28. 6%，而上升明显和上升显著的分别均占14.3%。在青藏高原，下降的站点占75.0% ，其中下降明显和下降显著的分别占50.0% 和25.0%，变化不明显的占25.0%。总之，各热量带大部分为下降趋势，但也有上升的站点。

表9.4 1961—1990年不同气候带年散射辐射变化趋势分类(占该带总站数百分比单位:%)

图9.9 1961—1990年不同气候带年散射变化趋势分类

1961—1990年全国49 个站点各区域年散射辐射变化趋势占该区域站点数百分比由图9.8和表9.5可见。在东北区，变化不明显的站点最多，占60.0%，其次为下降明显和上升明显，分别均占20.0%。在华北区，上升显著的站点最多，占37.5%，其次为变化不明显和上升明显，分别均占25.0% ，其中，上升趋势的站点占50.0% 以上。在华中区，下降明显的站点占37.5% ，其次变化不明显和上升明显的分别均占25.0%。在华南区，变化不明显的站点最多，占50.0%，其次下降明显和上升明显的分别占33.3% 和16.7%。在西北区，变化不明显的站点居多，占50.0%，其次为下降明显，占41.7%。在西南区，下降明显的站点最多，占50.0%，其次变化不明显、上升明显和上升显著的分别均为16.7%。在青藏高原，下降明显的站点最多，占50.0% ，其次下降显著和变化不明显的分别均占25.0%。

表9.5 1961—1990年各区域年散射辐射变化趋势分类(占该带总站数百分比单位:%)

图9.10 1961—1990年各区域年太阳散射辐射变化趋势分类

9.1.2.2 太阳能资源的年变化

年太阳总辐射的变化规律比太阳直接辐射和散射辐射要复杂些，它是二者变化规律的综合。但在晴朗的日子里，它的强弱主要由太阳直接辐射决定。年变化与直接辐射基本一致，总体来讲是夏季最大，春秋次之、冬季最小。

在我国由于受各地地理条件及大气环流的影响，各地太阳总辐射的年变化规律稍有不同。如北方太阳总辐射主要集中于夏季，而南方则相对分布较均匀。其高值除云南出现在3、4月外其他大部分地区出现在5至8月不等。

图9.11 太阳总辐射的年变化

直接辐射的年变化与总辐射的年变化基本一致，一年内1、12月份最小，东南沿海个别地区和西藏出现在2月。最大值出现出现的时间差异较大，我国西部地区随纬度的增高而落后，东部地区随维度的增高而提前。

图9.12 太阳直接辐射的年变化

散射辐射的年变化特征是，我国除西北地区春季最大外，其他地区夏季最大；春季高于秋季；冬季最小。

9.1.2.3 太阳能资源的日变化

通常在晴空的天气下，日出前，太阳辐射主要为散射辐射；日出后，太阳高度角增大，直接辐射和散射辐射逐渐增加，直接辐射增加快；当太阳高度角为8°时，直接辐射的量与散射辐射的量相同；当太阳高度角为50°时，散射辐射占总辐射10-20%，直接辐射占80-90%；正午时，直接辐射和散射辐射均达最大值；正午后，二者按相反次序变化。但实际上，地面总辐射日变化曲线，并不完全对称于正午时刻，这是由于局地的天气变化造成大气透明度不同所引起的，大部分地区夏季，午后的天气比午前混浊多云，午后获得的太阳辐射比午前少，冬季，由于上午雾较多，下午天气晴朗，因而下午到达的太阳辐射多于上午。