تابش ماهانه خورشیدی فرازمینی (ESR) به طور جداگانه برای تمام ماه های سال شبیه سازی شده است. موقعیت نیمه گرمسیری و پراکندگی کوه ها و ارتفاع آنها، توزیع فضایی و میزان ESR در پاکستان را تعیین می کند. کوهها، پیمونتها، درههای محصور و دشتها تنوع مشخصی از مقادیر ESR را نشان میدهند. این ارزیابی اذعان داشت که کشورهایی مانند پاکستان با تقاضای روزافزون انرژی، مقدار کافی ESR را دریافت میکنند که میتواند با تابش خورشیدی مرتبط باشد، جایی که توسعه انرژی خورشیدی دارای پتانسیل بالایی است. شبیه سازی با کمک ArcGIS بر اساس مدل سازی توزیع شده انجام شد.
کلید واژه ها:
پاکستان، تابش خورشیدی فرازمینی، ماهانه، توزیع فضایی، GIS
1. مقدمه
پاکستان باید منابع اصلی انرژی موجود برای کشاورزی و شهرنشینی را کشف و ضمیمه کند. به نظر می رسد اندازه گیری شیب ها و سایر اطلاعات توپوگرافی در میدان به صورت دستی برای یک منطقه بزرگ که در آن پایگاه داده تابش خورشیدی نداریم، بسیار دشوار است، از این رو مدل های توزیع شده می توانند ابزار معقولی برای نقشه برداری تابش خورشیدی فرازمینی (ESR) بر روی زمین های ناهموار باشند. DEM بسیار کارآمد برای مدل سازی در پلت فرم GIS در آب و هوا و هیدرولوژی و علوم دیگر استفاده شده است [ 1 ] -[ 3 ]. مدلهای تابش خورشیدی توزیعشده با موفقیت در مسیرهای علمی مختلف از جمله مطالعات زیستمحیطی، هواشناسی و اقلیمشناسی [ 4 ] – [ 6 ] قابل استفاده هستند.] . تفاوت در ارتفاع، جنبه و جهت شیب لندفرم نقش کلیدی در تغییرات فضایی تابش خورشید در زمین دارد [ 7 ]. مطالعات مختلف به تعامل بین تابش خورشیدی و زمین های ناهموار پیچیده پرداخته اند، به عنوان مثال [ 8 ] – [ 11 ]. از دهه 1980، مدلسازی فضایی دامنه وسیعی در علوم زمین پیدا کرد [ 12 ]. شبیهسازی تابش خورشیدی و همچنین مدت زمان احتمالی آفتاب (PSD) در زمینهای سخت، راه را برای تخمین ESR در مناطق ناهموار هموار کرد [ 13 ]] مانند پاکستان. از این رو، چنین مطالعاتی نه تنها پایگاه داده های جغرافیایی را فراهم می کند، بلکه امکان تجسم دسترسی جغرافیایی به منابع در مناطق دشوار را نیز فراهم می کند. برای تبدیل انرژی خورشیدی به عنوان یک منبع انرژی در آینده، ارزیابی قابل اعتماد انرژی خورشیدی مورد نیاز در توپوگرافی متنوع در مقیاس های کوچک بسیار مهم است [ 14 ]. در این مقاله تلاش شده است تا ESR در پاکستان در مقیاس ماهانه و محلی با کمک مدل توزیع شده ارزیابی شود.
2. روش شناسی
نتایج شبیهسازی شده بر اساس مدل رقومی ارتفاع (DEM) پردازش شده در ArcGIS نقشهبرداری میشوند. داده های DEM از ماموریت توپوگرافی رادار شاتل (SRTM) [ 15 ] بازیابی شد . زاویه انحراف خورشید و شیب در زمین های ناهموار عوامل ضروری برای تعیین میزان ESR در یک نقطه یا شبکه خاص هستند. میرایی اتمسفر در نظر گرفته نشده است. برای اطلاعات بیشتر، جزئیات فنی را بخوانید [ 14] . برخی از شیبهای بلند به سمت شمال در معرض تابش خورشید قرار نمیگیرند، در حالی که دامنهها و دشتهایی وجود دارند که هرگز تا غروب خورشید از تابش خورشید پنهان نمیمانند. بنابراین، چشم انداز با جهت، ارتفاع و شیب (زاویه) شیب کمک می کند، در حالی که وسعت عرضی عاملی است که زاویه شار تابشی تابش خورشیدی را در 12 ماه مختلف سال توضیح می دهد. واکنش دشت ها و شیب ها در مورد ESR، به ویژه در زمان طلوع و غروب خورشید متفاوت است. این باعث تفاوت در مقدار روزانه و ماهانه ESR دریافتی در دشت ها و دامنه ها می شود. نتایج بر اساس مدل شبیه سازی شده نشان داده شده در شکل 1 است، در حالی که نقشه فیزیکی با جزئیات لندفرم ها و قلمروهای ملی در شکل 2 برای القای آسان نتایج ارائه شده است.
ESR مشاهده شده در زمین های متنوع بر اساس اصول زیر است
که در آن W o α β مقدار روزانه ESR در شبکه است،
I o نشان دهنده ثابت خورشیدی است،
δ نشان دهنده زاویه انحراف خورشیدی است،
u، v و w نشان دهنده عوامل جغرافیایی / توپوگرافی:
w srl زاویه ساعت طلوع خورشید را نشان می دهد،
w ssl زاویه ساعت غروب خورشید را نشان می دهد.
3. نتایج و بحث
مقدار ESR در ژانویه کمتر است، به تدریج با جابجایی به فوریه، مارس، آوریل به می افزایش می یابد و در ژوئن و جولای به حداکثر می رسد. پس از ماه جولای، کاهش ESR به تدریج شروع می شود و در دسامبر و ژانویه به حداقل می رسد.
ژانویه: ESR در بخشهای جنوبی کشور از 726 – 809 MJ/m2 مشاهده شد . مناطق عمدتاً در امتداد نواحی ساحلی بلوچستان و سند امتداد دارند. در اینجا از حرکت به سمت داخل کشور از جنوب به شمال، واضح ترین مناطق شامل 662 – 725 MJ/m2 است. بلوچستان مرکزی، رشته کوه براهویی و کیرتار، شمال سند و جنوب پنجاب است. بیشتر رشتههای پنجاب، سلیمان به استثنای درههای کوچک محصورشان. دره پیشاور و اطراف آن 484 – 661 MJ/m2 بدست می آورند . وضعیت پیچیده در بخشهای ناهموار شمالی هندوکش، کاراکورام هیمالیا (HKH) همچنان ادامه دارد. دامنه های مرتفع جنوبی ESR را بدست می آورند که از 662 MJ/m2 تا 1257 MJ/m2 متغیر است.در حالی که برخی از شیب ها ESR را در سطح پایین از 0 – 148 MJ/m2 نشان می دهند.
فوریه: ESR مشاهده شده در قسمت های جنوبی 810 – 938 MJ/m2 است ، اما قطعات ناهموار به دلیل ضربه سایه، مقدار کمتری دریافت کردند. از اینجا به سمت داخل کشور حرکت منطقه وسیعی از 728 – 809 MJ/m2 که عمدتا بلوچستان مرکزی، بیشتر سند و جنوب پنجاب را در بر می گیرد. اما براهویی
محدوده کرتار و سلیمان استثنا هستند. بیشتر پنجاب، دامنههای جنوبی رشتههای سلیمان شمالی، دره پیشاور و اطراف آن 662 – 725 MJ/m2 را نشان میدهند . در HKH، تنوع مقدار ESR شناسایی شده است
شکل 1 . شکل ESR را برای دوازده ماه سال در پاکستان نشان می دهد. کلیدها فقط برای ژانویه (حداقل ESR) و جولای (حداکثر ESR) نشان داده می شوند، بنابراین کلید تمام ماه های دیگر سال را نیز پوشش می دهد.
شکل 2 . شکل جزئیات شکلهای زمین و محلات در پاکستان را نشان میدهد.
به دلیل وجود کوههای بلند و شیبهای آنها، این ناحیه 0 تا حداکثر حد مقادیر ESR را پیکربندی میکند.
مارس: ارجاع به ESR در ماه مارس، نواحی متمایز جنوبی، مرکزی و شمالی ESR در محل مطالعه آشکار است. بخشهای جنوبی کشور از جمله بلوچستان، سند با وسعت عرض جغرافیایی حدود 24 درجه شمالی تا 29 درجه شمالی، منطقه مرکزی از حدود 29 درجه شمالی تا حدود 34 درجه شمالی گسترش مییابد و نواحی شمال غربی بلوچستان، پنجاب را در بر میگیرد (به استثنای). قسمت های جنوبی آن)، مناطق قبیله ای، خیبرپختونخوا (KPK) به جز بخش های شمال غربی آن. منطقه شمالی عمدتاً بر روی بخشهای ناهموار شمالی کشور از جمله کوههای HKH کشیده شده است. از این رو، مناطق جنوبی، مرکزی و شمالی عمدتاً به ترتیب با 810 – 937 MJ/m2 ، 728 – 809 MJ/m2 و 0 – 1257 MJ/m2 ( تقریباً همه محدودههای ESR) تحت سلطه هستند.
آوریل: با بالا رفتن زاویه انحراف خورشیدی، مقدار ESR در پاکستان در حال افزایش است و در مقایسه با ماه های زمستان وضعیت متفاوت می شود. در ماه آوریل، نیمه جنوبی پاکستان آشکارا تحت تسلط ESR از 938 – 1257 MJ/m2 است ، در همان زمان بخشهای مرکزی شامل بیشتر پنجاب، KPK و مناطق قبیلهای 810-937 MJ/m2 را تشکیل میدهند . بخش های ناهموار جنوب و مرکز پاکستان بین 662 مگا ژول بر مترمربع تا 1257 مگا ژول بر مترمربع متغیر است. HKH دوباره دارای سطوح مختلف ESR است، دامنههای جنوبی 938 MJ/m2 و بالاتر دریافت کردهاند ، در حالی که سایر قسمتهای تحتتاثیر تاثیر سایه دارای 338 MJ/m2 و بالاتر هستند. برخی از تکه های 810 – 937 MJ/ m2و 262 MJ/m 2 و بالاتر از این حد نیز در این قسمت دیده می شود.
می: پس از آوریل، الگوی ESR سه ناحیه متمایز اصلی تقریباً ناپدید شده است. علاوه بر این، تقریباً تمام پاکستان با 1234 – 1268 MJ/m2 به جز قطعات ناهموار پوشش داده شده است . بخش های ناهموار بلوچستان و سند اکثراً 1115 – 1178 MJ/m2 دارند . در طی این مدت در HKH، لکه های 938 – 1257 MJ/m2 به وضوح افزایش یافته و مناطق تصدیق شده با 338 – 592 MJ/m2 در مقایسه با آوریل کاهش یافته است.
ژوئن: با افزایش زاویه انحراف خورشید در آسمان، در نتیجه مدت تابش احتمالی خورشید در پاکستان نیز افزایش یافت و در نتیجه مقدار ESR نیز افزایش یافت. بخشهای شمالی و برخی درهها قبلاً در سایه بودند و اکنون در ماه ژوئن زیر نور خورشید قرار گرفتهاند که میزان ESR را در پاکستان به میزان قابلتوجهی افزایش داد. حداکثر کمربند ESR به شمال کشور منتقل شده است. از دشتهای ساحلی تا دره پیشاور 1234 – 1288 MJ/m2 غالب است، اما رشتههای Brahui، Kirthar Sulaiman دارای امضای 1040 MJ/m2 تا 1233 MJ/m2 هستند .به دلیل تأثیر بین محافظ آنها. همین امر در مورد منطقه صفد کوه در جنوب غربی دره پیشاور نیز صادق است. منطقه HKH پاسخ پیشرونده ای نشان داده است و مقدار ESR مشاهده شده بیشتر از ماه می و جولای بود.
جولای: بر اساس نتایج می، ژوئن و ژوئیه ماههایی هستند که بالاترین مقادیر ESR را با 1234 – 1288 MJ/m2 در دشتها و پیمونتها تایید کردهاند . کم و بیش نتایج مشابهی در ژوئن داریم اما عقب نشینی حداکثر کمربند ESR از ماه جولای و به بعد شروع می شود. تمام قطعات ناهموار تقریباً محدوده وسیعی از ESR را از 1040 MJ/m2 تا 1233 MJ/m2 نشان می دهند . همین امر در مورد HKH نیز صادق است. با این وجود، HKH تفاوت کمی ایجاد میکند که از طبیعت بلند کوهها سرچشمه میگیرد، جایی که دامنههای جنوبی، دامنههای شمالی و درهها تنوع قابلتوجهی در توزیع ESR ایجاد میکنند، به همین دلیل است که تقریباً تمام دستههای مقادیر ESR همانطور که در کلید نشان داده شده است را میتوان در HKH قرار داد. .
آگوست: در HKH تأثیر غربالگری کوه ها در ماه اوت بیشتر از ژوئن و جولای است، اما در جنوب دره پیشاور مقادیر بالای ESR هنوز آشکار است. دشت ها و دره های باز کشور 1234 – 1288 MJ/m2 دریافت می کنند . محدوده های دیگر مانند Safed Koh، Sulaiman، Kirthar و Brahui ESR را با مقادیر 1040 MJ/m2 تا 1233 MJ/m2 نمایش می دهند.
سپتامبر: ESR در ماه سپتامبر به طور قابل توجهی کاهش یافته است زیرا خورشید با توجه به موقعیت پاکستان به سمت جنوب در آسمان حرکت می کند. بخشهای جنوبی کشور ESR را در محدوده 1179 – 1288 MJ/m2 دریافت میکنند. کوهها دارای تکههای غالب 1040 – 1178 MJ/m2 هستند ، در حالی که برخی از دامنههای قلههای مرتفع، ESR را با ارزش 502.2 – 1039 MJ/m2 تضمین میکنند ، علاوه بر این، ESR در پیمونتها 1179 – 1233 MJ/m2 را نشان میدهد . همانطور که به سمت شمال حرکت می کنیم، بلوچستان داخلی ترکیبی از 1179 – 1233 MJ/m2 و 1234 – 1288 MJ/m2 را نشان می دهد. در کویته و اطراف آن، دشت ها 1179 – 1233 MJ/m2 دارند در حالی که کوه ها 1115 – 1178 MJ/m2 دارند .در جهات جنوبی خود، برعکس، دامنه های شمالی 820.3 – 1049 MJ/m2 دارند . دشت های سند با توزیع یکنواخت 1179-1233 MJ/m2 ارائه شده است. بیشتر در شمال فلات پوتوار، دره پیشاور و اطراف آن دارای ESR در محدوده 1115 تا 1233MJ/m2 است ، اما شکلهای زمین بالا از 820.3 تا 1039 MJ/m2 پیروی نمیکنند . HKH دارای مقادیر متنوعی است، دامنه های جنوبی دارای 1234 – 1268 MJ/m2 هستند ، در حالی که دره های محصور دارای طیف گسترده ای از ERS هستند که از 134.3 تا 1178 MJ/m2 تشکیل شده است. مقادیر 0 – 134.2 MJ/m2 در شیب هایی که در معرض تابش خورشیدی کمتر یا بدون قرار گرفتن هستند مشاهده شده است.
اکتبر: مقادیر 1115 – 1233 MJ/m2 در جنوب بلوچستان و جنوب سند مشاهده شده است، در این قسمت مناطق ناهموار دارای 1234 – 1268 MJ/m 2 ، 134.3 – 945.5 MJ/m 2 و 123 – 113 MJ/m2 هستند. / m2 به ترتیب در دامنههای جنوبی، دامنههای شمالی و پیمونتها، بهعلاوه این امر برای بخشهای ناهموار شمال بلوچستان و شمال سند صادق است. دشت های مناطق مرکزی ملی حدود 1115 – 1178 MJ/m2 دارند . مقادیر حدود 1040 – 1114 MJ/m2 در دشت های شمال پنجاب، فلات پوتوار و دره پیشاور شناسایی شده است . منطقه رفیع HKH تنوع مقادیر ESR از جمله 0 – 134 MJ/m2 را نشان میدهد . 134 – 502 MJ/m2 ; 502 – 820 MJ/ m2 ; 821 – 1039 MJ/m2 و حتی تکههای کوچک با بالاترین مقادیر ESR نیز میتوانند پیدا شوند.
نوامبر: نتایج نشان می دهد که کاهش قابل توجهی در مقادیر ESR در ماه های پاییز وجود دارد. پاکستان در ماه نوامبر چهار منطقه متمایز اصلی را نشان می دهد، منطقه جنوبی دارای حدود 809 – 1100 MJ/m2 است ، زیرا یکی از آنها به سمت شمال پیش می رود ESR آشکار با مقادیر حدود 662 – 809 MJ/m2 در بیشتر بلوچستان، شمال سند و جنوب حاکم است. پنجاب کوه ها با ارزش های کوچک در اینجا استثنا باقی می مانند. منطقه سوم از عرض جغرافیایی حدود 30 درجه شمالی تا دره پیشاور امتداد می یابد که در آن 484 – 725 MJ/m2 غالب است، اما زمین های ناهموار با 336 – 592 MJ/m2 یک استثنا باقی می مانند .بیشتر در دره خیبر و تپههای وزیرستان، جنبههای جنوبی به عنوان استثنا با ارزشهای بالا باقی مانده است. HKH نشاندهنده ناحیه چهارم با کمترین مقادیر در پایین شیبها و درهها است، اما شیبهای بالا به سمت جنوب، ESR قابلتوجهی را تقریباً بالای 810 MJ/m2 به دست میآورند .
دسامبر: اگر دشت های سرزمین های ملی مورد بررسی قرار گیرد، یک الگوی عرضی را نشان می دهد که از 809 MJ/m2 در جنوب نزدیک به عرض جغرافیایی 24 درجه شمالی، با تغییر به سمت شمال، یک کمربند در بلوچستان و سند 662 – 725 MJ/ را نشان می دهد. متر مربع که در آن رشتههای کرتار و مکران مستثنی هستند. تغییر بیشتر به سمت شمال تأیید می کند که یک منطقه وسیع 593 – 661 MJ/m2 بیشتر شمال بلوچستان، شمال غربی سند و نیمه جنوبی پنجاب را در بر می گیرد، در حالی که محدوده براهویی و سلیمان حد پایین ESR را نشان می دهند. فلات پوتوار، مناطق قبیله ای و دره پیشاور 484 – 592 MJ/m2 دریافت کردند .در ماه دسامبر. مشاهدات در HKH کمترین میزان هستند که در آن ما بیشترین تأثیر محافظ بین کوههای مرتفع را داریم، اما برخی از دامنههای جنوبی مرتفع هنوز ESR بالای 810 MJ/m2 دارند .
4. نتیجه گیری
این تلاش مبتنی بر ادغام ESR تخمینی شبیهسازی شده از طریق ورودی DEM در ArcGIS به منظور روشن کردن الگوها و توزیع فضایی ESR در مقیاس ماهانه است. نتایج شبیهسازیشده یک اثر ترکیبی از عرض جغرافیایی و شکلهای زمین را نشان میدهد که مناطق قابل تشخیص ESR متنوع در واحد سطح را نشان میدهد. دشتها، مناطق کوهستانی، پیمونتها و درههای محصور (باز) با واکنشهای متفاوتی یافت شدند. در HKH، شمال دره پیشاور، به دلیل کوه های سر به فلک کشیده، وضعیت کاملاً پیچیده است. این مطالعه می تواند برای تجزیه و تحلیل منطقه ای سطح انرژی خورشیدی موثر باشد. بنابراین، HKH سیستم رودخانه سند را پرورش می دهد، تعادل انرژی در اینجا بر اساس تابش خورشیدی از اهمیت زیادی برخوردار است. توزیع فضایی ESR میتواند در تخمین تبخیر و تعرق و تعادل انرژی خورشیدی برای شیوههای کشاورزی مفید باشد.2 به ویژه در بخش های جنوبی که چشم انداز دلگرم کننده ای برای توسعه انرژی خورشیدی داریم. بلوچستان و سند (استان های جنوبی پاکستان) می توانند بهترین گزینه برای تولید برق از انرژی خورشیدی در نزدیکی کراچی، قطب صنعتی و تجاری پاکستان باشند. علاوه بر این، در نواحی شمالی، شیبهای جنوبی مرتفع نیز مکانهای مناسبی هستند که میتوان ایستگاههای خورشیدی را برای تولید برق ایجاد کرد.
منابع
- Dozier, J. and Frew, J. (1990) محاسبه سریع پارامترهای زمین برای مدلسازی تشعشع از دادههای ارتفاعی دیجیتال. IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing, 28, 963-969. https://dx.doi.org/10.1109/36.58986 [زمان(های استناد): 1]
- Dubayah, R. and Rich, PM (1995) مدل های توپوگرافی تابش خورشیدی برای GIS. مجله بین المللی سیستم های اطلاعات جغرافیایی، 9، 405-413. https://dx.doi.org/10.1080/02693799508902046
- Kumar, L., Skidmore, AK and Knowles, E. (1997) مدلسازی تنوع توپوگرافی در تابش خورشیدی در یک محیط GIS. مجله بین المللی علوم اطلاعات جغرافیایی، 11، 475-497. https://dx.doi.org/10.1080/136588197242266 [زمان(های استناد): 1]
- Hetrick, WA, Rich, PM and Weiss, SB (1993) Insolation مدلسازی روی سطوح پیچیده. سیزدهمین کنفرانس سالانه کاربر ESRI، 2، 447-458. [زمان(های استناد): 1]
- Rich, PM, Hetrick, WA and Saving, SC (1995) مدلسازی تأثیرات توپوگرافی بر تابش خورشیدی: کتابچه راهنمای مدل سولارفلاکس. گزارش آزمایشگاه ملی لوس آلاموس LA-12989-M.
- Hofierka, J. and Suri, M. (2002) مدل تابش خورشیدی برای GIS منبع باز: پیاده سازی و کاربردها. مجموعه مقالات کنفرانس کاربران منبع باز GIS-GRASS، ترنتو، 11-13 سپتامبر 2002، 19 ص. [زمان(های استناد): 1]
- Fu, P. and Rich, PM (2002) یک مدل هندسی تابش خورشیدی با کاربرد در کشاورزی و جنگلداری. کامپیوتر و الکترونیک در کشاورزی، 37، 25-35. https://dx.doi.org/10.1016/S0168-1699(02)00115-1 [زمان(های استناد): 1]
- فو، BP (1998) تفاوت ها و تغییرات در اجزای بودجه تابش در سطوح زیرین توپوگرافی های مختلف. مجله چینی علوم جوی، 22، 178-190. (به زبان چینی) [زمان(های استناد): 1]
- Swift Jr., LW (1976) الگوریتم تابش خورشیدی در دامنه کوه. تحقیقات منابع آب، 12، 108-112. https://dx.doi.org/10.1029/WR012i001p00108
- رویتر، HI، Kersebaum، KC و Wendroth، O. (2005) مدل سازی تابش خورشیدی تحت تاثیر سایه توپوگرافی – ارزیابی و کاربرد برای کشاورزی دقیق. فیزیک و شیمی زمین، 30، 143-149. https://dx.doi.org/10.1016/j.pce.2004.08.027
- Frank, EC and Lee, R. (1966) تابش پرتو خورشیدی بالقوه در شیبها: جداول برای عرض جغرافیایی 30 درجه تا 50 درجه. مقاله ایستگاه آزمایشی رشته جنگل کوه های راکی ایالات متحده RM-18. [زمان(های استناد): 1]
- Wan، HT، Zhou، CH، Wan، Q.، و همکاران. (1380) ادغام فناوری سیستم اطلاعات جغرافیایی و مدل هیدرولوژیکی. پیشرفت در علوم آب، 12، 560-568. (به زبان چینی) [زمان(های) نقل قول: 1]
- Qiu, XF, Zeng, Y. and Liu, SM (2005) مدلسازی توزیع شده تابش خورشیدی فرازمینی بر روی زمین ناهموار. مجله چینی ژئوفیزیک، 48، 1100-1107. https://dx.doi.org/10.1002/cjg2.753 [Citation Time(s):1]
- Tovar-Pescador, J., Pozo-Vázquez, D., Ruiz-Arias, JA, Batlles, J., López, G. and Bosch, JL (2006) در مورد استفاده از مدل رقومی ارتفاع برای تخمین تابش خورشیدی در مناطق توپوگرافی پیچیده. برنامه های هواشناسی، 13، 279-287. https://dx.doi.org/10.1017/S1350482706002258 [Citation Time(s):2]
- Jarvis, A., Reuter, HI, Nelson, A. and Guevara, E. (2008) Hole-Filled SRTM for the Globe نسخه 4. موجود در پایگاه داده CGIAR-CSI SRTM 90m. [زمان(های استناد): 1]
بدون دیدگاه