東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文-PAGEII-題目：光伏出力波動(dòng)的概率分布-PAGEI-目錄22657_WPSOffice_Level1摘要 312555_WPSOffice_Level1ABSTRACT 527820_WPSOffice_Level1第1章緒論 121115_WPSOffice_Level21.1課題背景與意義 123975_WPSOffice_Level31.1.1什么是光伏 112870_WPSOffice_Level31.1.2光傳播時(shí)的變化 13638_WPSOffice_Level31.1.3現(xiàn)代光學(xué)和統(tǒng)計(jì)的聯(lián)系 130832_WPSOffice_Level21.2光伏出力的影響因素 223889_WPSOffice_Level31.2.1晴天對(duì)光伏出力的影響 210998_WPSOffice_Level31.2.2陰天時(shí)對(duì)光伏出力的影響 222621_WPSOffice_Level31.2.3下雨天對(duì)光伏出力的影響 211160_WPSOffice_Level31.2.4下雪天對(duì)光伏出力的影響 31091_WPSOffice_Level1第2章光波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì) 45408_WPSOffice_Level22.1光波由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì) 47202_WPSOffice_Level32.1.1反射率、透射率變化 431678_WPSOffice_Level32.1.2布魯斯特角 623218_WPSOffice_Level22.2大氣中光波的散射 629042_WPSOffice_Level32.2.1單個(gè)粒子對(duì)光波的散射 619341_WPSOffice_Level32.2.2粒子系對(duì)光波的散射 730364_WPSOffice_Level22.3地球大氣中光的折射 819451_WPSOffice_Level32.3.1斜程地球折射 939_WPSOffice_Level32.3.1水平路程的地球折射 1024316_WPSOffice_Level32.3.2隨機(jī)折射 1118407_WPSOffice_Level1第三章大氣分子吸收引起的光信號(hào)能量衰減 1322165_WPSOffice_Level23.1大氣氣體吸收光譜的一般特性 13299_WPSOffice_Level23.2吸收現(xiàn)象 139402_WPSOffice_Level23.3色散現(xiàn)象 156796_WPSOffice_Level1第4章光伏電站出力的概率分布 1630788_WPSOffice_Level24.1光伏電站出力波動(dòng)水平 167994_WPSOffice_Level1結(jié)論 2010896_WPSOffice_Level1參考文獻(xiàn) 2127616_WPSOffice_Level1附錄 2210744_WPSOffice_Level1致謝 23摘要太陽(yáng)能光伏效應(yīng)，簡(jiǎn)稱光伏（PV），又稱為光生伏特效應(yīng)（Photovoltaic），是指光照時(shí)不均勻半導(dǎo)體或半導(dǎo)體與金屬組合的部位間產(chǎn)生\t"/item/%E5%85%89%E4%BC%8F/_blank"電位差的現(xiàn)象。光伏被定義為射線能量的直接轉(zhuǎn)換。在實(shí)際應(yīng)用中通常指太陽(yáng)能向電能的轉(zhuǎn)換，即太陽(yáng)能光伏。它的實(shí)現(xiàn)方式主要是通過(guò)利用硅等半導(dǎo)體材料所制成的太陽(yáng)能電板，利用光照產(chǎn)生直流電，比如我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見的太陽(yáng)能電池。光伏技術(shù)具備很多優(yōu)勢(shì)：比如沒(méi)有任何機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)部件；除了日照外，不需其它任何"燃料"，在太陽(yáng)光直射和斜射情況下都可以工作；而且從站址的選擇來(lái)說(shuō)，也十分方便靈活，城市中的樓頂、空地都可以被應(yīng)用。自1958年起，太陽(yáng)能光伏效應(yīng)以太陽(yáng)能電池的形式在空間衛(wèi)星的供能領(lǐng)域首次得到應(yīng)用。時(shí)至今日，小至自動(dòng)停車計(jì)費(fèi)器的供能、屋頂太陽(yáng)能板，大至面積廣闊的太陽(yáng)能發(fā)電中心，其在發(fā)電領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)遍及全球。太陽(yáng)能是一種快速增長(zhǎng)的能源形式，太陽(yáng)能市場(chǎng)在過(guò)去十年中也取得了長(zhǎng)足發(fā)展。據(jù)資料，按年均太陽(yáng)能系統(tǒng)裝機(jī)容量計(jì)算，全球太陽(yáng)能市場(chǎng)復(fù)合年均增長(zhǎng)率達(dá)47.4%，從2003年的598MW增長(zhǎng)至2007年的2826MW。預(yù)測(cè)到2012年，年均太陽(yáng)能系統(tǒng)裝機(jī)容量可能進(jìn)一步增至9917MW，而整個(gè)太陽(yáng)能行業(yè)的銷售額可能從2007年的172億美元增長(zhǎng)至2012年的395億美元。這種增長(zhǎng)勢(shì)頭在很大程度上要?dú)w功于全球快速增加的市場(chǎng)需求、日益提高的上網(wǎng)電價(jià)和各種政府鼓勵(lì)措施?？傮w來(lái)說(shuō)，由于全球許多石油和天然氣生產(chǎn)地區(qū)政治和經(jīng)濟(jì)局勢(shì)的不穩(wěn)定性，多國(guó)政府都在采取積極措施，以減少對(duì)國(guó)外能源的依賴。太陽(yáng)能提供了一種極具吸引力的發(fā)電方案，而且不會(huì)對(duì)國(guó)外能源形成嚴(yán)重的依賴性。除此之外，日益突出的環(huán)境問(wèn)題和與礦物燃料發(fā)電相關(guān)的氣候變化風(fēng)險(xiǎn)形成政治動(dòng)因，促使政府實(shí)施旨在減少二氧化碳及其他氣體排放量的溫室氣體減排戰(zhàn)略。太陽(yáng)能及其他可再生能源有助于這些環(huán)境問(wèn)題的解決。隨著能源危機(jī)和環(huán)境保護(hù)形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，光伏發(fā)電憑借太陽(yáng)能清潔、環(huán)保、可再生等優(yōu)點(diǎn)備受各國(guó)重視。近年來(lái)，在政策的推動(dòng)下，光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，光伏電站容量在電力系統(tǒng)電源中所占比例逐漸增加。本課題需要學(xué)生了解光伏電池的工作原理及光伏發(fā)電系統(tǒng)的分類，并網(wǎng)光伏發(fā)電系統(tǒng)的組成，以及光伏發(fā)電系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)。然后分析光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電特性，選取輻照強(qiáng)度等信息作為影響光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電功率的主要因素，為建立發(fā)電功率預(yù)測(cè)模型提供理論支撐。光伏出力的波動(dòng)性是影響光伏發(fā)電發(fā)展的重要因素，通過(guò)對(duì)光伏電站的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，研究了不同時(shí)間尺度下光伏出力的波動(dòng)特性。文章簡(jiǎn)要概述了光伏并網(wǎng)發(fā)電的出力波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的影響，定量分析了光伏出力的波動(dòng)水平，通過(guò)對(duì)不同時(shí)間尺度的光伏出力波動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行３種分布函數(shù)的概率密度擬合并比較結(jié)果，得出不同時(shí)間尺度下光伏出力的波動(dòng)性應(yīng)選擇不同的概率分布模型來(lái)描述的結(jié)論。關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；出力波動(dòng)；時(shí)間尺度；波動(dòng)水平；隨機(jī)分布東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文ABSTRACTSolarPhotovoltaiceffect(PV),alsoknownasPhotovoltaiceffect(PV),isaphenomenonofpotentialdifferencegeneratedbynon-uniformsemiconductororcombinationofsemiconductorandmetalinsunlight.Photovoltaicisdefinedasthedirectconversionofrayenergy.Inpracticalapplication,itusuallyreferstotheconversionofsolarenergytoelectricenergy,namelysolarphotovoltaic.Themainwaytoachieveitisthroughtheuseofsiliconandothersemiconductormaterialsmadeofsolarpanels,usinglighttogeneratedirectcurrent,suchasourdailylifecanbeseeninsolarcells.Photovoltaictechnologyhasmanyadvantages,suchastheabsenceofanymechanicalcomponents;Itdoesnotneedanyother"fuel"exceptsunshine,andcanworkunderdirectandobliquesunlight.Andfromthesiteselection,isalsoveryconvenientandflexible,thecityroof,openspacecanbeused.Since1958,solarphotovoltaiceffecthasbeenappliedinthefieldofspacesatellitepowersupplyforthefirsttimeintheformofsolarcells.Today,fromautomaticparkingmeterstorooftopsolarpanelstovastsolarpowercenters,itsapplicationsinthefieldofpowergenerationhavespreadallovertheworld.Solarpowerisarapidlygrowingformofenergy,andthesolarmarkethasalsomadesignificantprogressinthepastdecade.Accordingtothedata,theannualcompoundannualgrowthrateoftheglobalsolarenergymarketreached47.4%,from598MWin2003to2826MWin2007.Itispredictedthattheannualinstalledcapacityofsolarenergysystemmayfurtherincreaseto9917MWby2012,andthetotalsalesofsolarenergyindustrymaygrowfrom$17.2billionin2007to$39.5billionin2012.Thisgrowthislargelyduetorapidlyincreasingglobaldemand,risingfeed-intariffsandvariousgovernmentincentives.Ingeneral,governmentsaretakingaggressivemeasurestoreducetheirdependenceonforeignenergysourcesbecauseofpoliticalandeconomicinstabilityinmanyoftheworld'soilandgasproducingregions.Solarpoweroffersanattractivewaytogenerateelectricitywithoutbecomingheavilydependentonforeignsources.Inaddition,growingenvironmentalconcernsandpoliticalincentivesforclimatechangerisksassociatedwithfossil-fuelpowergenerationhavepromptedgovernmentstoimplementgreenhousegasmitigationstrategiesaimedatreducingemissionsofcarbondioxideandothergases.Solarandotherrenewableenergysourceshelpsolvetheseenvironmentalproblems.Withtheincreasinglysevereenergycrisisandenvironmentalprotectionsituation,photovoltaicpowergenerationbyvirtueofsolarenergyclean,environmentalprotection,renewableandotheradvantagesattractedtheattentionofcountries.Inrecentyears,underthepromotionofpolicies,thephotovoltaicpowergenerationindustryhasbeendevelopedrapidly,andtheproportionofphotovoltaicpowerstationcapacityinthepowersupplysystemhasgraduallyincreased.Thisprojectrequiresstudentstounderstandtheworkingprincipleofphotovoltaiccells,theclassificationofphotovoltaicpowergenerationsystem,thecompositionofgrid-connectedphotovoltaicpowergenerationsystem,andthebasicstructureandrelatedparametersofphotovoltaicpowergenerationsystem.Then,thegenerationcharacteristicsofphotovoltaicpowergenerationsystemareanalyzed,andinformationsuchasirradiationintensityisselectedasthemainfactorsaffectingthegenerationpowerofphotovoltaicpowergenerationsystem,providingtheoreticalsupportfortheestablishmentofgenerationpowerpredictionmodel.Keywords:Photovoltaicpowergeneration;Fluctuationofoutput;Timescale;Fluctuationlevel;Randomdistribution東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文-第1章緒論1.1課題背景與意義隨著地球上不可再生能源的消耗殆盡，人們的目光逐漸轉(zhuǎn)移到了可再生能源上面，其中，光能，作為人們生活中一種不可或缺的物質(zhì)或能源，進(jìn)入了人們的視線，越來(lái)越多的人開始使用光能來(lái)創(chuàng)造價(jià)值，雖然光是一種可再生能源，但現(xiàn)階段人們對(duì)于光伏的利用還不是那么完善，光能源的利用效率很低，光能的使用更是受到天氣等各種條件的制約，提高光能的使用效率成為了一個(gè)重大的難題。1.1.1什么是光伏光伏的出現(xiàn)，極大地推動(dòng)了光學(xué)，電子學(xué)以及其他邊緣科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展。激光在通信、信息傳送、雷達(dá)、高精度測(cè)距、遙感探測(cè)各種環(huán)境參量和其他方面廣泛應(yīng)用的可能性，有力地促進(jìn)了光伏的研究工作，本文對(duì)光伏出力的波動(dòng)特性進(jìn)行了深入的研究，因?yàn)橛嘘P(guān)熱輻射源的大部分早期資料，即使用來(lái)對(duì)激光與大氣相互作用產(chǎn)生的效應(yīng)作粗略的定量估算也不行，此外，用光伏的研究成果，可以更深入地弄清光波與大氣相互作用的本質(zhì)，了解這種相互作用的詳細(xì)機(jī)理。光波在大氣中傳播時(shí)，會(huì)受到分子吸收，大氣氣體和氣溶膠散射、并合散射和共振散射與介質(zhì)的非線性相互作用。吸收和散射引起大氣中波的能量衰減。大氣折射率的起伏引起波的振幅和相位起伏。非線性效應(yīng)則使能量的變化與表征大氣中光信號(hào)能量以指數(shù)衰減的布格爾定理產(chǎn)生偏差。另一方面。無(wú)論是傳播信號(hào)本身的畸變，或是外來(lái)輻射與大氣的相互作用產(chǎn)生的上述效應(yīng)，都伴隨著產(chǎn)生大氣的光學(xué)干擾。和無(wú)線電波段不同，光波在大氣中的傳播主要取決于大氣的性質(zhì)，因此，在與光信號(hào)通過(guò)大氣傳輸有關(guān)的系統(tǒng)中，光波的利用率，主要取決于介質(zhì)對(duì)信號(hào)的影響，更確切地說(shuō)，是對(duì)信噪比的影響。1.1.2光傳播時(shí)的變化光信號(hào)在傳播時(shí)首先會(huì)產(chǎn)生與下列幾點(diǎn)有關(guān)的變化：大氣氣體的吸收和分子及氣溶膠引起能量衰減；空氣折射率的隨機(jī)不均勻性引起的波的振幅和相位起伏；大氣的垂直和水平不均勻性產(chǎn)生的折射。當(dāng)信號(hào)功率足夠大，持續(xù)時(shí)間極短時(shí)，非線性效應(yīng)也會(huì)影響信號(hào)的特性。通常，上述各種效應(yīng)可獨(dú)立地進(jìn)行研究，以解決光信號(hào)傳播的各種問(wèn)題。此外，大氣光學(xué)效應(yīng)還造成光學(xué)干擾，使光電系統(tǒng)在大氣中的工作效率受到限制。1.1.3現(xiàn)代光學(xué)和統(tǒng)計(jì)的聯(lián)系現(xiàn)代光學(xué)有一個(gè)明顯的特點(diǎn)，是他和通信理論的緊密聯(lián)系。成象光學(xué)討論的就是空間傳遞信息，激光為傳遞時(shí)間信息（光通信）提供了理想的光源。光學(xué)與通信理論的結(jié)合，使通信理論中的概念和方法進(jìn)入光學(xué)，形成了光學(xué)的新分支。光學(xué)中采用通信理論的頻譜分析方法和線性系統(tǒng)理論之后，形成了傅里葉光學(xué)；而采用通信理論中的隨機(jī)過(guò)程、相關(guān)函數(shù)、統(tǒng)計(jì)估值等統(tǒng)計(jì)方法來(lái)解決光學(xué)中的統(tǒng)計(jì)問(wèn)題，則形成了統(tǒng)計(jì)光學(xué)。光學(xué)中之所以需要采用統(tǒng)計(jì)方法，是由于光場(chǎng)普遍存在著隨機(jī)漲落。在光場(chǎng)的產(chǎn)生、傳播和檢測(cè)過(guò)程中，有許多不確定的隨機(jī)因素造成光場(chǎng)漲落。先看光場(chǎng)的產(chǎn)生。自然界的光源是大量原子或分子構(gòu)成的，每個(gè)原子發(fā)生的基元輻射之間沒(méi)有固定的位相關(guān)系，這些基元輻射的疊加造成總光場(chǎng)急劇漲落。激光器發(fā)出的激光要有序的多，但即使是最好的激光器，殘存的自發(fā)輻射，諧振腔端面的隨機(jī)振動(dòng)等，也都會(huì)使輻射場(chǎng)隨機(jī)漲落。在光波傳播過(guò)程中，傳播媒質(zhì)的不均勻性，例如大氣中的湍流和散射表面的凹凸不平會(huì)使光場(chǎng)產(chǎn)生新的隨機(jī)漲落，最后，光探測(cè)器都是基于光量子與物質(zhì)的作用，特別是光電效應(yīng)。觀測(cè)結(jié)果表現(xiàn)為光電子計(jì)數(shù)分布。顯然它在時(shí)間中不會(huì)均勻分布，而是隨機(jī)分布的。對(duì)于光場(chǎng)在時(shí)間中和空間中的統(tǒng)計(jì)漲落，自然需要用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法來(lái)描述和分析。統(tǒng)計(jì)光學(xué)的內(nèi)容，可以從狹義和廣義兩種意義來(lái)說(shuō)。從狹義說(shuō)，統(tǒng)計(jì)光學(xué)研究廣場(chǎng)的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，所用數(shù)學(xué)的工具主要是隨機(jī)變量和隨機(jī)過(guò)程理論。從廣義說(shuō)，凡是應(yīng)用概率統(tǒng)計(jì)方法來(lái)分析光學(xué)問(wèn)題，都屬于統(tǒng)計(jì)光學(xué)范圍。例如在圖像恢復(fù)中，由于從系統(tǒng)的輸出端得到的數(shù)據(jù)是由輸入端的圖象和進(jìn)入系統(tǒng)的隨機(jī)噪聲共同造成的，因此需要在一定的準(zhǔn)則下對(duì)輸入圖像進(jìn)行估值恢復(fù)。雖然光場(chǎng)的本性是統(tǒng)計(jì)的，但是把統(tǒng)計(jì)學(xué)的概念和方法引入光學(xué)是比較晚的事。1.2光伏出力的影響因素光伏出力的影響因素很多，但其中最主要的還是天氣因素對(duì)光伏出力的影響，由于晴天、陰天、雨天、雪天照到大地上的太陽(yáng)光受到不同介質(zhì)的影響，光伏出力也會(huì)盡然不同，下面分別對(duì)不同天氣對(duì)光伏出力不同的影響作出不同的解釋。1.2.1晴天對(duì)光伏出力的影響由于晴天空氣中沒(méi)有多余的介質(zhì)，大多數(shù)為空氣，所以可以近似將晴天中空氣中的介質(zhì)當(dāng)作空氣來(lái)計(jì)算。介質(zhì)走向順序?yàn)榭諝猓怏w）空氣（氣體）1.2.2陰天時(shí)對(duì)光伏出力的影響造成陰天的主要因素是云，由于天空中大量的云遮擋了太陽(yáng)光的原因，造成了陰天的天氣，所以此時(shí)空氣中的介質(zhì)可近似認(rèn)為是作為云的固體與作為空氣的氣體。此時(shí)介質(zhì)走向順序?yàn)榭諝猓怏w）云（固體）空氣（氣體）1.2.3下雨天對(duì)光伏出力的影響當(dāng)烏云中的雨水較多時(shí)，會(huì)造成下雨的情況，此時(shí)空氣中的介質(zhì)可近似地認(rèn)為是作為云的固體、作為雨水的液體還有作為空氣的氣體所組成。此時(shí)介質(zhì)走向的順序?yàn)榭諝猓怏w）云（固體）雨（液體）空氣（氣體）1.2.4下雪天對(duì)光伏出力的影響雪是從大氣中的水蒸氣直接凝結(jié)而成。云中的低溫使得水蒸氣結(jié)成冰晶，當(dāng)氣溫夠低時(shí)，冰晶落到地面仍是雪花時(shí)，就是下雪了。此時(shí)介質(zhì)走向順序?yàn)榭諝猓怏w）云（固體）雪（固體）空氣（氣體）東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文第2章光波由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)當(dāng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入到另一種介質(zhì)時(shí)，其會(huì)發(fā)生折射與散射，其折射率與反射率也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，那么這些變化是否也會(huì)影響光伏出力地變化呢？下面讓我們來(lái)具體地研究一下。2.1光波由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)當(dāng)光波由光疏介質(zhì)進(jìn)入光密介質(zhì)時(shí)，即n1<n2,隨著入射角的變化，其振幅反（透）射系數(shù)、振幅反射率（透過(guò)率）、強(qiáng)度反射率（透過(guò)率）均會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。2.1.1反射率、透射率變化下面，通過(guò)具體實(shí)例分析光波由光疏介質(zhì)進(jìn)入到光密介質(zhì)時(shí)反射率和透射率的變化。若平面光波從空氣（折射率為=1）入射到石英玻璃中（折射率為=1.45），通過(guò)MATLAB作出p,s分量的振幅反射率和振幅透射率以及他們的絕對(duì)值雖入射角的變化曲線如下：根據(jù)圖1.5所計(jì)算得到的平面光波由光疏介質(zhì)入射到光密介質(zhì)時(shí)的結(jié)果，可以看出：當(dāng)入射角=0，即垂直入射時(shí)、和、都不為0，表示存在反射波和折射波；當(dāng)=90度，即掠入射時(shí)，==-1，==0即沒(méi)有折射光波。從圖中還可以看出：和隨的增大而減??；隨的增大而增大，直到等于1；而的值先隨的增大而減小，到達(dá)一特定的值時(shí)，有=0，即反射波中此時(shí)沒(méi)有p分量，只有分量，產(chǎn)生全偏振現(xiàn)象，然后的增大，也不斷增大，直到等于1。若平面光波從空氣（折射率為=1）入射到石英玻璃中（折射率為=1.45），用MATLAB作出p,s分量的能流反射率和能流透射率以及它們的平均值隨入射角的變化曲線如下：由此可見，當(dāng)陽(yáng)光從一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，也可由此公式算出?？諝獾恼凵渎蕿?，水的折射率為1.33，由MATLAB得出p,s分量的振幅反射率和振幅透射率以及他們的絕對(duì)值雖入射角的變化曲線如下：2.1.2布魯斯特角從上圖中可以觀察到，入射角唯一特定角時(shí)，和均為0，這個(gè)特定角度就是布魯斯特角（Brewsterangle)根據(jù)布魯斯特角的特性，可得=0（2.1）令a=,帶入方程（2.1）移項(xiàng)后兩邊平方可得（2.2）移項(xiàng)后可得（2.3）由于，因此,將方程（2.3）兩邊同時(shí)除以，化簡(jiǎn)可得（2.4）即（2.5）2.2大氣中光波的散射光從太陽(yáng)發(fā)出后需要8分鐘才會(huì)到達(dá)地球表面，在這些時(shí)間內(nèi)，從太陽(yáng)發(fā)出的光需要走過(guò)很遠(yuǎn)的行程，其中也會(huì)遇到宇宙中的雜質(zhì)，大氣中的物質(zhì)使其發(fā)生一些變化，那么，這些變化又是否會(huì)影響光伏出力的波動(dòng)特性呢？光信號(hào)在地球大氣中傳播時(shí)，首先其能量會(huì)在空氣密度的起伏（分子散射）、氣溶膠粒子（氣溶膠散射）以及空氣的湍流運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的不均勻性上發(fā)生散射。由于忽略了散射截面的微小部分，我們就不涉及其他散射效應(yīng)，這些效應(yīng)可以由光波在大氣中傳播而產(chǎn)生。對(duì)分子的散射已進(jìn)行了足夠詳盡的研究，并給出了紫外、可見和紅外波段在大氣中不同高度的散射系數(shù)的詳細(xì)計(jì)算結(jié)果。在由散射引起的光信號(hào)的能量衰減一章中，我們給出了定量的數(shù)據(jù)。在這里僅指出，分子散射在紫外波段最大，而在紅外波段中卻是極次要的。光信號(hào)由于氣溶膠散射產(chǎn)生的能量衰減是離散介質(zhì)的一種特殊情況，一般情況下，入射在粒子上的輻射，既產(chǎn)生散射也產(chǎn)生吸收，以后說(shuō)到氣溶膠的散射時(shí)，一般情況下都是指氣溶膠的衰減。光波在離散介質(zhì)中的傳播理論就是以單個(gè)粒子的光散射問(wèn)題的解為基礎(chǔ)的，因此，單個(gè)粒子的散射廣場(chǎng)特性能推廣到整個(gè)粒子系中。最后考慮多次散射，傳輸方程可用測(cè)得的整個(gè)散射體系中散射光場(chǎng)的二次特性來(lái)描述。2.2.1單個(gè)粒子對(duì)光波的散射JIRB(1899年）和Mic（1908年）首先得到了單個(gè)球形粒子的光散射嚴(yán)格解，在K.C.和Vande的著作中對(duì)此已作了詳細(xì)的敘述。這是在確定的邊界條件下。散射電磁場(chǎng)總強(qiáng)度的麥克斯韋方程的精準(zhǔn)解。后者可以求出散射強(qiáng)度和其他斯托克斯參數(shù)，即完全而且唯一表征散射光場(chǎng)特性的的二次量的總和。通常把散射場(chǎng)的斯托克斯參數(shù)變換的矩陣叫做散射矩陣。散射矩陣完全取決于粒子的光學(xué)性質(zhì)，并且有7個(gè)獨(dú)立的分量，因?yàn)閷?duì)于單個(gè)粒子，所有16個(gè)矩陣分量之間存在9個(gè)函數(shù)關(guān)系式，在均勻的球形粒子情況下，彼此獨(dú)立的分量減少到三個(gè)，每一個(gè)都是散射角的函數(shù)。在此情況下，散射矩陣就由求出的總散射通量來(lái)歸一化，粒子在各個(gè)方向上散射的電磁能量的總通量與入射在粒子上的通量強(qiáng)度之比，定義為單個(gè)粒子的散射系數(shù)。類似的可以定義單個(gè)粒子的吸收系數(shù)和衰減系數(shù)。在多種情況中，用衰減、散射和吸收系數(shù)表示的衰減、散射、和吸收的有效因子的概念是有用的。這可用下式表示：（2.1）這里是衰減系數(shù)；是衰減的有效因子；a是散射粒子的半徑。（其中是復(fù)折射指數(shù)為的介質(zhì)中的波長(zhǎng)）；m=(其中是粒子的復(fù)折射指數(shù)）。衰減系數(shù)的基本公式是單個(gè)粒子散射理論的重要結(jié)果，它與粒子的振幅函數(shù)（是散射角）有關(guān)。當(dāng)=0時(shí)，可用下式表示：（2.2）式中Re表示對(duì)散射的振幅和入射波的振幅有關(guān)的復(fù)振幅的函數(shù)取實(shí)部。和可用關(guān)系式式（1.9）反映了光散射時(shí)的衰減過(guò)程。嚴(yán)格地說(shuō)，是由于干涉消耗了初始波的一部分能量，而不是粒子簡(jiǎn)單地把波分隔開來(lái)。根據(jù)散射系數(shù)和衰減系數(shù)的定義，可假設(shè)在某個(gè)方向散射的光不能被接收系統(tǒng)接收。在實(shí)驗(yàn)中這個(gè)假設(shè)并不總是有效的，因?yàn)檩椛涞那跋蛏⑸溆胁糠秩肷湓诮邮掌魃稀＿@就引起了實(shí)測(cè)的散射系數(shù)和計(jì)算的散射系數(shù)之間的偏差。散射場(chǎng)的特性只取決于參數(shù)和m，散射輻射的強(qiáng)度、衰減、散射和吸收的有效因子的公式都是無(wú)窮弱收斂級(jí)數(shù)。為了得到滿意的精度，計(jì)算時(shí)必須考慮這些級(jí)數(shù)的項(xiàng)數(shù)，使之等于2，因此，除了在電子計(jì)算機(jī)上作相應(yīng)的精確數(shù)值計(jì)算所得到的圖表外，還存在大量的近似計(jì)算法和近似解析法，這些方法適用于某種有限的粒子參數(shù)范圍。2.2.2粒子系對(duì)光波的散射目前，在散射粒子系中，只對(duì)彼此獨(dú)立的散射粒子系的散射光場(chǎng)特性作了最嚴(yán)格的全面的綜述，在用同一光束照明的散射粒子系的條件下，可以預(yù)計(jì)，散射波將會(huì)出現(xiàn)某種相位關(guān)系并產(chǎn)生干涉。但是把粒子稍加移動(dòng)或改變散射角，散射波的相位就完全改變了。因此，在多數(shù)實(shí)際情況中，散射光強(qiáng)及光場(chǎng)中散射粒子系的其他二次量都不會(huì)產(chǎn)生相位變化。這種情況下的粒子就說(shuō)是彼此獨(dú)立的散射粒子。根據(jù)單個(gè)粒子散射的光強(qiáng)可加性，獨(dú)立散射粒子系的散射系數(shù)和衰減系數(shù)也可以相加。因此，大小不同的散射粒子系，散射系數(shù)可按下式計(jì)算：（2.3）式中N是單位體積中散射體的數(shù)目；是體積中出現(xiàn)半徑為的粒子的概率密度。有波長(zhǎng)之倒數(shù)的量綱，稱為體散射系數(shù)，類似地可定義體衰減系數(shù)和體吸收系數(shù)。正如單個(gè)粒子一樣，散射粒子系的體散射系數(shù)是散射矩陣（在離散介質(zhì)各向同性條件下）的歸一化因子。對(duì)粒子系來(lái)說(shuō)，一般情況下，散射矩陣的十六個(gè)分量都是獨(dú)立的，然而，在描述介質(zhì)的性質(zhì)時(shí)，不同矩陣分量的作用也不相同。于是，對(duì)于霧和云的情況，如果忽略非球型的微小影響時(shí)，就可局限于散射矩陣的四個(gè)獨(dú)立分量以及散射系數(shù)和衰減系數(shù)上，即六個(gè)獨(dú)立的光學(xué)特性，在大多數(shù)實(shí)際情況中，可以忽略這樣的偏振效應(yīng)。這樣，主要的化學(xué)特性僅為三種：散射系數(shù)、衰減系數(shù)、散射矩陣的第一分量——散射相系數(shù)。下面就來(lái)描述散射光強(qiáng)的角分布，這種角分布滿足特定的條件，即（2.4)上式和非歸一化的散射矩陣的第一分量的關(guān)系用下式表示：（2.5）對(duì)于多分散的粒子系，散射相函數(shù)可用數(shù)值積分來(lái)計(jì)算。由粒子系產(chǎn)生的光波散射使用斯托克斯和散射矩陣作定量描述的。一般只有在散射光是散射波的統(tǒng)計(jì)非相干混合物條件下，這才是正確的。因此，當(dāng)介質(zhì)被相干光照明時(shí)，或者被密集分布的粒子系散射時(shí)，借助于斯托克斯參數(shù)線性變換，以確定作為介質(zhì)光學(xué)特性集合的散射矩陣的應(yīng)用合理性，需要補(bǔ)充論據(jù)，在散射粒子系被相干光束照明的條件下，散射波的相干性對(duì)某種局部情況下被測(cè)光場(chǎng)特性的影響，是應(yīng)用動(dòng)力學(xué)矩陣的理由。在這種情況下，通常就說(shuō)是散射的合作效應(yīng)，其實(shí)就是廣義的干涉效應(yīng)。在以下各章中，我們對(duì)合作效應(yīng)出現(xiàn)的性質(zhì)和條件做了分析。2.3地球大氣中光的折射研究地球大氣中光的折射（通常叫地球折射）已有很長(zhǎng)的歷史。對(duì)于光信號(hào)的失真來(lái)說(shuō)，也需要地球折射的知識(shí)，在某些情況下，不僅要加強(qiáng)專門的分析，而且要在這方面做補(bǔ)充的研究。根據(jù)觀測(cè)時(shí)需要考慮折射訂正的目標(biāo)的位置，可把折射分成以下幾種主要的情況：目標(biāo)（恒星，行星和其他天文目標(biāo)）在大氣外的遠(yuǎn)距離上。這種情況涉及到有最長(zhǎng)歷史研究的天文折射。觀測(cè)目標(biāo)接近或者就在地球表面上（處在近地層大氣附近）。這種情況涉及到局部條件的地球折射，也稱為測(cè)量學(xué)折射，需要考慮這種折射的一些特點(diǎn)。觀測(cè)目標(biāo)接近或者就處在地球大氣中（在大氣邊界附近）。這種情況需要考慮到達(dá)目標(biāo)的有限距離，而天文折射的資料不能直接應(yīng)用。上述三種情況都要假定觀測(cè)者是在地面或者接近地面上。當(dāng)接收光學(xué)系統(tǒng)置于大氣中或大氣外，而目標(biāo)在地面時(shí)所產(chǎn)生的折射就叫做攝影測(cè)量折射，原則上認(rèn)為這種折射與上面列舉的情況沒(méi)有差別。根據(jù)光束偏離的時(shí)間變化特性，常常把光學(xué)折射分為規(guī)則折射和隨機(jī)折射。在規(guī)則折射的情況下，人們應(yīng)用依賴于氣象條件的折射角的平均值，以大約0.01赫茲或更低頻率變化的折射叫做隨機(jī)折射。變化更快的折射（頻率0.1-100赫茲）叫做光學(xué)圖像的抖動(dòng)。計(jì)算后一種效應(yīng)的理論和方法最嚴(yán)格，大體上可由上一節(jié)研究的光波在湍流大氣中的傳播理論來(lái)得到。最后，除了垂直折射外，下面要提及的是，有時(shí)必須考慮折射率的水平不均勻性所產(chǎn)生的側(cè)向折射，根據(jù)現(xiàn)有的參考文獻(xiàn)所做的估算，考慮側(cè)向折射后，要對(duì)垂直折射做明顯的修正。2.3.1斜程地球折射折射率的不均勻性是大氣中光束彎曲（折射）的物理原因。因此，基本上是利用由費(fèi)馬（Fermat)的原理推導(dǎo)的斯涅爾折射定律求得光學(xué)折射公式?，F(xiàn)在我們來(lái)研究離地面高度為z，折射率為n(z)和的兩個(gè)大氣層元。根據(jù)折射定律，光線在這兩層分界面上的入射角和出射角之間具有一定的關(guān)系。在大地測(cè)量，定位測(cè)量和其他實(shí)際測(cè)量中，主要的問(wèn)題不是用式求出地球折射的全角，而是目標(biāo)真實(shí)的天頂距（AB)和室天頂距（A）之間的夾角Z.以后我們把這個(gè)角簡(jiǎn)稱為地球折射角。現(xiàn)有各種折射理論的差別就在于：不同高度上大氣參數(shù)的不同假設(shè)及相應(yīng)的計(jì)算式積分的不同方法。在可見和紅外波段中，折射率與大氣參數(shù)的關(guān)系為（2.6）式中是與波長(zhǎng)有關(guān)的系數(shù)。如果氣p的絕對(duì)濕度e用巴作單位，溫度為K，則對(duì)于0.6微米的光波段，=1.0485*。估算表明濕度的最大變化量引起折射率的變化不大于0.5%。通常，對(duì)于如此小的適度影響忽略不計(jì)。折射率與氣壓和溫度的關(guān)系常常利用折射率與氣體密度的關(guān)系，這種關(guān)系是通過(guò)p和T，用已知的克拉珀龍方程求出。為了計(jì)算式的積分，有兩種基本的方法：第一種方法是根據(jù)一系列假設(shè)進(jìn)行簡(jiǎn)化，得出近似公式，第二種方法是用某種大氣模式對(duì)折射率的積分進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，計(jì)算地球折射的全角近似公式是應(yīng)用第一種方法的實(shí)例。在十分粗略的假設(shè)條件下，可求出地球折射的全角，如果引進(jìn)參數(shù)其中是地面處的大氣折射率；H是目標(biāo)的高度（最大值為z）；是地球半徑，在大氣層為平面平行的假設(shè)下，則有（2.7）如果在高度H上，大氣的相對(duì)密度x（H）=0，此式就變成天文折射的近似公式。由式（2.7）可見，在所作的假設(shè)條件下，折射角僅取決于觀測(cè)高度和目標(biāo)高度上的空氣密度。計(jì)算表明，與計(jì)算值相比，應(yīng)用導(dǎo)出的公式所產(chǎn)生的范圍不大于1.5%。其中當(dāng)，就要考慮更高階的項(xiàng)。在大的天頂角情況下，式（2.7）的精度迅速下降?？紤]具體的大氣模式（氣壓和溫度的剖面圖），可以得到更精確的計(jì)算公式，導(dǎo)出地球折射角的公式（2.8）估算表明，式（2.8）可以保證的計(jì)算精度達(dá)到10角秒，并容易估算出與天文折射的相對(duì)值，其中目標(biāo)高度為1公里時(shí)，是天文折射的5%；高度為10公里時(shí)，是38%；100公里時(shí)是92%；300公里時(shí)是97%。目前，利用某種大氣模式所作的地球折射的數(shù)值計(jì)算結(jié)果已制成圖表，目標(biāo)的天頂角為85-90度，在離地面不同高度的觀測(cè)點(diǎn)上，總地球折射的計(jì)算結(jié)果，給出了國(guó)際地球物理年期間，用大氣密度月平均高空氣象測(cè)量值得到的光線在水平路程上和不同地理緯度的折射計(jì)算結(jié)果。2.3.1水平路程的地球折射在均勻的下墊面和分層的大氣條件下，水平路程的地球折射角（大氣測(cè)量折射角）可用簡(jiǎn)單的公式與大氣的物理參數(shù)聯(lián)系起來(lái)。水平路程通常是用地球折射系數(shù)表征折射；它定義為地球半徑與被大氣所折射的作為圓弧的光線曲率半徑之比。后一個(gè)假設(shè)（在定義地球折射系數(shù)中）能求出地球折射角（觀測(cè)方向和目標(biāo)的真實(shí)方向之間的夾角）與地球折射系數(shù)的明顯關(guān)系（2.9）式中L是觀測(cè)到地面上的目標(biāo)的距離（角分，等效于海里）。如果用角分，L用公里表示，則式（2.9）的數(shù)值系數(shù)為0.296。為了確定地球的折射系數(shù)與大氣狀況的關(guān)系，我們求得光線的曲率半徑，其中dz是折射層元的厚度。這樣，對(duì)于斜程一般有（2.10）式中K（z)是在高度z處的水平路程的地球折射系數(shù)。利用公式可得到地球折射系數(shù)與其它大氣參數(shù)（通過(guò)折射率表示）的關(guān)系，可得：（2.11）其中正如上面指出的，式（2.11）與濕度的關(guān)系是不重要的，的影響更小。大氣中的氣壓梯度實(shí)際上是個(gè)常量，近地空氣層=巴/米。因此，光程上的溫度和氣壓以及溫度梯度是影響地球折射系數(shù)的主要物理參數(shù)。在給定的溫度梯度條件下，地球折射系數(shù)隨氣象條件的變化同樣取決于參數(shù)。不難估算，在近地層溫度和氣壓的變化范圍內(nèi)，由引起的地球折射系數(shù)變化不大于2。上面得到的地球折射公式都假設(shè)光程上的大氣是均勻的，其結(jié)構(gòu)也是有規(guī)則的。自然可以預(yù)料，實(shí)際情況不能始終滿足相應(yīng)的假設(shè)。這就引起了測(cè)得的和根據(jù)大氣的氣象參數(shù)計(jì)算出來(lái)的地球折射系數(shù)的偏差。通過(guò)對(duì)光學(xué)和氣象資料的比較分析得到，即使在光程兩端作氣象觀測(cè)，地球折射系數(shù)的計(jì)算值和測(cè)量值的離散相應(yīng)減小。這樣，當(dāng)路程長(zhǎng)度大于2公里時(shí)，離散大大減小。限制公式（2.10）和（2.11）在實(shí)際路程中應(yīng)用的另一個(gè)原因是大氣狀況隨時(shí)間的變化。在許多情況中，這種變化與該地區(qū)的特點(diǎn)（路程剖面圖、微氣候?qū)W等）相結(jié)合，引起所謂持續(xù)一段時(shí)間的反常折射，在這種情況下，會(huì)使視地平傾角變化到十幾角分，甚至1-2度。大氣狀況隨時(shí)間更快的變化，會(huì)引起數(shù)值上明顯的折射角隨時(shí)間的變化（隨即折射）。因此，用地球折射系數(shù)與大氣物理參數(shù)相聯(lián)系的公式，只能對(duì)地球折射系數(shù)作十分粗略的估算。對(duì)具體的情況，這種估算可根據(jù)所研究的路程上，大氣物理參數(shù)的空間和時(shí)間變化的初步統(tǒng)計(jì)資料，或者根據(jù)相應(yīng)的參數(shù)剖面圖的有效資料（這些資料可用激光大氣探測(cè)方法得到）做得更精確。2.3.2隨機(jī)折射空氣不均勻性的運(yùn)動(dòng)所引起的光束隨時(shí)間的快速位移就是隨機(jī)折射。隨即折射在未作附加控制時(shí)，在許多情況中會(huì)降低雷達(dá)系統(tǒng)的導(dǎo)引精度和觀測(cè)目標(biāo)的坐標(biāo)精度，總之會(huì)降低在光學(xué)信道中傳送信息的系統(tǒng)的效能。因此，與上述問(wèn)題相比，隨即折射的實(shí)際意義，較之它對(duì)前面的天文和大地測(cè)量中的意義大許多。為了選擇和找出最有利的觀察時(shí)機(jī)，天文觀測(cè)和大地測(cè)量的基本任務(wù)是對(duì)折射作系統(tǒng)的測(cè)量。在研究過(guò)程中，自然要對(duì)折射角的快速變化進(jìn)行觀測(cè)。根據(jù)多年天文折射的觀測(cè)，B.A.KpaT給出了四類太陽(yáng)圓盤邊緣在望遠(yuǎn)鏡中的快速振動(dòng)（折射角）圖像：具有從0.5到1赫茲的固定周期和隨機(jī)振幅的振動(dòng)；振幅具有隨機(jī)特性、幅度達(dá)到幾弧秒、平均頻率為0.1或0.2赫茲的“不規(guī)則的”圖像抖動(dòng)。其余兩類具有更高頻率的振動(dòng)（10赫茲以上），并引起圖像模糊（這些振動(dòng)的定量描述暫不做討論）以上章節(jié)敘述了太陽(yáng)光進(jìn)入不同介質(zhì)時(shí)的變化情況，下面討論大氣的分子吸收引起的光信號(hào)能量衰減。大氣分子吸收引起的光信號(hào)能量衰減是否會(huì)引起光伏出力波動(dòng)特性的變化呢，我們?cè)谙乱徽聲?huì)進(jìn)行分析。東北電力大學(xué)自動(dòng)化工程學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文大氣分子吸收引起的光信號(hào)能量衰減吸收系數(shù)或者用吸收系數(shù)表示的吸收率函數(shù)，是大氣氣體吸收引起的光波能量衰減的定量描述。于大氣中傳播的輻射，如果在其光譜帶范圍內(nèi)可以忽略吸收系數(shù)的光譜關(guān)系，則由分子吸收引起的輻射衰減就能用布格爾定理描述。在所有其他情況下，布格爾定理不再適用，衰減的大小就要用吸收率函數(shù)描述。在一般情況下，要定量的確定大氣氣體的吸收引起所選擇光源輻射的能量衰減，既要有光源輻射光譜的詳細(xì)知識(shí)，又要有氣體吸收光譜的詳細(xì)知識(shí)。這里指的是，實(shí)際上完全不畸變的可分辨光譜。這也是我們將十分注意的情形。3.1大氣氣體吸收光譜的一般特性在紫外、可見和紅外光譜區(qū)，水汽、二氧化碳、臭氧和氧氣是大氣的主要吸收氣體。此外，在行星尺度上，大氣還含有稱為微量成分的、對(duì)所討論的波長(zhǎng)區(qū)域也能吸收輻射的氣體，它們首先是一氧化碳、甲烷、氧化氮。最后，在局部地區(qū)，也可能存在個(gè)別起源不同的氣體，它們對(duì)光波的能量也產(chǎn)生吸收，在這里，我們討論的只是存在于行星尺度大氣中的氣體吸收光譜的描述問(wèn)題。水汽和臭氧分子屬于非對(duì)稱陀螺型分子，因此，它們的電子、振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)光譜有非常豐富的吸收譜線。CO2，N2O,NO,CO,O2和N2分子都是線型的，沒(méi)有這樣豐富的吸收譜線。雖然如此，他們的譜線也夠復(fù)雜的，像甲烷分子就屬于球形陀螺型分子。水汽的電子吸收光譜分布在遠(yuǎn)紫外光譜區(qū)（波長(zhǎng)小于0.1860微米）。它的振-轉(zhuǎn)光譜包括v1，v2，v3三條主要譜帶，其中心波長(zhǎng)相應(yīng)為3657.05，1594.78和3755.92厘米-1，以及處于紅外和可見光譜區(qū)的復(fù)合帶和熱帶的泛音振動(dòng)。H2O的振轉(zhuǎn)光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜和紊亂，在高分辨率的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)水的每一條吸收帶都是由數(shù)百以及數(shù)千條光譜組成。根據(jù)這種情況可以斷定，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有把所有的譜線都記錄下來(lái)。在研究大氣對(duì)太陽(yáng)的吸收光譜中，發(fā)現(xiàn)了下述以99.73，0.2039，0.0373和0.0298的比例存在于大氣中的水的同位素的吸收譜線，H2O18分子的吸收譜線相對(duì)于H2O16的譜線移動(dòng)了1厘米-1到11厘米-1，這些同位素吸收譜線的相應(yīng)強(qiáng)度與他們的濃度成正比。HDO的吸收帶與H2O16的吸收帶明顯不同。3.2吸收現(xiàn)象1972年，Bouguer根據(jù)實(shí)驗(yàn)建立了一個(gè)吸收定律。后來(lái)Lambert（1760）又做了理論上的證明。當(dāng)功率密度為的平行光柱，入射厚度為的吸收物質(zhì)后，透射光的功率密度減弱為。設(shè)入射到物質(zhì)內(nèi)部元層dz上的功率密度為，由它透射后的概率密度為，這一元層所吸收的功率密度應(yīng)與成正比，即（3.1）（3.2）式中叫作吸收物質(zhì)的吸收率。它表明吸收媒質(zhì)的單位厚度所吸收的入射功率密度的分?jǐn)?shù)。式中負(fù)號(hào)表明通過(guò)吸收層后，I是減弱的。將上式積分，并考慮到在均勻媒質(zhì)中是常數(shù)，可得或（3.3）這是Bouguer-Lambert吸收定律。它示明當(dāng)吸收層的厚度按算術(shù)級(jí)數(shù)增加時(shí)，光的功率密度按幾何級(jí)數(shù)減弱。物質(zhì)的吸收率取決于物質(zhì)的性質(zhì)，并與波長(zhǎng)有關(guān)，而與入射光的功率密度及物質(zhì)的厚度無(wú)關(guān)。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，當(dāng)光的功率密度變化了倍時(shí)，式（3.3）仍是適用的。當(dāng)光通過(guò)溶液時(shí)，光被溶解在透明溶劑中的物質(zhì)的吸收量與溶液內(nèi)單位長(zhǎng)度光波路程上的吸收分子數(shù)目成正比，所以吸收率也就與濃度C成正比。即帶入式（3.3），吸收定律可寫成（3.4）式中也是一個(gè)系數(shù)，它的數(shù)值僅僅取決于吸收媒質(zhì)分子的特征，而與溶液的濃度無(wú)關(guān)。式（3.4）叫做Beer定律。但須指出，只有當(dāng)溶液里的分子特性不因他的臨近分子的存在而發(fā)生變化時(shí)，Beer定律才能使用，并可用以測(cè)溶液的濃度。在很濃的溶液里，分子間的相互影響頗強(qiáng)，Beer定律不復(fù)適用，但吸收定律仍然適用。吸收率數(shù)值的大小，可用以說(shuō)明光波通過(guò)物質(zhì)時(shí)功率密度損失的多少。所損失的功率密度會(huì)轉(zhuǎn)變成物質(zhì)中的分子的熱運(yùn)動(dòng)。此外，上面講過(guò)，當(dāng)光波通過(guò)物質(zhì)時(shí)所發(fā)生的向四方散射的現(xiàn)象，也會(huì)使光波沿原入射方向損失部分功率密度?？梢姂?yīng)反應(yīng)兩種因素——吸收和散射——的作用。在大多數(shù)情況下，這兩種因素中的一個(gè)往往比另一個(gè)小很多?？珊雎圆挥?jì)。但我們應(yīng)當(dāng)意識(shí)到，這兩種因素的作用是同時(shí)存在的，而且這兩種作用有時(shí)還是同等重要的。由于吸收和散射都起消光作用，因此在普遍情況下，可寫出消光定律（3.5）這里和分別是消光率和散射率。3.3色散現(xiàn)象光進(jìn)入媒質(zhì)后，光的傳播速度要發(fā)生變化，因而光在兩種媒質(zhì)的界面處要發(fā)生折射。實(shí)驗(yàn)還表明，不同波長(zhǎng)的光在同一媒質(zhì)中的波速也是不同的，或者說(shuō)折射率是波長(zhǎng)的函數(shù)，即，因而各色光在折射時(shí)將折向不同的方向，這是色散現(xiàn)象，白色光入射棱鏡時(shí)，就能看到色散現(xiàn)象。光學(xué)性質(zhì)的不均勻可能是因?yàn)樵诰鶆蛎劫|(zhì)中存在雜志微粒，即混濁媒質(zhì)，如含有塵埃的空氣，散布著微小水滴的空氣——霧、懸浮液、乳狀液等。這些雜質(zhì)微粒作為次波源各個(gè)粒子之間的間隔都比光波波長(zhǎng)大得多，而且它們都是滿無(wú)規(guī)律地隨機(jī)分布的，所以各次波之間沒(méi)有固定的周相關(guān)系，這些次波的疊加是非相干疊加，不會(huì)出現(xiàn)干涉相消的現(xiàn)象，因而出現(xiàn)向各個(gè)方向傳播的散射光，這類散射稱之為Tyndall散射。作為次級(jí)源的粒子的數(shù)目和大小，對(duì)散射光有很大影響，按照散射粒子大小不同，有Rayleigh散射和Mie散射，散射粒子線度不大于十分之一波長(zhǎng)時(shí)，發(fā)生的散射是前者；而散射粒子線度比波長(zhǎng)大時(shí)，這種大粒子發(fā)生的散射是后者。光伏電站出力的概率分布4.1光伏電站出力波動(dòng)水平本文選用國(guó)內(nèi)某電廠的年出力波動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究。下圖為該電廠在一天的光照時(shí)間內(nèi)光伏出力的數(shù)據(jù)顯示。圖1光伏電站某日出力曲線然后是在晴天、陰天、多云、雨雪情況下該電站的日出力曲線：圖2不同天氣類型下光伏出力曲線從上面兩幅圖中可以看出，光伏出力波動(dòng)的隨機(jī)性并且而且天氣的不同對(duì)光伏出力的影響是非常大的。且在晴天的時(shí)候最穩(wěn)定，在雨雪天氣由于遮擋太陽(yáng)光的原因，一天之中光伏輸出的有功功率基本不變或變化范圍很小，在多云和陰天的時(shí)候由于不一定什么時(shí)候會(huì)遮擋，所以光伏出力暫不可預(yù)測(cè)。光伏出力的波動(dòng)情況可以用光伏輸出有功功率的１階差分量來(lái)刻畫，１階差分量即相鄰采樣點(diǎn)的輸出功率差值。本文采用概率密度函數(shù)來(lái)描述光伏出力波動(dòng)的隨機(jī)性。對(duì)不同時(shí)間尺度的光伏出力波動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行３種分布函數(shù)的概率密度擬合，并比較分析。下面給出logistic分布，正態(tài)分布和tlocation-scale分布的表達(dá)式。表示在不同時(shí)間尺度下波動(dòng)量和概率密度的關(guān)系。（4.1）式中為位置參數(shù)，為尺度參數(shù)。（4.2）式中為均值，為方差。（4.3）式中為位置參數(shù)，為形狀參數(shù)，為尺度參數(shù)。下圖分別為對(duì)１min、10min、60min時(shí)間尺度的光伏出力波動(dòng)數(shù)據(jù)用正態(tài)分布、tlocation-scale分布和logistic分布擬合的光伏出力波動(dòng)的概率密度曲線。為了衡量概率密度的擬合效果，定義了合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其表達(dá)式為（4.4）式中：d為頻率分布直方圖的組距;i=1,2,…n;n為直方圖的分組數(shù)；為第i個(gè)直方柱中心位置的擬合概率密度值；表示數(shù)據(jù)頻率分布直方圖第ｉ個(gè)直方柱的高度。指標(biāo)Ｉ越小，表示效果越好。時(shí)間尺度/mintlocation-scale分布正態(tài)分布logistic分布10.11970.16010.071120.03720.10300.043750.01300.07960.0392100.00350.02460.0120200.00270.01490.0052300.00210.01040.0050400.00250.00460.0028500.00190.00370.0021600.00320.00340.0015900.00370.00390.0019從圖３、圖４及表４中可以看出，在數(shù)據(jù)時(shí)間尺度為最小的1min時(shí)，３種分布函數(shù)對(duì)光伏出力波動(dòng)的概率密度擬合效果均較差，logistic分布擬合效果相對(duì)較好，在2-60min時(shí)間尺度內(nèi)，隨著數(shù)據(jù)時(shí)間尺度的增大,3種分布函數(shù)的擬合效果均變好并趨于穩(wěn)定，tlocation-scale其中分布的擬合效果最好，在時(shí)間尺度≥60min時(shí)，logistic分布的擬合效果略好于其他兩種分布函數(shù)。正態(tài)分布的擬合效果在各時(shí)間尺度下均比另外兩種擬合的效果差，但是隨時(shí)間尺度的增大，其擬合效果逐漸變好，即隨時(shí)間尺度的增大，光伏出力波動(dòng)的概率分布是趨近正態(tài)分布的。結(jié)論光伏出力對(duì)電廠和人們的生活會(huì)產(chǎn)生巨大的影響，光伏受很多因素的影響，其中，天氣因素對(duì)光伏的影響最大，因?yàn)樵?、雨、雪都?huì)對(duì)太陽(yáng)光產(chǎn)生或多或少的影響，所以，晴天、陰天、雨天、雪天時(shí)光伏出力的波動(dòng)都是不同的。另外，光波場(chǎng)是迅變電場(chǎng)，太陽(yáng)光在與物質(zhì)相遇時(shí)也會(huì)產(chǎn)生不同的作用，當(dāng)光波在媒質(zhì)中傳播時(shí)，組成物質(zhì)的原子或分子，在這迅變電場(chǎng)的作用下，會(huì)隨著發(fā)生迅變極化。于是原子或分子既吸收能量，也能發(fā)生次級(jí)輻射，成為次級(jí)源。這就形成了吸收和散射現(xiàn)象。原子和分子在迅變電廠的作用下，會(huì)發(fā)生受迫震蕩，組成物質(zhì)的帶電系統(tǒng)的固有頻率與外加光頻率的是否相同，可以