光伏电站对局地气候的影响研究进展

清洁能源的快速发展有效降低了人类对传统化石能源的依赖,并为缓解全球气候变暖做出显著贡献。随着各地光伏装机规模的不断扩大,光伏电站这一人工设施对气候环境的影响日益引起人们的关注。针对这一问题,国内外学者自2000年陆续开展了相关研究。综合国内外现有研究成果,对研究方法、影响机理及光伏电站对气候的影响等方面进行总结。大量研究表明：光伏电站布设会在荒漠地区产生“光伏热岛效应”,从而引起局部区域气温上升,在城市地区布设能够在降低能源消耗的同时减少“城市热岛效应” 。此外,光伏组件还会对反照率、地表辐射平衡等产生影响,进而对局地甚至全球气候产生作用,其影响范围和程度尚无准确结论,还需要进一步深入探索。     

光伏电站建设运行对气候环境的能量影响

大规模太阳能资源开发对于缓解能源和环境危机、应对全球气候变化具有重要的意义。目前全球光伏发电进入大规模、高速发展阶段,对国内外大规模光伏电站气候环境影响相关工作进行总结,并主要讨论了光伏电站相关能量回收与碳排放的现状与发展趋势、光伏电站近地辐射效应及热效应、局部气候效应及整体气候效应研究的相关问题。结论表明:光伏电站对碳排放与地表能量收支平衡有一定的影响,对相关地区地表辐射水平、温度状况具有调节作用,对荒漠地区的生态环境具有潜在的正面促进作用。当前国内相关研究不具备系统性,相关工作仍然需要进一步深入探索。     

IPCC AR6报告解读：气候系统对太阳辐射干预响应

IPCC第六次评估报告（AR6）第一工作组报告评估了太阳辐射干预（Solar radiation modification,SRM）对气候系统和碳循环的影响。在大幅度减排基础上,太阳辐射干预有潜力作为应对气候变化的备用措施。目前,对于太阳辐射干预气候影响的评估都是基于模式模拟结果。评估主要结论如下：太阳辐射干预可以在全球和区域尺度上抵消一部分温室气体增加造成的气候变化（高信度);但是太阳辐射干预无法在全球和区域尺度上完全抵消温室气体增加引起的气候变化（几乎确定);有可能通过适当的太阳辐射干预设计,同时实现多个温度变化减缓目标（中等信度);在高强度温室气体排放情景下,如果太阳辐射干预实施后突然终止,并且这种终止长时间持续,将会造成快速的气候变化（高信度);如果在减排和CO₂移除的情况下,太阳辐射干预的实施强度逐渐减小至零,将显著降低太阳辐射干预突然终止产生的快速气候变化风险（中等信度);太阳辐射干预会通过降温作用,促进陆地和海洋对大气CO₂的吸收（中等信度),但是太阳辐射干预无法缓解海洋酸化（高信度);太阳辐射干预对其他生物化学循环影响的不确定性大。由于对云-气溶胶-辐射过程的相互作用和微物理过程认知有限,目前对平流层气溶胶注入、海洋低云亮化、高层卷云变薄等太阳辐射干预方法的冷却潜力和气候效应的认知还有很大的不确定性。     

太阳能光伏发电量预报方法的发展

太阳能光伏发电技术成为当今世界可再生能源发电领域的一个研究热点。在未来,我国大规模的并网光伏发电系统将持续快速发展,但目前我国对太阳能光伏发电量预报方法的研究还很薄弱,几乎没有可满足实际太阳能光伏发电量预报需求的方法和系统。太阳能光伏发电量预报,主要是通过太阳总辐射的准确预报,结合光伏电站历史发电量数据分析,进而得到光伏发电量预报。通过对国内外太阳能光伏发电量预报方法的介绍和分类,以及对国际上太阳能光伏发电量预报系统建设的介绍,希望对我国太阳能光伏发电量预报系统发展起到一定的促进和推动作用。     

极冰气候效应的数值试验

利用一个大气环流模式（ＡＧＣＭ）和一个全球耦合海气模式（ＣＯＡＧＣＭ）,模拟了北极海冰边界范围的变化对月平均气候的影响。结果表明,极冰边缘的异常完全可以改变中高纬度某些地区的局地气候。受冷源的影响,北半球中高纬度冷高压加强,低纬度暖高压减弱。同时利用一个全球三维大气环流模式,作了海冰反照率参数化的数值试验,用两种不同的海冰反照率参数化方案,检验对地表面温度、海平面气压、极地表面对太阳辐射吸收的影响。模拟试验表明了冰雪圈反照率的反馈作用,对气候变化的影响十分重要。     

气候恢复力及其在极端天气气候灾害管理中的应用

恢复力（resilience）一词自1973年进入生态学领域以来,在生态环境和自然资源管理以及社会经济可持续发展相关研究和实践中得到了广泛应用。随着人类对全球气候变化及其影响的认识不断加深,气候恢复力也逐渐成为应对气候变化的一个重要理念。本文首先系统阐述了气候恢复力概念的实质及与其密切相关的其他几个重要概念,然后在系统评估恢复力概念及其内涵的历史演变基础上,提出了一个实施气候恢复力建设的通用框架。尽管气候恢复力涉及行动主体的不同方面,而且还关系到不同部门和/或不同层次/尺度的优先选项,但希望此框架仍能对各部门、各尺度/层次的气候恢复力建设提供重要借鉴。最后以极端天气气候灾害管理为例,通过对英国皇家学会发布的《极端天气恢复力》报告进行述评,并对中国应对极端天气气候灾害的管理框架进行分析,进一步探讨了该框架的实用性。     

太阳辐射对大型渔光互补光伏电站发电效益影响分析

以江苏宝应生态渔业光伏发电"领跑者"示范基地为研究对象，定量分析了不同辐射指标对渔光互补光伏发电效益的影响机制.结果表明：太阳辐射对渔光互补光伏电站发电效益有着显著影响，且存在季节性波动，在夏秋季日并网峰值及发电量较大，稳定性较高，而冬春季发电效益和稳定性较差；太阳辐射指标与日并网功率最大值相关性较高，且呈明显对数关系，而日发电量与太阳辐射指标呈明显线性关系；不同月份并网功率最大值和发电量与平均辐照度、最大辐照度和累计辐照量均呈正相关关系，影响月并网功率峰值最为明显的是最大辐照度，而影响月发电量最为明显的指标是有效利用小时数.通过研究发现，在该地区开展光伏发电功率预测和前期太阳能资源开发利用评估时，可采用平均辐照度、最大辐照度、日累计辐照量3个指标作为参考指标.     

云量变化对净辐射的影响

本文对全球平均、各纬带平均和几种特殊下垫面条件下大气顶和地表面的净辐射随云量变化的情况进行定量分析,并讨论了净辐射对云量变化的敏感性随各参数改变的情况。另外还定性地讨论了云在全球气候中的反馈作用以及这种反馈作用随各参数变化的特点。指出:一般条件下,净辐射对于云量变化是敏感的,只有当气候参数变化到临界值附近时,对气候的模拟可以不考虑云量的变化。从云量对气候的反馈来看,在气候参数发生变化时,气候系统的稳定性会发生本质的改变。     

云量变化对净辐射的影响

本文对全球平均、各纬带平均和几种特殊下垫面条件下大气顶和地表面的净辐射随云量变化的情况进行定量分析,并讨论了净辐射对云量变化的敏感性随各参数改变的情况。另外还定性地讨论了云在全球气候中的反馈作用以及这种反馈作用随各参数变化的特点。指出:一般条件下,净辐射对于云量变化是敏感的,只有当气候参数变化到临界值附近时,对气候的模拟可以不考虑云量的变化。从云量对气候的反馈来看,在气候参数发生变化时,气候系统的稳定性会发生本质的改变。     

夏季青藏高原热源对下游降水影响的研究进展

青藏高原作为耸入对流层中层的“巨大热岛”,其产生的热力强迫对东亚以及全球的天气气候起着举足轻重的作用。因此,关于夏季高原热源对下游降水影响及其机理的研究有助于加深对青藏高原影响下游天气气候的认识,提高青藏高原及下游降水的预报水平。本文针对青藏高原夏季热源的时空分布及演变特征、青藏高原热源在不同时空尺度上对下游降水的影响规律及物理机制,总结了已有的相关研究进展,指出了存在的主要问题,并展望了未来不同时空尺度上青藏高原热源对下游降水影响的研究方向,提出了值得进一步加强研究的重点与难点问题。      

内蒙古自然降水亏缺状况分析及对生态环境的影响

分析了内蒙古地区水分亏缺的现状，并指出造成我区水分亏缺的原因是：自然降水总量少且分布不均，降水变率大。由于气候变暖、太阳辐射强，蒸发大，加剧了干旱化的趋势。同时探讨了水分亏缺对农牧业生产的可持续发展和生态环境建设的影响。     

亚洲区域海—陆—气相互作用对全球和亚洲气候变化的作用研究进展

围绕全球变化研究国家重大研究计划项目“亚洲区域海—陆—气相互作用机理及其在全球变化中的作用”预定的总体研究内容和科学目标,项目执行两年多以来,取得了一系列阶段性科研成果.关于气候动力学方面,项目揭示了热带印度洋—西太平洋暖池的海温变化是全球热带气候年代际变化的重要驱动力,是全球尺度副热带干旱的重要调控器;发现热带东太平洋海温存在冷舌模态,它是一个海气耦合模态,阐明在全球变暖背景下其对ENSO型态变异的作用及影响东亚气候的机理;揭示了青藏高原热力强迫的异常特征及其气候效应;提出了水平非均匀基流中行星波传播的理论,研究了其在不同东亚夏季风背景下的传播特征.关于气候预测方法方面,提出了若干有物理基础的气候预测方法,如尺度分离的降尺度预测新方法、基于北大西洋涛动(NAO)-ENSO的东亚夏季风预测模型、基于南半球环状模的东亚气候预测模型等,为业务部门提供了重要参考.关于观测方面,项目在亚洲区域海气补充观测和海洋资料同化方面也取得突出进展,成功进行了南海18°N断面海洋综合观测,为形成我国第一条南海断面长期海气观测打下了基础.在国际合作方面,项目还继续推动和领导了“亚洲季风年”(AMY2007-2012)与“东亚气候模拟”国际计划,提升了我国在该领域的国际地位.     

太阳辐射长期变化对固定式并网光伏电站最佳倾角的影响分析——以北京地区为例

最佳倾角是固定式并网光伏发电的关键设计参数之一,不仅与当地经纬度有关,还受气象条件的直接影响。以北京地区为例,在分析地面太阳辐射(总辐射、直接辐射、散射辐射、直射比和散射比)长期变化的基础上,计算分析固定式并网光伏电站最佳倾角的变化。结果表明:北京地区近55a的总辐射呈下降趋势,其中水平面直接辐射的下降是主要的,散射辐射下降不明显,相应地,直射比明显降低,散射比则明显增加;最佳倾角总体亦呈下降趋势,近5a比20世纪60年代下降了2°,从计算方法来看,这种下降趋势主要由直射比的降低所导致,而直射比则受大气环境的影响。因此,在光伏电站的设计和建设过程中,应充分关注大气环境的变化及其对太阳辐射的影响,选择合理的最佳倾角。     

海洋碳循环与全球气候变化相互反馈的研究进展

海洋作为地球上一个主要吸收二氧化碳的汇,储存大量的二氧化碳.海-气间的二氧化碳交换,使得海洋中碳对气候产生反馈作用,从而影响着大气中CO2的浓度,甚至影响到全球气候的变化.本文主要介绍了海洋碳循环的过程,以及海洋碳循环过程对气候的反馈作用.     

极涡研究进展

极涡是北极地区的一个深厚系统,它以极地为活动中心,最能体现高纬大气活动特征,属大气环流最主要的系统之一,通常与副热带高压、阻塞高压、季风等环流系统相互配合,在全球天气气候变化中起着至关重要的作用。本文就极涡的气候特征、对天气气候的影响、变化机理及数值模拟等几方面的研究进展进行综述。在行星波破碎、平流层爆发性增温、平流层对流层的动力耦合等过程中,极涡也扮演着重要角色;极涡对HNO3、臭氧等大气化学成分渗吸和输送过程的影响显著,而这些化学成分的再分布对极涡有较强的反馈作用;极涡还受到海温、冰雪、植被甚至太阳活动等的影响。前人已经关于极涡做了不少研究,但在气候动力学方面,还存在一些问题,有待进一步加强研究。     

光伏阵列最佳倾角计算方法的进展

为了提高光伏电站运行效率,增加发电量,需要综合考虑各种因素,计算并确定电站光伏阵列安装的倾角。针对固定角度安装的并网光伏发电系统最佳倾角设计,如果不能直接获取水平面上总辐射量和直接辐射量,则首先需要利用其他气象资料进行水平面上太阳辐射量的气候学计算,然后采用某种辐射模型计算阵列斜面辐射量,进而计算最佳倾角。通过对计算中各个步骤的方法进行分类总结,比较不同方法的优缺点,给出了计算方法适用条件和建议。还比较了国内常用的光伏电站设计辅助软件特点。最后总结了目前最佳倾角计算领域新的研究方向和实际应用中亟待解决的问题等。     

CMIP6地球工程模式比较计划（GeoMIP）概况与评述

太阳辐射管理地球工程是应对气候变化的备用措施。地球工程模式比较计划（GeoMIP）是第六次国际耦合模式比较计划（CMIP6）的重要组成部分。GeoMIP设计了一系列理想化地球工程试验,包括直接减少太阳辐射强度、向平流层注入硫酸盐气溶胶、向海表上空云层注入气溶胶凝结核、增加海水反照率等。在GeoMIP的统一模拟框架下开展地球工程模拟试验,进一步揭示了不同地球工程措施对全球气候的影响和作用机理,从而帮助我们更好地认知气候系统对地球工程的响应过程。更多的中国气候模式参加GeoMIP将提升我国在地球工程研究和国际气候谈判中的国际影响力和话语权。     

干旱、半干旱区光伏发电设施的生态-水文效应研究评述

干旱、半干旱地区具有少雨、入射辐射强的特点,是发展大规模光伏产业的理想区域,但光伏设施的建造运营会改变辐射、降雨等环境要素的空间分配,将对干旱、半干旱区脆弱的生态系统产生影响。从局地微气候、生态水文过程、区域生态格局和节能减排等角度评述了光伏发电设施的潜在生态水文效应,系统总结了近20年来国内外关于光伏产业发展对生态环境影响方面的研究成果。指出干旱、半干旱区大型光伏设施改善了光伏阵列间局地微气候与土壤温湿度,使得局地植被盖度和固碳潜力有所增加,但也产生了一些负面影响,如破坏了动物的栖息地、捕食策略和食物可获得性等。认为未来需加强对大型光伏系统影响下的生态水文过程的观测,识别生态水文变化机制,建立不同时空尺度下的概念模型和物理模型,探索"跨界融合"的商业模式,提高干旱、半干旱区光伏系统的环境效益和经济效益。     

中国极端天气气候研究——“地球系统与全球变化”重点专项项目简介及最新进展

全球变暖背景下,极端天气气候事件频发,并表现出群发性、持续性、复合性等特点,不可预测性增加;持续性强降水、极端低温、复合型极端高温干旱、群发性热浪和台风等极端天气气候事件对我国经济社会和可持续发展影响巨大。然而,上述极端天气气候事件的新特征、关键过程和机理尚不完全清楚,重大极端事件的预报预测水平亟待提升。文章首先简要介绍“地球系统与全球变化”重点专项项目“中国极端天气气候事件的形成机理及其预测和归因”的基本情况。项目拟在分析全球变化背景下对我国造成重大影响的极端天气气候事件新特征的基础上,深入研究多尺度海-陆-气耦合过程影响极端天气气候事件的机理,挖掘极端天气气候事件次季节-季节预测的前兆信号;发展动力与物理统计相结合的极端事件预测新方法,研制针对中国极端事件的新一代高分辨率数值预报与检测归因系统。文章重点总结了自2022年12月项目立项至今取得的最新研究成果和进展。     

兰州市城关区冬季TSP的监测分析及其与辐射的关系

气溶胶的气候效应是目前全球气候变化和数值模拟预测研究中的关键环节和最热门的前沿科学问题，也是了解气候变化机理的基础。为此，通过对兰州市城关区冬季不同高度大气气溶胶及太阳辐射的监测，对该地区气溶胶质量浓度状况及其辐射效应进行了分析。