光伏电站对生态环境气候的影响综述

太阳能对于缓解化石燃料短缺、燃烧造成的环境问题以及全球气候变暖有着十分重要的作用。全球光伏产业发展迅速,然而大规模布设光伏组件对生态环境及气候也造成了不同程度的影响。基于对全球、国家区域、城市地区和局部地区大规模发展光伏电站对生态环境及气候造成的影响进行总结归纳,分析讨论建设光伏电站对于不同尺度区域环境的反馈作用。结果表明:建设光伏电站对于不同尺度区域环境的反馈作用并没有统一结论,主要机理是光伏组件的遮蔽作用和对于太阳辐射的吸收转换导致地表的太阳辐射减弱,进而作用于周围环境,引起生态环境气候的变化,物理机制较为复杂。目前我国光伏电站对生态环境气候的影响研究还处于起步阶段,其作用机理还需要进一步深入研究。     

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。     

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。     

人为热释放:全球分布的估算及其气候效应的探索

人类生产和生活中大量消费各种形式的能源,除了向大气里排放温室气体和气溶胶外,还释放大量热量。人为热释放伴随着人类社会发展而长期存在,随着全球人口增长和经济发展,其影响效应不断加剧。人为热释放具有典型地域集中、不均匀分布的特征:虽然全球平均人为热释放通量仅约为0.03 W m-2,在人口密集的城市地区,人为热释放可高达每平方米数百瓦,足以影响局地气候。伴随全球经济的发展,人口的增长及城市化进程的加剧,人为热释放分布更集中,影响气候的范围逐步扩大,其对气候的影响能力逐步增强。全球气候模式的结果表明:人为热释放能够对全球大气环流产生影响,进而影响到全球气候变化。人为热释放可以导致全球地表温度增温约0.06 K,500 hPa温度场平均升温约0.04 K,尤其对北半球中高纬度升温效应明显。研究结果表明,人为热释放虽然没有温室气体如二氧化碳等影响因子对全球气候的影响那么显著,但是其仍然能够对全球气候产生影响,是全球气候变化不可忽视的影响因子。     

气候变化对林火动态的影响研究进展

气候变化对林火动态的影响一直是国内外研究的热点,从数据获取方式、研究内容、研究方法和研究结论等角度出发对此领域的进展进行了综述。当前以气候变暖为主要特征的气候变化已对林火动态产生重要影响,全球大部分地区林火发生频率增大、林火强度增强;在预期继续变暖的气候背景下,未来林火情势会更加严峻;但由于气候变化的区域性差异,有些地区的林火动态变化不明显或呈现下降趋势。对预期气候情景下研究结论的不确定性进行了分析,并讨论了我国与国外在此领域的研究差距及其原因。最后,对未来的研究方向进行了展望。     

能源与气候

能源与气候是相互影响的,能量生产和消费过程产生的副产品会影响气候,而气候反过来又会影响能源的需求量和供给系统。这里,主要阐述一下三种主要能源(太阳能、核能和矿物燃料)与气候的相互影响问题。 1.能源系统 1975年世界的平均耗能量为8兆兆瓦。据国际应用系统分析研究所(International Institute forAppliped System Analysis)估计,今后五十年内,能量的消费将达到25～40兆兆瓦。目前,大部分能量来源于矿物燃料,今后可能使用一些非常规的矿物能源(再生的或三生的石油、焦油砂等)。再一种能源是核能。另外还有被局地做为主要能源的水力和当地再生能源(这在全球能源需求量中的比例是微     

气象与能源

“气象与能源”是世界气象组织为今年的“世界气象日”(3月23日)纪念庆祝活动所选定的中心课题。这个课题近几年来已成了气象学领域中广泛讨论的课题之一。这是因为国际上自1973—1974年石油危机以来,人们在积极寻找和开发新的能源,其中牵涉到大量的气象学和水文学上的问题需要研究。 一、气象与能量的生产 燃烧石油、气体和煤所排放的热、二氧化碳和其他污染物,不仅会影响到局地的大气状况,而且会对全球的气候变化发生影响。如何预报这种影响,是今年2月份在日内瓦召开的世界气候大会的主要议题。     

土地利用和土地覆盖变化对气候系统影响的研究进展

土地利用和土地覆盖变化（LUCC或LULCC）不仅对人类赖以生存的地球环境有重要影响,同时与人类福祉密切联系。人类活动对气候的强迫不仅包括温室气体排放导致的气候变暖,还通过直接改变地表物理性状以及间接改变其他生物地球物理过程和生物地球化学过程等对气候系统产生深刻影响。作者在此认识的基础上回顾了LUCC对气候系统影响的研究历史,结合新近的研究结果归纳了诸如森林砍伐、城市化、修坝等LUCC活动在区域和全球尺度的气候效应。LUCC具有高度的空间异质性,因此气候系统对它的反馈也具有明显的空间差异。由于全球平均后变化幅度相对区域上的小,LUCC对区域气候影响显著,而对全球气候影响不明显。它对区域气候的影响取决于反照率、蒸散发效率和地表粗糙率等变化的综合效应：在热带地区LUCC主要引起温度升高,在高纬度地区使温度下降。在全球尺度上LUCC导致气候的变暖主要通过减少蒸散发和潜热通量引起陆表水循环的改变,其次通过改变地表反照率导致辐射强迫改变。最后指出目前LUCC在气候变化学科中的研究所存在的问题。在此基础上提出了未来的研究首先需要评估的3个气候指标,并提倡多学科间的相互合作。     

美国退出《巴黎协定》的原因、影响及中国的对策

综合应用定性与定量分析方法,分析美国宣布退出《巴黎协定》的原因,评估美国退出《巴黎协定》对《巴黎协定》履约前景的影响并提出中国的应对策略。美国宣布退出《巴黎协定》是全球气候治理的重大事件,将对《巴黎协定》的履约产生多重影响,包括将对《巴黎协定》的普遍性构成严重伤害,动摇以《巴黎协定》为核心的国际气候治理体制的基础;将导致《巴黎协定》履约中的领导力赤字问题显著恶化;可能引发不良示范效应,降低国际气候合作信心;将会对其他地区碳排放空间形成不可忽视的挤压,进而推高其他地区碳减排成本;美国大幅削减国际气候援助资金将削弱发展中国家减缓和适应气候变化的能力;美国延迟采取气候行动可能导致全球减排错失最佳时间窗口;美国大幅削减气候变化基础研究经费将对未来全球气候科学研究产生不利影响,进而影响《巴黎协定》履约谈判的权威性等,最后显著加大实现温控目标的难度,甚至导致目标无法实现。就全球气候治理的全局而言,全球气候治理的框架不会坍塌,但确实会受到动摇;全球气候治理的进程不会逆转,但确实会迟滞。美国宣布退出《巴黎协定》使中国面临多重挑战,其中之一是中国面临急剧上升的期望中国承担全球气候治理领导的国际压力。为此,中国对内应实现国家自主贡献的上限目标,对外应积极重建全球气候治理集体领导体制,即用C5取代G2,同时继续努力改变美国对气候变化的消极立场。     

气候模式过高估计南极变暖

NCAR的Andrew Monaghan等的研究认为,以前的全球气候模拟都过高估计了南极的变暖。该发现有助于改进气候模式,搞清楚南极大陆在本世纪是否会显著变暖这一有关全球海平面上升的热点问题。该文发表在2008年4月5日的Geophysical Research Letters杂志上。他们首次将过去50～100年的南极气候记录与模拟结果进行比较,发现在过去的100年中,南极大部分地区并未经历足以影响全球的变暖,并通过探测数据验证了气候模式对其他6个大陆气候的模拟。     

西安市气候变暖与城市热岛效应问题研究

选取1961—2003年西安站和周围4站月平均气温资料, 利用西安站与周围4站气温距平滑动平均变化趋势的差异, 发现该站平均气温有两个明显的上升期, 热岛效应使西安站平均升温1.07 ℃, 并建立了西安市城市热岛效应模型。在此基础上分离了气候变暖过程中由于城市热岛效应引起的增温作用。     

Characteristics of the heat island effect in Shanghai and its possible mechanism

The characteristics of the urban heat island effect and the climate change in Shanghai and its possible mechanism are analyzed based on monthly meteorological data from 1961 to 1997 at 16 stations in Shanghai and its adjacent areas. The results indicate that Shanghai City has the characteristics of a heat island of air temperature and maximum and minimum air temperature, a cold island of surface soil temperature, a weak rainy island of precipitation, and a turbid island of minimum visibility and aerosols, with centers at or near Longhua station (the urban station of Shanghai). Besides theses, the characteristics of a cloudy island and sunshine duration island are also obvious, but their centers are located in the southern part of the urban area and in the southern suburbs. A linear trend analysis suggests that all of the above urban effects intensified from 1961 to 1997. So far as the heat island effect is concerned, the heat island index (difference of annual temperature between Longhua and Songjiang stations) strengthens (weakens) as the economic development increases (decreases). The authors suggest that the heating increase caused by increasing energy consumption due to economic development is a main factor in controlling the climate change of Shanghai besides natural factors. On the other hand, increasing pollution aerosols contribute to the enhancement of the turbid island and cooling. On the whole, the heating effect caused by increasing energy consumption is stronger than the cooling effect caused by the turbid island and pollution aerosols.     

城市热岛效应研究概况

随着我国城市化进程的不断加快,城市中的环境污染问题也日益严重,表现为城市比周围非城市化地区的地表和大气温度要高的热岛效应作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。近几十年来国内外的有关专家从微观及宏观层面上对城市热岛效应的产生原因、造成影响、变化规律、缓解措施等方面进行了一系列的研究与探索。由于城市测点有限,过去的研究尚不能全面反映出研究区热岛效应。遥感科学和技术的发展,为城市热岛效应的研究提供了有利条件。本文介绍了热红外遥感技术在热岛研究中的应用及城市规划对城市热岛效应的影响,并展望了该领域的发展前景。     

城市热岛效应研究概况

随着我国城市化进程的不断加快,城市中的环境污染问题也日益严重,表现为城市比周围非城市化地区的地表和大气温度要高的热岛效应作为这些环境问题中的典型代表有着重要的研究意义。近几十年来国内外的有关专家从微观及宏观层面上对城市热岛效应的产生原因、造成影响、变化规律、缓解措施等方面进行了一系列的研究与探索。由于城市测点有限,过去的研究尚不能全面反映出研究区热岛效应。遥感科学和技术的发展,为城市热岛效应的研究提供了有利条件。本文介绍了热红外遥感技术在热岛研究中的应用及城市规划对城市热岛效应的影响,并展望了该领域的发展前景。     

上海城市集群化发展显著增强局地高温热浪事件

上海作为中国城市集群化发展的典型代表,经过30余年圈层式、集群化扩张,城市建设用地面积比例高达47.9%,接近50%的生态阈值。城市群快速扩张诱发了一个以徐家汇为中心覆盖周边40 km的区域性热岛,影响高温热浪的时空分布。基于DMSP/OLS遥感夜间灯光数据构建的城市发展指数,客观地反映出1992—2013年上海西郊嘉定、青浦和东郊的浦东集群化发展特征最凸出。利用Chow检验最优分段建模法,研究发现高温热浪期间城市群热岛突变转折与区县城市发展指数超过60%的年份相对应。城市发展指数超过60%后,近郊城市继续扩张将缩小城、郊气象站的温差,诱发更大范围热岛,增强高温热浪。1977—2000年近郊区县城市发展指数低于60%,高温热浪各要素项城郊差值显著上升,而2000年西郊城市发展指数超过60%后,和市中心差值减小,快速城市化明显增强西郊高温热浪强度和持续时间。1978年以来上海西郊与远郊高温日数差值增加了1.6倍,平均气温差值增加了34.4%,平均最高气温差值增加了41.7%。高温热浪期间遥感数据显示,向西郊伸展的城市群地表温度高值区规模扩大了32.8%,是西郊高温热浪增强的驱动因子。     

The Effects of Heat Advection on UK Weather and Climate Observations in the Vicinity of Small Urbanized Areas

Weather and climate networks traditionally follow rigorous siting guidelines, with individual stations located away from frost hollows, trees or urban areas. However, the diverse nature of the UK landscape suggests that the feasibility of siting stations that are truly representative of regional climate and free from distorting local effects is increasingly difficult. Whilst the urban heat island is a well-studied phenomenon and usually accounted for, the effect of warm urban air advected downwind is rarely considered, particularly at rural stations adjacent to urban areas. Until recently, urban heat advection (UHA) was viewed as an urban boundary-layer process through the formation of an urban plume that rises above the surface as it is advected. However, these dynamic UHA effects are shown to also have an impact on surface observations. Results show a significant difference in temperatures anomalies (\(p\,< \,0.001\)) between observations taken downwind of urban and rural areas. For example, urban heat advection from small urbanized areas (\(\sim \)1\(\,\hbox {km}^{2}\)) under low cloud cover and wind speeds of 2–3\(\,\hbox {m}\,\hbox {s}^{-1}\) is found to increase mean nocturnal air temperatures by 0.6\(\,^{\circ }\hbox {C}\) at a horizontal distance of 0.5 km. Fundamentally, these UHA results highlight the importance of careful interpretation of long-term temperature data taken near small urban areas.     

北京城市热岛效应的流动观测和初步研究

采用车载气象观测仪器结合GPS定位、连续数据采集系统的流动观测方法研究了北京城区内不同城市地表覆盖物对城市局地小气候的影响和气象要素分布,发现城市下垫面分布与城市的温度和湿度有密切关系,一般在城市建筑物密集、水体和植被少的区域具有较高的气温和较低的相对湿度,在建筑物稀疏和植被、水体较多的区域则相反。观测结果表明,流动观测方法是对常规气象观测资料的有益补充,也是城市气候观测中的一种有效方法。     

Urbanization Effect on the Observed Change in Mean Monthly Temperatures between 1951-1980 and 1971-2000 in Korea

Gridded temperature data are necessary to run ecological models at regional scales for climate impact studies and have been generated by spatially interpolating measured values at synoptic stations. Because there are few synoptic stations with long-term records in rural areas in Korea, data from urban stations have been used for this purpose. Due to the overlapping of the rapid urbanization-industrialization period with the global warming era in Korea, climate data from these urbanized areas might be contaminated with urban heat island effect. This study was conducted to differentiate urbanization and regional climate change effects on apparent temperature change. Monthly averages of daily minimum, maximum, and mean temperature at 14 synoptic stations were prepared for 1951-1980 (past normal) and 1971-2000 (current normal) periods, respectively.Differences in two temperature normals were regressed to the logarithm of the population increase at 14 corresponding cities from 1966 to 1985. The regression equations were used to determine potential effects of urbanization and to extract the net contribution of regional climate change to the apparent temperature change. According to the model calculation, urbanization effect was common in all months except April. Up to 0.5° warming of nighttime temperature was induced by urbanization in the current normal period compared with the past normal period. There was little effect of regional climate change on local warming in the warm season (May through November). The cool season was warmed mainly by regionally increased daytime temperature. The results could be used to remove urbanization effects embedded in raw data, helping restore unbiased rural temperature trends in South Korea.     

昆明和北京两幢建筑物表面热力效应的观测对比

利用昆明、北京两座城市内建筑物为研究对象, 对其不同朝向外墙壁面、屋顶面表面温度及壁面近旁气温进行了观测, 分析了建筑物外墙壁面表面温度及其近旁气温的垂直分布以及壁面、屋顶对周围大气的热力效应特征, 并对两座城市内建筑物的热力状况进行了比较分析。研究表明:建筑物表面温度受太阳辐射的影响要比近旁气温大得多, 一般说来, 壁面昼间是热源, 夜间是热汇; 受研究对象所在的大区域气候、人类活动等影响, 建筑物外表面的热力效应有许多异同; 建筑物屋顶面与近旁空气间的平均热通量基本为正值, 呈现较强的热源效应, 其热力效应强度与太阳辐射呈现正相关; 城市建筑物的外表面 (壁面、屋顶面) 已成为城市区域内有别于城市地面, 且对城市立体气候的形成具有不可忽视影响的热力作用面。     

北京地区热岛效应及日较差特征

通过对2007～2010年北京地区经质量控制后的123个自动气象站气温数据采用K均值聚类方法分类, 得到城区、郊区、西部和北部山区、西南和东北部山区4个温度分区, 分析了4个分区气温的年变化、日变化和日较差变化特征, 并对北京地区热岛效应的时间变化特征进行了细致分析。结果表明:聚类分析方法可对北京地区温度很好地进行分区, 分区结果与站点的地形和下垫面情况较为吻合;不同分区温度日较差在西部和北部山区最大, 在西南部和东北部山区次之, 郊区再次之, 在城区的日较差最小;在一年中, 各温度分区以2月、5月与10月日较差较大, 其中以5月的日较差为最大;北京地区热岛效应在冬季和夜间较强, 而3～8月热岛较弱, 在夏季的白天比其它季节白天强。