海洋温差能发电系统仿真平台开发及应用

构建海洋温差能发电系统仿真平台,对于开展该领域的技术研究具有重要意义。本文介绍了海洋温差能发电系统仿真平台研发技术,包括仿真系统热力循环模型和海水输送模型的构建、仿真平台的技术框架、仿真系统的特点及功能等,详细介绍朗肯循环各热力学过程的仿真计算模型,并利用该仿真平台分别计算了朗肯循环下9 种不同工质在海洋温差能发电系统中的运行效率,比较了它们之间的性能差异,给出了不同装机容量下的工质流量、温海水流量、冷海水流量及蒸发器、冷凝器的热负荷计算值。该成果为海洋温差能研究提供了一个有价值的仿真试验研究平台。     

近期东亚季节性温差减弱幅度已超出14世纪以来自然变率范围

季节性温差(夏温与冬温之差)变化是地球气候系统的重要组成部分.遗憾的是,在东亚地区较短的气象观测记录限制了对季节性温差变化的认识.本研究诊断了东亚地区树轮气候信号,严格筛选了10条对冬季(上年12月至当年2月)和12条对夏季(当年6～8月)温度变化响应敏感的年表.基于筛选的树轮资料,重建了公元1376～1995年东亚地区冬季和夏季温度变化序列,并与气候模拟结果进行了对比分析.结果显示:过去600年,与冬季相比,夏季温度对赤道火山喷发造成的降温效应以及对工业革命以来温室气体强迫引起的增温效应响应更为显著;温室气体强迫使得东亚季节性温差自19世纪70年代起持续减弱,且20世纪90年代以来,季节性温差减弱趋势已超出过去600年的自然变率范围;气候模式可以基本模拟出重建所揭示的冬季和夏季的温度年代际变率及趋势,但很大程度上低估了季节性温差变化幅度,这主要是由于现有的气候模式低估了区域尺度温度变化对外强迫和气候系统内部变率模态响应的季节差异.本研究强调了利用气候重建资料对气候模式模拟季节性温度变化性能验证的重要性,明晰了如果未来温室气体强迫持续增强,东亚地区季节性温差将进一步减弱的认识.     

基于地基微波辐射计观测的东营地区低能见度天气指示性分析

针对东营市2016—2017 年出现的27 个低能见度天气过程,利用 MP -3000A 型地基微波辐射计二级数据,计算过程影响期间逐10 min 的逆温层温差、逆温层厚度和低层相对湿度等物理量。 结合空气质量和能见度变化情况,按照雾和霾、雾、降水三类天气对 27 次过程进行分类研究,总结地基微波辐射计观测的温湿度量对低能见度天气的指示意义和参考指标。结果表明:(1)雾和霾共同影响导致的低能见度天气出现在冬半年,PM2. 5浓度越大通常对应的能见度越低;逆温层温差和逆温层厚度与能见度的相关系数分别为-0. 39 和-0. 45,逆温层温差增大指示能见度降低,逆温层厚度减小指示能见度升高。低层相对湿度在 90%以上时,能见度受雾影响通常小于 2 km;低层相对湿度在80%以下时,能见度受霾影响仍然维持在5 km 以下。(2)雾影响导致的低能见度天气多出现在冬半年,与 PM2. 5浓度无关;逆温层温差和逆温层厚度与能见度的相关系数分别为-0. 54和-0. 45。在逆温层生成和破坏阶段,逆温层温差变化幅度大,对能见度的指示性更强,而逆温层厚度变化幅度相对较小,多维持在 300 ~ 400 m 之间。低层相对湿度 90%以上时能见度通常小于5 km,当低层湿层消失后能见度升高至 5 km 以上。(3)降水影响导致的低能见度天气出现在夏季,多伴随短时强降水出现,强降水时段逆温层温差达到8 ℃ 以上,逆温层厚度为 500 m;强降水结束后,逆温消失,能见度转好。     

基于FY-4A卫星资料的四川盆地MCC初生和成熟阶段特征

利用高频次FY-4A数据资料,研究了四川盆地2018年中尺度对流复合体MCC（mesoscale convective complex）初生和成熟阶段的卫星云图特征。结果表明,MCC对流云团面积在初生阶段和成熟阶段分别以0～50 pixels (15 min)?1和150～200 pixels (15 min)?1的速率增长,最强可达7000～10000 pixels左右。亮温梯度大值区位于初生阶段的低空入流区一侧,集中在云顶纹理最为丰富的240 K等值线附近,最大值为30°C～40°C,基本消失于成熟阶段。云顶红外IR1（infrared radiation 1 channel）和水汽通道IR3（water vapor channel）最低亮温值在初生和成熟阶段变化趋势一致,均为初生阶段迅速下降至190 K左右的最低谷,而成熟阶段维持最低值基本无变化。初生和成熟阶段的IR1和IR3降温率R（cloud top cooling rate）分布形态相似,初始阶段低空入流区一侧的240 K等值线附近的降温率达?40 K (15 min)?1,为显著降温区,成熟阶段的降温幅度普遍升至?25～?10 K (15 min)?1。MCC主体云区初生和成熟阶段的亮温差正负值区分界线基本与221 K等值线重合,最大值分别为6～10 K和0–6 K,且初始阶段低层入流区的降温最为剧烈,达15～20 K (15 min)?1之多,而成熟阶段基本无变化。     

海洋热能资源及其开发利用

海洋热能是清洁的可再生能源,全球海洋中蕴藏着丰富的热能资源,开发利用潜力巨大,它有可能成为21世纪人类解决能源短缺、全球变暖和淡水缺乏等问题的有效手段.目前,许多国家都在考虑海洋温差发电的问题,其中法国、日本、美国和印度的海洋温差发电技术发展比较快,已经建成了一些海洋温差能发电站,我国正处于研究试验阶段.文章结合全球大洋可利用的海洋温差能资源,回顾了世界海洋温差发电技术的发展历史,重点介绍了法国、日本、美国和印度的发展情况,希望我国积极开展海洋温差发电技术研究.     

海水温差能发电的经济和环保效益

能源是国民经济的重要战略资源，随着世界经济和社会的发展，能源的消耗量也在快速增长。同时，由于矿物燃料的大量使用，世界的环境日益恶化，使人类面临着前所未有的环境问题。中国是世界上仅次于美国的第二能源消费大国，也是能源需求增长最快的国家之一，能源已成为制约经济社会快速发展的瓶颈。在当前日益严峻的能源和环境生态危机形式下，     

地气温差对沙尘源区不同下垫面沙尘输运结构的影响

 大量研究及统计数据表明,下垫面向大气输送的热量能够为沙尘暴天气的发生、发展提供能量并对其产生重要的影响。在对2006年1月至2007年5月间所发生的27次沙尘暴发生当日14:00地-气温差进行统计的基础上,对它们之间的联系及影响进行研究,分析了3种下垫面条件下沙尘暴的沙尘水平通量和沙尘质量体积浓度对地-气温差的响应,以期为预警预报和防治沙尘暴的提供科学依据。结果表明:①当地-气温差超过20 ℃时,绿洲内部的沙尘暴沙尘水平通量和沙尘质量体积浓度垂直变化规律将发生一定程度的改变,尤其是沙尘质量体积浓度,将随高度的增加降低。②绿洲内部沙尘暴沙尘质量体积浓度和沙尘水平通量的垂直变化规律较荒漠和荒漠-绿洲交错带对地-气温差敏感。     

2015-04-28渤海海雾形成过程中的海气相互作用分析

利用FY和MTSAT卫星资料、ERA Interim再分析资料、黄渤海浮标站资料、黄渤海自动站逐小时观测资料,对发生在2015年4月28—29日的渤海海雾成因进行分析,着重探讨了海雾形成过程中的海气相互作用。结果发现,近海面处大气低层逆温层抬升,大于90%的大湿度区向上、向西扩展,对海雾形成非常有利;海雾生成前、生成发展过程中存在明显的东到东南风,有利于黄海水汽向渤海输送,海面上空有水汽通量大值区由渤海海峡向渤海中部移动,使得渤海上空水汽输送加强,提供了海雾形成所需的水汽;在海雾形成过程中渤海上空气温高于海温,风切变造成的海气界面湍流热交换为大气输送向海洋,使得冷海面上空暖湿空气降温冷却达到饱和形成海雾,是平流冷却雾。      

复杂气象条件下火山灰云遥感监测新方法

火山灰云是严重影响航空飞行安全的因素之一.从长期来看,大规模的火山灰云还对全球气候和环境产生深远影响.在国际上普遍应用＂分裂窗亮温差算法＂监测火山灰云的基础上,针对＂分裂窗亮温差算法＂受气象云、冰雪等复杂气象条件影响而容易产生误差的问题,构建了基于我国自主新一代极轨气象卫星FY-3A/MERSI和VIRR数据融合技术的短波红外-热红外火山灰云算法（SWIR-TIR Volcanic Ash method,STVA）.比较了STVA算法、＂分裂窗亮温差算法＂在冰岛艾雅法拉冰河火山爆发中的应用效果.结果表明：与分裂窗亮温差算法相比,STVA算法能够较好地将火山灰云和其他地物区分出来,且不受气象云和海洋的影响.利用欧洲Metop-A卫星资料计算的火山灰云遥感监测产品以及美国Terra/MODIS短波红外和热红外光谱数据对STVA的应用能力进行了对比验证和误差分析,证明了基于FY-3A卫星数据的STVA算法具有良好的稳定性和准确性,表明该方法在全球火山灰云监测中具有应用潜力.     

北太平洋海雾发生频率的气候特征

利用1909—2008年共100年间的国际综合海洋-大气资料集(International Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set,ICOADS)对北太平洋和东亚海域海雾的发生频率及海雾发生时主要气象要素特征进行了分析。研究发现,北太平洋海雾主要发生在中高纬度海域,从北海道到阿留申群岛以南的海域是海雾发生频率较大的地区,海雾发生频率的最大值在40%以上,而在低纬度海域海雾频率几乎为零。4~8月是北太平洋上发生海雾较为频繁的季节,4~7月中国近海海雾主要发生在黄海、东海和渤海海域。6月份山东半岛以南海域海雾最大频率可达20%,进入8月后,海雾频率突然降低到5%以下。海雾发生时,千岛群岛以东海域风向主要以南风为主,其次为东南风和西南风居多,海上风速在4.4~12.3m·s-1之间。海雾发生时气温通常接近于露点温度,甚至有部分低于露点温度。海雾发生前,千岛群岛以东海域上气海温差多在-1~3℃之间。