内蒙古自治区太阳总辐射的气候学计算及其时空分布特征

通过对比分析国内外太阳总辐射的气候学计算方法,最终给出内蒙古太阳辐射最佳计算公式。根据内蒙古及周边地区24个太阳辐射观测站历年各月的总辐射和日照百分率,采用最小二乘法拟合出公式中的经验系数,并在分区基础上通过内插将a、b系数推广到内蒙古108个气象站点上,从而建立了内蒙古太阳总辐射计算模型。结果表明：内蒙古太阳总辐射年际变化总体呈下降趋势,但不显著,而且不同区域在减小速率上差异明显。年变化则表现为单峰型变化趋势,以5月辐射量最大,6、7月次之,12月最小。全年和各月总辐射的空间分布形态一致,总的分布趋势由东北向西南逐渐递增。全区年总辐射在4633～6616 MJ·m^-2之间,太阳能资源丰富程度均在丰富级别以上,而且大部分地区属于资源最丰富区和很丰富区,太阳能开发利用潜力巨大。     

台站遮挡对日照观测数据的一致性影响与订正方法研究

利用台站观测场周围360°遮挡仰角和云量观测数据,分析了台站遮挡对日照观测数据的一致性影响,从太阳高度角和遮挡物仰角的相对关系、云对遮挡比例的修正两个方面,建立了云天气象条件下台站遮挡日照时数的订正方法。以重庆巫山站为例,对2004—2013年期间有严重遮挡情况下的日照时数进行了遮挡计算和订正,通过遮挡期间及前、后两个未遮挡时段的纵向对比,以及与地形和气候条件相近的湖北建始站的同期横向对比,对订正效果进行了检验,结果表明:巫山站观测场周围遮挡物影响了日照时数观测,使观测数据前后产生明显的不一致;2004—2013年期间平均被遮挡的日照时数为218.0 h·a^-1,遮挡比例达13.1%,受天气条件的对冲影响,夏半年遮挡影响可能高于冬半年;从纵向和横向两个方面的间接对比检验看,本文所建立的订正方法既计算了遮挡物自身的影响,又考虑了云天条件下对遮挡比例的修正,订正结果基本合理,可以相对准确地还原被遮挡的日照时数。     

风蚀起沙的影响因子及其变化特征

以敦煌地区的戈壁和绿洲为例,对地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度及其变化特征和风蚀起沙过程中地表土壤的粒子尺度分布及其对垂直尘粒通量的影响进行了分析研究。结果表明,地表土壤风蚀起沙的临界摩擦速度随土壤水分含量和植被覆盖度的增大而增大,随粒子尺度的变化是先减小后增大,在中间某一尺度处有一最小值;土壤的人工利用和管理对临界摩擦速度也有着相当大的影响,风蚀起沙过程中,地表土壤的粒子尺度分布随时间发生变化,瞬时的粒子尺度分布不同于平均的粒子尺度分布,利用前者计算得到的垂直尘粒通量对摩擦速度的变化更敏感,利用后者计算得到的垂直尘粒通量偏大。     

Simulated Influence of Mountainous Wind Farms Operations on Local Climate

Renewable energy sources, especially wind power, were believed to be able to slow down global warming; however, evidence in recent years shows that wind farms may also induce climate change. With the rapid development of wind power industry, the number of wind farms installed in mountains has gradually increased. Therefore, it is necessary to study the impact of wind farms in mountainous areas on local climate. The Suizhou and Dawu wind farms in northern Hubei Province were chosen for the present study on the impact of wind farm operations on the local climate in mountainous areas. The mesoscale meteorological numerical model Weather Research and Forecasting Model (WRF) and the Fitch model, together with turbulence correction factor, were used to simulate wind farm operations and study their effects on local climate. The results showed the characteristics of wind speed attenuation in mountainous wind farms: the amplitude and range of wind speed attenuation were stronger in the nighttime than in the daytime, and stronger in summer than in winter. The surface temperature increased and became more significant in summer. However, a cooling variation was observed above the surface warming center. The height of this center was higher in the daytime than it was in the nighttime. The latent heat flux in the wind farms decreased at night, accompanied by an increase in sensible heat flux. However, these changes were not significant. Some differences were observed between the impact of wind farms on the climate in the plains and the mountains. Such differences are more likely to be related to complex terrain conditions, climate conditions, and the density of wind turbines. The present study may provide support for the development and construction of wind farms in mountainous areas.     

中国区域人为热释放的气候强迫

研究了1978～2008年中国地区及各省、市、自治区、特别行政区人为热释放造成的气候强迫与不同地区间的人口、能源消费状况和人为热释放的气候强迫的关系,并试图对未来人为热释放的气候强迫做出预估.结果表明,近30年中国地区平均人为热释放造成的气候强迫迅速增加,1978年其值约为0.07 W·m-2,但2008年则增至0.28 W·m-2.另外,中国人为热释放的气候强迫呈典型地域分布特征,华北、华东、华中和华南等经济发达地区明显高于周围其他地区,而西北地区整体上来说则很小,地区分布很不均匀.这种不均匀分布的特征,可能对区域气候、甚至全球气候造成影响.     

全球年平均人为热释放气候强迫的估算

利用能源经济领域具有权威性的英国石油公司(BP)世界能源统计资料和联合国人口统计资料,通过一些简单的数值计算,初步估算了人为热释放的全球气候强迫。结果表明:当前(2008年)全球年平均人为热释放的气候强迫还不是很大,约为0.031W/m2;但随着人口及能源消费总量的增加,未来人为热释放产生的全球年平均气候强迫将有可能达0.30W/m2。     

两种不同初始场对太阳辐射模拟效果的影响

利用2010年1,4,7和10月ECMWF和NCEP再分析资料作为初始场和边界条件,应用辐射模式系统WRF-SES2模拟了北京观象台的总辐射、散射辐射和直接辐射,并与观测值进行对比,重点分析了模式初始场云量差异对辐射模拟的影响。结果表明:(1)1,4,7和10月多数时段总辐射模拟值较观测值偏大,散射辐射模拟值较观测值偏小,总云量模拟值小于观测值,直接辐射误差分布范围较总辐射、散射辐射大。(2)多数时段采用ECMWF再分析资料作为初边值条件模拟(简称EC方案)的总辐射、直接辐射、散射辐射误差小于NCEP资料作为初边值条件模拟(简称NCEP方案)的误差,即EC方案模拟太阳短波辐射效果优于NCEP方案,这可能与ECMWF再分析资料中的云微物理量误差相对较小有关。(3)1月和4月总辐射模拟效果较好,平均绝对误差最小,其中1月两种方案误差分布范围最小,且介于-50~200 W·m-2之间,10月次之,7月稍差;1,4月和10月两种方案模拟误差较接近,而7月EC方案模拟的总辐射误差小于NCEP方案。(4)1月直接辐射模拟效果较好,4月和10月次之,7月稍差;除4月外,其他3个月EC方案模拟的直接辐射误差小于NCEP方案。(5)1月和10月散射辐射模拟效果较好,4月和7月稍差;4个月EC方案模拟的散射辐射误差小于NCEP方案。(6)EC和NCEP方案对总辐射、直接辐射和散射辐射的模拟准确率受初始场中云量模拟效果的影响较大,当总云量模拟误差较小时,总辐射的模拟误差亦相对较小。(7)在多云和有降水天气过程时,EC和NCEP方案模拟的太阳辐射误差较大,需要通过资料同化方法改进模式初始场,并对模拟结果做进一步订正。     

基于WRF模式的太阳辐射预报初步试验研究

采用中尺度气象模式WRF(Weather Research Forecast)对北京地区的太阳辐射进行了4个典型月的逐时预报试验,用南郊观象台的辐射观测数据对预报结果进行了对比分析和初步订正试验。结果表明:在现有模式条件下,5 km分辨率的短波辐射预报结果和1 km分辨率预报结果无明显差别;WRF模式对太阳辐射的预报性能在晴天较好,多云天次之,在满云或阴雨天最差;通过误差分解发现,位相偏差、系统偏差及振幅偏差在各月对均方根误差的贡献有明显差异;针对模式预报结果的系统偏差和振幅偏差。经过简单的线性订正可以较明显地改进模式预报结果;双偏订正(DBC)法比线性回归(LR)法对预报误差的改进效果略明显;仅通过简单的线性订正,位相差很难消除,需要针对位相差研究新的订正方法。     

两种太阳总辐射分钟级预报方法的比较

利用2010年9月1月至2011年8月31日中国气象局风能太阳能资源中心吐鲁番太阳能试验站水平太阳总辐射逐分钟观测资料,对统计外推法（简称外推法,TRD）和动态神经网络法（简称神经网络法,NNN）两种太阳总辐射分钟级预报方法进行比较。结果表明：从全年平均角度来看,外推法略优于神经网络法。两种预报方法的预报效果都主要依赖于天气形势,晴天预报效果最好,阴雨天气次之,多云和扬沙天气预报效果较差。外推法能较为准确地反映起报时刻影响辐射观测的云、气溶胶、沙尘等状况,并将这种影响持续至滚动预报的第一步或第二步;而神经网络法在预报阴雨、多云等复杂天气形势下预报要素的非趋势性变化规律方面略优;外推法预报日出后3 h和日落前3 h的太阳总辐射变化明显优于神经网络法;而神经网络法预报太阳总辐射突然变化特征时略优于外推法。