西藏日太阳总辐射估算模型的优化与时间尺度效应

根据2012～2014年拉萨站点的日太阳辐射观测数据,对3种日太阳总辐射估算模型(左大康、Prescoff和王炳忠等提出的估算模型)的估算结果和实际观测结果进行误差检验分析,结果表明:3种模型都通过了显著性检验,其平均绝对误差(MAE)分别为6.17 MJ/(m~2·d)、6.42 MJ/(m~2·d)和12.31 MJ/(m~2·d),均方根误差(RMSE)分别为1.60 MJ/(m~2·d)、1.65 MJ/(m~2·d)和2.78 MJ/(m~2·d),表明利用地理位置信息和日照时数的左大康估算模型对拉萨日太阳总辐射的估算效果优于Prescoff和王炳忠估算模型。利用左大康估算模型分别估算得到2015年拉萨、那曲和葛尔地区的日太阳总辐射值,并进行模型验证。通过分析拉萨1971～2015年的太阳总辐射变化和周期性特征,研究日太阳总辐射估算模型的时间尺度效应。按照11年和四季两种不同的时间尺度,利用线性回归法对日太阳总辐射估算结果和实际观测结果进行误差和相关性分析,得到经验参数a和b的值与时间尺度有一定关系。11年和四季两种时间尺度除夏季以外,其他时间拟合模型的精度均得到了提高。通过线性回归法得出45年的西藏日太阳总辐射优化估算模型,该模型估算日太阳总辐射的误差小于左大康模型,估算精度较高。     

青藏高原短波辐射分布式模拟及其时空分布

论文基于太阳辐射参数化传输模型,结合MODIS每日两次的大气产品和DEM,构建了太阳短波辐射分布式模型,对青藏高原2007年的太阳直接辐射、散射辐射与总辐射分布状况进行了模拟,并利用研究区站点实测值对模型精度进行了验证,其中日值数据直接辐射的相关性分别为0.72(拉萨)和0.82(格尔木),散射辐射分别为0.71(拉萨)和0.70(格尔木),总辐射相关性大都在0.70以上;旬值数据实测值与模拟值的相关性大都在0.90以上。模拟结果表明:实际天气情形下青藏高原年平均直接辐射量为4 244 MJ/m2,年平均散射辐射量为2 348 MJ/m2,年平均总辐射量为6 592 MJ/m2。直接辐射与总辐射的空间分布主要受纬度地带性与垂直地带性的影响,且地形对地表短波辐射的影响大于纬度的影响;散射辐射的空间分布主要取决于当地的地形起伏与大气状况。     

中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应数值模拟

硫酸盐气溶胶对地球系统能量收支平衡和全球气候变化有重要影响.本研究基于中国2007年二氧化硫排放清单,应用Can METOP、OPAC和SBDART模型,对中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应及其空间分布和时间变化进行分析.结果表明,2007年中国硫酸盐气溶胶直接辐射效应全年波动范围在-9.1~0.0008 W·m~(-2)之间,全国年均值为-1.372 W·m~(-2),低于全球均值(-0.35 W·m~(-2)),其中华东地区最强为-5.017 W·m~(-2),西北地区最弱仅为-0.22 W·m~(-2),该空间分布主要受SO_2排放的空间差异及西风导致的向东溢出效应影响.同时,除华南之外的绝大多数地区夏季辐射效应最强、冬季最弱,这主要由SO_2向硫酸盐的转化率及相对湿度的季节差异决定.本研究有助于了解中国硫酸盐气溶胶及其气候效应的时空差异,对评估硫酸盐气溶胶的气候效应有重要意义.     

云南高原紫外辐射强度变化时空特征分析

对云南低纬高原地区不同海拔高度和经纬度站点的太阳紫外辐射强度观测资料进行了分析,讨论了紫外辐射强度在云南全境的时空分布特征。结果表明:①紫外辐射的基本变化主要受天文因子的影响,其一般变化特征与总辐射有良好的对应关系,具有明显的日变化和年变化。②紫外辐射强度受测站纬度的影响,随测站纬度的升高而减小,其同经度递减率为纬度每增加1°,紫外辐射强度干、雨季分别减小0.679W/m²和0.157W/m²;不同经度分别减小0.340W/m²和0.306W/m²,且紫外辐射强度随纬度的变化率干季大于雨季,具有明显的干雨季特征。③紫外辐射强度受测站海拔高度的影响,随测站海拔高度的增加而增加,其变化率为海拔高度每上升100m,紫外辐射强度干、雨季分别增加0.202W/m²、0.090W/m²,同样具有明显的干雨季特征。     

西北地区太阳能资源空间分布特征及资源潜力评估

太阳能资源的开发利用对人类减少化石燃料的消费及温室气体的排放具有极其重要的意义。因此,研究某一区域太阳能资源的时空分布及稳定性对于开发利用太阳能资源至关重要。论文从区域的角度,利用西北5省西安、西宁、兰州等27个辐射站逐日太阳总辐射(1961—2008年)和延安、乌鲁木齐、安康等163个气象站逐日日照时数资料(1958—2008年),用统计分析和规则样条函数插值相结合的方法,采用太阳总辐射和日照时数作为评价指标,分析了西北地区近50 a来太阳能资源的时空变化特征。结果表明:①研究区太阳能资源年际变化和季节变化特征基本一致,中部青海地区日照时数最长和太阳能总辐射最为丰富,属于资源丰富区,陕西南部及西南部地区太阳能资源相对最为贫乏,属于资源缺乏区;②近50 a来,西北地区年总辐射呈明显下降趋势,年均日照时数下降趋势较缓;③163个气象站近10 a各月日照时数大于6 h的天数有45～327 d,大部分站点在200 d以上,其中每年有15个站点大于300 d;④陕西中及南部、乌鲁木齐周边地区太阳能资源最不稳定,太阳能稳定程度指数K值最高,为12.21,而青海北部及青、甘、新三省交界地带资源最为稳定,K值最低,为1.27;⑤太阳能资源的稳定程度与资源潜力大小分布较为一致,即太阳能资源较为稳定的地区,总辐射最高、日照时间最长。     

UV-B辐射增强对麻花艽叶片光合作用及相关生理参数的影响

采用20 W和40 W的UV-B灯辐射增强处理,测定分析了UV-B辐射增强对麻花艽(Gentiana straminea Maxim)叶片净光合速率及相关生理参数的影响. 结果显示:2008年8月3日,研究区大气温度从09:00开始上升,到14:00达到最高点,叶温和大气饱和水气压变化与气温变化趋势相似;光合有效辐射强度从07:00开始上升,至13:00达到最高,之后下降;麻花艽叶片净光合作用速率(P_n)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、蒸腾速率(E)和水分利用效率在对照下最高,在40 W UV-B辐射下最低;P_n在08:00—10:00最高,G_s在07:00—08:00最高,C_i在日出及日落时最高,E在09:00—13:00及14:00—18:00最高,水分利用效率在日出后最高;P_n与G_s,叶片温度,大气温度,光合有效辐射和大气饱和水气压亏缺呈正相关,与C_i呈负相关,与光合有效辐射强度的相关系数较高. P_n在光合有效辐射强度为0～800 μmol/(m2·s)时随光合有效辐射强度增加而增加,在2 200～3 000 μmol/(m2·s)时变化不大;G_s和E随光合有效辐射强度的增加而增加;C_i在光合有效辐射强度为0～800 μmol/(m2·s)时,随光合有效辐射强度的增加而呈下降趋势;水分利用效率在光合有效辐射强度为0～800 μmol/(m2·s)时随光合有效辐射强度的增加而呈增加的趋势,在800～3 000 μmol/(m2·s)时呈下降趋势. 说明UV-B辐射增强将使高寒草甸植物叶片P_n,G_s,C_i,E和水分利用效率降低.      

敦煌地区太阳紫外辐射占总辐射的百分比

目的估算敦煌地区太阳紫外辐射量,为高分子材料及产品在该地区的老化试验与评估提供参考。方法利用2016年敦煌试验站紫外辐射和总辐射的实测数据,讨论紫总百分比的计算方法、日出日落初期紫总百分比的处理,采用方差分析研究敦煌紫总百分比随季节、时段的变化特征,给出敦煌地区四季及全年的紫总百分比平均值和标准差。结果日出日落初期,紫总百分比很大,计算方法、异常数据的判定与处理对紫总百分比的计算结果会产生较大的误差。太阳高度角较小是导致敦煌不同时段太阳紫总百分比明显不同的主要原因,夏季降雨较多是敦煌不同季节太阳紫总百分比明显不同的主要原因。结论日出日落初期紫总百分比应作为异常数据剔除,冬季紫总百分比最高、夏季最低,春秋二季相近,介于冬、夏季之间,中下午时段的紫总百分比高于上午和傍晚。敦煌地区紫总百分比年平均值、标准差分别为5.5%、1.3%。     

贵州高原起伏地形下太阳直接辐射的精细分布

太阳直接辐射是太阳总辐射的重要组成部分。论文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对起伏地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以起伏地形下天文辐射为起始数据的起伏地形下太阳直接辐射的分布式模型。应用100m×100m分辨率的DEM数据,1960~2000年贵州高原及周边102个气象站常规气象要素观测资料,10个气象站的太阳辐射资料,计算了贵州高原起伏地形下各月及年太阳直接辐射精细空间分布。结果表明：①坡度、坡向、地形遮蔽对太阳直接辐射的影响较大,由于局地地形因子的影响,起伏地形下太阳直接辐射的空间分布具有明显的地域分布特征,纬向分布不明显,局地地形对太阳直接辐射的影响是不容忽视的;②贵州高原起伏地形下太阳直接辐射年总量、1月、7月大部分地区分别介于1 046~1 700、31~90、156~205MJ/m²;③季节不同,局地地形因子对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年;随坡度的增大,局地地形因子的作用增大。     

西藏阿里地表面太阳光谱观测

阿里位于青藏高原西部,是太阳能资源极其丰富的地区.本次在西藏阿里噶尔县(海拔4280 m,32°30′02″?N,80°06′01″?E)夏至日前后,对波长在280?—?1200 nm的太阳光谱进行了短期观测.结果显示:阿里2020年6月21日12:34,在482 nm波长处出现了太阳光谱辐射强度的最大值2.33 W·?m?2·?nm?1,对比观测点拉萨的最高太阳光谱强度出现在2020年6月27日13:56,波长482 nm处光谱强度为2.80 W·?m?2·?nm?1,在太阳直接辐射、大气中云层及微粒的散射辐射、地表面反射辐射的叠加下,这两地的最高太阳光谱强度都超过了AM0最高光谱强度;将阿里2020年6月22日日中时刻的太阳光谱与AM0、AM1.5标准光谱进行对比,可以看出:阿里的紫外、可见光谱的强度明显高于AM1.5,且接近AM0;阿里2020年6月21日出现了"日食"现象,太阳光谱也随着日食的初亏?—?食甚?—?复圆变化.此次观测为青藏高原西部地区提供了稀有的太阳光谱数据支撑,有利于整个西藏太阳能利用的发展.     

中国地表太阳辐射资源空间化模拟

基于1981—2010年全国122个气象台站的太阳辐射和气温日较差观测数据,将Bristow-Campbell太阳辐射估算模型在中国八大自然区分别进行了参数校正和验证;利用地理信息空间分析平台,采用PRISM模型对中国区域平均最高与最低气温空间化的结果,将其输入Bristow-Campbell模型,实现太阳总辐射的空间栅格化模拟;通过斯忒藩-玻耳兹曼定律计算全国地表长波辐射平衡;进而根据太阳辐射平衡公式,得到中国地表太阳辐射平衡的空间格局。结果表明:经过校验的Bristow-Campbell可以较准确地估算中国区域太阳总辐射资源;基于Bristow-Campbell辐射估算模型,结合气象数据的空间化模型,是实现太阳净辐射资源空间化模拟的有效途径;我国地表太阳净辐射总体空间格局表现为高值区位于青藏高原,每年可达9 000 MJ·m^-2,东部地区的净辐射年总量较低,东北稍高,浙闽地区稍低,低值区位于川黔地区,年平均约为2 000 MJ·m^-2左右。     

三峡库区太阳能资源基本特征及其演变

利用1961-2007年的日照时数建模计算了三峡库区的太阳辐射,在此基础上对库区的太阳能资源作了全面分析和评价。结果表明：库区年总辐射量介于3200～4400MJ/m²,与德国等太阳能利用大国相当;“下游多,上游少”是资源空间分布的基本特征,且在秋、冬季差异更为明显;资源的年变化具有“夏大冬小”的特点,同时呈典型“双峰结构”,最大和次大峰值分别出现在8月和5月;库区上游太阳能季节差异大,而中、下游四季差异相对较小;库区太阳辐射以散射辐射为主（平均为64%）,上游尤其明显;1961-2007年,资源量与直射比均呈明显下降趋势,且在夏、冬季下降尤为显著,分析表明这与轻雾日数和霾日数的增加有关;自20世纪90年代初起,资源量开始回升,有利于库区太阳能的开发利用。     

沈阳空气质量对到达地面太阳辐射的影响分析

利用沈阳国家基本气象站1961~2017年气象观测数据和沈阳市2013~2017年逐日空气质量监测数据,研究了沈阳市太阳辐射与空气质量变化特征,及空气质量对到达地面太阳辐射的影响.结果表明：20世纪90年代之后沈阳市太阳总辐射“变亮”与日照增多、大气清洁度增加有关,与总云量、水汽压基本不存在线性相关关系.太阳辐射与空气质量的季节特征相反,太阳总辐射总体为春夏季和初秋强、深秋和冬季弱,而SO₂、NO₂、CO、PM₁₀、PM_2.5质量浓度以及AQI指数为春夏季和初秋低、深秋及冬季高.在气象因子差异不大的情况下,空气质量情况是影响太阳辐射偏强或偏弱的关键因素,SO₂、NO₂、CO、PM₁₀、PM_2.5质量浓度偏低是沈阳2017年太阳总辐射、直接辐射异常强的主要原因之一.晴天情况下,沈阳空气质量三级较二级情况下太阳总辐射平均衰减了10%,直接辐射平均衰减了18%.12月下旬的晴天严重污染日,空气污染可导致直接辐射减少67%,总辐射减少34%.PM_2.5的削光作用更为明显,PM_2.5为首要污染物的晴天平均太阳直接辐射衰减明显大于以SO₂和PM₁₀为首要污染物的情况,虽然PM_2.5为首要污染物时的日平均散射辐射大于PM₁₀为首要污染物的情况,但不足以补充其对直接辐射的衰减,进而导致总辐射衰减.     

利用卫星资料估算福建晴空太阳辐射

利用卫星数据反演得到大气可降水量和气溶胶光学厚度等影响太阳辐射的参数,通过辐射传输模型进一步反演得到晴空地表太阳总辐射时曝辐量,并用2008-2009 年20 个地面站实测数据对反演结果进行验证。结果表明：遥感反演得到的晴空地表太阳总辐射时曝辐量与地面实测结果在空间上具有很好的一致性,两者相关系数为0.807,平均相对误差为9.6%,相对误差在10%以内的样本占总样本的74%。气溶胶对太阳辐射的影响最为显著,而水汽的影响相对较小,由气溶胶引起的太阳辐射削减量全年平均值为0.421 MJ/（m²·h）,而水汽引起的则为 0.204 MJ/（m²·h）,太阳辐射的空间分布与气溶胶的空间分布一致,气溶胶的高（低）值区对应太阳辐射的低（高）值区。     

20世纪90年代以来上海地区光能资源变化研究

为了摸清20世纪90年代以来上海地区光能资源变化规律,根据1991-2003年上海地区11个站年日照资料及宝山站的辐射资料,在与前30年(1961-1990年)平均比较的基础上,统计分析1991年以来太阳总辐射、直接辐射、散射辐射、日照时数、日照百分率以及光合有效辐射、光热生产潜力的变化情况,结果表明:1991-2003年,上海地区年平均总辐射减少70M Jm/2,年平均直接辐射减少160.6M Jm/2,年平均散射辐射增加90.6M Jm/2,年平均光合有效辐射减少17.4M Jm/2,年平均光热生产潜力增加3328kgh/m₂,年平均日照时数减少187.5h,年平均日照百分率减少4%。     

太湖水-气界面CO2交换通量观测研究

基于2003-01～2005-06利用静态箱法对太湖水-气界面CO2交换通量的观测,对太湖水-气界面交换通量的变化特征进行了分析研究.结果表明:太湖水-气界面CO2交换通量存在明显的日变化,春、夏、秋、冬4季日平均通量分别为-0.79 mg/(m2·h)、-4.89 mg/(m2·h)、-4.06 mg/(m2·h)和-2.56 mg/(m2·h),太湖均是CO2的汇.一般污染越重的区域,CO2通量值越大.藻型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化不明显,草型湖区水-气界面CO2交换通量季节变化很明显,夏秋季高,冬春季低.CO2通量变化的可能相关因子还有天气情况、太阳辐射、风速及水温、pH、TA、Chla、TC、TN和TP等.     

太湖水-气界面CO2交换通量观测研究

基于2003-01～2005-06利用静态箱法对太湖水-气界面CO₂交换通量的观测,对太湖水-气界面交换通量的变化特征进行了分析研究.结果表明:太湖水-气界面CO₂交换通量存在明显的日变化,春、夏、秋、冬4季日平均通量分别为-0.79mg/(m²·h)、-4.89 mg/(m²·h)、-4.06 mg/(m²·h)和-2.56 mg/(m²·h),太湖均是CO₂的汇.一般污染越重的区域,CO₂通量值越大.藻型湖区水-气界面CO₂交换通量季节变化不明显,草型湖区水-气界面CO₂交换通量季节变化很明显,夏秋季高,冬春季低.CO₂通量变化的可能相关因子还有天气情况、太阳辐射、风速及水温、pH、TA、Chla、TC、TN和TP等.     

An innovative integrated system utilizing solar energy as power for the treatment of decentralized wastewater

This article reports an innovative integrated system utilizing solar energy as power for decentralized wastewater treatment, which consists of an oxidation ditch with double channels and a photovoltaic (PV) system without a storage battery. Because the system operates without a storage battery, which can reduce the cost of the PV system, the solar radiation intensity affects the amount of power output from the PV system. To ensure that the power output is sufficient in all different weather conditions, the solar radiation intensity of 78 W/m 2 with 95% confidence interval was defined as a threshold of power output for the PV system according to the monitoring results in this study, and a step power output mode was used to utilize the solar energy as well as possible. The oxidation ditch driven by the PV system without storage battery ran during the day and stopped at night. Therefore, anaerobic, anoxic and aerobic conditions could periodically appear in the oxidation ditch, which was favorable to nitrogen and phosphate removal from the wastewater. The experimental results showed that the system was efficient, achieving average removal efficiencies of 88% COD, 98% NH 4 + -N, 70% TN and 83% TP, under the loading rates of 140 mg COD/(g MLSS·day), 32 mg NH 4 + -N/(g MLSS·day), 44 mg TN/(g MLSS·day) and 5 mg TP/(g MLSS·day).     

太阳能级多晶硅生命周期环境影响评价

采用生命周期评价法对太阳能级多晶硅生产过程的环境影响进行评价. 基于Eco-Indicator99,建立了适用于我国的终点破坏类影响评价模型(Chinese endpoint damage model,CEDM). 对影响评价模型的资源属性参数进行了本地化研究,核算出以2010年为基准年、以我国为基准区域的资源属性本地化人均年度基准值(4.33×105 MJ). 采用现场和问卷调研的方式获得太阳能级多晶硅所有生命周期阶段的能量物质的输入、输出和环境外排数据,调研样本总产量达到2012年全国产量的80%. 结果表明:从环境影响的最终破坏受体来看,太阳能级多晶硅生命周期环境影响主要集中在对人体健康损害方面,占其整个环境影响的72.31%;其次是对资源衰竭方面的影响,占24.23%;对生态系统的损害最小,仅占3.46%. 在所有环境要素中,电的环境影响最高,占79.48%;其次是蒸汽消耗、工业硅原料,二者分别占13.18%、5.97%. 我国太阳能级多晶硅生命周期环境影响是欧洲平均水平的2倍多,主要是受电力结构所致,但在技术先进性和污染防治水平方面要优于欧洲平均水平.