城市大气污染对到达地表的太阳辐射的影响研究

在晴空（无云）的条件下,大气污染是影响到达地球表面太阳辐射的重要因素之一。选择中国6个典型城市（北京、沈阳、上海、武汉、广州和成都）,利用2014年1月—2020年12月的空气质量日监测数据以及地面太阳辐射、日照时数等逐日观测数据,定量分析晴空条件下大气污染指数（AQI）与地表太阳总辐射、散射辐射的关系。结果表明：1）大气污染会降低清晰度指数,增加散射系数,对于地表太阳总辐射有衰减作用,对于散射辐射有增强作用。2）2014—2020年,大气污染（AQI>100）使得晴天地表太阳总辐射的年衰减总量和相对衰减量（共7 a）较大的是北京（212.40 MJ/m²,4.01%）、沈阳（184.16 MJ/m²,3.00%）、上海（123.80 MJ/m²,4.37%）和武汉（106.36 MJ/m²,3.04%）,而成都（58.03 MJ/m²,3.82%）和广州（18.76MJ/m²,0.96%）的衰减总量较小。3）大气污染（AQI>100）使得晴天散射辐射的年增加总量和相对衰减量分别是北京256.64 MJ/m²（12.96%）、沈阳134.45 MJ/m²（7.10%）、武汉22.62 MJ/m²（1.36%）、成都43.40 MJ/m²（9.71%）、上海94.74 MJ/m²（8.25%）和广州37.79 MJ/m²（5.90%）。     

中国近海太阳能资源特征分析及储量评估

利用ERA5再分析资料研究中国近海太阳能年际、季节、月尺度和不同海区的时空分布特征,评估太阳能资源丰富程度,并对太阳能资源总量进行估算。结果表明：多年平均海上太阳总辐射范围为4886～7611 MJ/m²,年均辐射为6429 MJ/m²;太阳辐射随春、夏、秋、冬季节的变化而逐渐减小,分别为1894、1827、1462、1287 MJ/m²,春季最大、冬季最小,春夏季基本持平;月均总辐射在春季5月份最大,为650 MJ/m²,在冬季12月份最小,为377 MJ/m²。从空间上来看,渤海、黄海、东海太阳总辐射相近,年均辐射分别为5625、5581、5622 MJ/m²,南海中西部和中东部年均辐射量最大,并呈现出向南北两端递减的趋势,年均辐射为6843 MJ/m²,较渤、黄、东3个海区辐射平均值高出22%。经估算,中国近海太阳能资源年总量约为14×10⁹GWh,水深H<10、30、50 m的海域太阳能资源年总量分...     

漂浮式聚光升膜多效太阳能蒸馏器的性能研究

提出一种漂浮在海面上进行淡化产水的聚光升膜多效太阳能蒸馏器，该淡化装置包含一个抛物面聚光镜和多个垂直布置的蒸发-冷凝单元。采用吸水芯作为蒸发器，利用毛细吸力使海水形成上升的液膜，有效减少了加热损失。建立理论模型分析装置内部的传热传质过程。通过实验研究不同运行参数对装置温度、产水量和比能耗的影响。室内稳态研究结果表明，当太阳辐照度为900 W/m²时，蒸馏器内部温差为56.9℃，产水率可达到2.64 kg/(m²·h)。在户外平均太阳辐照度为603.7 W/m²的条件下，装置一天产水量为5.3 kg/(m²·d)，日平均比能耗为1591.6 kJ/kg。     

黄土高原典型塬区冬小麦田地表辐射平衡各分量特征分析

利用2006年4～7月份实际观测资料,分析了黄土高原典型塬区冬小麦生长过程中不同天气条件下的地表辐射平衡各分量特征,并对比分析了冬小麦下垫面与裸土下垫面下的辐射平衡特征,发现:在不同天气条件下辐射平衡日变化特征有很大变化,冬小麦下垫面地面向上长波辐射晴天、阴天、降水天时依次减小,到达峰值时间约滞后总辐射峰值到达时间1h.大气向下长波辐射与地表向上长波辐射恰恰相反,晴天时量值最小,基本稳定在300W·m-2,阴天和降水天时依次增大.小麦田与裸地相比,地表向上短波辐射比裸地小;地表向上长波辐射白天裸地大于小麦地,夜间相反;净辐射白天小麦地略大于裸地,夜间则裸地大于小麦地.在辐射平衡中地表长波贡献最大,大气长波辐射、总辐射和净辐射依次减小,反射辐射最小.植被覆盖度高时,土壤植被系统吸收的总辐射和净辐射也高.     

辽河入海口地区倾斜面太阳辐射研究

文章利用在辽河入海口地区测得的太阳辐射数据,比较了现有的17个倾斜面太阳辐射计算模型在不同天气工况下的准确性。分析结果表明：阴天工况下Gueymard模型精度最高,其次是各向同性模型;多云工况下,Willmott模型与实测值较为吻合;晴天工况下,Reindl模型的综合表现状况最好;在不区分天气工况下,Willmott模型和Reindl模型的精度较高。同时,通过改写Reindl模型的各向同性组分建立新的计算模型,用实测数据分析在不区分天气条件下新模型的精度,结果显示新模型的计算精度明显提高。利用logistic函数建立小时散射辐射分数与小时晴空指数的关系,并采用新模型计算辽河入海口地区冬季不同倾斜面单位面积所接收的太阳辐照量,结果表明,对于冬季的辽河入海口地区,太阳能采集装置布置的最佳方位角为-20～30°、倾角为50～70°,总太阳辐射量最高可达1 200 MJ/m²。     

紫外辐射的气候学研究

根据我国7个地区、10个测点共2698组直接辐射的分光测量资料,得到了计算紫外(波长小于400毫微米)波段直接辐射的经验公式和列线图,同时提出了各种天气条件下天空紫外散射辐射的气候学计算方法。结合8个有地区代表性台站的定时月平均日射资料,计算了四个季的1、4、7、10月份的直接辐射、散射辐射和总辐射中紫外辐射所占的比例。结果表明,总辐射中紫外辐射所占比例相当稳定,在太阳高度大于10°时,晴朗无云天气条件下的比例数为(5.7±0.6)％,实际有云天气条件下比例数为(5.4±0.7)％。     

云南省丽江地区倾斜面太阳总辐射计算模型对比分析

介绍5种根据水平面太阳总辐射、直接辐射、散射辐射和太阳天顶角计算南向倾斜面太阳总辐射的数学模型。利用云南省丽江地区太阳辐射观测数据,计算南向纬度倾斜面太阳总辐射值,与同期纬度倾斜面太阳总辐射观测值进行比对,并以观测值为参考,对由5种模型计算的纬度面太阳总辐射值作统计分析。结果显示:5种南向倾斜面太阳总辐射计算模型均能较好地计算出丽江地区南向纬度面上的太阳总辐射值。其中,Hay模型最适合于在不区分天气状况的条件下使用,Ma-Iqbal模型最适合于应用在阴天和多云天气状况下,而晴天条件下则最好选用Muneer模型。     

基于线性方法的内蒙古地区太阳总辐射月均值估算

探讨了内蒙古地区太阳总辐射月均值与日照百分率的关系,基于5个气象站1996—1998年连续3 a的月日照时数（n）和太阳总辐射值（R_s）。计算得到Angstrom方程的系数a和b,与和清华等拟合得到的中国西部太阳总辐射公式中的a=0.185,b=0.595,比较一致。同时,R_s和n之间的直接线性关系,R与月平均温度（T）之间的直接线性关系也能用来估算太阳总辐射月均值,总均方根误差约为80 MJ·m^-2/month,总百分比误差约为18%。     

太阳能聚光光伏-膜蒸馏海水淡化复合系统研究

提出一种可在海岛或偏远地区同时产生电力和淡水的聚光光伏-膜蒸馏海水淡化复合系统。对该系统的工作原理以及结构设计进行介绍。对系统的聚光结构进行光学仿真,研究汇聚到太阳电池上的光线接收率及能流密度的均匀性,结果表明,入射角在15°以内时,位置聚光比方差均小于0.8。在实际天气条件下对系统进行实验研究,结果表明,在夏秋季太阳辐照度为800 W/m²的条件下,系统每小时淡水产量可达375.8 g/m²,产水效率可达33.1%,每小时平均输出功率可达61.7 W/m²,电效率为8.0%,系统整体效率可达41.3%。在冬季条件下,对光伏发电功率和发电效率影响不大,但对装置的产水量有较明显的影响,但产水效率仍可达到26%以上。     

福建省太阳总辐射和地面辐射平衡的分布

首先利用福州市的辐射观测资料，建立计算太阳总辐射的经验公式，并计算福建省各市、县的太阳总辐射的年、月平均辐照度。然后利用地区代表站的地面反射率，求得福建省各月、年地面所吸收的太阳辐射能的分布。再利用地面温度、气温、水汽压和总云量，计算得出福建省各地的地面有效辐射的月、年平均辐照度。最后得出福建省各月、年地面辐射平衡的分布。     

福建太阳总辐射和地面辐射平衡的分布

首先利用福州市的辐射观测资料，建立计算太阳总辐射的经验公式，并计算福建省各市、县的太阳总辐射的年、月平均辐照度。然后利用地区代表站的地面反射率，求得福建省各月、年地面所吸收的太阳辐射能的分布。再利用地面温度、气温、水汽压和总云量、计算得出福建省各地的地面有效辐射的月、年平均辐照度。最后得出福建省各月、年地面辐射平衡的分布。     

稀疏植被地表分光辐射及其反照率特征研究

利用2015年7~10月份敦煌老金矿稀疏植被下垫面地表分光辐射观测资料,分析该地区地表分光辐射及其地表反照率的变化特征。结果表明,2015年7~10月份,由于季节变化,地表长波辐射及分光辐射均呈下降趋势,地表长波辐射始终大于大气长波辐射。晴天时各波段辐射最强,日变化呈光滑的正弦曲线,阴天辐照度有一定的减弱,日变化曲线呈锯齿型,雨天辐照度明显减弱。近红外、可见光和紫外辐射占总辐射的比例平均分别是0.535、0.420和0.045。各波段地表反照率日变化趋势基本一致,近红外波段反照率最高,依次分别为总辐射和可见光波段,紫外波段反照率最低,平均分别为0.26、0.22、0.19和0.08。地表反照率日变化不对称,早晨高于下午。不同天气的地表反照率也有区别,晴天和阴天的地表反照率变化相对平缓,且阴天大于晴天,雨天时地表反照率明显小于其他天气。     

雾霾对光伏组件输出特性的影响研究

该文通过数学建模研究雾霾相对湿度和质量浓度对辐照度的影响规律，并通过实验验证雾霾的相对湿度和质量浓度对辐照度和光伏组件输出功率的影响规律。实验结果表明：雾的相对湿度(RH)从23%上升至90%，辐照度下降52.17%，光伏组件输出功率下降46.5%，在相对湿度达到65%之后辐照度和功率下降幅度加快；霾质量浓度从18μg/m³增加至517μg/m³,RH=30%、50%、60%、75%、80%、90%时辐照度分别下降16.0%、25.0%、40.0%、74.4%、73.1%、68.6%，光伏组件输出功率分别下降21.8%、22.5%、35%、69.9%、70.1%、67.7%;RH从30%增加至90%，霾质量浓度为108、189、312、405、497μg/m³时辐照度分别下降60.0%、78.8%、800.%、85.1%、85.8%，光伏组件输出功率分别下降47.4%、73.3%、78.1%、82.5%、84.9%，随着RH的增大辐照度和输出功率的降幅在逐渐增大。关于雾的相对湿度和雾霾质量浓度对辐照度的影响进行数值模拟，...     

3A级大型脉冲式太阳模拟器的仿真与实现

在光学仿真软件LightTools环境下设计了一种由长弧氙灯、椭球面矩形反射体、光学挡光板等部件构成的大面积、近距离的3A级大型脉冲式太阳模拟器，对椭球面矩形反射体的曲面系数和曲率，以及光学挡光板的大小、形状、位置等参数进行研究与优化，并制造了大型脉冲式太阳模拟器原型系统的实物。实测结果表明：在距离光源4 m位置的辐照面(3 m×2 m)上，平均辐照度在1000±5 W/m²时获得的辐照不均匀度及辐照不稳定度分别低至1.86%和0.289%，在300～1200 nm波长范围内的光谱匹配度为0.91～1.08，达到IEC60904-9:2020标准中关于3A级太阳模拟器的要求。该原型系统的成功研制为光伏、育种、航天等领域的应用提供了技术支持和实践经验，为国家碳达峰及碳中和目标的实现提供了助力。     

复杂山区气象站潜在太阳能资源参量估算方法及应用

微观尺度光伏电站选址时,需评价太阳能资源,通常采用经验公式和日照时数来推算太阳总辐射情况,而山区地形复杂,地形遮蔽是影响气象站日照时数的重要因素。基于空间分辨率较高的DEM数据,提出一种借助GIS软件3D分析工具集的快速计算遮蔽角方法,并以鄂西山区巴东、鹤峰、神农架三地为例,在得到各气象站的地形遮蔽角后,通过模型计算了地形遮挡导致的理论日照遮蔽率和考虑天气条件的实际日照遮蔽率,从而订正了复杂地形下气象站的日照时数和太阳总辐射。结果表明,实际天气条件下,地形遮蔽订正后巴东、鹤峰、神农架年总辐射分别增加了145.2、92.2、415.0 MJ/m²,可见所提方法提高了山区太阳能资源评价的准确率,可为光伏扶贫决策服务提供参考依据。     

金塔绿洲的辐射平衡特征和地表能量研究

利用2005年5月23日~7月8日在甘肃省金塔绿洲开展的"绿洲系统能量与水分循环过程观测实验"所取得的资料,分析了金塔绿洲不同天气条件的辐射平衡、地表能量收支和土壤温度的日变化规律,并将研究时段内各量的平均值与晴天进行了对比.结果表明:不同天气条件下,辐射平衡和地表能量平衡各分量昼间变化差别较大,夜间也存在一定的差异;土壤温度随净辐射能的变化而变化,随着深度的增加,土壤温度受太阳辐射的影响变小;观测期间辐射平衡、地表能量和土壤温度平均的变化形态与晴天比较接近,云和降水的扰动削弱了除潜热通量外的其它量.     

太阳能中温闪蒸海水淡化系统产水性能研究

为提高系统产水性能并降低内部结垢,提出一种由非跟踪复合抛物面聚光器加热导热油至100 ℃以上作为供能热源,采用喷雾辅助闪蒸的海水淡化系统。实验研究实际天气中,不同太阳辐照度下进水口温度、进水流量对系统产淡水性能的影响。采用密封压力桶可将进水口温度升至沸点以上,最高可达123 ℃。太阳辐照度波动较大时,进水口温度保持稳定,系统可稳定运行。进水口温度对产水速率影响显著,平均进水口温度从100 ℃升至120 ℃时,产水速率提高47.61%。当进水流量为50 kg/h,压力维持在0.045 MPa时,系统产水速率最大,日累计淡水产量可达11.14 kg/（d·m²）,小时效率为81.45%,单级生产率为9.15%。     

夏玉米潜热通量的变化规律研究

针对生态系统的辐射收支、热量平衡和蒸发蒸腾分配对系统的水分转化和有效利用研究,利用波文比自动气象站观测了夏玉米在不同生育时期、不同天气情况下潜热通量的日变化、逐日变化以及逐月变化过程.结果表明,潜热通量日变化曲线是典型单峰型,潜热通量和太阳净辐射的逐日变化曲线、逐月变化曲线吻合,阴天潜热通量的峰值滞后于晴天和多云.     

适用于西藏的太阳能空气集热器的研发

太阳能建筑供暖技术的研发在太阳能资源丰富的西藏自治区(下文简称为“西藏”)等地区具有潜在的实际应用价值。研发设计了一种太阳能空气集热器,并制造了该太阳能空气集热器样机;然后在拉萨市自然太阳光条件下(测试当日的太阳辐照度在161.8～1588.0 W/m²之间,均值为1316.3 W/m²),太阳能空气集热器采用跟踪太阳模式时对其集热性能进行了测试。测试结果表明：该太阳能空气集热器的进风口空气温度(即环境温度)均值为22.45℃,经过太阳能空气集热器被太阳辐射加热后,可产出温度在51～85℃之间、风量为150 m³/h的热空气,出风口空气温度均值达到68℃,最高值接近拉萨市水的沸点(86℃),表明该设备的集热效率高。研发设计的太阳能空气集热器在集热性能上具备实际应用价值。     

藏北高原太阳辐射能收支的季节变化

利用藏北高原五道梁所获取的一年地面辐射观测资料，计算分析了该地区２６个睛天个例的辐射收支特征。结果表明，该地区大气透明度高，太阳直接辐射和总辐射强，太阳总辐射３月的增和１０月的锐减造成地面加热场强度的突变，影响高原行星边界层内平均气系统的季节性能转换，地表反射率的季节变化明显，夏季地表反射率为０．１９－０．２５，冬季则高达０．３０－０．３４；太阳紫外总辐射较平原地区强，夏半年紫外总辐射与太阳总辐射