青藏高原北部光合有效辐射的观测研究

利用五道梁地区1993年9月~1997年12月TBQ-4-1型辐射仪器的分光观测结果,对高原地区的光合有效辐射(PAR)进行了分析,给出了五道梁地区PAR在总辐射中所占比例η值的日、月变化特征。五道梁地区η值日变化冬季表现为早晚大、正午前后小,夏季则从早到晚减小;五道梁地区月平均η值季节变化较明显,冬季最小,春季次之,秋季较大,夏季最大。光合有效辐射与红外辐射是五道梁地区总辐射的主要组成部分,紫外辐射占总辐射的份额较小。五道梁地区平均η值较北京、栾城、额济纳旗及得克萨斯小,较成都、昆明、太湖、海北、张掖大,与加利福尼亚相当。给出了高原北部η的气候学计算式并在计算式中引入了日照百分率的影响。     

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     

青藏高原土壤冻融对地表辐射特征的影响分析

利用黄河源区气候与环境综合观测研究站.2006年10月1日～2007年4月30日的辐射和5cm土壤温度和湿度资料研究了土壤冻融对地表辐射特征的影响,结果表明:土壤冻结降低了土壤中的液态水含量,致使冻结阶段地表反照率大于冻结前的值,也大于土壤融化后的值;受总辐射和地表反照率共同作用,整个冻融过程中反射辐射可区分为两个比较明显的阶段;土壤冻结减缓了地表温度降低的速率,相应地减缓了地表长波辐射和大气逆辐射降低的速率;整个冻融过程中净辐射变化与总辐射的变化比较相近,在冻结阶段,地表反照率大于冻结前的值,也大于融化后的值,因此冻结阶段的净辐射值也更小一些。     

金塔绿洲不同下垫面辐射特征对比分析

利用2005年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试验”所取得的资料,系统的分析了夏季晴天金塔地区不同下垫面的辐射收支特征,结果表明:地表反照率呈“U”型分布,戈壁的最大,日平均为0.23,依次为沙漠点0.2、绿洲点0.19、临近沙漠的绿洲点0.18。4个观测站的太阳总辐射基本相近,在观测期内未出现超太阳常数的现象。向下和反射的短波辐射具有相同的日变化规律。4站大气逆辐射全天约在300~400W/m2之间。绿洲的地面向上的长波辐射强度小,日变化也不明显,白天略大于夜间;戈壁和沙漠的向上长波辐射强度较大,日变化较明显,其峰值远大于绿洲和临近沙漠的绿洲上的。绿州地表放射的净长波辐射与短波吸收辐射之比分别为25%和33%,远小于沙漠和戈壁地区的比值57%、60%,仅为沙漠和戈壁地区的比值的50%左右。在辐射平衡中地表长波贡献最大,大气逆辐射次之,总辐射第三,净辐射第四,反射辐射最小。绿洲上的净辐射可达总辐射的一半以上,而戈壁和沙漠上则仅略大于30%。     

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.     

五道梁地区土壤热状况的讨论

利用五道梁1994-1999年之辐射观测资料及0cm地温资料，结合五道梁附近的较深层的地温观测资料，从土壤温度梯度、土壤热通量、土壤导热率、地表净辐射、季节性冻土的融化深度以及2．0m地温的变化等方面分析了五道梁地区的土壤热状况。通过计算分析，得到(1)该地区土壤温度梯度5至8月份为负，10月份至来年3月份为正；(2)土壤热通量的变化规律与土壤温度梯度一致；(3)土壤导热率呈双峰型，4月份最大，9月份次大；(4)土壤温度梯度与地表净辐射负相关，线性相关系数达-0．95；(5)季节冻融层的融化深度有增大的趋势；2．0m处地温有增大的趋势。     

藏北高原典型草甸下垫面与HEIFE沙漠区辐射平衡气候学特征对比分析

利用中日合作“全球能量与水分平衡试验一青藏高原季风试验(GAME—Tibet)”和中日合作“黑河地区地一气相互作用野外观测实验研究(HEIFE)”IOP、FOP资料,计算分析了藏北高原典型草甸下垫面安多站和HEIFE沙漠站的辐射平衡各相关特征量时频变化的气候学特征。结果表明：无论是高原安多站还是黑河沙漠站,夏季均出现超太阳常数现象(只是安多更为明显);总辐射、大气逆辐射、地表长波辐射、地表有效辐射和地表辐射平衡等的日变化(晴天)无论是安多站还是沙漠站均表现为早晚出现最小值而正午附近(地方时)达到最大值,而地表反照率的日变化(晴天)相反表现为早晚大而正午附近小的规律;上述各分量均表现有程度不等的季节变化规律：总辐射、大气逆辐射、地表长波辐射和地表辐射平衡均表现为夏半年增大达到最大值百而冬半年降低量出现最小值;另外,大气长波辐射、地表有效辐射和地表反照率在沙漠站的年际变化的振幅较安多站更为显著和有规律。     

利用温度及水汽压距平计算五道梁地区的紫外辐射

结合常规气象资料,给出了一个较为简单的而且计算误差相对较小的紫外辐射计算方法,计算了五道梁地区的紫外辐射,给出了五道梁地区1957~2000年间的紫外辐射序列。分析发现:五道梁地区冬、夏季节季平均紫外辐射有减小的趋势,冬季减小的趋势较夏季明显;年平均紫外辐射瞬时辐照度略有减小的趋势;紫外辐射10a变化分析发现,70年代紫外辐射为大值,90年代为次大值,60年代、80年代为小值;月平均紫外辐射冬季小、夏季大,3~5月份紫外辐射急剧增大,9~11月份紫外辐射迅速减小。     

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。     

敦煌地区大气气溶胶的辐射效应

利用敦煌地区1981～1983年地面实测的太阳直接辐射资料计算了该地区大气气溶胶的透射比及气溶胶对辐射削弱量，通过分析大气气溶胶的透射比与直接辐射、散射副射、S／Q、D／Q的关系以及气溶胶对辐射削弱量与气温、直接辐射、气熔胶透射比的关系，讨论了大气气熔胶的辐射效应，得出了一些初步结论，随着气溶胶透射比的增大直接辐射、Q、S／Q增大，D／Q减少；气溶胶对辐射的削弱增大时，气温减小，垂直于太阳光束面上的直接辐射减小，气溶胶透射比减小；在干旱地区晴空气溶胶对辐射的削弱占主导地位。     

南京地区不同季节水泥下垫面辐射特征的对比分析

利用2005年夏季与2006年冬季在南京进行的城市边界层外场观测资料,初步分析了水泥下垫面的辐射特性.结果表明:①由于城市上空大气透明度小于郊区,因此太阳总日射辐照度的夏季观测值表现为城区观测值比郊区小约8%;②水泥地表的反照率明显大于草地,而且随着太阳高度角的季节变化,水泥地表反照率也略有差异,夏季平均值为0.34,冬季为0.31;③夏、冬两季水泥下垫面净辐照度白天差异较大,通常约有100W·m-2,但峰值差异较小;在夜间净辐照度均为负值,且夏季观测值略大于冬季观测值,表明夏季夜间净辐照度对地表和大气的冷却作用小于冬季.     

Solar radiation modelling for the simulation of photovoltaic systems

The effect of 12 different combinations of diffuse–global correlations and tilted surface radiation models on the accuracy of PV output simulation of a grid-connected photovoltaic (PV) system was studied using statistical methods. A site specific diffuse–global correlation was developed using local insolation data and the performance of this model was compared with those of two other diffuse–global correlations. The impact of diffuse–global correlations on the calculated inclined insolation for four different tilted surface radiation models was investigated on annual, seasonal and monthly basis. The accuracies of predicted 45° inclined plane insolation and PV output were improved when the site specific diffuse–global correlation was used in the main simulation model. The error between measured and predicted inclined insolation was higher in winter than summer. The prediction of PV output was improved by using an isotropic sky tilted surface radiation model instead of the anisotropic models. The accuracy of PV output was also improved when the proposed diffuse–global correlation was used.     

基于斜面辐射组合计算模型的光伏阵列最佳倾角研究

基于2019年3月—2020年2月白银和敦煌光伏电站的实际观测数据,建立4种斜面辐射组合计算模型,在对模型预测精度检验的基础上,分析了电站当地不同倾角倾斜面辐射量的变化特征以及不同时段发电量与倾角大小之间的关系,同时提出3种最佳倾角选取方案并对输出的年总发电量进行对比,结果表明：1）4种组合模型预测效果均较为理想,白银电站4种组合模型各月平均RRMSE均低于8%,敦煌均低于9%。2）斜面总辐射与直接辐射9月之前随倾角增大呈现出递减趋势,大致表现为0°≈15°>30°>45°>60°>90°;9月之后则相反,表现为60°>45°>30°>15°>0°。散射辐射9月之前随倾角增大而减小,之后各倾角散射辐射差距不大,反射辐射始终随倾角增大而增大。各倾角直接辐射占总辐射比例最大,散射辐射次之,反射辐射最小;3）4种模型计算的最佳倾角较为接近,白银和敦煌年最佳倾角约为35°和38°,月最佳倾角变化曲线呈余弦型,白银和敦煌变化范围分别为4°~64°和6°~66°,白银夏、冬半年的最佳倾角分别约为16°和56°,敦煌分别约为19°和58°;4）为得到最大年输出总电量,建议电站选取方案Ⅱ每月调整阵列倾角,年总发电量较方案Ⅰ白银和敦煌可提高约5.3%和5.0%,条件不具备时可按方案Ⅲ每年至少调整2次阵列倾角,年总发电量较方案Ⅰ可增加约4.6%和4.1%。     

Monthly ratios of PAR to global solar radiation measured at northern Tibetan Plateau, China

Using narrowband and broadband solar radiation measurements collected at Wudaoliang (WDL) site in northern Tibetan Plateau (NTP) from September 1993 to December 1998, the relationship between monthly photosynthetically active radiation (Q_P) and global solar radiation (R_S) values is analyzed. Temporal variability of the ratio (Q_P/R_S) and its further dependence on several meteorological variables are presented. The narrowband ratio exhibited diurnal and seasonal variability with high values during morning and afternoon hours and low values around noon in winter time, whereas during summer period the ratio was decreased from morning to afternoon. The ratio (Q_P/R_S) was correlated positively with several atmospheric parameters such as water vapor pressure and low-level cloud amount; in contrast, the ratio was negatively correlated with clearness index, relative sunshine duration and atmospheric turbidity. It was also found that both the relative sunshine duration and water vapor pressure are the most influential parameters on the estimations of the spectral PAR ratio. Finally, an empirically derived model is proposed for estimating monthly average PAR values over the northern Tibetan Plateau. Verification results further ensured that the proposed model predicts monthly global PAR values accurately.     

波纹板太阳能集热器吸热板表面太阳辐照度分布特性研究

采用蒙特卡洛射线追踪法,研究不同季节和安装角度等关键参数对波纹板太阳能集热器与平板太阳能集热器吸热板表面太阳辐照度的影响,并对得到的数据进行分析。模拟结果显示,在相同安装角度下,波纹板太阳能集热器吸热板表面太阳辐照度比平板太阳能集热器大。二者相差的百分比随光线对集热器的入射角而变化,入射角较小时,相差的百分比较大。90°安装时,冬季波纹板太阳能集热器累积辐照度比平板太阳能集热器提升6.2%,夏季二者接近。40°安装时,冬季和夏季波纹板太阳能集热器累积辐照度分别比平板太阳能集热器提升7.1%和6.9%。     

The origin of the asymmetric annual irradiation distribution at high latitudes

The possibility of using solar energy during winter depends on the available solar radiation and on the geometry of the receiving surface. For high latitudes, the annual distribution of the available radiation is characterized by high asymmetry with a large amount of solar radiation from high altitude angles during the summer and a small amount of direct radiation from small altitude angles during the winter. This article deals with the origin of the difference between available solar radiation during summer and winter at high latitudes. Factors such as the tilt of the earth axis, the eccentricity of the earth orbit, absorption and scattering of radiation in the atmosphere and seasonal changes of the weather conditions are discussed. Numerical examples of how these factors contribute to the reduction of the winter radiation compared to the summer radiation on surfaces with different orientation in Stockholm, latitude 59.4°N, are given. It is shown that the influence of the atmosphere and seasonal changes in the climate, and not pure earth–sun geometry, are the reasons why it is hard to utilize solar energy at high latitudes during the winter.     

Global,diffuse and direct solar radiation at the surface in the city of Rio de Janeiro: Observational characterization and empirical modeling

The city of Rio de Janeiro and others 18 cities compose the Metropolitan Area of Rio de Janeiro. The main objective of this work is to characterize observationally the diurnal and seasonal evolution of the solar radiation components in the city of Rio de Janeiro. The measurements of global and diffuse solar radiation and standard meteorological variables at the surface have been carried out regularly at the Geoscience Institute of Federal University of Rio de Janeiro since October of 2011. The microclimatic conditions show that the period 2011–2014 was warmer during most of the year and drier in summer and spring in comparison with climate normal. All solar radiation components present a well defined diurnal cycle with maximum at noon. The estimates of global and direct solar radiation indicate a great potential available for solar energy at the surface, particularly in summer. The behavior of the clearness index and diffuse solar radiation fraction is similar in summer and winter. The Angstrom formula represents properly the estimate of the monthly average daily value of global solar radiation. The sigmoid logistic function is statistically more significant in comparison with others correlation models to represent the diffuse fraction as a function clearness index.