WRF模式对金塔绿洲-戈壁辐射收支的模拟研究

利用WRF中尺度气象模式结合卫星反演的下垫面土地利用/植被类型资料对夏季金塔绿洲辐射和能量传输过程进行模拟,并用2008年"绿洲系统非均匀下垫面能量水分交换和边界层过程观测与理论研究"加强期外场试验所取得观测资料进行验证。结果表明:晴天状况下WRF模式能较好地模拟出辐射各分量和热流密度的变化,阴天和雨天次之;向下长波辐射以外的各辐射分量观测值与模拟值的相关性很好,相关系数都在0.9以上,均方根偏差在86.6W.m-2以下,平均绝对误差都在24%以下;绿洲能量传输主要为潜热输送,戈壁为感热输送;绿洲潜热、感热和地表热流密度分别占净全辐射的87.1%、9.1%和11.1%,研究结果可为合理配置绿洲太阳辐射资源提供参考。     

戈壁大型光伏电站夏季晴天地表通量特征

利用2019年夏季晴天新疆五家渠戈壁与光伏电站混合下垫面的观测数据,分析该下垫面的地表辐射和能量收支特征.结果显示:向下短波辐射、向上短波辐射、向下长波辐射、向上长波辐射、净辐射的日积分值分别为27.82、3.93、32.31、41.22、14.97 MJ/m2.地表反照率加权平均值为0.14.白天净辐射主要以感热的形...     

夏季巴丹吉林沙漠辐射特征的模拟研究

利用WRF(The Advanced Research Weather Research and Forecasting)模式3.3版本,检验其对巴丹吉林沙漠地区辐射特征的模拟能力,并通过模拟结果选取适于沙漠下垫面辐射特征模拟的最优参数化方案组合。通过连续9d(2009年8月11~19日)不同天气条件下的数值模拟,分别选取4种向下短波、4种向下长波辐射辐射方案及4种陆面过程方案,认为WRF模式能较好地模拟出该地区不同天气条件下(晴天、多云和阴雨)辐射日变化的特征,其中RRTMG向下短波和向下长波辐射方案较其他辐射方案略有优势,其模拟的向下短波辐射通量和向下长波辐射通量的总均方根误差最小,分别为103.9和25.9W/m2;陆面过程方案中,RUC方案较有优势,模拟的向上长波和向上短波辐射通量的总均方根误差最小,分别为26.9和25.2W/m2;阴雨天气条件下,辐射方案的调用间隔时间对辐射通量的模拟较敏感,调用间隔时间的缩短能明显改进辐射通量由晴转阴过程的模拟。     

西北干旱区戈壁下垫面陆面过程特征的模拟研究

利用公共陆面模式Co LM(community land model),检验其在西北干旱区敦煌戈壁陆面过程特征的模拟能力。通过2008年敦煌夏季典型晴天观测资料驱动模式,对模式在敦煌戈壁地区的适应性进行研究,通过和该站点同期实测资料对比发现:公共陆面模式(Co LM)基本能较好地模拟极端干旱区,如对敦煌戈壁下垫面的地表能量通量,及对于物理量的日变化趋势模拟得均比较准确,与观测值的相关系数较高。不足之处是对于感热的模拟,白天的模拟峰值偏大,而在夜间负感热的峰值也存在偏大现象。利用辐射资料计算出该下垫面反照率为0.25,修改模式中反照率的设定后,从模拟结果来看Co LM的模拟能力有一定改进。     

黄河源区高寒湿地近地面辐射收支特征初步分析

利用2014年6月1日～2015年5月15日黄河源区麻多陆面过程观测试验近地面辐射收支观测资料,分析高寒湿地下垫面辐射收支和反射率的时间变化特征。结果表明:黄河源区高寒湿地向下太阳短波辐射、地面向上短波辐射和地面向上长波辐射有明显日变化特征,大气向下长波辐射的日变化不明显。年平均日总量,地面长波向上辐射(26.784 MJ/m~2)最大,大气长波向下辐射次之(20.390 MJ/m~2),其次是向下太阳短波辐射(17.539 MJ/m~2),地面向上短波辐射(3.888 MJ/m~2)最小。以上各分量均为冬季最小,前2个分量春季最大,后2个分量夏季最大。典型晴天地表反射率日变化和季节变化特征均为"U"形,全年平均地表反射率为0.18。地面长波有效辐射日变化趋势明显,春季、秋季和冬季地面长波有效辐射日平均相差不大,而夏季略小。不同季节日间地表吸热值较大,数值差异也较大,而夜间放热值小且数值差异小,但维持时间较长(12～15 h),总的来说该地区为一个强热源。     

藏北高原地区和西北干旱区地表能量季节变化特征对比分析

基于中日合作研究项目"全球协调加强观测计划之亚澳季风青藏高原试验"(CAMP/Tibet,2001～2005年)和大型野外观测试验国家重点基础研究发展规划项目中的"西北干旱区陆气相互作用试验"(DHEX,2000-2003年) 1a年的观测数据资料分析研究了干旱区地表能量,即净辐射通量、感热通量、潜热通量和土壤热通量。得到一些有关地表能量的新认识,最后还提出并讨论了计算地表能量通量的方法及其优缺点。     

晴空大气太阳短波辐射观测与模式比较

利用大气物理研究所香河观测站12d晴空条件下地表太阳直接和散射辐射观测资料、太阳光度计观测资料反演获得的气溶胶特性参数和水汽柱含量以及Dobson仪观测的臭氧柱总量资料,运用3个辐射传输模式,对地表太阳直接和散射辐射观测和模拟进行了对比分析。结果表明:直接辐射观测和模拟能较好吻合,但散射辐射的观测和模拟之间的差相对较大,模拟与观测的平均偏差为3%~5%,且80%~90%的模拟值高于观测量。与文献结果不同的是我们的模拟偏高量相对较低,而且有10%~20%的模拟低于观测。提高气溶胶特性以及其他输入参数估计精度将提高散射辐射观测和模拟的吻合程度。     

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%。     

光伏电站对格尔木荒漠地区太阳辐射场的影响研究

利用2012年10月~2013年9月格尔木大型光伏电站内外观测资料,对比分析光伏电站内外地表辐射特征。结果表明:站内向上短波辐射和净辐射日总量分别为3.54、8.30 MJ/m2;站外分别为5.02、6.34 MJ/m2。年内最大值均出现在6月份,最小值均出现在12月份。两个观测点向上短波辐射春季相差最大,冬季相差最小。净辐射在8月份相差最大,12月份相差最小。站内日平均反照率为0.19,站外为0.26。站内年平均净辐射明显高于站外,光伏电站内下垫面温度明显低于站外,光伏电站是一个能量汇。     

金塔绿洲不同下垫面土壤热状况对比分析

利用"绿洲系统能量与水分循环过程观测试验"2005年夏季补充观测资料,从地表反照率、土壤温度梯度、土壤热通量、土壤导热率等方面对比分析了绿洲、戈壁、沙漠的土壤热状况特征.结果表明:夏季晴天条件下,①戈壁、沙漠、绿洲的日平均反照率为0.230、0.212、0.196;②土壤温度梯度和地表净辐射有很好的线性关系,且通过0.01置信度检验;③5cm和20cm土壤热通量呈同位相变化;④戈壁、沙漠和绿洲5cm土壤导热率分别为0.1930.317、0.374 W·(m·K)-1.     

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。     

基于WRF模式模拟上海地区月太阳总辐射的研究

利用WRF模式对上海地区2012年7月~2013年6月的逐月太阳总辐射量进行了模拟计算;分析了太阳能总辐射观测值和模式模拟值的统计关系;建立了模拟结果的统计订正模型,并将模拟区域各格点的模拟结果输入统计订正模型,得到各格点最终月太阳能总辐射值;用NCL软件将各月各格点上的值绘制成基于WRF模式计算的上海地区月太阳总辐射分布图。比较气候学计算和WRF模式计算出的月太能总辐射分布显示,各月的太阳总辐射值范围比较一致,这表明动力模式的模拟结果已取得初步成功,只是气候学计算的太阳总辐射最大值与最小值之差比模式计算的大。但是,用两种计算方法绘制出的月太阳总辐射高值中心与低值中心不太一致,须要进一步地研究改进。     

基于WRF模式的光伏电站选址研究

目前国家太阳能辐射观测气象站较少,光伏选址的区域周边缺少辐射观测资料,部分区域甚至缺乏日照观测资料,在进行光伏电站前期评估时,缺乏进行太阳辐射量的推算、光伏系统的设计、系统配置及发电量计算的依据。采用中尺度数值预报WRF模式进行光伏电站场址区域太阳能总辐射数值模拟试验,输出的逐时辐射和温度资料为光伏电站选址提供了有利的支撑,对光伏发电工程的前期评价有较好的参考价值。     

夏季晴天不同土壤湿度条件的绿洲辐射特征

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,分析了夏季晴天金塔绿洲不同土壤湿度条件下的辐射收支特征。结果表明:向下短波辐射不受土壤湿度的影响;当植被处于同一生长期,土壤湿度越大,向上的辐射就越小,净辐射就越大;当空气中的水汽含量相差不大时,土壤较湿润则大气逆辐射白天较小,夜晚较大。但当水汽含量差别较大时,水汽含水量起主要影响作用,空气越湿润,大气逆辐射越小。     

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.     

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.     

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.     

土壤温度变化在绿洲及沙漠近地层能量平衡中的作用分析

利用2005年夏季在金塔绿洲附近获得的沙漠和绿洲中心点的湍流、辐射等观测资料,分析了这一时段内各观测点的主要能通量变化规律。结果表明,在沙漠点分析能量闭合时必须考虑土壤热储的作用。而在绿洲中心点,虽然从平均日变化上也可看到与浅层土壤热储较为一致的不平衡能量项,但二者在8:00～11:00间存在显著差异。分析指出此时的土壤增温可能是由于深层土壤中的水蒸气向上移动进入到浅层土壤并凝结放热造成的。     

干旱地区不同下垫面的辐射收支

利用2000年6月2001年5月在干旱地区敦煌和高原北部的五道梁所获取的太阳辐射观测资料，分析研究了干旱地区不同下垫面的加辐射收支特点。结果表明：虽然两地地理位置和海拔高度不同，但由于两地下垫面条件的差异，使得太阳短波辐射特别是地表吸收辐射在夏季大致相近，冬季则是敦煌小于五道梁；长波辐射(地面向上长波辐射和大气逆辐射)郭煌明显大于五道梁；地表净辐射夏季五道梁比敦煌为大，冬季则两地相近。     

利用我国气象卫星遥感资料估算黄河源区净辐射辐照度的研究

以黄河源区为研究区域,利用我国静止气象卫星(FY-2D)及极轨气象卫星(FY-3A)资料,估算黄河源区一天中不同时刻的净辐射辐照度的空间分布。在晴天条件下,利用计算的向下太阳辐射照度,结合卫星遥感资料估算的地表反照率,得出地表太阳辐射收支。利用卫星遥感估算地表发射率和地表温度资料,结合地面观测站的气象观测资料,得到大气向下的长波辐射和地面向上的长波辐射值。在阴天条件下,借助FY-2D云顶的反照率资料,根据太阳辐射在大气中的衰减过程,推求透射比系数,进而得出阴天条件下地表净短波辐射照度。