CAJ | 학술논문

太阳能光伏发电已成为仅次于水电和风能的第三大可再生能源,光伏发电受云量时空变化的影响较大,因此准确模拟云天太阳辐射的时空变化对电网安全运行至关重要.围绕如何减小中尺度气象模式的云初始场误差,进而改进云天的太阳辐射模拟这一关键科学问题,本文通过研究基于卫星资料同化的LAPS (Local Analysis Prediction System)多时间层三维云分析同化方法,改进三维云结构,并将LAPS模式输出结果作为WRF (Weather Research and Forecasting)模式的初始场,模拟了2008年1月及夏季(6～8月)北京地区的总云量和总辐射的时空分布,重点分析了多云和有降水天气过程总辐射的模拟改进效果及其原因.结果表明,同化前后的总云量模拟值与观测值的时间变化趋势基本一致,但大部分时次总云量的模拟值低于观测值;大部分多云及降水时段同化后总云量模拟值较接近于实测值.1月晴天、多云天以及夏季晴天同化前后总辐射模拟值与实测值的时间变化趋势较一致,但同化前后两者的相关性差异不明显;晴天条件下同化前后总辐射模拟值均低于实测值,1月多云条件下多数时段同化后总辐射模拟误差减小不明显,与总云量的改进效果不显著有关.夏季多云、有降水及6月典型降水三种天气条件下同化前后总辐射模拟值与观测值的相关性稍差,同化后两者的相关性较同化前有所改进,尤其是6月典型降水过程改进效果较明显;同化前总辐射模拟误差较大,而同化后误差显著减小,尤其是6月典型降水过程同化后均方根误差和平均相对误差较同化前分别减小了102.6 W m-2和355.9％,最大相对误差减小更显著;同化后总辐射模拟误差小于同化前的比例高达75％,即大部分时刻同化后模拟误差小于同化前.多云和有降水天气过程总辐射模拟效果的显著改进与总云量的改进密切相关,即同化后总云量模拟值增加,云的反射和散射作用增强,导致模拟总辐射减小,即更接近于实测总辐射值.研究结果对于多云和降水天气条件下太阳辐射的模拟效果改进、太阳能资源客观评估以及光伏电站的发电量预测具有一定的科学和实际应用价值. 太暘能光伏髮電已成為僅次于水電和風能的第三大可再生能源,光伏髮電受雲量時空變化的影響較大,因此準確模擬雲天太暘輻射的時空變化對電網安全運行至關重要.圍繞如何減小中呎度氣象模式的雲初始場誤差,進而改進雲天的太暘輻射模擬這一關鍵科學問題,本文通過研究基于衛星資料同化的LAPS (Local Analysis Prediction System)多時間層三維雲分析同化方法,改進三維雲結構,併將LAPS模式輸齣結果作為WRF (Weather Research and Forecasting)模式的初始場,模擬瞭2008年1月及夏季(6～8月)北京地區的總雲量和總輻射的時空分佈,重點分析瞭多雲和有降水天氣過程總輻射的模擬改進效果及其原因.結果錶明,同化前後的總雲量模擬值與觀測值的時間變化趨勢基本一緻,但大部分時次總雲量的模擬值低于觀測值;大部分多雲及降水時段同化後總雲量模擬值較接近于實測值.1月晴天、多雲天以及夏季晴天同化前後總輻射模擬值與實測值的時間變化趨勢較一緻,但同化前後兩者的相關性差異不明顯;晴天條件下同化前後總輻射模擬值均低于實測值,1月多雲條件下多數時段同化後總輻射模擬誤差減小不明顯,與總雲量的改進效果不顯著有關.夏季多雲、有降水及6月典型降水三種天氣條件下同化前後總輻射模擬值與觀測值的相關性稍差,同化後兩者的相關性較同化前有所改進,尤其是6月典型降水過程改進效果較明顯;同化前總輻射模擬誤差較大,而同化後誤差顯著減小,尤其是6月典型降水過程同化後均方根誤差和平均相對誤差較同化前分彆減小瞭102.6 W m-2和355.9％,最大相對誤差減小更顯著;同化後總輻射模擬誤差小于同化前的比例高達75％,即大部分時刻同化後模擬誤差小于同化前.多雲和有降水天氣過程總輻射模擬效果的顯著改進與總雲量的改進密切相關,即同化後總雲量模擬值增加,雲的反射和散射作用增彊,導緻模擬總輻射減小,即更接近于實測總輻射值.研究結果對于多雲和降水天氣條件下太暘輻射的模擬效果改進、太暘能資源客觀評估以及光伏電站的髮電量預測具有一定的科學和實際應用價值.
태양능광복발전이성위부차우수전화풍능적제삼대가재생능원,광복발전수운량시공변화적영향교대,인차준학모의운천태양복사적시공변화대전망안전운행지관중요.위요여하감소중척도기상모식적운초시장오차,진이개진운천적태양복사모의저일관건과학문제,본문통과연구기우위성자료동화적LAPS (Local Analysis Prediction System)다시간층삼유운분석동화방법,개진삼유운결구,병장LAPS모식수출결과작위WRF (Weather Research and Forecasting)모식적초시장,모의료2008년1월급하계(6～8월)북경지구적총운량화총복사적시공분포,중점분석료다운화유강수천기과정총복사적모의개진효과급기원인.결과표명,동화전후적총운량모의치여관측치적시간변화추세기본일치,단대부분시차총운량적모의치저우관측치;대부분다운급강수시단동화후총운량모의치교접근우실측치.1월청천、다운천이급하계청천동화전후총복사모의치여실측치적시간변화추세교일치,단동화전후량자적상관성차이불명현;청천조건하동화전후총복사모의치균저우실측치,1월다운조건하다수시단동화후총복사모의오차감소불명현,여총운량적개진효과불현저유관.하계다운、유강수급6월전형강수삼충천기조건하동화전후총복사모의치여관측치적상관성초차,동화후량자적상관성교동화전유소개진,우기시6월전형강수과정개진효과교명현;동화전총복사모의오차교대,이동화후오차현저감소,우기시6월전형강수과정동화후균방근오차화평균상대오차교동화전분별감소료102.6 W m-2화355.9％,최대상대오차감소경현저;동화후총복사모의오차소우동화전적비례고체75％,즉대부분시각동화후모의오차소우동화전.다운화유강수천기과정총복사모의효과적현저개진여총운량적개진밀절상관,즉동화후총운량모의치증가,운적반사화산사작용증강,도치모의총복사감소,즉경접근우실측총복사치.연구결과대우다운화강수천기조건하태양복사적모의효과개진、태양능자원객관평고이급광복전참적발전량예측구유일정적과학화실제응용개치.