适用于桥梁截面温度场计算的太阳辐射模型研究综述

为选择更适用的太阳辐射计算模型进行桥梁截面积温度场分析,对国内外不同的太阳辐射计算模型进行归纳总结,主要包括桥梁截面温度场分析中必备的太阳总辐射、太阳直接辐射和太阳散射辐射.对比分析不同数值计算模型之间的异同点及其适用范围.分析发现基于日照时数的日太阳总辐射经验模型ngstr9m-Page模型应用最多,其线性表达式的计算量小且满足精度要求;日太阳总辐射可采用Collares-Pereira and Rabl模型换算为逐时太阳总辐射;逐时太阳直接辐射和逐时太阳散射辐射可分别采用Hottel模型和Liu and Jordan模型进行计算.所总结的逐时太阳辐射计算模型可作为边界条件开展桥梁截面温度场分析.     

不同方位倾斜面上太阳辐射量及最佳倾角的计算

根据天空散射辐射各向异性的Hay模型，计算倾斜面上辐射量，推导得到了冬半年朝向赤道倾斜面最佳角的数学表达式。对我国一些地区不同方位角的倾斜面上月平均日辐射量及最佳倾角进行了计算和分析。结果表明，除了直接辐射量占总辐射量比例较大的地区以外，一般全年最佳倾角总小于当地纬度。当方位角增大时，倾斜面上辐射量要减少，这在高纬度地区尤其明显，因此，必须选择合适的倾角，以尽量减少太阳辐射量的损失。结果还发现，倾斜面方位角与全年最佳倾角的关系曲线和太阳电池的I-V特性曲线形状相似。     

倾斜面上直射辐射计算方法的探讨

在太阳能系统的设计中常涉及倾斜面上日总直射辐射的计算。计算倾斜面上日总直射辐射最常用的方法是Liu and Jordan所提出的数学方法,该方法是在假设地球表面没有大气层的情况下得出的,是一个典型的近似计算方法。研究通过直接数值积分和Collares-Pereira and Rabl辐射计算经验关系对Liu and Jordan计算方法的正确性进行分析。结果表明：Liu and Jordan所提出的计算倾斜面上日总直射辐射的方法存在明显的计算误差,误差的大小与倾斜面的倾角和方位角有关,且方位角越大,计算误差越大;对于垂直表面,计算误差随着方位角的增加迅速增加,当方位角偏离正南90度时,由Liu andJordan方法所计算出的年总直射辐射误差高达20%以上。     

各向异性岩石方向渗透率计算模型

岩石颗粒沉积过程中的取向性导致岩石渗透率具有各向异性,各向异性岩石渗透率的确定在油气田开发研究中是一项重要而且基础的工作。首先分析了各向异性岩石的渗流特征,各向异性岩石的渗透率使用张量描述,渗流速度方向与压力梯度方向一般不平行。基于此,分析了原岩石方向渗透率计算模型的不足,指出原模型没有考虑各向异性岩石渗流速度方向与压力梯度方向不一致的特征,进而推导并建立了新的各向异性岩石方向渗透率计算模型。通过新老模型计算得到的方向渗透率与实测渗透率进行对比。结果显示,新的计算模型与实测值更加吻合。计算模型可用于计算油藏不同方向上的传导率以及各向异性油藏中不同方位上的井距设计,相比原模型更加准确。     

应用三维代数应力通量模型模拟分层流

根据分层流紊动扩散能力在水平与垂直方向存在明显差异的特征,建立了三维代数应力通量模型。模型以有限体积法离散,SIMPLEC方法求解速度、压力和温度耦合方程组。对某分层流试验数值模拟计算表明,计算结果与实测值吻合良好;对于各向异性的分层流,代数应力通量模型与双方程k-ε模型相比,更好地保留与模拟了其基本物理特征,所得结果更趋合理。     

主梁截面温度场数值模拟的太阳辐射计算方法

为提出适用于中国不同地域的桥梁混凝土主梁截面温度场数值模拟的太阳辐射计算方法,实地采集中国4座城市的逐时太阳辐射,与不同数值方法的计算值进行对比。建立中国12座桥梁的混凝土主梁截面有限元模型。结果表明:采用间接法计算的逐时太阳辐射与实测值吻合较好,但计算过程较为复杂,且可能出现太阳散射辐射为负数的情况;直接法中,采用美国ASHRAE方法和北京ASHRAE方法计算的逐时太阳辐射与实测值误差较大;采用H-L方法计算逐时太阳辐射建立有限元模型得到混凝土主梁截面温度计算值与实测值吻合良好。建议选用H-L方法为太阳辐射计算方法,开展位于中国不同地域的桥梁混凝土主梁截面温度场数值模拟研究。     

非晶硅薄膜太阳能电池热模型的模拟与实验研究

为了研究柔性非晶硅薄膜太阳能电池(a-Si PV)在晴和多云天气下的温度值,基于能量守恒法建立了a-Si PV的光热模型,考察了各部分参数取值,编写了微分方程的求解程序,并设计研制了一套实验模型进行验证.实验结果表明:a-Si PV电池的温度受日照辐射强度的影响最为显著;安装角度和环境温度也在一定程度上影响a-Si PV的温度值;晴天时的温差大于多云天气下的温差.实测值与模拟值对比表明:该模型可以准确模拟PV温度在晴和多云天气下的变化;数值结果与实验结果最大差值为3.9°C,主要原因是多云天气日照辐射强度的波动性和PV材料热容引起的热响应时滞.建立的a-Si PV热模型考虑了主要的影响因素,可较为准确地得到在晴和多云天气下的温度变化.     

梭形遮阳翻板太阳散射辐射传输计算模型及程序实现

取相邻2块遮阳翻板为研究对象,建立了梭形翻板散射辐射传输的计算模型.在模型分析基础上,用MATLAB编制了能描述翻板形状、尺寸、倾角、表面光学特性的梭形翻板散射辐射传输计算程序,验证了程序的正确性,并进行了翻板划分段数的敏感性分析.认为翻板散射辐射透过率的相对误差随翻板划分段数增加而减小,划分段数超过8时,计算结果基本不再发生变化.最后,分析了传统计算方法和程序对梭形翻板进行平板假设所带来的误差,认为用"平板假设模型"计算梭形翻板有一定的误差,误差值随着翻板倾角增加而增大.     

基于BP神经网络模型的ADCP倾斜条件下的修正算法研究

针对现有ADCP倾斜条件下修正算法不准确的问题,将BP神经网络模型应用于分析倾斜条件下波浪估计误差与影响因素ADCP俯仰角、横滚角以及安放深度之间的非线性关系。结果表明,BP神经网络模型的预测值和实测值吻合较好,能够提升波浪估计的准确性。     

混凝土水化放热模型的实验分析和计算

大体积混凝土因早期水化热引起的温度场 会导致开裂, 影响结构安全和正常使用, 其中混凝土热学参数的准确性会直接影响混凝土温度场计算的准确性. 从胶凝材料水化反应机理出发, 基于化学反应动力学原理及不同矿物组成的水泥水化热实验数据, 提出了一种考虑粉煤灰掺入和温度影响的混凝土水化放热模型. 该模型可以准确地反映混凝土水化放热量及温升随龄期的变化, 且与实测值吻合良好.     

信阳市中心城区空气质量的时间变化特征

以《环境空气质量指数(AQI)技术规定(试行)》和信阳市中心城区2015-2017年的空气质量指数(AQI)日均值为依据,计算出每年的AQI月均值,分析该城区空气质量的年际、年内变化特征及其影响因素.结果表明,该城区空气质量逐年改善,年内空气质量季节变化明显:夏季良好、较稳定;冬季污染天数多于其他季节,总体表现为轻污染;春、秋季在良好和轻污染级别之间震荡.多云、阴、小雨、小雪及雨夹雪,风力≤2级、无持续方向,特别是冬季北风、偏北风等天气条件下,易发生空气污染,城市地貌阻碍空气扩散.进一步表明在防控大气污染方面,该城区应关注天气和季节变化、重视城市规划和城市设计.     

云雾天气下卫星信道两状态Markov模型研究与实现

为研究云雾天气下卫星信道的传播特性,建立了云雾天气下卫星信道两状态模型。首先分析多径效应、阴影效应及云雾天气对卫星信道链路的影响;然后分别建立表征云和雾天气下信道传输特性的Corazza信道模型和Nakagami信道模型,并利用两状态Markov模型实现云雾天气变化带来的信道转换;最后设计了信道模型的实现方法。仿真结果表明,所建模型模型的仿真数据与理论数据具有较好的吻合性。     

北京地区低层大气流动模态研究

用风场诊断方法和实际观测资料对北京地区低层大气的背景流动情况进行分析,获取当地流动时空演变的总体型式或模态。所获初步结果表明,该地区大气流动总体分为秋冬型和春夏型。秋冬型更多受强天气系统的影响,春夏型则更多表现出局地中尺度热力环流特征。中尺度环流是该地区低层大气流动的基本模态,春夏季和秋冬季弱系统条件下的区域流动大体按这种模态演变。秋冬季大风天气的流动受地形的动力扰动作用明显,扰动表现为水平涡旋形态,其影响范围包括北京城区及西北部山地。     

基于温湿廓线反演的风云三号D星微波探测仪云区资料同化试验

为了探究云区卫星微波资料的同化应用,利用中国风云三号D星(Fengyun-3D,FY-3D)微波温度计二型(microwave temperature sounder-2,MWTS2)和微波湿度计二型(microwave humidity sounder-2, MWHS2)资料,基于人工神经网络算法研制了云区温湿廓线反演模型,建立了云区资料的间接同化方案。于2019年6月开展晴空和云区同化试验,评估加入云区MWTS2和MWHS2资料对区域模式预报的影响。试验结果表明：MWTS2和MWHS2资料的同化对温湿度预报场有改善,主要体现在模式中高层均方根误差和平均偏差的减小,云区同化的改善幅度比晴空同化更大;同化MWTS2和MWHS2资料对于提高降水预报技巧有积极影响,云区同化对降水预报的改善主要体现在同化后的12～24 h,较晴空同化更明显。针对强降水个例分析表明,MWTS2和MWHS2资料对温度场、湿度场、水汽通量散度场的调整有利于降水预报的改善,而云区同化能够直接对天气系统的初始场进行调整,降水的位置与强度预报效果更好。     

不同入射方式条件下“智能镜面”利用太阳辐射的实验

选取几种典型天气,对几种主要入射方式下“智能镜面”将太阳辐射定向反射进入建筑室内的照度、紫外线辐射强度和眩光情况进行实测及比较.结果表明:采取不同入射方式改善建筑室内的天然采光效果是可行的.入射俯仰角不佳会产生严重的眩光,但采取侧后方入射方式时,眩光得到改善;而采取水平入射时,其反射光的照度及紫外线辐射强度较高.此外,在大气能见度高的天气条件下,太阳辐射的入射率较高、强度较大;而在多云及阴天的天气条件下,紫外线入射率较高,但绝对值较小.     

修正的布龙-戴维斯森林火险气象指数模型在中国的适用性

 利用国家气象信息中心提供的2005-2014年中国基本、基准、一般气象站的历史观测资料,建立了基于布龙-戴维斯方案的修正森林火险气象指数模型,制定森林火险气象等级划分标准,利用国家林业和草原局提供的对应全国林火、灌木火逐日次数统计进行验证,并结合实例进行效果检验。结果表明：修正后的森林火险气象指数在5大区域的春、秋季均为高值期,这与国家林业和草原局制定的重点防火服务季节大体一致,指示性较好;在中国三大森林防火气象服务重点区（东北、华南、西南林区）,修正后的森林火险气象指数实际森林火灾次数相关度较高,2017年内蒙古林火实例分析说明适用性较高。     

Three-year changes of surface albedo of degraded grassland and cropland surfaces in a semiarid area

Diurnal, seasonal and interannual variations of surface albedo of degraded grassland and cropland surfaces at a semiarid area of Tognyu have been investigated based on the continuous three years observational data from 2003 to 2005. The changes of surface albedo with solar elevation angle and soil moisture have been discussed also. It has been found that surface albedo has almost the same diurnal and seasonal variations on degraded grassland and cropland surfaces in the semiarid area, while surface albedo is large in winter and small in summer. The diurnal variation of the surface albedo has relationship with the weather condition. The diurnal cycle of the surface albedo likes the ＂U＂ shape curve in sunny day, while it is low-high after the rain, and high-low after the snow. The surface albedo has large variation in cloudy day, while it has no any variation in overcast day. The large difference of the surface albedo can be 0.04 in winter between two land surfaces, because the snow has large effects on the surface albedo in winter. The rainfall is an important factor in summer on the surface albedo, while the difference of the surface albedo is 0.01 only between two land surfaces. The differences of the surface albedo can also be 0.04 in autumn due to vegetation growing. The seasonal-average surface albeo from 2003-2005 is 0.25, 0.22, 0.24, 0.32 respectively in spring, summer, autumn and winter on the degraded grassland surface, while it is 0.25, 0.21,0.22, 0.33 respectively in spring, summer, autumn and winter on the cropland surface. The surface albedo becomes smaller with the increase of solar elevation angle. When the solar elevation angle is greater than 40°, the surface albedo changes very little and tends to be a constant. The surface albedo has negative exponent functions with soil moisture in the growing season.     

基于clear-SSD的单点多盒飞机目标检测天气适用性

目前遥感影像目标检测算法大多针对良好天气,一旦出现雾霾,则必然影响检测效果。为使目标在良好天气或雾天条件下均能有较优的检测精度,提高模型适用性。以飞机检测为例,提出一种基于影像处理的clear-SSD单点多盒目标检测模型。该模型在SSD检测算法前增加了影像处理算法,即先对待检测的遥感影像进行清晰化处理,再通过SSD检测算法提取影像中的飞机。比较不同清晰化算法对检测精度的提升效果,选择适用性最优的算法作为模型前端,备选清晰化算法包括暗通道、高斯同态滤波及线性同态滤波,研究表明,三种清晰化算法对精度均有改善,其中高斯同态滤波的适用性最优,平均检测精度达到0.9843,比原始SSD模型提高了0.043,因此,将高斯同态滤波作为clear-SSD模型的影像处理部分。     

广东龙门地区草地下垫面地表辐射和能量平衡观测和分析

 利用2009年9月-2010年1月在广东省龙门县收集的涡动相关观测资料,比较了广东龙门地区草地下垫面秋、冬季不同天气条件下的地表通量特征。发现地表辐射平衡分量和能量平衡分量都存在明显的月际变化。典型晴天下辐射通量除长波辐射外均表现为标准的单峰日循环形态。在阴、雨天,辐射通量日变化曲线波动大,出现双峰甚至是多峰的形态。地面长波辐射略大于大气长波辐射,两者的差值在雨天、阴天、晴天依次增大。在辐射平衡中,地面长波辐射贡献最大,大气长波辐射次之,再依次为太阳短波辐射、净辐射和反射辐射。与晴天相比,阴天潜热、感热均减少。与秋季相比,冬季潜热减少,感热增加。在晚上存在负水汽输送现象。降水天里地热流量全天为负值,土壤从深层向地表释放热量。无论晴天还是阴天,地表和浅层土壤温度都表现为准正弦曲线。土壤温度的活动层基本在10cm土壤层内,各层土壤温度峰（谷）值出现的时间随着土层厚度增加而延迟,10cm以下土壤温度几乎无日变化特征,雨天时地面和浅层土壤温度呈下降趋势。各层土壤温度不仅跟天气状况有关,晴天高于阴天,还存在秋季地温度高于冬季的季节变化。