EINi■o和LaNi■a循环的海—气热交换研究

本文利用1987和1974两个EINina年2°×2°格点COADS资料,计算了30°S-30°N热带太平洋面感热、潜热、有效长波辐射、射入太阳辐射通量及热量收支,得出:EINino和LaNina期间洋面热交换的差异主要发生在赤道洋面,厄瓜多尔和秘鲁西部洋面最为明显;EINino期间,赤道洋面感热和潜热交换加强,有效长波辐射和太阳辐射减弱,洋面净获得(损失)热量减少(增加);LaNina期间,赤道洋面感热和潜热交换减弱,有效长波辐射和太阳辐射增强,洋面净获得(损失)热量增加(减少)。最后概括出一个EINino和LaNina循环的海—气热交换机制模型,并估计得出EINino和LaNina循环的周期约为4年。     

北京西山典型侧柏人工林热量平衡研究

热能是水分在森林生态系统中运动的主要驱动力之一,研究热量平衡有助于理解森林水文过程和森林生态系统水量平衡等问题.本研究选取北京西北部山区的典型侧柏人工林为研究对象,利用建立的气象塔和波文比系统观测热量平衡的各个分量.通过研究发现以下规律:(1)各个热量平衡分量一般都表现为净辐射＞潜热通量＞显热通量＞土壤热通量;(2)显热通量和潜热通量在夜晚为负值,在白天随着太阳辐射的增强而逐渐增强,在中午达到峰值;显热通量和潜热通量都在夏季最大,而秋季和冬季逐渐减弱,土壤热通量在日变化遵循相似的规律,但是秋冬季节始终为负值;(3)生长季生态系统所接受的净辐射绝大部分用于潜热交换和显热交换,而非生长季净辐射绝大部分用于潜热交换;(4)北京西山典型人工林热量不平衡状态是长时间存在的.热量平衡方程出现了一定的差值,这部分差值有着与净辐射相似的变化规律.通过分析北京山区热量平衡状态,表明总体上北京山区人工林是一个水汽源,显热汇.     

城市中湍流和能量通量的观测分析:以榆中县为例

利用"城市气象/示踪外场试验"期间(2011年10月1-14日)在兰州市榆中县城区获取的观测资料,分析了城区内的湍流统计特征和地表能量收支状况.结果表明,白天城区内大气为中等不稳定层结,而夜间则接近于中性;计算的无量纲相似关系式与其他城市的结果较为一致;反照率日变化呈现非对称U型结构,日出日落时刻反照率较大,白天较小且接近于常数0.14.白天能量输送以感热为主,感热和潜热占净辐射的比例分别为23%和2%,波文比为11.白天热储量占净辐射的比例高达75%,而夜间两者大小相当.夜间热储量的释放可以抵消甚至超过损失的长波辐射,从而促进城市热岛现象的发生.     

北冰洋海域极昼期间海-冰-气间湍流通量交换特征

利用系留式气象塔探测系统观测到的北冰洋上空气温、湿度、气压、风向和风速等的廓线和梯度资料,使用平均廓线方法和经过大气层结订正交换系数的整体动力学输送公式,计算给出极昼期间该海域不同下垫面的粗糙度长度、动量通量M、曳力系数CDD、感热通量HSS、感热交换系数CHH、潜热通量HLL和潜热交换系数CEE等,其均值变化范围分别为(0.2～1.0)mm,(11.4～91.9)×10-3N/m2,(0.87～1.76)×10-3,-(4.2～12.5)W/m2,(0.84～1.37)×10-3,-6.6～23.6 W/m2和(0.85～1.40)×10-3.曳力系数大于潜热交换系数,而潜热交换系数又大于感热交换系数.此外,动量通量、感热通量和潜热通量与平均风速、平均位温差和平均比湿差有明显的相关关系.     

长三角城市群区大气污染对气象要素及地表能量平衡的影响研究

利用2012年4-6月南京溧水野外观测站近地层微气象、地表辐射和通量交换数据,结合南京大学地球系统区域过程综合观测研究站(SORPES-NJU)的PM2.5质量浓度以及环境保护部发布的逐日API资料,使用聚类分析、合成分析和个例分析的方法,定量分析了南京地区不同大气污染程度下气象要素和地表能量平衡的响应特征.结果表明,观测期间南京地区污染天盛行偏南风,且风速较清洁天气低约30%.气溶胶白天对到达地面的太阳辐射的削弱作用大于对地面有效辐射的减弱作用,使得地面净辐射减小(日均值约46.3 W·m-2).气溶胶减弱感热通量、潜热通量,并影响二者在能量平衡中的比重.个例分析表明气溶胶通过减小白天地面净辐射,减弱地气系统能量,导致近地层气温降低(最大差值约1℃),湍流运动减弱,从而进一步抑制污染物的扩散,形成空气污染-地表能量收支-边界层结构间的正反馈过程.     

北冰洋浮冰上的能量分量的估算

根据1999年8月中国首次北极科学考察队在北冰洋高纬度浮冰区联合冰站(75°02′N,160°51′W)获得的近冰层大气边界层观测资料,通过通量-廓线方法和SiB2(SimpleBiospheremodelversion2)模式对冰面的能量平衡分量和湍流交换参数进行了估算和模拟.结果表明,北冰洋浮冰区在消融期间冰面释放的感热和融化有效耗热之和超过了冰面所吸收的净辐射,超出的部分热量主要来源于冰深层的热量向冰面传导.模拟的净辐射比实测值系统性高估18%,模拟的感热通量比计算结果系统性低估3%,模拟的冰面热通量误差较大.尽管观测资料序列不长,表明SiB2对北冰洋地区冰面的净辐射和感热通量模拟能力较好,对其他通量的模拟需作改进.     

青藏高原热状况特征分析

利用中日亚洲季风机制合作研究计划中的青藏高原自动气象站（AWS）观测资料和相应的常规测站资料,计算分析了拉萨、日喀则、那曲和林芝的大气热量收支及各热力分量的贡献状况,结果表明：高原大气在3－9月热源,10－2月是冷源;各热力分量都存在夏大冬小的现象,来自太阳的短波辐射和地表净辐射各占总供热40％;湍流感热和降水潜热各占供热约10％;辐射加热是高原大气热量的主要来源。     

东北半干旱地区辐射收支与地表能量分析——以锦州地区为例

本研究利用2015年锦州通量观测站实测资料,对东北半干旱地区的地表辐射收支、能量平衡、地表反照率和能量闭合度等方面进行分析,得出以下结论:锦州地区向下短波辐射、地面向上短波辐射和地面向上长波辐射有明显的日变化特征,而大气向下长波辐射没有.该地区8月午后易产生对流云,致使向下短波辐射日变化在午后有明显波动.净辐射平均积分值8月为12.7 MJ/m~2, 12月为-0.9 MJ/m~2,冬季全天均由土壤向地表传递能量,所以夏季盈余的能量可能储存到深层土壤,在冬季释放.感热和潜热随净辐射有相同的增减趋势,日变化并不平滑,有多个峰值.平均地表反照率12月(0.21)明显高于8月(0.18).受不同天气条件影响,在不同季节,各辐射分量的日变化特征不同.降水通过改变土壤湿度会对感热、潜热和地表反照率产生影响.采用过原点和有截距两种不同的拟合方法来评估锦州冬夏的能量闭合度,对比结果发现,冬季能量闭合度均远低于夏季.     

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。     

松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律

为深入了解松嫩平原北部季节冻土冻融过程及热量传递规律,同时为东北寒区工程及寒区农业的土体环境的高效利用提供科学依据。基于松嫩平原北部季节冻土原位监测,开展季节冻土温度变化特性及分层热通量变化规律研究。结果表明：深度小于50 cm土体温度日变化明显,土体温度季节差异随着土体深度增大而减小。2017年3月3日达到最大冻深(164 cm),4月22日为最终融化日期,最终融化深度为130 cm。不同深度土体温度对地表温度响应呈滞后效应,随着土体深度的增加,滞后时间延长;季节冻土在冻融期内浅层土体受到净辐射的影响,热量交换极其频繁;随着土层深度的增加,净辐射的作用减小,热量在土体中传递的损耗增加,热量交换程度减弱,在冻结期,土体损失的热量大于吸收的热量。在整个冻融期内保持负值,冻深线以下土体中的热量持续向上传输,表明160 cm深度以下土体持续对冻土层传递热量。     

林网下垫面稳定大气近地面层温、湿和风速廓线相似性及通量特征

本文根据在林网下垫面测量的温、湿和风速梯度资料,分析了温、湿和风速廓线的相似性及通量特征。结果表明:在林网下垫面弱稳定大气近地面层中(0.10.25时,随Ri增大而增大。廓线参数β_u,β_?和β_w不是常数,而是稳定度参数Ri和L的函数。在Ri=0.25和L=20米附近廓线参数出现间断,两边遵循不同的变化规律。当Ri>0.25时,湍流交换减弱,感热和潜热通量的变化趋于稳定。     

复杂应力条件下饱和南京细砂门槛剪应变特性

利用GDS空心圆柱扭剪(HCA)仪,对相对密度Dr=50%的饱和南京细砂进行三向非均等固结条件的循环扭剪试验,研究初始主应力方向角(αo)、初始偏应力比(ηo)、初始平均有效主应力(po)和初始中主应力参数(bo)4个初始固结应力参数对门槛剪应变(γt)的影响.研究结果表明:当其余的3个初始固结应力参数不变时,γt随着任一参数η0po、或bo的增大而增大;αo对γt的影响较大,且当αo从0°到45°的增大过程中,γt逐渐变小;当αo从45°增大到90°的过程中,γt逐渐变大;当αo≈45°时,主应力方向对γt的影响起主导作用,偏应力比的影响被弱化.     

温室气体变化数值模拟试验中全球降水和温度变化的迟滞效应

利用耦合气候模式(GFDL-CM2.1)研究变动气候背景下全球平均降水和温度的变化。不同情景CO2 强迫试验表明, 降水变化存在明显的迟滞效应。全球平均降水与地表温度的变化存在显著的线性关系, 但是降水同时也受到CO2 浓度的直接影响。在CO2 增加又恢复的试验中, 降水变化滞后于地表温度变化, 出现降水 “迟滞效应”。在CO2 增加过程中, 温室效应增强会立即导致大气长波吸收增强, 大气获得的净辐射能量增加, 为维持大气能量收支平衡, 地面向上潜热通量受到抑制, 形成CO2 增加对降水的抑制效应。随之而来的温度上升则主要引起大气层顶出射长波辐射以及大气对地表的长波回辐射增加, 大气净辐射能量减少, 地面潜热通量增加, 从而引起降水的增加。在CO2 减少过程中, 情况正好相反, 温室效应减弱会增加降水, 而温度降低会减少降水。温度和CO2 对降水的不同影响决定了降水的迟滞效应。     

风速风向对上海地区建筑物南墙冬季太阳辐射得热的影响

以上海地区典型冬季气候条件为基础,考虑风速与风向对围护结构传热过程和对太阳能的实际吸收效果的影响,利用数值方法模拟了建筑物南墙在太阳辐射作用下的传热过程.结果表明,风向和风速对围护结构外表面对流换热系数、外表面温度的影响都较大,对外保温墙体的净得热和对流散热量也有一定程度影响.在南墙背风且风向斜吹(风向与南墙法线夹角为135°)时,太阳辐射净得热量最大.南墙在一天中的净得热量随着风速增大而下降,但当风速增大到3m/s后,南墙的太阳能实际吸收率不再明显下降.由此表明,尽管上海地区冬季出现大风的概率较高,但并不会明显削弱南墙对太阳能的有效吸收.     

太阳能热发电的多级蓄热技术研究进展

在太阳能光热发电系统中,采用水工质作为传热介质,吸热后产生高温高压蒸汽直接驱动汽轮机,可有效减少热量传递过程中的能量损失,因而具有很好的应用前景.水工质在蓄/放热过程中会发生相变,单一显热蓄热技术难以与水工质的温-焓曲线匹配,从而产生较大(火用)损.嵌入与水工质温焓曲线相匹配的显热-潜热多级蓄热系统是有效减少系统(火用)损失、提高蓄热能力的重要途径.首先,介绍了太阳能光热发电中常用的显热蓄热技术及其优缺点;其次,给出了适用于太阳能光热发电的潜热蓄热技术;再次,从实验研究、理论分析和数值模拟3个层面对显热-潜热多级蓄热技术的发展现状进行了重点介绍;最后,指出了太阳能直接蒸汽发电系统中多级蓄热技术的研究目标和方向.     

太湖湖-气界面动量和水热交换系数时间变化特征及其影响因素分析

利用2014年太湖平台山站的涡度相关和小气候观测资料,优化得到(最小均方差原则)10 m中性条件下的动量交换系数(C_(D10N))、感热交换系数(C_(H10N))和水汽交换系数(C_(E10N)),分析了其季节变化特征及其与10 m高度风速(u_(10)),浪高和大气稳定度的关系,并与其他湖泊研究结果进行了对比分析。结果表明,太湖交换系数呈现冬春高、夏秋低的季节变化特征。在u_(10)4 m/s时,交换系数随风速增加而迅速减小,在u_(10)=5~6 m/s时达到最小值后趋于稳定。受水深和风浪区限制,相同风速条件海洋参数化方案会低估太湖交换系数,低风速条件下低估更为明显。交换系数与浪高的关系类似于风速,但受水深限制,风浪发展受到制约,交换系数随浪高增加而趋于稳定。随着大气不稳定度增加,感热和水汽交换系数逐渐增大,大气不稳定或中性条件下的动量交换系数明显大于大气稳定时的结果。7个湖泊研究结果对比分析表明,湖泊形态特征对交换系数的影响较小,除Great Slave Lake外,6个内陆湖泊交换系数C_(D10N)、C_(H10N)和C_(E10N)的平均值分别为1.65×10~(-3)、1.24×10~(-3)、1.11×10~(-3)。     

2010-2011年冬季La Ni(n)a事件对北半球极涡的影响分析

为了探讨强极涡与La Ni(n)a事件之间的关系,利用NCEP/NCAR(日平均、月平均位势高度及温度场)再分析资料对2010-2011年冬季进行个例研究.与气候态相比,2010-2011年冬季北半球平流层极涡偏强,同时,显著的强海温负异常(La Ni(n)a事件)也持续整个冬季.结果表明,受La Ni(n)a事件影响,对流层环流场和温度场得到较大的调整,出现PNA (Pacific North American)型异常环流形势和相对应的温度异常分布.2010年12月,阿留申地区出现负值的热量经向输送,使得该地区从对流层上升至平流层的行星波动与气候态相比明显减弱,从而导致平流层极涡较气候平均态偏强.这一La Ni(n)a事件对平流层极涡影响的动力过程也从1948-2010年期间选出的13个冬季强La Ni(n)a事件的合成分析结果中得到证实.     

用于CNG冷能回收的低温有机朗肯循环系统热力学分析

针对现有压缩天然气(CNG)降压过程中冷能浪费较大的问题,提出使用低温有机朗肯循环系统回收CNG冷能。通过建立低温有机朗肯循环系统模型,探究循环蒸发温度、冷凝温度以及冷、热源温度等参数对系统性能的影响。研究结果表明:系统净输出功和系统热效率随蒸发温度的上升而增加,且存在1个最优蒸发温度使系统?效率达到最大;系统净输出功随冷凝温度的升高存在1个峰值,系统热效率和?效率均随冷凝温度的升高而降低;提高热源温度和降低冷源温度可以有效提高系统净输出功和系统热效率,但过高的热源温度和过低的冷源温度将导致?损失增大,进而降低系统?效率,同时也对系统设备提出了更高的要求。     

2010—2011年冬季La Ni?a事件对北半球极涡的影响分析

为了探讨强极涡与La Ni?a事件之间的关系,利用NCEP/NCAR(日平均、月平均位势高度及温度场)再分析资料对2010—2011年冬季进行个例研究。与气候态相比,2010—2011年冬季北半球平流层极涡偏强,同时,显著的强海温负异常(La Ni?a事件)也持续整个冬季。结果表明,受La Ni?a事件影响,对流层环流场和温度场得到较大的调整,出现PNA(Pacific North American)型异常环流形势和相对应的温度异常分布。2010年12月,阿留申地区出现负值的热量经向输送,使得该地区从对流层上升至平流层的行星波动与气候态相比明显减弱,从而导致平流层极涡较气候平均态偏强。这一La Ni?a事件对平流层极涡影响的动力过程也从1948—2010年期间选出的13个冬季强La Ni?a事件的合成分析结果中得到证实。     

双玻光伏组件HP-PV/T一体化系统实验研究

提出一种双玻光伏结构的HP-PV/T(Heat pipe-photovoltaic/thermal)系统，通过搭建测试平台研究太阳辐照度和循环水流量对系统性能的影响，并结合能量损失计算数据分析系统的集热效果.实验期间，改变循环水流量(0.03、0.05 kg/s和0.08 kg/s),系统的电、热效率均得到有效提升，HP-PV/T系统在不同运行工况下电、热、综合效率的最大值分别为18.41%、28.83%和76.36%,对比发现随着流量的增大，综合效率提高10.52%,能量损失率降低9.47%.