中美大陆区域气溶胶成分消光贡献研究综述

气溶胶消光作用是影响大气能见度的主控因素,气溶胶浓度、成分与其散射和吸收特性的非线性关系导致其对能见度的影响存在较大不确定性。1988~2008年美国IMPROVE(Interagency Monitoring of Protected Visual Environments)能见度监测网络各区域的重构细颗粒物(RCFM)浓度范围为1.4~19.4μg m^(-3),重构气溶胶消光系数为10.0~172.5 Mm^(-1)(1 Mm^(-1)=10^(-6) m^(-1))。2006~2018年中国各地区已有观测的平均细颗粒物PM2.5浓度为14.3~188.3μg m^(-3),对应的重构消光系数为52.6~1044.0 Mm^(-1)。美国地区PM2.5浓度水平与我国三亚地区相当;硫酸盐是气溶胶消光的最大贡献成分,占比可高达77%;其次是有机物,最大可达50%;而硝酸盐只有在南加州对气溶胶消光的贡献较大,超过了30%。同时,由于东部的相对湿度高于西部,东部和西部的消光差异比气溶胶浓度的差异更显著。在我国,硫酸盐和有机物同样是消光的主要成分,贡献分别为21%~57%和21%~39%;硝酸盐只在华中地区是主要的消光成分,超过了30%。我国气溶胶浓度和消光水平显著高于美国地区,当前广泛使用的气溶胶消光IMPROVE方程存在较高误差,消光系数低值高估和高值低估范围可达-60%~35%;并且污染越严重,消光低估越显著。采用较大误差的气溶胶消光算法将直接影响我国大气污染防治与蓝天计划的准确实施,随着我国大气污染防治工作的深入开展,急需针对我国各类环境和气候区域进行气溶胶成分消光的精准核算与溯源研究,为我国大气能见度提升提供关键科技支撑。

祁连山区夏季一次层积云系降水过程的云微物理及区域水分收支特征

用数值模式结合实测数据,对祁连山区夏季一次典型的层积云系降水过程进行数值模拟.通过分析降水云系的微物理、水汽转化和区域水分收支特征,探讨祁连山区的降水形成机制.结果表明,中尺度天气预报模式能够模拟出祁连山区夏季层积云系的发展演变过程以及降水量的时空变化特征.祁连山区层积云中的过冷云水含量较高,最大为2.6×10^(-3);地面降水主要来自于雪的融化过程,占70.15%,其次是雨滴碰并云滴增长和霰粒子的融化过程,分别占13.49%和12.04%.雪的形成主要来源于雪对过冷云水的淞附以及雪的凝华,分别占61.23%和37.93%.祁连山区的净水汽收支呈负值,且有大量降水,表明空中水资源利用效率较低.

边界层高度的不同诊断方法在京津冀及周边地区的适用性分析

利用2016~2021年京津冀及周边地区7个站的探空数据,分析了传统的位温梯度法、改进的位温梯度法、相对湿度梯度法、比湿梯度法和理查森数法5种大气边界层高度的诊断方法在京津冀及周边地区大气边界层高度计算的适用性。结果表明:5种方法计算的边界层高度差距在40~1000 m,传统的位温梯度法、相对湿度梯度法、比湿梯度法诊断的边界层高度普遍偏高,且存在较大的结构不确定性,理查森数法和改进的位温梯度法诊断的边界层高度偏低,前者的不确定性最小;5种方法在乐亭、北京、太原3个代表站得到的边界层高度具有明显的季节性和季节内差异,两种湿度法在乐亭呈现夏秋高、春冬低的特点,在北京和太原呈现春夏高、秋冬低的特点,其他3种方法在3个站均是春夏高、秋冬低的特点;相对湿度梯度法和比湿梯度法参数不确定性较大,传统的位温梯度法和改进的位温梯度法次之,理查森数法最小;在边界层高度计算结果月均值的时间一致性上,晚上各方法间的相关性明显高于白天,两种湿度法之间的相关系数始终最高,但与另外3种方法间的相关性均较差,理查森数法和改进的位温梯度法相关性较高,传统的位温梯度法因站点不同,与其他方法间的相关性波动较大。

光伏直流配电故障诊断及火灾风险评估技术

长期服役的光伏发电系统直流配电故障概率高、火灾风险及危害大,严重影响光伏电站的运行安全、发电与出力能力,并对电站运维提出故障与火灾精准检测的技术挑战。为此,从生产现场直流配电柜故障分析入手,揭示接触不良、绝缘劣化、故障电弧、电气火灾的演变机理;分析国内外故障电弧诊断与火灾检测技术的理论成果应对在运电站电弧火灾的有效性,提出故障电弧预诊断与火灾检测技术的应用解决方案。研究结果表明,提出的故障电弧诊断与火灾检测技术应用方案,弥补直流继电保护对串联电弧故障无法保护的不足,能够有效诊断故障电弧并检测烟雾和高温,避免火灾及其扩大事故的发生。

基于灰狼算法和极限学习机的风速多步预测

为了提高风速的多步预测水平,提出了一种基于数据信号分解和灰狼算法优化极限学习机的混合预测模型。首先,使用具有自适应噪声的完全集成经验模态分解算法将原始风速时间序列分解为若干本征模态函数和一个残差序列,并使用偏自相关函数法对模型输入进行特征选择;其次,在分解子序列上分别建立模型并进行预测,构造多输入多输出策略的极限学习机神经网络,使用灰狼优化算法求解其中的最优化隐含层权值和偏置;最后,对子序列进行重构并得到最终的预测结果。使用时间分辨率为15 min的多组实测资料开展模拟实验,所提模型在3个风电场的均方根误差分别为0.859、0.925、0.927 m/s,均低于其他对比模型,验证了该模型在未来4 h风速预测即16步预测中的有效性。

考虑可聚合资源的虚拟电厂低碳联合交易优化策略研究

为了提高能源利用效率,促进可再生能源的开发利用,考虑虚拟电厂可聚合资源规模,进行虚拟电厂低碳交易优化策略研究。首先,一方面,考虑源侧技术开发量与经济开发量分析源侧可聚合资源的上限值;另一方面,考虑荷侧可调节能力分析荷侧可聚合资源的上限值。然后,设计低碳虚拟电厂运行交易框架,分别对虚拟电厂中各单元建模。其次,基于碳交易机制,构建虚拟电厂参与电能量市场、碳交易市场与调峰辅助服务市场的低碳联合交易优化策略。最后,以某一地区为例进行算例分析,验证了模型的有效性。

生成式人工智能开创机器翻译的新纪元了吗?——一项质量对比研究及对翻译教育的思考

以ChatGPT为代表的生成式人工智能技术一经问世,就引发了应用热潮,同时也对广大语言内容工作者的创作和服务模式构成了巨大冲击。本研究将机器自动评价和人工评价相结合开展译文质量评测实验,对当前GPT技术在翻译领域的应用表现进行了分析。结果表明,目前GPT技术在翻译领域中尚不构成对神经网络机器翻译技术的更迭,但在汉英翻译、术语翻译、文学翻译等领域已经表现出一定程度的质量提升。在此基础上,本研究对翻译教育如何应对人工智能技术带来的变革给出了建议。

基于二次分解和乌鸦搜索算法优化组合模型的超短期风速预测

针对风速的波动性和随机性等特点,提出一种基于二次分解和乌鸦搜索算法优化组合模型的超短期风速预测方法。该方法的基本思路是构造基于变分模态分解、样本熵和奇异谱分析的二次分解的方法,将原始风速序列分解为不同的子序列,并对这些子序列分别建立预测模型,最后重构。对变分模态分解的子序列建立基于长短时记忆网络的深度学习模型预测,而残差序列进行二次分解后的子序列建立乌鸦搜索算法优化的组合预测模型预测。最后,对子序列进行重构并得到最终的预测结果。使用实际的风速观测资料开展模拟实验,结果表明:在3个风电场中,所提模型与其他模型相比平均相对误差分别提升了30.07%、37.56%和37.40%,验证了混合模型在超短期风速预测中的有效性和稳定性,以及在不同数据集上的泛化性能。

青藏高原东北部祁连山一次降水层状云微物理特征的飞机观测研究

位于青藏高原东北部的祁连山是石羊河、黑河和疏勒河等多条重要河流的发源地,云微物理特征对于了解该区域大气降水形成过程具有重要作用,但关于祁连山地形云的飞机观测研究很少。本文利用青海省人工影响天气办公室空中国王-350飞机观测数据,分析研究了祁连山2020年8月16日的一次降水层状云的微物理特征。研究表明:祁连山地区此次降水层状云的形成,与偏南气流由低海拔河湟谷地区向高海拔山区运动过程中受地形强迫抬升过程密切相关,云中过冷液态水含量最大值为1.13 g m-3。低海拔山区和高海拔山区的云物理特征有明显差别,低海拔山区由于水汽相对丰富,地形抬升形成的过冷液态水含量较高。山区不同高度粒子形成机制存在显著差异:5600 m(-5.1℃)层过冷液态水含量较高,冰粒子主要通过凝华、聚并生长,也存在弱凇附过程;6560 m(-9.9℃)层存在大量聚合状冰粒子,粒子谱拓宽明显,凝华和聚并过程起主导作用;7850 m(-17.0℃)层基本为冰粒子,存在大量枝状冰粒子聚合体,说明冰粒子以凝华和聚并生长为主。

祁连山区再分析降水数据的适用性分析

利用2019-2020年祁连山区241个观测站的小时降水量数据,对MERRA2降水量数据在祁连山区的适用性进行评估.结果表明,研究区MERRA2降水量数据与观测降水量数据的平均偏差为-1.50~0.62 mm,依据MERRA2数据分析的降水量变化基本反映了祁连山区降水量的分布和变化特征.研究区内北坡地区MERRA2降水量的日均值为9.2 mm,平均偏差-0.65 mm,均方根误差0.50 mm;山脊地区MERRA2降水量的日均值为13.8 mm,平均偏差-0.80 mm,均方根误差0.63 mm;南坡地区MERRA2降水量的日均值为10.6 mm,平均偏差-0.61 mm,均方根误差0.37 mm.MERRA2降水量数据在整个祁连山区的平均偏差为-0.69 mm,相对观测值表现出低估,随着观测站点海拔的升高,MERRA2降水量数据的模拟和同化精度也随之下降.

弯道河段航电枢纽通航技术应用探析

为分析航电枢纽工程船闸及引航道平面布置原则及泥沙淤积处理思路,以某流域梯级渠化中第3个梯级航电枢纽工程为例,结合河道实际提出弯道凹岸侧左岸布置船闸(方案1)和弯道凸岸侧右岸布置船闸(方案2)两种方案,并从两方案的泄流能力、平面布置弯曲半径及直线段设置、通航水流条件等方面展开比较;最后进行引航道泥沙淤积规模预估,并通过船闸灌泄冲沙试验和耙沙拉淤试验确定出航道清淤处治方法。分析结论可为上游急弯、下游为反向河道的连续弯道河段航电枢纽船闸布置提供经验。

基于萤火虫扰动麻雀搜索算法-极限学习机的光伏阵列故障诊断方法研究

光伏阵列具有随机性、间歇性输出特点,发生故障严重影响电力系统安全运行。针对有效表征不同程度局部阴影与雨天接地故障的故障特征量缺乏的问题,分析不同故障状态下光伏阵列运行特征,提出一种新的6维故障特征向量:开路电压Uoc、最大功率点电压Um与短路电流Isc、最大功率点电流Im分别表征短路与断路故障;U-I特性曲线二阶导数零点数表征局部阴影故障,并利用遗传模拟退火算法优化的模糊C均值聚类算法(the fuzzy C-means clustering algorithm optimized by the genetic simulated annealing algorithm,GSA-FCM)验证Um、Im表征不同程度局部阴影故障的有效性;并网电流总谐波畸变率表征雨天接地故障。引入萤火虫扰动的麻雀搜索算法(sparrow search algorithm with firefly perturbation,FSSA)优化传统极限学习机(extreme learning machine,ELM),建立FSSA-ELM模型,解决传统故障诊断方法实现复杂、收敛速度慢的问题。基于现场数据驱动,建立考虑对地寄生电容的光伏系统仿真模型和实验平台,设计2种不同辐照度范围的仿真方案和实验方案进行方法验证,结果表明,FSSA-ELM模型结合ELM实现简单且FSSA收敛速度快的特点,利用6维故障特征向量,可准确识别光伏阵列故障类型。

祁连山不同流场分型下的三维气候特征分析

利用试验期间祁连山2019年7月1日至2020年12月31日的区域站和加密站的降水数据,结合同期的ERA 5再分析资料中的地面10 m风速、高空500 hPa风速、垂直速度,700 hPa与500 hPa的涡度与散度数据等,在高低空气流场分型的基础上,以地面气流场分型为依据,对试验期间5类降水过程发生时的天气形势以及物理量场变化进行了深入分析,得到以下分析结果:5类气流型下降水过程的主要环流形势有4种,分别为“西风带多波型”“两脊一槽型”“两槽一脊型”和“西高东低型”。在试验期间,5种地面气流场类型均会产生降水,且散度场、涡度场、垂直速度及云水含量等特征均有利于降水的产生。其中试验期间出现频率最高的是辐合辐散气流型降水,该气流型降水的天气形势及物理量场的变化均对降水的产生具有良好的指导意义。

基于锂电池模型和分数阶理论的SOC-SOH联合估计

基于锂电池荷电状态(SOC)和健康状态(SOH)的耦合关系,设计了SOC-SOH联合估计系统。首先,构建锂电池等效电路模型和自适应扩展卡尔曼滤波(AEKF)算法,进行锂电池SOC估计;其次,建立锂电池分数阶模型,设计模糊控制器辨识分数阶模型参数,基于分数阶模型参数和电池充电工况确立健康因子,引入麻雀搜索算法(SSA)改进反向传播神经网络(BPNN),进行锂电池SOH估计;然后,集成SOC与SOH估计方法,设计联合估计系统;最后,设计锂电池老化实验、动态应力测试(DST)和US06动态实验方案,对比分析不同工况下不同算法的SOC-SOH联合估计效果。结果表明,基于提出的SOC-SOH联合估计方法,估计误差小于1%,具有良好的估计特性。

基于虚拟矢量优选的FCS-MPC稳定性策略研究

为了提高并网逆变器有限集模型预测控制(FCS-MPC)方法中的稳定性问题,研究了基于Lyaponov准则的并网逆变器有限集模型预测控制大信号稳定性方法。首先建立数学模型,分析参数变化对预测误差的影响和大扰动导致的稳定性问题,接着提出采用虚拟电压矢量的Lyapunov控制器的有限集模型预测控制稳定性策略。利用Lyapunov控制器并结合考虑稳定性约束的目标函数增强系统抗扰动能力,虚拟电压矢量满足Lyapunov稳定性需求,同时改善控制性能,并设计有限集选取策略减少计算量。仿真和实验验证了所提方法在扰动及参数变化情况下控制性能和抗干扰能力。

考虑阴影变化的太阳电池模型及动态参数分析

针对太阳电池静态模型与实际运行偏差较大,尤其是局部遮挡下均匀光照下的太阳电池模型难以适应新场景的问题,研究阴影变化下的太阳电池建模。首先,分析太阳电池的正向、反向、动态特性和小面积阴影时的内部情况,建立局部阴影下包含正、反向特性的动态模型。然后,研究阴影变化下光伏组件模型,比较模型仿真结果与实验结果,验证所建模型的准确性。最后,利用电池仿真模型,分析环境变化时电池动态参数和输出电流的变化规律。结果表明,所建模型可用于阴影变化下太阳电池动态特性仿真与动态参数分析。

基于改进V/f控制和虚拟振荡器的光储微网黑启动控制策略

针对光储电站黑启动过程中存在的母线电压冲击过大、多光伏逆变器相位不同步等问题,研究光储微电网结构和微源控制方式,提出变d轴母线电压参考值的改进V/f控制策略。基于构网型虚拟振荡器,设计三相电路多并联逆变器并网自同步控制拓扑和策略。建立微电网仿真模型,提出不同工况下黑启动过程母线升压、光伏逆变器相位同步、微电网功率平衡实验方案。结果表明,基于提出的控制策略和拓扑,不同工况下弱电网黑启动过程的母线电压冲击减低,冲击电压由额定电压的5%降至2%以内;并联逆变器相位不同步程度减少,多逆变器最大相位差降至1%以内;储能单元0.03 s内可快速响应光伏功率和负载变化,黑启动过程平稳实现。

沙尘气溶胶对直接太阳辐射的衰减研究

基于在腾格里沙漠东南端进行的太阳辐射与气象要素观测,探讨晴空无云时沙尘气溶胶对直接太阳辐射的衰减;并利用太阳辐射观测资料,给出沙漠边缘垂直上空的大气混浊度的变化。根据4月份至9月份的观测资料,只选取天空无云(可测的太阳辐射)的气象条件,研究沙尘气溶胶造成的直接太阳辐射的衰减。结果表明,在晴好天气约为47.0%～2.6%,平均衰减约为16.9%;在沙尘天气约为90%～10%,平均衰减约为38%;沙尘天气气溶胶对太阳辐射衰减变化较大。大气混浊度(atmosphericturbidity:τa)在晴好天气下约为0.048～0.631,平均约为0.260;沙尘天气约为0.177～2.475,平均约为0.741。

天津夏季低层大气O_3和NO_2浓度垂直分布

利用2007年8月8—24日天津255 m气象铁塔上连续17 d的φ(O3)和φ(NO2)及同期气象观测数据,分析了φ(O3)和φ(NO2)(以小时平均值计)的日变化和垂直分布规律及其与气象因子之间的关系.结果表明:天津市近地层φ(O3)分布具有明显的日变化和垂直分布特征,昼夜差异显著;一般情况下,φ(O3)日均值在220 m高度处最大,120 m处次之,40 m处最小;φ(O3)与温度和风速呈正相关,而与相对湿度呈负相关.φ(NO2)日变化多为双峰型,白天较低;φ(NO2)垂直差异较小,夜间稳定层使NO2产生局地积累,低层大于高层;φ(NO2)与温度和风速呈负相关,与相对湿度的关系比较复杂,白天呈正相关,夜间呈负相关.

黄土高原半干旱区非均一下垫面粗糙度分析

利用2007年4月17日—2008年4月16日兰州大学半干旱气候与环境观测站边界层气象塔的风速、风向、温度、气压、湿度等观测资料,采用经典的廓线法和风速、风向标准差法,分别计算了中性大气层结下观测站下垫面粗糙度长度,并得到了具有黄土高原地理特征的地表粗糙度及其时空变化特征。计算结果表明,季节变化对粗糙度的影响幅度可达0.159 m,空间非均一性对粗糙度的影响幅度可达0.155 m。测站附近粗糙度春季为0.017 m,夏季为0.062 m,秋季为0.065 m,冬季为0.018m。测站西北方向上游粗糙度春季为0.17 m,夏季为0.22 m,秋季为0.34 m,冬季为0.05 m。测站东南方向上游粗糙度春季为0.11 m,夏季为0.17 m,秋季为0.19 m,冬季为0.05 m。该站下垫面粗糙度计算宜选用风速为6±1.5 m.s-1,风向变化30°范围内的数据。