黄土高原地表能量不闭合度与垂直感热平流的关系

地表能量不平衡问题一直是陆面过程研究的一个重要科学难题.本文利用在陇中黄土高原观测的陆面过程资料,分析了气候地表能量不闭合度和短期地表能量不闭合度的分布特征,研究了地表能量不闭合度与垂直速度之间的关系,发现地表能量不闭合与垂直速度具有很好的相关性.并且,估算了近地层垂直感热平流通量,分析了考虑垂直感热平流后的地表能量平衡的特征,发现引入垂直感热平流输送对地表能量不闭合度有明显的改进.关键词：黄土高原非均匀性垂直感热平流能量不闭合度     

黄土高原地表能量平衡分量年际变化及其对气候波动的响应

本文利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(SACOL站)2006—2012年陆面过程观测资料和榆中站气象资料,分析了7年间榆中气温降水的气候变化背景,讨论了陆面地表能量平衡分量的年际变化,研究了波文比、能量闭合度的年际波动,探讨了地表能量平衡分量以及各陆面过程参数对黄土高原气温、降水年际波动的反馈.结果显示,地表各能量分量都对气候背景的波动做出响应,但敏感性各有不同,净辐射与气温相关性最强,感热潜热与降水相关性较好.分为冬夏半年讨论后得出,冬半年地表平衡分量与气候波动的相关性更好.冬半年中,各分量又与气温有着较高的相关,可见该地区地表能量各分量对冬半年气温波动的响应更为敏感.波文比的上升趋势与该地区降水量减少的背景响应,说明干旱程度的加深.能量闭合度的波动变化显示了在气候变化的背景下该地区陆面能量不闭合程度的加深.     

黄土高原半干旱区地表能量不闭合及其对二氧化碳通量的影响

利用兰州大学半干旱气候与环境观测站(Semi-Arid Climate and Environment Observatory of Lanzhou University, SACOL) 2008年资料分析了SACOL代表的黄土高原半干旱区稀疏草地下垫面上的能量平衡闭合情况. 不同季节, 白天总体能量平衡比率在0.80左右. 夜间只有0.20左右. 选取不存在局地环流的资料, 考虑土壤热存储和垂直感热平流后, 白天能量平衡比率在85%以上, 春夏秋三季夜间也达到70%, 但冬季夜间能量闭合度仅为29.4%. 白天, 涡动相关系统对湍流热量通量观测的偏差存在季节差异, 冬季低估最多, 秋季次之, 春夏季观测相对较理想; 夜间, 涡动相关系统对湍流热通量严重低估. 湍流热量通量的低估通过空气密度效应修正传递对CO₂通量产生影响, 造成长期净碳交换的不确定性. WPL修正引入的湍流热量误差导致涡动相关系统错误地高估下垫面吸收存储CO₂能力, 全年NEE估计偏高41.2%.关键词：黄土高原涡动相关能量闭合密度效应修正     

黄土高原区域气候暖干化对地表能量交换特征的影响

本文将观测试验资料与陆面过程模式模拟资料相结合, 对目前4个流行的陆面过程模式的模拟资料进行了验证分析, 发现通用陆面模式(CLM)模式的模拟资料在黄土高原地区比较可靠. 在此基础上,利用近几十年CLM模式模拟资料和气象站观测资料, 分析了黄土高原地区的区域气候和地表能量交换特征的变化规律, 研究了该地区地表能量交换对降水和温度变化的响应特征, 讨论了该地区气候变化对地表能量交换特征的影响机理. 研究发现,近几十年来黄土高原区域气候表现为明显的暖干化趋势, 从而引起太阳总辐射、地表反射辐射和地表长波向上辐射的增加 及地表长波向下辐射的减小,并由此造成地表净辐射通量减少. 与之相对应,不仅地表潜热通量呈减小趋势,而且地表感热通量和土壤热通量也呈减小趋势, 但地表热量分量的分配比例基本不变.并且发现,地表感热通量的年变化主要由太阳辐射控制, 而潜热通量的年变化则受太阳辐射和降水共同影响;地表热量分量的年际变化均对降水变化响应很敏感, 而对温度变化响应不太敏感,气候干旱化对地表能量平衡的影响比气温变暖的影响更突出.关键词：黄土高原区域气候暖干化陆面过程模拟陆面能量交换     

ε衰变的能量和强度平衡计算

文中给出了ε衰变的能量和强度平衡的计算公式,并以⁵²Mn的ε衰变为例说明其实际应用.     

光合作用多色素捕光模型中光激发对能量传输的影响

光合作用激发能传输过程中量子效应的研究大都基于单激发初态假设,该假设能较好地描述人们所关心的部分光合作用系统的初态.但对于不满足上述假设条件的自然及人工光合作用系统,激发过程对系统动力学有不可忽略的影响.本文基于由高斯脉冲激发的多色素分子模型,主要研究了激发脉冲宽度和激发间隔对系统动力学和激发能传输效率的影响.首先,推导了理论上可包含任意数量的色素分子构成的供体系统和受体系统整体演化所满足的动力学方程.之后通过数值模拟展示了激发能传输效率随系统各相关参数变化的关系及相应参数的最优范围.研究发现,在单个脉冲激发供体色素分子的条件下,存在最优脉冲宽度,且脉冲宽度对色素分子数目、耦合强度及退相位速率的最优范围都有调制作用,并分析了该调制作用的产生机制.在两个高斯脉冲依次激发供体色素分子的条件下,存在最优脉冲宽度及脉冲间隔的组合.本文得到的动力学方程可推广到其他形式的激发脉冲,得到的数值结果及优化设计原则对工作在不同光照条件下的人工光合作用系统的优化设计具有参考意义.     

β-衰变的能量和强度平衡计算

论述了β^-衰变的能量和强度平衡的计算公式，并以^95Nb的β^-衰变为例说明其实际应用。 The calculation formulas of energy balance and intensity balance from β^- decays are presented here. The example of ^95Nb β^- decay is shown to illustrate its practical application.     

喀斯特城市水体面积变化对地表热场的影响

针对桂林喀斯特城市扩展、水体面积变化所引发的热环境问题,对美国Landsat TM卫星图像利用遥感模型反演桂林市1989年和2006年的地表温度和MNDWI水体指数,定量分析水体指数变化对地表温度的影响机理。结果表明,地表温度与水体指数呈负相关关系,地表温度随水体指数数值的增加而降低。随1989年至2006年桂林喀斯特城市规模的扩展,水体面积由占研究区总面积的4.6%降至4.4%,减少量占总面积的0.2%、占总水体面积的4.3%;桂林市两江四湖对改善中心城区的生态环境质量、缓解城市热岛现象发挥着重大作用。     

云和降水扰动对黄土高原半干旱草地辐射收支及能量分配的影响

地表辐射收支和能量分配对陆-气系统的反馈是气候模式中最重要的物理过程之一. 认识半干旱地区云和降水的扰动对辐射收支和能量分配的影响规律, 是提高数值模式中评估地表辐射收支和能量平衡参数化效果的关键环节. 利用兰州大学半干旱气候与环境观测站2008年的观测资料, 研究了云和降水的扰动对辐射收支各分量的削弱作用及对地表能量平衡的影响规律. 年平均结果表明, 多云状况可以作为年平均的气候背景; 云和降水对短波辐射削弱最强, 大气向下长波辐射随天空云量的增加而增强, 地表向上长波辐射随着云量的增加而减小, 净辐射占总辐射的比率受云和降水的影响较小. 季节平均结果显示, 短波辐射日积分量在生长季和非生长季均随云量的增加而降低, 生长季云和降水对短波辐射的削弱作用明显强于非生长季. 生长季, 晴天、少云和多云时向上长波辐射差异不大, 阴天时向下和向上长波辐射明显减小. 非生长季, 地表向上长波辐射受云和降水的影响较小, 日积分量变化不大, 向下长波辐射随云量的增多而增强. 地表反照率具有明显的日变化和季节变化, 冬季大, 秋季小; 地表反照率日变化呈不对称的“V”形分布. 生长季, 感热通量和土壤热通量随云量增多而减小; 潜热通量在晴天、少云和多云状况下随云量增多而增大; 阴天时受降水影响, 净辐射的严重削弱导致了潜热通量大大降低. 非生长季, 少云时净辐射日积分量最大, 晴天时的净辐射与多云和阴天状况接近; 感热和潜热通量随云量的增多而减小, 土壤热通量日平均积分值在非生长季为负. 生长季, 多云状况的能量闭合度最好, 能量不平衡差额占净辐射的3.9%; 阴天时最差, 不平衡差额占净辐射的16.8%; 晴天和少云状况不平衡差额约占净辐射量的7%. 非生长季受积雪影响, 能量不闭合差额明显大于生长季.关键词：半干旱草地云和降水的扰动辐射收支能量平衡     

基于热红外光谱和微波反演地表温度的研究进展

地表温度(LST)是研究地表和大气之间辐射和能量交换以及区域和全球尺度地表物理过程的重要参数。卫星遥感技术在生态环境、水文、气象、地震、军事的应用研究,以及气候模式的辐射过程描述都需要获得准确的LST。光谱中的红外和微波对于探测LST发挥重要作用。文章综合分析了热红外波谱和微波遥感反演LST的研究进展,包括:利用热红外辐射温度表探测LST的方法,晴空条件下星载传感器的红外通道反演LST的单窗、分裂窗等反演方法,单通道和多通道算法,组分温度的反演方法,单通道多角度法和多通道多角度法,以及地表发射率ε特性研究等。微波可以全天候探测地表,文章分析了被动微波波段遥感反演LST的方法。并对这些方法的优缺点、适用性及应用前景进行了评述。     

压缩空气蓄能系统应用于低温制冷性能分析

压缩空气蓄能系统(compressed air energy storage,CAES)是一种新型的蓄能系统,利用储存的高压空气的膨胀功和膨胀后的低温空气进行制冷.常规的空气制冷系统在制取-50～-100℃的制冷温度时具有较好的经济性能,本文提出将这种常规的空气制冷系统与压缩空气蓄能系统相结合形成一种新型低温制冷系统.文章讨论了此种低温制冷系统的组成形式和运行方式,并计算其运行性能,且与常规的空气制冷系统和蒸气压缩制冷系统进行了对比.结果显示该新型低温制冷系统在-50～-100℃制冷温度时,性能优于常规系统.     

Sustainable energy storage – with hot air,or cold air or liquid air

In memory of Sir David John Cameron MacKay FRS FInstP FICE (22 April 1967 – 14 April 2016). David was passionate about sustainable energy. One key element for sustainable energy is energy storage. As a small tribute, this article presents a review from a physics perspective of the thermodynamics of compressed air energy storage. Firstly, I treat adiabatic compressed air energy storage, where the heat of compression of the air is kept in the compressed air. Then I discuss improvements that can be made by combining compressed air energy storage with external heat stores. Next, I address isothermal compressed air energy storage, where the temperature is allowed to equilibrate with the environment. In each case, I consider two scenarios: underground caverns and underwater airbags. Finally, I address the case where the air is compressed and cooled so much that it liquifies. Throughout, I explain that the real point is to store available work, called exergy in the engineering community, rather than energy. Although my treatment is mostly from the ideal point of view of quasistatic processes, I give some pointers to technological implementations of the various methods and to some references on their thermodynamic efficiencies.     

压缩空气储能——让电能穿越时空

电能的利用已经有数百年的历史,电力的发输配用长久以来有效地支撑着人类的社会经济生活。当今社会,人们提倡绿色的能量生产与消费模式,电力的存储作为使电力行业价值链闭环和实现能源结构调整的重要技术,在人类碳中和使命中担任重要角色。压缩空气储能是大规模电力存储技术中最具发展潜力的技术之一。文章以压缩空气储能的科学研究和技术发展作为主线,概述了该技术的原理、现状,及未来的发展前景。     

温室及其蓄热层中传热与流动的研究

针对被动式太阳能温室系统,分析了玻璃顶部覆盖面倾角不同,对温室中温度及气流分布的影响。温室玻璃顶部覆盖面倾角,可以改变温室中的气流、温度分布。研究了温室蓄热层传热与流动。温室中土壤或岩床具有吸收并贮存太阳能的作用。     

温室中岩床蓄热性的分析

本文针对被动式太阳温室岩床蓄热系统,分析了岩床孔隙率、粒径和材料对岩床蓄热的影响。岩床应分层铺设, 岩床上部孔隙率、粒径相对较大;超过一定深度后,铺设孔隙率、粒径小的岩石;热容量(pc)和导热系数影响岩床平均温 度日变幅和热惯性。     

蓄能型液体除湿冷却空调系统的建立与实验研究

本文提出了一种蓄能型液体除湿蒸发冷却空调系统的设计方案,并基于此方案搭建了一个制冷量为3 kW的蓄能型液体除湿蒸发冷却空调系统实验台。通过电加热器模拟60~80℃的低品位热源(太阳能、发动机排气余热、工业余热等),以LiCl水溶液作为除湿溶液,主要研究了在系统稳定运行时,各环境参数对此除湿蒸发冷却空调系统性能系数COP的影响情况。     

新型液化空气储能技术及其在风电领域的应用

本文介绍了新型液化空气储能技术的研究现状及其与风电场的匹配方法,同时对风能/液化空气储能系统的经济效益进行了分析。结果表明,液态空气储能技术具有储能密度高,不受地理条件限制以及初投资较低等优点,这使其在风电的规模存储中具备很好的应用前景,为日益突出的风力发电与输电问题提供了一种具有吸引力的解决方案。     

恒压型抽水压缩空气储能系统的热力学及经济学多目标优化

为解决可再生能源存在的间歇性和波动性等问题,考虑到现有大规模储能技术的不足,提出了一种兼具抽水蓄能技术和压缩空气储能技术特点的恒压型抽水压缩空气储能系统.首先建立其热力学模型和经济学模型,然后以能量效率和单位能量成本作为目标函数,以水气比、预置压力、增压机压比和增压机效率作为决策变量,分别针对容量为1 MW、2MW、5 MW的系统进行多目标优化。多目标优化结果表明,当水气比约为7、预置压力约为4 MPa、增压机压比约为2、增压机效率较高时,系统具有较高的能量效率和较低的单位能量成本。同时,随着系统容量的增加,单位能量成本明显降低。研究结果可为该系统的工程应用提供理论支撑。