可再生能源应用的气候建模

对环保能源资源的探索是当今社会面临的主要挑战之一。过去十年目睹了可再生能源工程的快速发展。建立了尺寸和技术精致的风和太阳能发电厂。在这种发展中，气象型号起着越来越重要的作用，不仅在选择风和太阳能电厂的遗址，而且还在评估这些植物的环境影响方面。由于风电场建设而导致的永久土地利用变化可能会改变当地的气候（Keith等人[1]，Roy和Traiteur [2]）.风力涡轮机的存在降低了风速，可能会影响建设前对风力发电潜力的估计(例如，Adams和Keith [3.]）.预计未来人为温室气体的排放将引起地表风和云量的变化，从而影响风力和太阳能发电厂的发电。为了量化可再生能源生产与区域气候变化之间的这种双向关系，中尺度气象模拟仍然是研究和应用最有效的方法之一。

大型风力或太阳能发电厂的建设将改变表面的物理性质，如表面粗糙度、反照率和长波辐射的发射率。风力机是边界层中大气流动的动量汇。将这些过程纳入大气模式的物理基础是清楚的。然而，单个的风力涡轮机，甚至整个风电场，对于一个典型的天气或气候模型来说都太小了。风电场对速度场的亚网尺度效应的参数化方案是非常必要的，并已积极开发。例如，惠誉等人开发的一个方案[4]最近已被纳入广泛使用的天气研究和预报(WRF)模式(Skamarock等[5]）.该方案配制成延伸的边界层参数化方案，该方案已经在许多天气和气候模型中实现。风电场和太阳能发电厂的环境影响也可以使用该方案对造型土地利用和陆地变化的影响进行建模。这些方案已经积极开发，特别是以城市冠层模型的形式（例如，kusaka等人。[6]）.例如，如果太阳能电池板被归类为具有特定表面反照率和发射率的特殊表面类型，那么它们的影响可以通过使用现有的城市参数化方案来计算，该方案给出了模型网格盒上太阳能发电厂的部分面积覆盖。因此，开发风力和太阳能发电厂影响的参数化方案并不是一项孤立的活动，而是将多尺度物理过程纳入环境预测框架这一重要趋势的一部分。

在全球气氛中提供的大型喷射流，提供风能储存器的储存器，以改变人为温室气体排放的影响下的多型和更长的时间尺度（例如，阴[7]）.急流的变化和伴随的区域天气模式的变化(例如，Seager等人[8]）可以导致局部云覆盖的增加或减少，从而影响太阳能发电厂的增益。这些大规模的气候变化已经使用具有相对粗糙的空间分辨率的全球气候模型来系统地预测（Taylor等人。[9]）.目前正在进行广泛的努力，将全球模式获得的气候信息“降尺度”到区域和城市尺度。然而，目前仅有少数研究采用气候降尺度的方法来预测风能或太阳能潜力的局部变化(例如，Ren [10]，pryor和barthelmie [11]）.在这方面的进展不仅可以帮助改进全球和区域风力和太阳能潜力的估计，还可以帮助风和太阳能发电厂的选址，基于今天最佳现场在一到两十年中最佳的最佳场所。

气候建模的可再生能源应用是一个令人兴奋的新兴研究课题，气候科学家和可再生能源工程师。最后，我们提出了以下四个特别有前途的气候和能源应用研究方向:(1)进一步发展多尺度气候降尺度技术，将气候信息从全球尺度转移到城市尺度和风电场尺度，(2)量化风力或太阳能电厂对微尺度大气环境和气候的力学和热力学效应，(3)参数化方案的进一步发展风能和太阳能发电厂的subgrid-scale效应在区域和全球气候模型,和(4)系统分类的风电场和太阳能发电站的独特的表面类型研究土地利用和覆盖变化对当地气候的影响。

Huei-Ping黄
布伦特c Hedquist
Taewoo李
SOE W. MEDINT.

参考

1. D. W. Keith, J. F. DeCarolis, D. C. Denkenberger等人，“大规模风力发电对全球气候的影响，”美国国家科学院院刊第101卷，不。46页，16115-16120,2004。查看在：出版商的网站|谷歌学术
2. S. B. Roy和J. J. Traiteur，“风力发电场对地表空气温度的影响”，美国国家科学院院刊，卷。107，没有。42，PP。17899-17904,2010。查看在：出版商的网站|谷歌学术
3. A. S. Adams和D. Keith，“全球风力资源估计夸张了？”环境研究字母第8卷第2期。1、文章ID 015021, 2013。查看在：出版商的网站|谷歌学术
4. A. C.惠誉，J.B.B. Olson，J.K. Lundquist等，“风电场的本地和Messcale影响在Mescle NWP模型中，”每月天气预报(第140卷)9, 3017-3038页，2012。查看在：出版商的网站|谷歌学术
5. W. C. Skamarock, J. B. Klemp, J. Dudhia等人，“高级研究WRF版本3的描述”NCAR Technical NoteNCAR/TN-475+STR, Boulder，科罗拉多州，美国，2008。查看在：谷歌学术
6. H. Kusaka，H. Kondo，Y.Kikegawa和F.Kimura，“大气模型的简单单层城市冠层模型：与多层和板坯模型进行比较”边界层气象学第101卷，不。3，pp。329-358,2001。查看在：出版商的网站|谷歌学术
7. J. H. YIN，“21世纪气候模拟中的风暴轨道的一致偏移”《地球物理研究快报第32卷，第2期。2005年第28条18款。查看在：出版商的网站|谷歌学术
8. R. Seager，M. Ting，I. Hold等，“即将过渡到北美西南部更干旱的气候的模型预测”科学，卷。316，没有。5828，pp。1181-1184,2007。查看在：出版商的网站|谷歌学术
9. K. E. Taylor，R. J. Stouffer和G. A. Meehl，“CMIP5概述”和实验设计，“美国气象学会公报，卷。93，没有。4，pp。485-498,2012。查看在：出版商的网站|谷歌学术
10. D. ren，“全球变暖对风能可用性的影响”可再生和可持续能源杂志，卷。2，不。5，2010年第052301号。查看在：出版商的网站|谷歌学术
11. S. C. Pryor和R.J.Barthelmie，“评估气候变化对美国风能资源的近期稳定性影响，”美国国家科学院院刊(第108卷)20, pp. 8167-8171, 2011。查看在：出版商的网站|谷歌学术

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