建筑物尺度的高分辨率太陽能資源潛力模型研究

在城市環(huán)境下，相比于區(qū)域尺度的太陽能資源估算，具體評價建筑物可獲得的太陽能資源潛力更具有實際價值。本研究利用國內(nèi)外多源遙感傳感器數(shù)據(jù)，基于大氣輻射傳輸過程建立高時間分辨率的太陽射輻射參數(shù)反演模型，并以新疆地區(qū)為實例，研究太陽輻射能的時空分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，利用LIDAR、高分遙感數(shù)據(jù)進行城市建筑與高大樹木的三維建模，進而模擬城市某建筑物受周圍建筑物或樹木的遮擋影響及其時空變化，再以利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)估算的地面逐時太陽輻射參量為輸入，動態(tài)計算和評價每小時建筑物墻面和頂面所能接受到的太陽輻射潛能。該項目完成了以下主要研究內(nèi)容： （1）利用FY-2D、FY-3A和MODIS傳感器數(shù)據(jù)建立了新疆地區(qū)逐時的太陽直射輻射和散射輻射反演模型，通過加入云校正系數(shù)解決了云天太陽輻射估算的問題，通過MODIS氣溶膠產(chǎn)品與FY-3A氣溶膠產(chǎn)品的融合，增強了新疆太陽輻射參量反演結(jié)果的空間連續(xù)性和精度； （2）基于三維分析方法建立了各建筑墻面太陽輻射潛能的估算模型，實現(xiàn)了逐時的各墻面接收到的太陽輻射能潛能估算與評價以及結(jié)果的三維可視化；利用LIDAR數(shù)據(jù)對城市建筑和高大樹木進行三維建模并用于提高建筑尺度的太陽輻射潛能的評價精度； （3）利用所建立的模型和技術(shù)流程，對新疆地區(qū)太陽直射輻射分布進行了反演與分析，并以喀什等5個氣象站點為代表進行了太陽直射輻射能的對比分析； （4）基于OPENGL和Windows C#環(huán)境開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的太陽能估算的相關(guān)軟件系統(tǒng)(SEPMAS)，實現(xiàn)了城市建筑物尺度太陽輻射潛能評價的自動化； 結(jié)果表明，本研究提出的基于多源遙感傳感器數(shù)據(jù)的太陽輻射反演模型與技術(shù)流程，可提供誤差在15%以內(nèi)的太陽直射輻射結(jié)果，所建立的城市三維模擬系統(tǒng)和對建筑、樹木的陰影遮擋模擬模型能夠提供逐時的建筑物的頂和墻面的太陽輻射變化模擬，可為太陽能設(shè)備安裝以及建筑規(guī)劃中環(huán)保材料的選用提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持，加強太陽能的利用效率。

探索運用新型對地觀測（EO）傳感器數(shù)據(jù)建立高分辨率太陽能資源遙感反演模型，研究區(qū)域太陽能資源時空分布特征；在GIS三維分析技術(shù)支持下，建立城市（建筑物尺度）高空間和高時間分辨率的太陽能資源分配模型，估算城市在當(dāng)前太陽輻射條件、大氣狀況、空間遮擋關(guān)系下建筑物尺度的實際太陽能潛力。研究內(nèi)容包括：（1）運用高時間分辨率的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演下行太陽輻射關(guān)鍵參量，研究區(qū)域太陽能潛力分布及其時空特征；（2）運用GIS三維分析手段建立建筑物或建筑物簇（即：建筑體互聯(lián)成簇的建筑群）尺度的太陽能分配模型，在高時間與空間分辨率框架下評價建筑物（簇）的太陽能資源潛力狀況；（3）選擇我國太陽能資源比較豐富的西北地區(qū)作為典型區(qū)，示范所提出的模型和方法的有效性和結(jié)果的實用性，為能源緊張的大城市帶進行高分辨率準實時太陽能潛力數(shù)據(jù)的獲取與評價提供技術(shù)示范，縮小我國在再生能源評價方面的差距。

本課題源于當(dāng)前建筑行業(yè)對于節(jié)能減排的緊迫需要，立足于我國濕熱地區(qū)的特有氣候，總結(jié)提煉傳統(tǒng)及現(xiàn)代嶺南建筑順應(yīng)氣候環(huán)境的建筑氣候空間系統(tǒng)的氣候調(diào)節(jié)價值，以此為基礎(chǔ)確定典型的氣候空間尺度模型，應(yīng)用模擬軟件檢驗其氣候適應(yīng)價值，根據(jù)實測及模擬分析結(jié)果，對尺度模型做出修正完善。研究力圖揭示濕熱地區(qū)建筑氣候空間系統(tǒng)調(diào)節(jié)氣候的基本原理，重點研究空間系統(tǒng)有效尺度模型，并把研究對象拓展至建筑群體、建筑與建筑外界面氣候空間系統(tǒng)三個層級，試圖建立一套以氣候空間系統(tǒng)為核心的空間設(shè)計協(xié)同策略，主要內(nèi)容包括： ① 濕熱地區(qū)三個層級的氣候空間系統(tǒng)尺度與組合模式調(diào)研及數(shù)據(jù)化研究；②基于熱舒適性評價的濕熱地區(qū)建筑氣候空間系統(tǒng)聯(lián)動作用機制研究；③基于能耗優(yōu)化評估的夏熱冬暖地區(qū)建筑氣候空間系統(tǒng)聯(lián)動作用機制研究；④基于適應(yīng)災(zāi)害氣候條件的氣候空間系統(tǒng)聯(lián)動作用策略研究；⑤氣候空間系統(tǒng)尺度模型的多元應(yīng)用及以氣候空間系統(tǒng)為核心的空間設(shè)計協(xié)同策略研究。 研究以熱舒適性、能耗、災(zāi)害氣候適應(yīng)性等作為評價指標(biāo)，深入研究了氣候空間系統(tǒng)要素間的協(xié)同作用機制，得出對建筑設(shè)計有指導(dǎo)意義的結(jié)論，為建筑設(shè)計實踐提供指引，同時又得到實際實踐的實證反饋優(yōu)化，從而構(gòu)建出一套以氣候空間系統(tǒng)為核心的空間設(shè)計協(xié)同策略。 研究的貢獻在于提出建筑“氣候空間”概念及其系統(tǒng)尺度模型的研究方法，總結(jié)了建筑群體、建筑與建筑外界面氣候空間系統(tǒng)的尺度模型規(guī)律；得到了基于熱舒適性評價與能耗優(yōu)化評估的濕熱地區(qū)建筑氣候空間系統(tǒng)聯(lián)動機制及優(yōu)化策略；此外，課題創(chuàng)新地提出城市設(shè)計方法模式、多目標(biāo)協(xié)同定性定量與正交實驗等研究應(yīng)用方法，既為多因素影響下的氣候空間系統(tǒng)尺度模型的研究與應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，也為類似的研究和應(yīng)用提供借鑒。 2100433B

建筑物震害預(yù)測則是編制城市抗震防災(zāi)規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作。長期以來，城市震害預(yù)測都是以人工調(diào)查建筑物信息為基礎(chǔ)的。這種方法工作量大、效率低、費用高、時效性差，難以滿足現(xiàn)今城市建設(shè)飛速發(fā)展的需要。利用高分辨率遙感圖像本身的紋理、結(jié)構(gòu)等特點和光譜信息獲取城市建筑物信息，并逐步向自動化方向發(fā)展，成為城市信息獲取、更新的重要方式。.本申請項目面向城市建筑物震害預(yù)測工作中的重大需求，在全面分析國內(nèi)外研究進展基礎(chǔ)上，圍繞遙感技術(shù)在海量城市建筑物信息統(tǒng)計中應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問題；采用理論分析與現(xiàn)場調(diào)查檢驗相結(jié)合的研究手段，深入探討多元遙感信息整合的理論；進一步完善建筑物的特征描述庫以及特征參數(shù)的選??；研究大范圍建筑物信息自動化提取方法；實現(xiàn)RS與GIS的集成，并將之應(yīng)用于城市震害預(yù)測中，為提高我國抗震防災(zāi)規(guī)劃的編制效率提供理論支撐。

內(nèi)容簡介

《風(fēng)能太陽能資源研究論文集》共收集50篇文章（未收集以英文發(fā)表的文章），是中國氣象科學(xué)研究院（包括原中央氣象科學(xué)研究所、國家氣象局氣象科學(xué)院）30多年來這方面的研究成果，主要包括：風(fēng)特性分析、風(fēng)能資源計算，中國風(fēng)能資源的分布、區(qū)劃和儲量估算，以及風(fēng)電場選址等方面的研究；太陽能資源計算及中國太陽能資源分布、區(qū)劃和直接輻射、散射輻射的計算及其在全國的分布等。2100433B