建筑物尺度的高分辨率太陽(yáng)能資源潛力模型研究結(jié)題摘要

在城市環(huán)境下，相比于區(qū)域尺度的太陽(yáng)能資源估算，具體評(píng)價(jià)建筑物可獲得的太陽(yáng)能資源潛力更具有實(shí)際價(jià)值。本研究利用國(guó)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(shí)間分辨率的太陽(yáng)射輻射參數(shù)反演模型，并以新疆地區(qū)為實(shí)例，研究太陽(yáng)輻射能的時(shí)空分布規(guī)律。在此基礎(chǔ)上，利用LIDAR、高分遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行城市建筑與高大樹木的三維建模，進(jìn)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(shí)空變化，再以利用衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)估算的地面逐時(shí)太陽(yáng)輻射參量為輸入，動(dòng)態(tài)計(jì)算和評(píng)價(jià)每小時(shí)建筑物墻面和頂面所能接受到的太陽(yáng)輻射潛能。該項(xiàng)目完成了以下主要研究?jī)?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(shí)的太陽(yáng)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(yáng)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(qiáng)了新疆太陽(yáng)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(yáng)輻射潛能的估算模型，實(shí)現(xiàn)了逐時(shí)的各墻面接收到的太陽(yáng)輻射能潛能估算與評(píng)價(jià)以及結(jié)果的三維可視化；利用LIDAR數(shù)據(jù)對(duì)城市建筑和高大樹木進(jìn)行三維建模并用于提高建筑尺度的太陽(yáng)輻射潛能的評(píng)價(jià)精度； （3）利用所建立的模型和技術(shù)流程，對(duì)新疆地區(qū)太陽(yáng)直射輻射分布進(jìn)行了反演與分析，并以喀什等5個(gè)氣象站點(diǎn)為代表進(jìn)行了太陽(yáng)直射輻射能的對(duì)比分析； （4）基于OPENGL和Windows C#環(huán)境開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的太陽(yáng)能估算的相關(guān)軟件系統(tǒng)(SEPMAS)，實(shí)現(xiàn)了城市建筑物尺度太陽(yáng)輻射潛能評(píng)價(jià)的自動(dòng)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(yáng)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(yáng)直射輻射結(jié)果，所建立的城市三維模擬系統(tǒng)和對(duì)建筑、樹木的陰影遮擋模擬模型能夠提供逐時(shí)的建筑物的頂和墻面的太陽(yáng)輻射變化模擬，可為太陽(yáng)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(qiáng)太陽(yáng)能的利用效率。

探索運(yùn)用新型對(duì)地觀測(cè)（EO）傳感器數(shù)據(jù)建立高分辨率太陽(yáng)能資源遙感反演模型，研究區(qū)域太陽(yáng)能資源時(shí)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(shí)間分辨率的太陽(yáng)能資源分配模型，估算城市在當(dāng)前太陽(yáng)輻射條件、大氣狀況、空間遮擋關(guān)系下建筑物尺度的實(shí)際太陽(yáng)能潛力。研究?jī)?nèi)容包括：（1）運(yùn)用高時(shí)間分辨率的氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演下行太陽(yáng)輻射關(guān)鍵參量，研究區(qū)域太陽(yáng)能潛力分布及其時(shí)空特征；（2）運(yùn)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(yáng)能分配模型，在高時(shí)間與空間分辨率框架下評(píng)價(jià)建筑物（簇）的太陽(yáng)能資源潛力狀況；（3）選擇我國(guó)太陽(yáng)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(shí)用性，為能源緊張的大城市帶進(jìn)行高分辨率準(zhǔn)實(shí)時(shí)太陽(yáng)能潛力數(shù)據(jù)的獲取與評(píng)價(jià)提供技術(shù)示范，縮小我國(guó)在再生能源評(píng)價(jià)方面的差距。

本課題源于當(dāng)前建筑行業(yè)對(duì)于節(jié)能減排的緊迫需要，立足于我國(guó)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(jià)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(yàn)其氣候適應(yīng)價(jià)值，根據(jù)實(shí)測(cè)及模擬分析結(jié)果，對(duì)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(diǎn)研究空間系統(tǒng)有效尺度模型，并把研究對(duì)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(gè)層級(jí)，試圖建立一套以氣候空間系統(tǒng)為核心的空間設(shè)計(jì)協(xié)同策略，主要內(nèi)容包括： ① 濕熱地區(qū)三個(gè)層級(jí)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(píng)價(jià)的濕熱地區(qū)建筑氣候空間系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)作用機(jī)制研究；③基于能耗優(yōu)化評(píng)估的夏熱冬暖地區(qū)建筑氣候空間系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)作用機(jī)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(dòng)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(jì)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(píng)價(jià)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(jī)制，得出對(duì)建筑設(shè)計(jì)有指導(dǎo)意義的結(jié)論，為建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐提供指引，同時(shí)又得到實(shí)際實(shí)踐的實(shí)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(jì)協(xié)同策略。 研究的貢獻(xiàn)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(píng)價(jià)與能耗優(yōu)化評(píng)估的濕熱地區(qū)建筑氣候空間系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)機(jī)制及優(yōu)化策略；此外，課題創(chuàng)新地提出城市設(shè)計(jì)方法模式、多目標(biāo)協(xié)同定性定量與正交實(shí)驗(yàn)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(cè)則是編制城市抗震防災(zāi)規(guī)劃的基礎(chǔ)性工作。長(zhǎng)期以來(lái)，城市震害預(yù)測(cè)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(fèi)用高、時(shí)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(diǎn)和光譜信息獲取城市建筑物信息，并逐步向自動(dòng)化方向發(fā)展，成為城市信息獲取、更新的重要方式。.本申請(qǐng)項(xiàng)目面向城市建筑物震害預(yù)測(cè)工作中的重大需求，在全面分析國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)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(jì)中應(yīng)用的關(guān)鍵科學(xué)問題；采用理論分析與現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查檢驗(yàn)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(jìn)一步完善建筑物的特征描述庫(kù)以及特征參數(shù)的選取；研究大范圍建筑物信息自動(dòng)化提取方法；實(shí)現(xiàn)RS與GIS的集成，并將之應(yīng)用于城市震害預(yù)測(cè)中，為提高我國(guó)抗震防災(zāi)規(guī)劃的編制效率提供理論支撐。

內(nèi)容簡(jiǎn)介

《風(fēng)能太陽(yáng)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(guó)氣象科學(xué)研究院（包括原中央氣象科學(xué)研究所、國(guó)家氣象局氣象科學(xué)院）30多年來(lái)這方面的研究成果，主要包括：風(fēng)特性分析、風(fēng)能資源計(jì)算，中國(guó)風(fēng)能資源的分布、區(qū)劃和儲(chǔ)量估算，以及風(fēng)電場(chǎng)選址等方面的研究；太陽(yáng)能資源計(jì)算及中國(guó)太陽(yáng)能資源分布、區(qū)劃和直接輻射、散射輻射的計(jì)算及其在全國(guó)的分布等。2100433B