随着全球清洁能源转型加速推进，太阳能发电在能源结构中占比持续攀升，对精确的太阳辐射预测提出了更高要求。然而，大气中复杂的气溶胶-云相互作用过程一直是制约太阳能资源评估和预报精度的关键瓶颈。当前WRF-Solar模式已在晴空条件下展现出较高可靠性，但受限于气溶胶–云–辐射相互作用刻画不足，全天全球水平辐照度（GHI）的模拟仍存在显著偏差。特别是在气溶胶浓度较高的区域，模式对云微物理过程的描述误差更为突出，进而放大了地面太阳辐射预报的不确定性。
针对这一问题，研究团队在前期工作中在WRF-Solar模式中耦合气溶胶–云微物理在线反馈机制，并开发了一种基于物理机制的气溶胶湿清除参数化方案，但该改进对云微物理过程的影响机理并未明晰。本研究研究针对2021年3月（包含华北地区两次典型污染事件）中国地区开展试验，系统比较了耦合前后模式对气溶胶-云相互作用的模拟性能。
图 1. 2021年3月4日至31日，全天候条件下月平均全球水平辐照度（GHI）的空间分布，分别由(a) Aero_Aware（原模式）、(b) Aero_Couple（耦合模式）和(c) SSRC（观测）模拟，以及它们之间的差异(d,e,f)。
图2. 2021年3月4日至31日，全天候条件下小时尺度的观测（地面GHI观测）与模拟GHI的概率密度分布，分别在(a) Aero_Aware和(b) Aero_Couple实验中计算。实线黑色线条表示1:1线，虚线黑色线条对应1:2和2:1线。所有夜间值在计算前已被移除。
结果表明：在线耦合方案显著提升了AOD模拟精度，与MODIS卫星观测的相关系数从0.19提高到0.51。同时，通过改进云微物理过程（液滴浓度、云水路径），云光学厚度的模拟更加准确，全天候GHI模拟偏差降低14.5%。尤其在华北等污染高发地区，AOD与GHI的时空一致性显著提升，反映了气溶胶-云-气象相互作用的内部协调性得到增强。
该研究首次量化了气溶胶通过云微物理过程间接调制地表太阳能资源的机制，明确指出气溶胶–云–辐射相互作用是提升太阳能模拟精度的关键突破口。成果不仅为光伏发电功率预测和电网消纳提供了新的科学支撑，也为理解人类活动对区域能量收支的影响提供了重要证据。
上述研究成果近期发表于《Remote Sensing》。论文第一作者为中国科学院大气物理研究所博士后王素，通讯作者为黄刚研究员，合作单位还包括中国科学院空天信息创新研究院和中国气象局气象探测中心。研究得到国家自然科学基金（42305202,42141019,42261144687,42430611）、中国科学院概念验证项目（CAS-GNYZ-2022）等项目的资助。
论文引用
Wang S,Huang G,Dai T,Xia X,Husi L,Ma R,Li C. Online-Coupled Aerosol Effects on Cloud Microphysics and Surface Solar Irradiance in WRF-Solar. Remote Sensing. 2025;17(16):2829. https://doi.org/10.3390/rs17162829
来源：http://iap.cas.cn/gb/xwdt/kyjz/202509/t20250922_7972180.html | 
发表于 2025-9-22 20:12:39
