在"双碳"目标驱动下，中国光伏装机规模持续高速增长，对太阳能预测精度提出迫切需求。作为光伏发电的核心参数，晴空下全球水平辐照度（GHI）的模拟已具备较高可靠性，但受气溶胶-云相互作用（ACI）和湿清除过程不确定性的制约，全天条件下预测精度仍面临重大挑战。团队前期研究发现原有WRF- Chem-Solar模式虽通过Thompson-Eidhammer气溶胶感知微物理方案平衡了计算成本与复杂性，但其与GOCART气溶胶模块未实现全面耦合，且气溶胶湿清除过程依赖固定系数，未能体现化学组分与气象条件的动态耦合。尤其在中国华北等污染高值区，气候态气溶胶排放假设导致气溶胶光学厚度（AOD）模拟偏差高达23%。
图1 设计流程图
针对该问题，本研究在WRF-Solar模式中耦合Thompson-Eidhammer气溶胶感知云微物理方案与GOCART气溶胶模块，构建了在线气溶胶-云-辐射相互作用体系后，开发了更具有物理意义的气溶胶湿清除参数化方案，系统性探究其对GHI模拟性能的改进。
研究通过设计对照实验基于2021年3月中国开展模拟验证。结果表明：在WRF- Chem-Solar中更新湿清除方案后，硫酸盐、有机碳和黑碳在东南沿海地区的湿清除速率分别降低116.67%、37.69%和36.80%，AOD空间表征能力显著提升，全国平均偏差下降20.00%，与MODIS观测的一致性提高10.00%，成功捕捉华北、西北沙尘事件演变过程。同时AOD模拟改进有效修正了GHI高估现象。全国晴空GHI模拟偏差降低36.47%，其中高辐射强度区（>500 W/m²）偏差缩减59.84%。中部、西部和东部地区改善尤为显著，相对偏差降幅分别达104.30%、45.70%和41.42%。全天GHI模拟全国平均偏差降低29.91%，中部（57.48%）、东部（50.62%）和西部（32.40%）成为精度提升核心区域，为光伏发电功率预测提供更可靠支撑。
图2 观测与模拟的我国2021年3月小时尺度GHI的概率密度分布，Aero-Couple 为耦合新的气溶胶湿清除方案版本
该研究量化证实湿清除过程优化对太阳能传输的关键影响，团队指出，气溶胶湿清除与辐射的耦合作用是自然沙尘与人为污染源影响GHI预测精度的核心机制，新方案通过精确描述该过程，将为中国新能源基地规划、电网消纳系统优化提供科学工具。
上述成果近期发表于《Applied Energy》。中国科学院大气物理研究所博士后王素为论文第一作者，黄刚研究员和戴铁研究员为论文通讯作者，合作者还包括中国科学院空天信息创新研究院与中国气象局气象探测中心等单位。该研究得到了中国国家自然科学基金（42305202, 42141019, 42261144687, 42430611）、中国科学院概念验证项目（CAS-GNYZ-2022）、四川省自然科学基金（2024NSFSC0770）等项目的联合资助。
论文引用
Wang S., Huang G.*, et al., 2025. Investigating the role of aerosol wet scavenging on global horizontal irradiance simulation in the WRF-Chem-Solar model. Applied Energy. 15, 396. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2025.126062
来源：http://iap.cas.cn/gb/xwdt/kyjz/202506/t20250611_7801628.html | 
发表于 2025-6-11 17:19:56
