本發明涉及一種大氣能見度和光伏功率預報方法、裝置及存儲介質，屬于光電新能源、新一代信息技術、以及大氣環境領域。

背景技術：

1、氣溶膠的消光特征對于近地面太陽輻射通量，以及進一步的光伏發電功率具有重要影響，而對這些變量的精準預報仍然是氣象和大氣環境數值預報中的難點問題，其預報精度仍然有很大的上升空間和業務需求。

2、顯微鏡觀測研究已經證明，大多數氣溶膠粒子在大氣中以復雜的團簇結構存在。然而，當前大多數數值模式中對于大氣氣溶膠的光學特性模擬主要基于球形粒子假設或簡單的幾何模型，這些方法雖然計算簡便，但忽略了氣溶膠粒子在真實大氣中的復雜形態并沒有充分討論形成這種復雜形態的生長機制，因此其模擬結果的質量濃度與模擬出來的光學特性之間不相匹配，所以經常出現模式對大氣氣溶膠的質量濃度預報結果尚可，但對其相應的大氣光學特性預報結果存在很大誤差的情況。進而會影響對大氣能見度和光伏功率的預報效果。

技術實現思路

1、本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種大氣能見度和光伏功率預報方法、裝置及存儲介質，提高了大氣模式對大氣氣溶膠光學特性的物理仿真度和預報模擬精度，從而顯著改善了中尺度空氣質量模式對于大氣能見度和光伏功率的模擬結果，從而能夠更好地預測光伏電站的可發電功率。

2、為達到上述目的，本發明是采用下述技術方案實現的：

3、第一方面，本發明提供了一種大氣能見度和光伏功率預報方法，包括：

4、基于擴散限制凝聚算法，構建具有分形幾何特征的氣溶膠團簇模型；

5、使用盒計數法計算氣溶膠團簇模型的分形維數；

6、根據分形維數，計算分形幾何特征的氣溶膠團簇模型的光學等效半徑；

7、將光學等效半徑耦合進中尺度空氣質量模式中，計算得到考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數；

8、通過考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數，計算得到大氣能見度和光伏功率預報結果。

9、進一步的，所述基于擴散限制凝聚算法，構建具有分形幾何特征的氣溶膠團簇模型，包括：

10、a)?初始化三維空間，并在中心位置放置初始單體粒子；

11、b)?在初始單體粒子周圍隨機釋放新粒子，使其進行布朗運動；

12、c)?若新粒子運動至與現有團簇相鄰的位置，則粘附形成復合體；

13、d)?重復步驟b）-c），直至團簇粒子數達到預設值，生成非球形分形結構的氣溶膠團簇模型。

14、進一步的，所述使用盒計數法計算氣溶膠團簇模型的分形維數，包括：

15、將氣溶膠團簇模型所在空間進行多次不同空間測度的網格劃分；

16、在每一次劃分中，計數由氣溶膠團簇模型所占據的網格數和總網格數；

17、對多次不同測度下的網格數和總網格數進行對數擬合，擬合得到的斜率即為氣溶膠團簇模型的分形維數。

18、進一步的，所述分形維數的計算公式如下：

19、；

20、其中為覆蓋氣溶膠團簇的網格數，為網格邊長，是所求得的氣溶膠團簇模型的分形維數。

21、進一步的，所述根據分形維數，計算分形幾何特征的氣溶膠團簇模型的光學等效半徑，公式如下：

22、；

23、其中，為球形粒子的光學等效半徑，為分形粒子的光學等效半徑，為分形因子，為單體半徑，是氣溶膠團簇的分形維數；

24、其中，的計算公式如下：

25、；

26、其中，為比值常數，是組成氣溶膠團簇中所包含的單體粒子數目；

27、；

28、其中，為球形團簇模型中的空氣動力學等效半徑，計算公式如下：

29、。

30、進一步的，所述將光學等效半徑耦合進中尺度空氣質量模式中，計算得到考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數，公式如下：

31、；

32、其中,為大氣消光系數，?是與第個粒徑區間相關的氣溶膠數濃度，?是消光效率，為粒徑的尺寸參數，為在大氣模式中，針對氣溶膠不同粒徑的光學特征，對大氣中所有氣溶膠的粒徑所劃的區間數。

33、進一步的，所述通過考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數，計算得到大氣能見度，公式如下：

34、?；

35、其中為大氣能見度，是一個隨大氣條件變化的常數。

36、進一步的，所述光伏功率的計算方法，包括：

37、通過大氣消光系數，計算氣溶膠光學厚度，公式如下：

38、；

39、式中，為大氣層頂高度，為每個大氣層高；

40、通過氣溶膠光學厚度，計算地表短波輻射，公式如下：

41、；

42、其中為地表短波輻射，是太陽常數，是太陽天頂角，為地表反照率；是自然常數；

43、通過地表短波輻射，計算光伏功率，公式如下：

44、；

45、其中為光伏功率，是光伏系統的效率，是光伏組件的面積。

46、第二方面，本發明提供一種大氣能見度和光伏功率預報裝置，包括：

47、模型構建模塊，用于基于擴散限制凝聚算法，構建具有分形幾何特征的氣溶膠團簇模型；

48、第一計算模塊，用于使用盒計數法計算氣溶膠團簇模型的分形維數；

49、第二計算模塊，用于根據分形維數，計算分形幾何特征的氣溶膠團簇模型的光學等效半徑；

50、第三計算模塊，將光學等效半徑耦合進中尺度空氣質量模式中，計算得到考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數；

51、預報模塊，用于通過考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數，計算得到大氣能見度和光伏功率預報結果。

52、第三方面，本發明提供一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該程序被處理器執行時實現前述中任一項所述方法的步驟。

53、與現有技術相比，本發明所達到的有益效果：

54、本發明提供一種大氣能見度和光伏功率預報方法、裝置及存儲介質，在闡明了氣溶膠團簇的生長機制的基礎上，通過引入分形氣溶膠團簇模型，提高了對大氣氣溶膠光學特性的物理仿真度和預報模擬精度，從而顯著改善了中尺度大氣模式對于大氣能見度和光伏發電功率的模擬結果；本方法能夠更好地預測光伏電站的可發電功率；在新能源資源與安全評估、環境管理、氣象預報及區域氣候研究中具有重要的應用價值。

技術特征：

1.一種大氣能見度和光伏功率預報方法，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的大氣能見度和光伏功率預報方法，其特征在于，所述基于擴散限制凝聚算法，構建具有分形幾何特征的氣溶膠團簇模型，包括：

3.根據權利要求1所述的大氣能見度和光伏功率預報方法，其特征在于，所述使用盒計數法計算氣溶膠團簇模型的分形維數，包括：

4.根據權利要求3所述的大氣能見度和光伏功率預報方法，其特征在于，所述分形維數的計算公式如下：

5.根據權利要求4所述的大氣能見度和光伏功率預報方法，其特征在于，所述根據分形維數，計算分形幾何特征的氣溶膠團簇模型的光學等效半徑，公式如下：

6.根據權利要求5所述的大氣能見度和光伏功率預報方法，其特征在于，所述將光學等效半徑耦合進中尺度空氣質量模式中，計算得到考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數，公式如下：

7.根據權利要求6所述的大氣能見度和光伏功率預報方法，其特征在于，所述通過考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數，計算得到大氣能見度，公式如下：

8.根據權利要求7所述的大氣能見度和光伏功率預報方法，其特征在于，所述光伏功率的計算方法，包括：

9.一種大氣能見度和光伏功率預報裝置，其特征在于，包括：

10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于：該程序被處理器執行時實現權利要求1至8中任一項所述方法的步驟。

技術總結
本發明公開了一種大氣能見度和光伏功率預報方法、裝置及存儲介質，屬于光電新能源、新一代信息技術、以及大氣環境領域，方法包括：基于擴散限制凝聚算法，構建具有分形幾何特征的氣溶膠團簇模型；使用盒計數法計算氣溶膠團簇模型的分形維數；根據分形維數，計算分形幾何特征的氣溶膠團簇模型的光學等效半徑；將光學等效半徑耦合進中尺度空氣質量模式中，計算得到考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數；通過考慮了氣溶膠過程的大氣消光系數，計算得到大氣能見度和光伏功率預報結果；本發明提高了大氣模式對大氣氣溶膠光學特性的物理仿真度和預報模擬精度，從而顯著改善了中尺度空氣質量模式對于大氣能見度和光伏功率的模擬結果。

技術研發人員：劉振鑫,張寬,張雯茜,涂墨新,米君睿,馬昕燁
受保護的技術使用者：南京信息工程大學
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28