吉林地区近地层风速WRF模拟敏感性研究

基于气象站观测资料,采用中尺度模式WRF,有效评估了NECP-FNL与ERA-interim两种输入资料和YSU、MYJ、QNSE、MYNN2.5四种边界层参数化方案以及GTOPO和SRTM3两种地形数据对于近地层风速模拟的影响,研究了吉林地区近地层风速WRF模拟的敏感性,以优化模拟配置方案。结果表明,ERA-interim资料、YSU参数化方案对于近地面风速具有更优的模拟效果,SRTM3地形数据对于吉林地区下垫面地形具有更好的描述效果且更优的风速模拟精确度,同时表明该配置方案为吉林地区风能评估的最优WRF模拟方案。     

大气模式物理过程参数化对风电场风速预报的影响

准确预报风电场风电功率对风电稳定发展至关重要,可有效减轻风电对电网的不利影响,提高风电场运行效益,其前提是准确预报风电场风速。以宁夏某风电场为例,基于中尺度大气模式WRF,采用不同物理过程参数化方案设置对提前72h的逐时风速进行预报,并将预报结果与实际风速资料对比,分析了WRF模式不同物理过程参数化方案设置对风速预报结果准确度的影响,并优化了物理过程参数化方案设置。结果表明,行星边界层参数化方案与辐射过程参数化方案设置对风速预报结果准确性影响较大,微物理过程参数化方案与积云对流参数化方案设置对风速预报结果准确性影响较小。     

WRF模式不同参数化方案对石羊河流域降水模拟的影响

为深入研究石羊河流域降水过程,选择适用于该地区的最优参数化方案组合,利用WRF3.9对石羊河流域一次降水过程进行模拟,并基于均方根误差、平均绝对误差、相关系数及降水空间分布对比分析了不同微物理、陆面过程、积云对流、行星边界层方案组合对降水模拟的影响。结果表明,不同物理过程对降水的影响各异,以微物理、陆面过程、积云对流过程最为显著,行星边界层方案的影响相对较小,但不可或缺,MRF边界层方案模拟效果较好。其中微物理、陆面过程、行星边界层、积云对流参数化方案组合为(WSM5、Noah、MRF、Grell-Devenyi)时能为石羊河流域降水模拟提供较优结果。     

台风过境风电场的CFD数值模拟方法研究

以台风烟花过境沿海陆上风电场期间,风电场内特别是风电机组位置的风速、风向和湍流强度的微尺度分布及其随时间的变化为研究对象,基于中尺度WRF模式的模拟结果建立CFD计算域的边界条件,建立台风大气边界层风速、风向廓线参数化模型,以及考虑中尺度热带气旋和台风边界层内卷效应的风场CFD计算模型。算例结果表明,所建立的台风大气边界层风场CFD计算模型可反映台风大气涡旋在风电场微尺度范围的流动特性,风电机组轮毂点的计算风速和实测的机舱风速符合较好,表明所研究的方法可进一步应用于台风影响地区风电场内风电机组台风风险的精细化评估,开展考虑台风风险的微观选址优化等。     

不同物理参数化方案对黄河源区降雨模拟的适用性研究

为分析不同物理参数化方案在模拟黄河源区降水时的适用性,采用中尺度WRF模式中常用的5种微物理方案和3种积云对流方案进行组合,模拟黄河源区的一次降水过程,利用直方图曼哈顿距离相似度对模拟结果和实况降水空间分布进行对比,并分析各方案组合模拟的降水中心(河南站)逐小时降水分布和24h累积降水量,以得到WRF模式模拟黄河源区降水的最优方案配置,提高模拟精度。结果表明,WRF模式的各方案基本可以再现降水强度、中心和范围,基于Morrison方案的组合对降水的还原能力较好;就降水中心的降水时间序列和24h累积降水量来看,基于Morrison方案的组合与实际降水的一致性较好;Morrison微物理方案和Grell 3积云对流方案组合的模拟结果与实际降水的空间分布相似度最高,表明该方案组合是WRF模式模拟黄河源区降水过程的最优模拟方案。研究成果对于提高黄河源区降水模拟的精度有重要意义。     

不同初始场对WRF模式风场模拟效果的影响分析

利用不同初始场资料驱动WRF模式,对香港地区夏季一个月风场进行高分辨率数值模拟试验,选用15个地面自动气象站测风数据及1个探空站垂直风廓线实测资料与模拟结果进行比较分析。结果表明,3种初始场方案均能较好模拟风场变化及分布特点,不同初始场资料会在一定程度上影响风场模拟结果;JRA-55方案高估风速现象较为明显,风向日变化模拟误差相对较大;NCEP FNL与ERA-Interim方案模拟近地面风场精度相当,且优于JRA-55方案。3种方案模拟的垂直风廓线均存在近地层风速增幅过快、最大风速出现高度与实际不符等问题,此外,NCEP FNL与ERA-Interim方案能够准确反映近地层风向廓线的变化趋势,而JRA-55方案模拟效果与实际相差较大。     

区域气候模式RegCM3在海河流域的应用

利用区域气候模式RegCM3,模拟和对比分析了不同分辨率、不同积云对流参数化方案下海河流域1998年夏季气象要素场.结果表明采用20 km水平分辨率模拟的降水分布精度比50 km显著提高;Anthes-Kuo方案较Grell_FC80方案更好.20 km水平分辨率的Anthes-Kuo方案模拟的雨区分布、降雨强度和雨带走向与实况拟舍较好;该组合方案下的温度场、站点插值结果分析表明,RegCM3对温度随地形的空间分布及其变化趋势刻画较好,该参数组合方案可为海河流域气候变化模拟提供参考.     

三种地形数据下WRF模式风场模拟对比试验研究

为提高近地面风场模拟精度,将SRTM3和ASTER高精度地形数据引入WRF中尺度模式中,并结合模式原有地形数据GTOPO30,对香港地区2013年11月风场进行模拟,同时选取模拟区域内29个地面气象监测站实测数据对不同地形数据下的10m高处风速模拟结果进行检验。结果表明,WRF模式能够较好地模拟近地面风场的日变化趋势,尤其在海拔较高的区域,模拟结果与实际情况非常吻合;相比于GTOPO30,SRTM3和ASTER数据能够更加准确描述研究区域的地形特征,两者对原地形高程的修正幅度均比较有限,用于近地面风速模拟时均能小幅改善模拟效果。     

基于WRF模式与相似Kalman滤波法订正后的风速预报效果分析

为提高张家山风电场风速预报质量,比较了张家山测风塔处的实测风速WRF模式预报的风速的误差,再利用相似Kalman滤波方法订正预报的风速,以减小WRF模式预报风场的系统误差和随机误差。结果表明,WRF模式对敏感区的风速预报能力最好,对小风区的预报效果较差,对冬季的预报效果略好于春秋季;再使用相似Kalman滤波方法对模拟风速进行误差订正后,所有时刻的预报能力得到提高,平均偏差、均方根误差变小,从而提高了风速预报的准确率。     

WRF模式云微物理过程对三峡库区降水模拟的影响

以三峡库区为研究区,针对库区发生的一次典型降水过程,对中尺度天气模式WRF在五种不同云微物理过程参数化方案下的三峡库区降水模拟进行分析,并运用同期降水资料评估不同云微物理方案对三峡库区降水的模拟效果,以优选数值天气模式中的云微物理方案。结果表明,WRF模式下不同云微物理方案模拟的降水差异较明显,WSM3类简单冰方案和Ferrier(new Eta)微物理方案在面平均降水量、降水分布等指标上能更好地反映实况,而WSM5类方案的模拟结果与实测值差异较大,选择合适的云微物理过程参数化方案对WRF模式能提供较好的降水模拟结果。     

基于WRF模拟和注意力机制的短期风速预测

提出一种结合中尺度数值天气预报（WRF）模式和注意力机制（AM）的短期风速预测模型。首先，利用WRF模式模拟多维数据，包括风速、风向、温度和湿度，作为后续算法的输入变量。其次，利用变分模态分解将WRF风速误差及其他相关气象因素分解成不同频率的子模态分量，降低原始数据的复杂性和非平稳特征。随后，使用自适应网格搜索算法对添加注意力机制的双向门限循环单元进行模型结构参数优化。最后，基于所提模型预测误差修正WRF风速。通过算例分析，所提模型在单步和多步预测中精度均优于对比模型，证明了模型的优越性。     

夏季巴丹吉林沙漠辐射特征的模拟研究

利用WRF(The Advanced Research Weather Research and Forecasting)模式3.3版本,检验其对巴丹吉林沙漠地区辐射特征的模拟能力,并通过模拟结果选取适于沙漠下垫面辐射特征模拟的最优参数化方案组合。通过连续9d(2009年8月11~19日)不同天气条件下的数值模拟,分别选取4种向下短波、4种向下长波辐射辐射方案及4种陆面过程方案,认为WRF模式能较好地模拟出该地区不同天气条件下(晴天、多云和阴雨)辐射日变化的特征,其中RRTMG向下短波和向下长波辐射方案较其他辐射方案略有优势,其模拟的向下短波辐射通量和向下长波辐射通量的总均方根误差最小,分别为103.9和25.9W/m2;陆面过程方案中,RUC方案较有优势,模拟的向上长波和向上短波辐射通量的总均方根误差最小,分别为26.9和25.2W/m2;阴雨天气条件下,辐射方案的调用间隔时间对辐射通量的模拟较敏感,调用间隔时间的缩短能明显改进辐射通量由晴转阴过程的模拟。     

不同温度层结下风力机对大气边界层的影响

风电场的数量和规模对大气边界层的气象特性具有不可忽略的影响,作为重要的气象参数,温度层结是影响大气流动及污染物扩散的重要因素之一。文章通过建立风力机及周围流场模型,采用非稳态大涡模拟方法结合大气湍流理论,引入UDF函数对Fluent软件进行了二次开发,加载大气边界层风速廓线,对风力机在不同温度层结条件下对底层边界层区域特性进行对比。研究发现,在不同层结下温度的变化不同:风力机运行在稳定层结时,风力机近尾流区域的温度较周围区域有所升高,在50 m高度处温差达到最大,数值为0.465K;而不稳定层结的情况却是相反,在风力机近尾流区域的温度较周围的区域有所降低,但整体温度变化没有稳定层结时明显,最大温差为0.281 K。     

WRF模式三种降尺度方案在风功率预报业务中的效果对比分析

针对风功率实际预报业务中的空间分辨率需求,以WRF数值模式为基础,分别采用直接插值、WRF模式嵌套和WRF＋CALMET三种降尺度方案,得到目标站点数值预报产品,并将70 m高度风速、风向、温度与测风观测塔观测结果进行了对比统计。最后得出结论：三种方案得到的风速预报与实际观测值相关性相差不大,其中WRF嵌套方案最好,而CALMET方案相关性最差,但是CALMET方案的系统偏差最小;三种方案得到的风向预报与观测有一定误差,但三者相差不明显;三种方案的温度预报效果均很好;在实际功率预报业务中,仅使用WRF嵌套方案或WRF粗网格插值法即可。     

基于大涡模拟与中尺度数值天气模式的精细化风场模拟

[目的]结合中尺度模型与大涡模拟模型,考虑大气边界层变化,开展了亚公里级的项目机组排布的数值模拟,给海上风机项目在选址排布阶段提供发电效能高的排布方案。[方法]将中尺度数值天气模拟结果转换为大涡模拟模型输入的边界条件,并在大涡模拟模型中引入实际风电场运行的模型参数,进行考虑实际大气边界层变化下的风电场空间的环境风场数值模拟试验,基于风电场收集的观测数据,对本风场精细化模拟方案的结果进行评估。[结果]模拟结果表明：将中尺度天气模型的模拟结果转换为大涡模拟模型能读取的动态驱动并基于该模型对风电场所处的风场进行模拟,其模拟结果能再现在实际风电场中,外部风场流经风电场后,外部风场的变化和在风电机群内所产生的尾流及其对于风电场内部风场的影响,且在风机轮毂处的风速模拟值的均方根误差为1.54 m/s。[结论]该考虑中尺度气象要素变化和风电场对环境风场影响的风场精细化模拟方案可为实际项目设计阶段提供相应的指导。     

基于NCEP GFS与JMA GSM预报场的WRF模式风速预测效果对比

基于NCEP GFS、JMA GSM两种预报场资料,设计了4组模拟试验,分别采用WRF3.4/3.4.1模式预测了2014年5月23～26日、9月22～25日两个时段（再细分为6个子时段）香港地区近地层10 m高处的风速,并选用15个地面自动气象站及1个探空站垂直风廓线实测数据对预测结果进行检验。结果表明,在稳定天气条件下,NCEP、JMA预报场均能较好地反映近地面风速的日变化过程,所预测的10 m高处风速的RRMSE值相差不大,NCEP预报场预报的风速变化趋势相对较准;近地层垂直风速廓线模拟中NCEP预报场优于JMA预报场,JMA预报场模拟风速廓线走势存在失真现象;更新YSU模式能小幅改善夜间地表风速模拟效果,但对风速廓线走势影响不大。     

不同特征向量下基于SVM的短期风速预测

选取广东省某风电场的测风数据,运用支持向量机(SVM)的方法对其进行短期风速预测。为提高预测的精度,通过LIBSVM回归机的交叉验证函数确定最优参数,建立4种不同输入特征向量组合(风速序列、风速和风向、风速和气压、风速风向和气压)的模型,分别预测该风场的短期风速,并对4种模型的预测误差进行分析和比较。实验结果表明:气压不宜作为输入特征向量;选用风速和风向作为输入特征向量的模型,预测效果最理想,其平均绝对百分比误差为12.8%。     

青藏高原有效辐射参数化

利用1982年8月~1983年7月青藏高原地面辐射平衡资料及五道梁能量平衡观测站的辐射观测资料,将水汽压、云量及气压作为独立的影响因子,同时引入了气温、地面温度、水汽压、云量、气压的平均量,给出了青藏高原地区地面有效辐射的参数化形式,与其它的参数化方案作了对比,该文的参数化方案计算误差小,计算结果较好。     

基于WRF模式的好溪流域致洪暴雨千米尺度预报研究

鉴于好溪流域内多山地和丘陵,梅汛期和台汛期常突发强暴雨,致使其千米尺度下的数值预报难度较大的问题,选取好溪流域2015～2020年的10场致洪暴雨事件,利用中尺度数值天气预报模式WRF和GFS预报数据进行6、30、54 h的回顾性预报,并测试了5种云微物理参数化方案的敏感性。结果表明,在千米尺度下,WRF模式模拟的降雨量偏小,对山区的预报效果优于河谷地区;Lin方案的整体预报效果最佳,而WSM3方案最差;选取的10场极端降水事件受到台风和西南低空急流等异常天气的影响,Lin方案和WSM5方案适用性较好;WRF模式对暴雨的预报效果优于大暴雨。研究结果对于提高山区小流域致洪降雨的模拟和预报精度具有借鉴意义。     

黑龙江地区风速与风电出力的特征分析与概率分布最优建模

基于黑龙江地区不同区域风电场的大量实测数据,对该地区的风速与风电出力特性进行全面分析,并引入威布尔分布、伽马分布、正态分布和对数正态分布4种概率模型,采用极大似然估计法估算各模型参数,对4处不同地区风电场的风速与风电出力进行模拟并比较,确定不同地理位置风电场的最佳拟合概率分布模型。研究表明黑龙江地区的风速具有明显的季节性、时域性和地域性,各场点风电出力具有一定相关性,其自身的随机波动性受时域和地域的影响。