东北地区风能资源空间分布特征与模拟

利用东北地区104个气象站1991~2010年观测资料和70个测风塔2009年6月~2010年5月测风资料,进行了风能资源空间分布特征分析,并利用中尺度模式WRF进行风能资源空间模拟,以研究观测站点稀少地区的风能资源分布特征。研究结果表明:1东北地区气象站和测风塔揭示的大风区域主要分布在平原和丘陵的高海拔地带。2中尺度模式WRF能够较好地模拟东北区域风速分布的气候特征,模拟结果既反映出平原大面积的大风区域,也可反映出山区因地形起伏造成的风速空间分布差异。3对风能资源参数模拟结果进行海拔高度订正,可以进一步提高模式计算结果的准确性和可靠性。4松嫩平原、辽河平原、三江平原70 m高度年平均风功率密度在300~500 W/m2之间,属于风能资源可利用区或较丰富区;在辽宁省西部、吉林省中部和黑龙江省中部丘陵以及东北地区东南部的呈东北-西南走向的中高山区的70 m年平均风功率密度可达300 W/m2以上,局部地方可达500 W/m2以上,风能资源丰富。     

广东省风能资源分布的数值模拟

以风能资源数值模拟评估系统（WERAS）为基础,对其中的MM5模式模拟方案进行改进（即利用格点分析张弛逼近的方法完成3 h间隔的地面观测资料的四维同化处理,以减小原WERAS系统的模拟误差）,对广东省2009-06-01―2010-05-31的逐时风能资源进行高时空分辨率的数值模拟评估。模拟结果表明：广东省风能资源较丰富的地方主要分布在沿海地区和粤北、粤西海拔较高的山区,70 m高度上年平均风速达到6.0 m/s以上,年平均风功率密度达到300 W/m2以上;冬半年的风能资源优于夏半年;风能主要由出现频率相对较低的大风速过程产生。模拟结果所揭示的广东省风能资源时空分布特征与本地的气候特征和地形地表特征相符合,70 m高度风速模拟误差在10%左右,风功率密度模拟误差在30%左右。     

环青海湖风能资源的评估——以沙珠玉为例

基于2009-06-2010-05环青海湖沙珠玉测风塔的观测资料,计算了风速、平均风功率密度等参数,利用风能评估方法分析了风能参数、风向频率的变化规律及其特征.结果表明:观测年度10～70 m年平均风速和年平均风功率密度分别在4.4～5.7 m/s 138.4～285.1 W/m2间,且随高度的升高而增大.测风塔各高度3～25m/s风速的时数在5 090～6 045 h间,最多风向为偏东南风,次多风向为偏西北风.风能密度主要集中在NNW-NW扇区,累积频率达53%.观测年50 m高度风速距平百分率偏小(-15.17%),长年代校正的年平均风功率密度值为397.2 W/m2,达到了3级(>300 W/m2)并网型风力发电的风电场等级标准,指示这个区域的风能资源比较丰富.     

多源再分析降水数据在拉萨河流域应用对比研究

针对资料稀缺地区水文模拟计算难题,开展多源再分析降水数据在拉萨河流域应用对比研究,本文基于HIMS系统构建了拉萨河流域分布式水文模型,以气象站实测数据为参照,对比分析了中国区域地面降水格点日值数据集和中国区域高时空分辨率地面气象要素驱动数据集两套遥感再分析数据集的气象数据在拉萨河流域的径流模拟效果。结果表明：在日和月时间尺度上,气象站实测降水数据的径流模拟精度最好,驱动集降水数据径流模拟结果要好于网格点降水数据。总体上,基于气象站实测降水数据的径流模拟纳西效率系数为0.86(日过程)和0.93(月过程),相关系数均在0.9以上。基于两类再分析数据的降水径流模拟纳西效率系数均在0.7(日过程)和0.8(月过程)以上,相关系数均在0.9左右。对于资料稀缺地区,多源再分析降水数据是重要的可用数据来源。借助于降水—径流模型,探讨多源再分析降水数据对径流模拟精度的影响,是完善多源再分析降水数据产品质量的一个重要环节。     

气候模式同站点插值外推气象数据的比较

在气象站稀疏的中亚荒漠地区采用基于大气物理机制的区域气候模式,可获得高分辨率格点气象资料进行气候变化研究.针对中亚地区1958-2001年的气候变化,采用RegCM区域气候模式对ERA40和NCEP/NCAR两套气象再分析数据进行动力降尺度至40 km,并将结果同三套基于气象站点插值外推的格点数据(CRU、WM和APHRO)进行比较.所有数据一致表明,1960年代以来新疆地区的气温显著增加,南疆地区降水增加、天山山区降水减少.除APHRO外,数据都表明北疆地区降水呈增加趋势.RegCM模拟的气温和降水数据与站点外推数据空间分布格局基本一致;但RegCM数据年平均气温低于站点外推数据,RegCM数据在新疆山区的年降水量是站点外推数据年降水量的1.3倍.由于研究区内73％的气象站点分布在中山带以下的干热气候区,站点外推数据可能低估山区降水并高估该区域气温.与站点插值外推的格点数据相比,区域气候模式具有能细致描述区域内中小尺度的地形/下垫面特征、更精确反映气象要素空间变异格局的能力.但因为缺乏足够的地面观测以及高精度遥感反演气象数据,当前尚无法全面评估区域气候模式在中亚地区尤其是山区的模拟精度.     

基于MM5模拟试验的新疆风能资源统计订正初探

 应用MM5模式以及1°×1°的NCEP再分析资料,对新疆风能资源“代表年”进行了3 km×3 km分辨率的模拟试验,同时将10 m高度的模拟值与气象站10 m高度的实测值进行了对比。结果表明：(1)模式能较真实反映年、月平均风速大小的空间分布特征,但存在一定的系统性偏差,且偏差的大小具有明显的月际变化特征与地域性变化特征。平均来说,夏半年的偏差幅度小于冬半年,大风区的偏差幅度明显小于非大风区,达坂城-小草湖风区、哈密东南部风区、三塘湖-淖毛湖风区的模拟偏差最小。(2)对各风区逐小时平均风速模拟值进行线性回归订正,虽能有效减小有些风区模拟与实测值间的风速偏差,但对有效风速小时数的订正效果极其有限,订正后的偏差仍具有随机性。（3）以月为单位,通过对逐小时平均风速模拟值立方的回归订正可有效减小年平均风功率密度的模拟误差,同时模式中逐小时的空气密度可直接以观测点的月平均空气密度取而代之。该试验不仅对近期新疆已经完成的风能资源详查与综合评价中有关中尺度模式参数化方案的最优组合选择和水平分辨率的调整具有现实意义,而且也为如何提高风电功率短期预报的精准性提供了研究素材。     

祁连山地区生态环境恶化对环境影响的数值模拟

利用中尺度模式MM5,依据祁连山地区复杂地形下生态环境恶化的事实,设计了一个控制试验和一个敏感性试验,数值模拟结果表明:MM5模式能够较好地模拟祁连山地区的降水;祁连山地区生态环境恶化对周围地区甚至较远地区的降水会产生较大的影响,区域平均降水减少约2％,对本地区的生态环境很不利;模拟区域感热通量增大,潜热通量减小,但是潜热通量变化的绝对值大于感热通量变化的绝对值,因此热通量是减小的;模拟区域气温和地面温度升高,同时土壤温度也升高。     

基于Sentinel-1A数据在广东省近海海面风场反演应用

采用基于风条纹提取风向的方式，利用地球物理模式函数，基于Sentinel-1A数据，通过CMOD5模型反演2017年3、5、7、12月份广东省近海海域风场。将反演结果与实测数据对比，风速普遍比实测风速大，风速反演的平均绝对误差为1.98 m/s，均方根误差为2.74 m/s，相关系数为0.8。其中3、5、7月的风速较为接近，且平均绝对误差和均方根误差都＜2 m/s，而12月份平均风速＞8 m/s，实测数据与卫星过境时间不完全匹配，导致平均绝对误差和均方根误差都偏大。哨兵一（Sentinel-1A）影像反演结果整体上与实测数据相一致，验证了COMD5反演模型适用于广东省近海高分辨率海洋风场反演，可为下一步估算广东省风能资源储量提供可能。     

两种背景场改进方案对新疆“狭管”风区风场预报性能评估

为了客观评价Wind Energy Resource Assessment System /CMA(简称WERAS/CMA)系统(CTL方案)和将其中的客观分析法改成四维同化系统(简称FDDA方案)对既受狭管效应影响、又受湖陆风影响的阿拉山口和达坂城-小草湖风区起伏下垫面中的风能资源数值模拟的优劣,根据2009年7、10月和2010年1、4月 12UTC的NCEP再分析资料以及同期CMACAST下发的WMO各种常规观测资料开展了风场预报效果对比实验。结果表明:(1)对复杂区域而言,两种方案比过去单纯只用中尺度模式进行风场模拟的平均相对误差至少减小10%;(2)总体而言,两种方案对70 m高度处的风速模拟误差要大于30、50、100 m处的误差,在受多种环流尺度影响区域,模式在刻画平均风速/风向频率廓线方面的缺陷均极其相似;(3)在70 m高度上,两种方案5 m·s^-1以内的风速平均相对误差可达60%～130%,>5 m·s^-1的误差可控制在15%以内;对受湖陆风影响区域的模拟误差明显偏大,误差大小与湖陆风效应的季节变化有关; (4)两种方案均能抓住70 m左右高度上不同等级风速段的气候背景,对达坂城风区5～15 m·s^-1风速段的Ts预报评分可达0.6～0.7,对阿拉山口和小草湖风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分分别可达0.6～0.7和0.9左右。然而,对达坂城风区≤5 m·s^-1风速段的Ts预报评分仅0.3～0.4;(5)两种方案对所有风区需采取停机保护措施的、15 m·s^-1以上强风预报的Ts评分仅在0.4～0.6;(6)同一测风塔不同高度上,FDDA方案对风的预报效果不一定总优于CTL方案,但在70 m高度上,FDDA总体略优于CTL;即使同一风区,各个测风塔之间两种方案的预报效果也是因局地多尺度环流影响的不同或因预报的高度不同或预报季节的不同而异,这种预报误差差异的机理还有待探究。     

青藏高原降水的梯度效应及其空间分布模拟

基于对青藏高原水汽来源的分析,结合美国SRTM提供的青藏高原DEM数据,应用G IS技术,对青藏高原降水随海拔变化的空间分布特征进行模拟分析,旨在对青藏高原降水随海拔的变化特征进行深入地认识与研究。把研究区内所属的92个气象站划分为8个降水随海拔变化类型区,分区建立实测雨量与地理因子之间的气候学统计方程,利用青藏高原的DEM数据,以0.05°×0.05°经纬网格为基本计算单元,结合海拔、坡度和坡向,推算模拟青藏高原年降水量的空间分布。模拟结果表明,东亚季风影响区大部分地区降水随海拔上升而增大,印度季风区大部分地区随海拔增高而下降,降水的海拔梯度效应由于地形和水汽来源的影响而颇为复杂。     

Response Differences of MODIS-NDVI and MODIS-EVI to Climate Factors

To evaluate and provide an appropriate theoretical direction for research into climate-vegetation interactions using meteorological station data at different time scales, we examined differences between the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) and Enhanced Vegetation Index (EVI) and their responses to climate factors. We looked for correlations between data extracted from MOD13Q1 remote sensing images and meteorological station data for the two indexes. The results showed that even though NDVI and EVI are derived from the same remote sensing image, their response to climate factors was significantly different. In the same meteorological station, the correlation coefficients for NDVI, EVI and climate factors were different; correlation coefficients between NDVI, EVI and climate factors varied with meteorological station. In addition, there was a lag effect for responses of NDVI to average minimum temperature, average temperature, average vapor pressure, minimum relative humidity, extreme wind speed, maximum wind speed, average wind speed and average station air-pressure. EVI had a lag only for average minimum temperature, average vapor pressure, extreme wind speed, maximum wind speed and average station air-pressure. The lag period was variable, but most were in the -3 period. Different vegetation types had different sensitivities to climate. The correlation between meteorological stations and vegetation requires more attention in future research.     

风速分辨率对土壤风蚀模数计算结果的影响

风是土壤风蚀的驱动力,风力直接影响土壤风蚀的强度。风速是土壤风蚀预报模型的主要输入参数,高时间分辨率和高空间分辨率的风速数据能提高模型模拟效果。为对比风速处理方法及风速数据时空分辨率对模型模拟结果的影响,基于修正风蚀模型（RWEQ）评估该模型对于各输入参数的敏感性,分别选取中国北方农牧交错带内130个气象站（基准气候站和基本气象站）中不同类型及不同数量的气象站数据,利用线性插值法和风蚀预报系统（WEPS）的WINDGEN风速生成法将1日4次风速数据和1日2类风速数据生成24 h风速数据输入模型,结合1日4次风速数据直接输入模型构建了不同气象站数量及不同风速数据类型的6种模拟情景,计算了研究区在不同模拟情景下的潜在风蚀模数。结果表明：RWEQ模型估算的区域潜在风蚀模数会随气象站点的数量和风速时间分辨率的提升而增加;风速数据的线性插值方法在RWEQ模型中应用效果不理想,与WEPS模型的WINDGEN风速生成方法相比,线性插值法使地面2 m处大于临界起沙风速（5 m·s^-1）的风速频率降低,过低估计潜在风蚀模数和区域土壤风蚀状况。     

半干旱荒漠化草原春季边界层特征的一次综合探测

利用“沙尘气溶胶辐射模型及气候环境生态效应研究”项目加强观测期在二连浩特气象站进行的温、风、湿探空观测资料及架设在朱日和气象站的气象激光雷达资料,采用综合评定法分析了内蒙古半干旱荒漠草原地区大气边界层的厚度、结构特征和变化规律,同时利用气象激光雷达回波资料及气溶胶消光系数在垂直高度上的分布特征,确定了朱日和地区边界层的高度及日变化特征。结果显示,用探空资料综合评定得到的二连浩特地区大气边界层总体厚度偏大,边界层最大厚度达到2 300 m,稳定边界层高度在300 m左右;1 000 m附近为风向的转变高度,其下全为偏东风,其上全为偏西风,边界层风速切变较大;午后到夜间,近地层有东风急流出现,急流最强可达12 m·s-1,急流高度在300 m;在600 m高度附近出现逆湿,低层逆湿现象夜间比白天显著。气象激光雷达资料显示,朱日和地区春季晴日混合层最大厚度可达2 400 m,出现在16:00左右。     

莫高窟窟顶风况及输沙势研究

以1998—2001年莫高窟窟顶自动气象观测站记录的风资料为基础,通过对风况的统计和输沙势的计算,从风沙环境特征阐明了研究区主要受西北、东北和偏南三组风向共同作用。三组风况出现频率明显不同,其输沙势有一定差异。研究区风向变率指数较小,风况复杂,属于中风能环境。通过对风况的分析及输沙势的理论计算,以期对莫高窟的风沙危害防治提供科学理论依据。最后通过对莫高窟2001年输沙势（量）的对比计算,指出了现有输沙势公式存在的局限与不足。     

1971-2013年环渤海地区风速的时空特征

基于环渤海地区60个站点1971-2013年日序列最大风速数据,采用线性倾向估计、Mann-kendall检验、反距离加权插值、小波分析等方法,分析了近年来环渤海地区风速的年、季节的变化趋势及其空间分异等特征。结果表明:(1)环渤海地区年均最大风速为6.35 m·s^-1,并以0.423 m·s^-1的年代变化速率呈显著的下降趋势。区内除承德、丰宁和阜新站点呈略微上升趋势,其余站点均呈下降趋势,整体上表现为南部下降幅度高而北部下降幅度低。四季最大风速也均呈显著的下降趋势,冬、春季的最大风速对全年趋势演变贡献率较大。(2)偏北风(尤其是北西北风)和偏南风(尤其是南西南风)是本区的主要风向。春、夏两季以偏南风为主要风向,秋、冬两季则以偏北风为主要风向。(3)环渤海地区最大风速减少的主要原因是各站点日最大风速为5级及以上的发生频率分别以0.912、0.671、0.271、0.076 d·a^-1的速率呈下降趋势;大风频率也以1.019 d.a^-1的速率呈下降趋势。冬半年是本区大风日数相对较多的时段,春季尤甚。(4)本区多数地区属大风较少区和较多区,其中大风较多区的站点最多(31个),而大风频发区的站点最少(仅4个)。位于大风较少区的站点数增长迅速,而大风较多区、多发区和频发区的站点数则均呈现下降趋势。最大风速与大风日数均具有25～30 a的显著振荡周期。     

科尔沁沙地西部横向沙丘间的风况和输沙势

以科尔沁沙地西部一处典型横向沙丘群为研究对象,在沙丘顶部、丘间走廊和迎风坡脚各布设一套自动气象站,对流动性的横向沙丘群内部的风况进行了连续16个月的实地观测。为有效说明沙丘群外围气象站是否能真实反映沙丘群内部实际风况特征,从翁牛特旗国家站获取了同时段风况的小时数据。结果表明：（1）丘间走廊年内主导风向为SW,与迎风坡脚基本一致但频率更高,相对于沙丘顶部（WNW）和翁牛特旗（NW）而言,风向大角度向左偏转;（2）丘间走廊年内平均风速为3.28 m·s^-1,春季平均风速可达4.74 m·s^-1,瞬时风速大于起沙风速;丘间走廊会发生较强烈的风沙活动,这对塑造丘间走廊完整形态、形成稳定的横向沙丘群空间格局具有重要作用;（3）利用日均值计算丘间走廊的输沙势为37.94 VU,低于沙丘顶部94.54%,高于翁牛特旗86.99%,由此可知,沙丘群外围气象台站测得的风况数据不能真实反映沙丘群内部风沙活动的实际情况。为更精确地估算沙丘群内部的真实输沙状况,建议至少在沙丘顶部和丘间走廊各布设一套全自动气象站进行联动观测。本研究对于揭示沙丘群落整体风况变化规律和沙尘灾害防治具有重要的理论和技术支撑价值。     

中国北方典型沙尘天气特征研究

 根据API、风速、风向及相关气象数据初步研究了中国北方两次典型沙尘天气的天气特征。两次沙尘天气过程中极大风速大于7.2 m·s-1的气象站占88%。2005年4月27日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有31个,出现频率最高的风向为西西北,28日达到81个,风向为北风,极大风速高值区由内蒙古中东部向东北方向迅速扩大。2007年3月30日极大风速超过17.2 m·s-1的气象站有57个,31日达到68个,风向均为西西北,极大风速高值区分布较为稳定。受沙尘暴影响的地区API显著升高。2005年4月28日呼和浩特、大同、北京3个城市的API分别为418、500、500。2007年3月31日呼和浩特、赤峰、大同3个城市的API分别为500、500、423。对PM10与气象因子的相关性进行分析得出,沙尘暴期间,大气中可吸入颗粒物的浓度与风速存在显著的正相关关系,风速越高的地区,可吸入颗粒物的浓度越大。     

Dust storms evolution in Taklimakan Desert and its correlation with climatic parameters

Based on the sand dust storms data and climatic data in 12 meteorological stations around sand dust storm originating areas of the Taklimakan Desert, we analyzed the trends of the number of dust storm days from 1960 to 2005 as well as their correlations with temperature, precipitation, wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s. The results show that the frequency of dust storm events in the Taklimakan region decreased with the elapse of time. Except Ruoqiang and Minfeng, in the other 10 meteorological stations, the frequency of dust storm events reduces, and in 4 meteorological stations of Kuqa, Korla, Kalpin and Hotan, the frequency of dust storm events distinctly decreases. The temperature has an increasing trend, while the average wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s have decreasing trends. The correlation analysis between the number of days of dust storms and climatic parameters demonstrates that wind speed and the number of days with mean wind speed ≥ 5 m/s have strong positive correlation with the number of days of dust storms, with the correlations coefficients being 0.743 and 0.720 (p<0.01), respectively, which indicates that strong wind is the direct factor resulting in sand dust storms. Whereas precipitation has significant negative correlation with the number of days of dust storms (p<0.01), and the prior annual precipitation has also negative correlation, which indicates that the prior precipitation restrains the occurrence of sand dust storms, but this restraining action is weaker than the same year’s precipitation. Temperature has negative correlation with the number of dust storm days, with a correlations coefficient of –0.433 (p<0.01), which means that temperature change also has impacts on the occurrence of dust storm events in the Taklimakan region.     

广西跨海大桥桥位区风场特征实测分析

为了全面准确地掌握广西跨海大桥的风环境和风特性参数,2012 年在桥位区设立了一座高度为 55 m 的测风塔,安装了梯度风和超声风观测仪器对其近地风场环境进行了连续 1 a 的现场观测,分析大桥桥位区实测的平均风场特征和湍流脉动风场特征,并推算了桥位区设计风速,结果表明：1）桥位区平均风速垂直变化曲线符合幂指数规律,大风状况时的风切变指数为 0.062,平均风速上半年＞下半年,累年平均和秋、冬、春季主导风向较稳定且均为偏北风;2）在台风“启德”过程观测到的风攻角基本不超过规范用于抗风性能检验规定的±3°范围,脉动风湍流表现为均匀平稳的湍流变化过程,三维方向的湍流强度变化趋势基本一致、湍流积分尺度随时间的变化不大,湍流功率谱在惯性副区内基本符合 Kolmogrove 谱-5/3 律;3）大桥桥面高度处的设计风速 50 a 一遇为 39.7 m/s,100 a 一遇为 42.7 m/s。     

中国南极维多利亚地新站气象特征分析

中国南极新站选择在维多利亚地特拉诺瓦湾难言岛上进行建设,其气象环境状况是开展科学研究的基础工作,也是考察队员生命安全保障的基础资料。因此,通过2013年度难言岛气象站的观测资料,结合附近地区历史气象资料,对该区域气象要素特征进行了分析。结果表明:(1)由于地处罗斯海与东南极冰盖交界处,难言岛年均气压为987.8 h Pa,与中山站非常接近;(2)年均温为-16.1℃,最低气温为-39.3℃,且冬季气温波动较大,标准差可达±6.0℃;(3)年均相对湿度为42.1%,年均比湿为0.6 g·kg-1且冬季比湿极低,空气非常干燥,降水量非常低;(4)盛行风向为WNW,5—7级风出现频率超过50%,但夏季风速明显低于冬季风速,一般不超过8.0 m·s~(-1),有利于中国在夏季开展工程建设和补给;(5)难言岛年总辐射量为3 342.8 MJ·m~(-2),明显低于中山站,但两站反照率非常接近。