中国及世界风资源变化研究进展

20世纪以来.随着能源需求成倍增长,风能资源因其安全、清洁、丰富的特性已成为世界上增长最快的能源方式.有关风能资源可持续利用的近地层风和风能资源变化研究也逐渐开展起来.20世纪观测事实研究表明,①全球高纬度地区风速呈增大趋势,而中低纬度地区风速呈减小趋势变化;②中国近50年来年平均风速呈明显的减小趋势变化;⑨中国区域城市化发展、测站迁址及测风仪器的变更都对中国年平均风速的长期变化产生了一定影响,但都不是近50年来中国年平均风速呈显著减小趋势的主因;大气环流的变化才是造成中国年平均风速呈显著减小趋势的最可能原因.与风和风能资源预估相关的研究表明,21世纪由于人为温室气体排放增加和全球变暖,中国年平均和冬季平均风速和风功率密度将可能减小,夏季平均风速和风功率密度的变化不确定性较大.目前,利用气候模式模拟和预估近地层风速方面的研究才刚刚开始.今后还需要做大量和长时间的研究试验,才能得到更可靠的结论.     

普陀区风能分析

利用沈家门30年风速资料及近几年建设的8个自动气象站风速资料,对普陀区的风能资源特征量进行计算分析.结果表明,普陀区属于风能资源丰富区,具有很高的开发价值.年平均风速3.9～6.7 m/s,风速分布自西向东逐渐增大.风速≥3 m/s的年有效风速时为5 568～7 708 h,风速≥6 m/s的年有效风速时为2 206～4 699 h.平均风能密度最大值达298.5W/m2,最小值为130.4 W/m2.风能随高度而明显增加,而50～70 m这层厚度上风能变化不大.并分析了4个最佳风能区风速和风向频率,可以极大提高风能的利用率.     

海西中部沿海风能资源应用探讨

目前风能利用日益得到重视,本文通过具有海西中部代表性的崇武气候基准站气象观测资料进行计算该地区的风能指标,结果显示:海西中部沿海主导风向为NNE,其次为NE;历年风速呈逐年下降趋势,53年平均风速为6.14m/s,2008年已下降至4.4m/s。从风能的风速指标来看,≥3m/s和≥6m/s的风速分别为7000小时和3000小时以上,属于风能丰富区,而从年平均风速和有效风能密度来看,该地区属于风能可利用区。海西中部沿海地区由于气候变化,风能资源由丰富区逐渐下降为可利用区,但仍适宜开发风力发电。     

廊坊地区极大风速时空变化特征及影响因素分析

以1981—2020年廊坊地区逐日大风气象观测资料为基础，采用阵风系数方法获取1981—2020年极大风速序列，对廊坊地区极大风速变化特征和影响因素进行分析.结果表明：廊坊地区年平均极大风速为21.67 m/s,近40 a,廊坊地区年平均极大风速呈波动下降趋势，年平均极大风速显著减小，廊坊地区月平均极大风速整体呈春季高、冬季和夏季次之、秋季最低的变化特征；从空间分布看，不同重现期的极大风速和近40 a极大风速极值分布均呈南部高、中北部次高、中西部最低的分布特征，但近5 a,极大风速高值则主要出现在廊坊市区、霸州市、香河县等中部地区；廊坊地区极大风速的变化与气温具有负相关关系，气候变暖可以认为是极大风速减小的影响因素.     

基于国家站和平原风电场的风能参数变化分析——以河南省商丘市为例

为了科学准确的应用风能资源,以河南省商丘市为例,基于商丘市8个国家气象站1961—2021年气象资料和民权风电场2018—2020年10～150 m的8个高度层实测数据等资料,利用气候趋势分析、相关分析和风能资源评估等方法,研究商丘市近61年气象要素变化特征以及风能参数变化分析.结果表明：商丘市年平均风速2.4 m/s,季平均风速春季>冬季>夏季>秋季,月平均风速4月最大,9月最小,各站点年平均风速差异不大.商丘市年最多风向以北风和南东南风最多,春季和夏季以南东南风最多,秋季和冬季以北风和东北东风最多,四季均以西风最少,3—7月偏南风最多,8月到翌年2月偏北风最多.平均风速与各气象要素之间呈显著的相关性,民权站与风电场周边4个区域站的平均风速存在显著的正相关关系.民权风电场10～150 m高度平均风速范围1.59～5.51 m/s,平均风功率密度范围9.01～209.96 W/m²,各高度主风向及次风向基本一致,主导风向分布集中.     

近40年藏西北荒漠生态功能区风速时空分布特征分析

利用藏西北羌塘草原荒漠生态功能区所辖7个气象观测站1971～2010年逐日平均风速数据,采用现代统计方法诊断分析.结果:近40年藏西北荒漠生态功能区平均风速呈现逐年减小趋势,其中冬季平均风速减小率最大,减小率为0.5m/s.10a,年平均风速减小率为0.4m/s.10a;冬季平均风速突变发生在1982年,其余各季和年的突变发生在20世纪90年代初期;冬春季及年平均风速具有14年的显著周期.影响藏西北风速减少的原因不仅有人类保护的原因,也有气候变化促使纬向环流加强、径向环流减弱的贡献;藏西北地区冬季和年平均风速具有自主体向东西两边减少的趋势.     

宜昌市近59年来的气候变化趋势分析

利用1951年9月～2010年8月宜昌站逐日气象资料,采用气候趋势系数、5a滑动平均法、累积距平和一元线性回归法对宜昌市近59年来的气候变化趋势特征进行了诊断分析,结果表明：宜昌市的年平均气温呈现上升趋势,年平均最低气温的上升速率高于年平均最高气温的上升速率,导致年平均日较差呈现下降的趋势;在季节变化上,除了夏季,其他季节都呈升高趋势,其中春季的上升趋势最为显著.年降水量呈现略微增加的趋势,冬季增加趋势较为显著.该成果对进一步研究和预测宜昌市的气候变化有着重要意义.     

祁连山西缘戈壁过渡带地表温度对气候变化的响应

采用肃北气象站1973-2010年地表温度和相关的气候要素实测资料,利用小波分析法等统计方法,分析戈壁过渡带地表温度对气候变化的响应特征.结果表明:近年来戈壁过渡带地表温度呈显著上升趋势,其中冬季上升0.85℃/10a,最为突出,春一秋季基本为0.19～0.45℃/10a;年平均地温在1986年前后发生了由冷向暖的突变.利用观测站平均气温、年日照时数、年平均蒸发量资料以及春季平均风速与地表温度建立关系模型,表明拟合所得的地表温度与观测值之间的误差分别在0～1.2,0～1.3,0～1.5,0～2.2的小范围内波动.这说明地表温度对平均气温、年日照时数、年平均蒸发量资料以及春季平均风速都存在响应,其中风速对地表温度的变化具有突出的响应特征,即地表温度与风速之间表现为风速增大地表温度上升,或风速减小地表温度降低的特征.     

1981-2013年内蒙古地区风速的时空变化特征

利用内蒙古地区42个气象观测站1981-2013年共33年逐日地面常规风速资料,采用线性趋势、小波分析和M-K突变检验等统计方法,分析了该地区平均风速的时空变化特征.结果表明:内蒙古地区的平均风速呈西高东低的分布形势,逐月变化呈双峰型,春季风速最大,秋季次之,夏季和冬季风速最小;平均风速呈逐年减小的趋势,减小的速度为0.18m·s-1·(10a)-1,20世纪90年代下降最为明显,近年来下降趋势较缓;风速显著减小的地区主要分布在西部、中部,阴山一带以及东部地区风速呈弱上升趋势;四季变化趋势与年变化一致,其中夏季变化幅度最大,冬季最小.内蒙古地区平均风速在研究时段内存在着准4a、准6a的年际和准14a的年代际周期变化,突变检测表明平均风速在20世纪90年代出现了突变.     

广西风速资源的时空分布特征分析

选取广西1971～2015年91气象站点风速数据,辅以DEM与遥感本底信息数据,运用气候学方法和指数空间推算法,构建广西不同时间尺度的风速资源空间分析模型,模拟广西近地层年均、季度风速,利用交叉验证法进行对比验证,选出较高精度的模拟结果,分析广西风速资源时空分布特征。研究结果表明,基于指数空间推算法的风速空间分析模型,综合考虑海拔高度及下垫面类型等因素的影响,可模拟精度较高的风速资源分布情况。广西近地表风能资源丰富区主要位于钦州市、防城港市、北海市等沿海一带以及由大山脉的主脉与周围大片谷地构成的地形区,且该区域春季风速较高,冬季次之,秋夏季最低。     

The increasing intensity of the strongest tropical cyclones

Atlantic tropical cyclones are getting stronger on average, with a 30-year trend that has been related to an increase in ocean temperatures over the Atlantic Ocean and elsewhere. Over the rest of the tropics, however, possible trends in tropical cyclone intensity are less obvious, owing to the unreliability and incompleteness of the observational record and to a restricted focus, in previous trend analyses, on changes in average intensity. Here we overcome these two limitations by examining trends in the upper quantiles of per-cyclone maximum wind speeds (that is, the maximum intensities that cyclones achieve during their lifetimes), estimated from homogeneous data derived from an archive of satellite records. We find significant upward trends for wind speed quantiles above the 70th percentile, with trends as high as 0.3 +/- 0.09 m s(-1) yr(-1) (s.e.) for the strongest cyclones. We note separate upward trends in the estimated lifetime-maximum wind speeds of the very strongest tropical cyclones (99th percentile) over each ocean basin, with the largest increase at this quantile occurring over the North Atlantic, although not all basins show statistically significant increases. Our results are qualitatively consistent with the hypothesis that as the seas warm, the ocean has more energy to convert to tropical cyclone wind.     

巴基斯坦瓜达尔港风能资源的 历史变化趋势及预测

利用欧洲中期天气预报中心的ERA-Interim海表10 m风场资料,计算巴基斯坦瓜达尔港的风能资源近36年(1979—2014年)期间的历史变化趋势,并利用线性回归和BP神经网络两种方法,对该港的风能资源进行长期年度预测,得到以下结果。1)瓜达尔港夏季的风能资源比冬季丰富,且夏季的稳定性明显好于冬季。2)近36年期间,风能密度、有效风速频率和100 W/m~2以上能级频率分别以-0.78 W/(m~2·a),-0.21%/a和-0.22%/a的速度逐年显著递减,且该趋势主要体现在夏季,冬季无显著变化趋势;风能资源的稳定性(变异系数、月变化指数和季节变化指数)无显著变化趋势。3)从预测值来看,瓜达尔港的风能资源在2015年与多年平均状态持平,2016年则趋于更丰富;2015—2016年,风能资源的稳定性比多年平均状态略差。研究结果可以为"21世纪海上丝绸之路"建设以及中国海域的岛礁和港口建设提供依据和参考。     

江苏环港风电场风能资源特征分析

利用江苏环港风电场一座测风塔2010年12月至2011年11月的逐10 min实时观测数据, 对该地区风能资源特征进行综合分析, 得到该站点10, 50, 70和80 m高度的年平均风速为4.0~6.1 m/s, 年平均风功率密度为80.4~238.4 W/m2, 年有效风功率密度为116.5~262.5 W/m2, 年有效风速小时数为5777~7845 h, 年有效风能密度为679.3~2041.5 (kW?h)/m2。全年主导风向为NNE, N和NE, 三者之和接近全年风向的三成, 主导风向的风能密度接近全年的五成, 风速主要集中在3~8 m/s, 约占全年的80%。 总体来看, 该地区风能资源丰 富, 特别是已建设风机的轮毂高度年有效风功率密度达到250 W/m2以上, 有效风速小时数接近全年的90%, 具有很高的开发利用价值。     

塔里木盆地沙尘天气的气候特征

利用塔里木盆地周边28个气象站1961—2003年逐日地面观测资料,分析了沙尘天气 的空间分布特征和时间演变规律,在构建多元线性回归影响因子模型的基础上,探讨了气温 、地温日较差、气压、平均风速、降水量5个气候因子对沙尘天气的影响程度,建立了沙尘 指数。塔里木盆地沙尘天气有着明显的地域分布特征和季节变化,春季是高发期,沙尘日数 与气候因子季节变化的关系非常密切。沙尘日数年际变化呈明显的减少趋势,具有6～9 a的 振荡周期。3—9月盆地沙尘天气的主要影响因子依次是平均风速、降水量和地温日较差。春 季降水量占主导地位,6—9月平均风速占主导地位。选取各月对沙尘天气影响有意义的气候 因子建立了沙尘指数,它在时间序列上对沙尘天气有很好的反映,可用来做沙尘天气出现日 数的气候预测。     

江西风能资源分析

本文根据江西,常澳辏ǎ保梗担～1980)气象资料,分析了江西风的分布特征和风能资源,分析指出:江西属季变型风向,冬季盛行偏北风;夏季盛行偏南风;年盛行风向为偏北风,因此全省绝大多数城市的工厂和居民区应分别设在东、西两侧,以便减轻和避免城市污染。分析还指出:江西年均风速、风压和有效风能密度,都以鄱阳湖盆地区最大;河各地区次之;丘陵地区最小,所以鄱阳湖沿岸各县,以及庐山、井冈山和南城等是风能资源可开发利用区。     

长江上游时空相关气候要素的区域趋势诊断

构建融合时空相关性的区域Spearman秩次相关检验方法,诊断长江上游CRU数据集中年降水量、年平均气温和年潜在蒸散发量在各子流域的区域变化趋势。结果表明:各气候要素均表现出明显的正向空间(互)相关性,气温和蒸散发还呈现出正向高阶时间(自)相关性,2种因素都会导致区域趋势显著性被高估。若忽略该影响,则判断上游各子流域均发生了显著气候变化。新方法有效削减了时空相关性的影响,发现近百年来上游气候变化趋势尚不显著,降水仅在金沙江区显著增加,在川江流域略有减少,气温和蒸散发在1960年以后才显著上升。研究结果表明考虑时空相关性对减少趋势误判起着重要作用。     

长江流域年降水量的空间特征和演变规律分析

为获取长江流域年降水量的时空变化特征,对长江流域年降水量进行了空间分区和时间演变分析.根据长江流域146个气象站点1960~2005年的逐年降水量资料,采用经验正交函数和旋转经验正交函数对长江流域年降水量的空间变化特征进行分析,并计算了1960~2005年年降水量的线性演变规律,利用奇异谱分析方法来检测区域降水量发生突变的情况.结果表明,长江流域年降水量主要有3种空间分布型、8个降水变化敏感区域.8个敏感区域中,汉江流域、岷江-嘉陵江源区、乌江流域南部年降水量呈减少趋势,其中岷江-嘉陵江源区减少最为显著,年降水量每10年减少27.1 mm;洞庭湖-鄱阳湖地区、鄱阳湖流域南部、太湖流域、金沙江流域中部、云南地区年降水量呈增加趋势,其中金沙江流域中部年降水量显著增加,年降水量每10年增加17.7 mm.存在降水突变的地区有5个,下游的太湖流域发生最早,时间为1977年,上游云南地区最晚,为1998年.长江流域年降水量有比较明显的空间区域特征,各个区域年降水量的时间演变规律也不一致.     

黑河中上游地区最高、最低气温非对称变化的时空特征分析

运用气候倾向率、趋势系数法、复值Morlet小波及Mann-kendall突变检测等方法,对黑河中上游地区1960-2009年最高、最低气温非对称变化的时空特征进行了分析．结果表明,近50a来,年和四季的平均最高、最低气温均呈明显增温趋势,最低气温空间上表现为由西北向东南方向依次递增,最高气温在流域东部和西南部为强增温区．年平均最高气温变化的突变点为1994年,最低气温变化的突变点为1989年．黑河中上游地区最高气温年变化具有明显的14a振荡周期,而最低气温主振荡周期为12a．     

太湖湿地植被时空变化特征及其驱动机制

基于1980—2019年Landsat长时间序列遥感影像，结合近40 a的水文和气象数据，综合最大似然、空间质心模型、小波连续变换等方法，分析了太湖水生植被时空变化特征及水位周期变化的影响．结果表明:1）近40 a来太湖水生植被总面积呈现出先减少、后大幅增加、又小幅减少的趋势，动态相对指标为217.50%．沉水植物在总植被面积中占比最大，并在2014年达到峰值340.59 km2；浮水植物面积波动较明显，波动范围为1.32%~19.74%；2014年挺水植物面积达到最低值，为13.35 km2，面积整体上呈下降趋势．2）1980—2019年，太湖水生植被群落空间分布向湖区西北部偏移，挺水植物、浮水植物、沉水植物空间质心整体向湖区西北方向分别移动11.45、25.19、7.01 km，偏移方向分别为北偏西39.74°、6.32°、69.88°．3）近40 a来太湖年均水位呈上升趋势，水位变化的主周期为28 a，经历2次丰枯转换，今后将逐渐进入丰水期；年降雨量、年均温、年日照时间也发生了一定的波动．4）太湖水位周期变化对于水生植被影响较为明显，沉水植物面积与年均水位有显著的正相关性，气象因子与植被面积变化相关性较弱，但是风向对于水生植被迁移影响较大，除此之外人类活动也是影响太湖水生植被时空分布的重要因素．研究结果可为湖泊湿地生态系统、水生植被时空动态及其驱动机制研究提供一定的理论和方法参考，对于太湖湿地生态恢复提供一定的决策支持．