风能模拟系统WEST在中国风能数值模拟中的应用

利用加拿大风能资源数值模拟系统(WEST)进行中国风能资源的模拟,得到了水平分辨率5km、低空垂直分辨率10 m的中国风能分布图谱。将模拟结果与气象台站观测资料进行了对比分析,结果表明,WEST在中国中东部海拔较低地区的模拟能力较好,平均相对误差<20%,但对于中国西部高原的模拟结果不理想,相对误差达到了60%以上,说明WEST系统对中国西部高原的模拟能力还需提高。应从其大尺度气候背景场分类和中尺度模型大气边界层物理过程参数化方面进行本地化改进,使之能更好地应用于中国风能资源评估工作。     

青海高原北部风能资源的高分辨率数值模拟初探

利用风能资源数值模拟评估系统(WERAS),对青海高原北部复杂地形条件下的风能资源状况进行了高分辨率的数值模拟试验,通过模拟结果与同时段测风塔观测数据的对比分析发现:MM5/CALMETM的1km分辨率模拟可以较准确的得到高原北部年平均风速的量值(平均相对误差<20%),能大致模拟出高原风速分布趋势以及年主导风向,但是风功率密度结果与实际吻合度较低(平均相对误差>35%)。模拟结果表明,环青海湖地区、三江源北部及祁连山周边地区70m高度年平均风速均大于8.0m.s-1,年平均风功率密度均在400W/m2以上,风能资源丰富,可以考虑在上述地区开展加密观测,为青海高原大范围开展风能资源评估和风电场选址提供参考依据。     

湖北省风能资源分布的数值模拟

利用中尺度气象模式WRF,对湖北省的风能资源状况做高空间分辨率的数值模拟试验,结果表明,模式模拟结果基本能够反映风能资源的分布情况。模拟发现,鄂东北地区大别山沿线、鄂州的梁子湖和江汉平原的洪湖等特殊地貌地区的年平均风速相对较大,可以考虑在上述地区寻找风能资源较丰富的观测点开展加密观测,为湖北省大范围开展风能资源评估和风电场选址提供参考依据。模式模拟的风的季节性变化结果与实际吻合度较高,但具体到地理分布吻合程度偏低,需要进一步优化模式并收集更多的个例进行模拟试验。     

酒泉风电基地高分辨率风能资源的数值模拟

利用酒泉地区气象观测资料和NCAR/NCEP再分析资料, 结合中尺度WRF模式, 研究了酒泉千万千瓦级风电基地（39.5°～41.5°N, 94.5°~97.5°E）的高分辨率（3 km×3 km）风能资源。结果表明： 在模拟区域内主要有3个风速和风功率密度大值中心; 该区域大部分地区冬季风速和风能密度最大, 夏季较小\.经比较, 模拟的风能密度与实际观测结果较为一致。     

高分辨率合成孔径雷达卫星反演风场资料在中国近海风能资源评估中的应用研究

由于海上测风非常昂贵,实地测风资料严重不足,而卫星反演海面风场资料可以有效地弥补这一缺陷,对近海风能资源评估具有至关重要的意义。近年来,欧洲太空局2002年3月发射的Envisat卫星搭载合成孔径雷达（SAR）图像产品在欧洲近海风能资源评估中得到了广泛应用。文中探讨了空间分辨率约1 km×1 km的SAR卫星反演海面风场资料应用于杭州湾近海风能资源评估的技术方法,通过杭州湾海域的实测风速与SAR卫星反演海面风速数据的对比分析发现：（1）14个实测站点中13个站的相对误差小于20%,其中7个站的相对误差小于10%,平均标准差为2.29 m/s;（2）以SAR卫星反演风速数据为基础计算的风能参数（形状参数和尺度参数）与实测数据计算结果的一致性较高;（3）将该数据同化进入WRF数值模式中,与控制试验相比,大部分检验站点的风速相关系数明显提高,标准差和相对误差也得到改善。SAR卫星反演风场资料可用于中国的近海风能资源评估。     

高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探

针对现有气象测站分布数量有限, 尤其是沿江沿海地带测站稀少的现状, 对数值模式在风能资源评估中的应用进行了尝试。首先利用TAPM数值模式对上海地区的风场作了数值模拟计算; 然后利用同步的气象站观测资料对风速模拟结果进行统计释用订正处理, 提高了模式计算结果的准确性和可靠性; 最后得到了分辨率为3 km的上海全年平均风速和风功率密度分布信息。这些结果为上海地区风能资源分析评估及风电场规划选址工作提供了科学依据, 同时也说明将统计释用的数值模拟结果应用到风能资源评估工作中是可行的。     

风能资源数值模拟系统WEST在新疆地区的应用

利用加拿大风能资源数值模拟系统WEST进行新疆风能资源的模拟,得到了水平分辨率5km、低空垂直分辨率10m的新疆风能分布图谱,并将模拟结果与气象台站观测资料进行了对比分析,说明了WEST对于新疆大部分地区的模拟能力较好,但对新疆南部盆地高原边缘地区的模拟能力还需提高。应从其大尺度气候背景场分类和中尺度模型大气边界层物理过程参数化方面进行本地化改进,使之能更好的应用于中国风能资源评估工作。     

桦南地区风能资源数值模拟误差分析

本文使用中尺度数值模型MM5结合微尺度模型CALMET对黑龙江省桦南地区2009年6月-2010年5月进行风能资源数值模拟,并与测风塔实测风速进行误差对比分析。结果表明各高度模拟风速与实测风相关系数在0.47-0.64,除10 m高度外,年平均风速模拟值都略大于实测值,>10 m/s区间与实测风速频率基本相当,高度越高与实测风速越接近。风向模拟随高度增加趋于稳定,主导风向与实测风向也越接近,70 m高度主导风向与实测风主导风向相一致。模型对风能频率的模拟效果优于对风速频率与风向频率的模拟。     

洪泽湖区风能资源的数值模拟与应用

利用WRF模式对洪泽湖地区风能资源状况进行数值模拟, 模拟结果风速季节变化的规律是春季最大, 夏季最小;沿湖风速大于陆地, 湖岸带附近风速梯度变化十分明显。风速垂直变化的规律是洪泽湖地区风速随着高度增加而有所增大, 当增加到一定高度时, 风速增幅减弱。并将模拟结果与实测数据进行对比分析, 证明模拟结果是可信的。模拟值在一定程度上可以表现出洪泽湖风能资源的特性, 模拟风速的日变化趋势与实测风速日变化趋势一致, 较好地体现了该时段内风速变化规律, 为洪泽湖地区风能资源开发利用提供科学依据。     

洪泽湖区风能资源的数值模拟与应用

利用WRF模式对洪泽湖地区风能资源状况进行数值模拟,模拟结果风速季节变化的规律是春季最大,夏季最小;沿湖风速大于陆地,湖岸带附近风速梯度变化十分明显.风速垂直变化的规律是洪泽湖地区风速随着高度增加而有所增大,当增加到一定高度时,风速增幅减弱.并将模拟结果与实测数据进行对比分析,证明模拟结果是可信的.模拟值在一定程度上可...     

HIGH-RESOLUTION NUMERICAL SIMULATION OF WIND ENERGY RESOURCE IN HAINAN PROVINCE AND ITS OFFSHORE WATERS

With high resolution (1 km), the distribution of wind energy resources in Hainan province and over its offshore waters is numerically simulated by using the Wind Energy Simulation Toolkit (WEST) model developed by Meteorological Research Branch of Environment Canada. Compared with observations from eight coastal anemometric towers and 18 existing stations in the province, the simulations show good reproduction of the real distribution of wind resources in Hainan and over its offshore waters, with the relative error of annual mean wind speed being no more than 9% at the 70-m level. Moreover, based on the simulated results of WEST grids that are closest to where the eight wind towers are located, the annual mean wind speeds are further estimated by using the Danish software WasP (Wind Atlas Analysis and Application Program). The estimated results are then compared with the observations from the towers. It shows that the relative error is also less than 9%. Therefore, WEST and WEST+WAsP will be useful tools for the assessment of wind energy resources in high resolution and selection of wind farm sites in Hainan province and over its offshore waters.     

台风影响上下海近海风场特性的数值模拟分析

选择近年来影响上海最严重的不同路径台风个例,首先利用TAPM数值模式对出现最大风速过程期间,海岸线的风速变化作了数值模拟计算,然后与海岸测风梯度塔的同步观测数据进行对比,在验证了模式计算结果的准确性和可靠性基础上,对台风影响下上海近海区域最大风速的分布特征、不同高度风速变化规律进行分析评估.同时采用海上测风平台的观测数据,对近海海面上的湍流强度作了计算.结果表明:当台风影响上海地区时,上海近海海上的最大风速有较明显的梯度变化;海面上风速随高度变化远比陆上小,各高度层风速如用指数律公式计算,幂指数可取O.09-0.10;海面上的湍流强度亦较小,基本上在0.10以下范围内波动.     

广东省风能资源的计算及分析

本文利用广东省气象台站的风速自记资料,计算风能资源,并分析风能资源的分布特点及规律,得到的结果是沿海岛屿风能丰富,内地风能贫乏,冬半年风能条件比夏半年好。按全省风能蕴藏量可划为三大区:沿海岛屿为风能丰富区,沿岸为风能可利用区,大陆内地和海南岛五指山区为风能贫乏区。      

山谷地形对盛行气流影响的数值模拟

本文考虑的地形为理想的南北向长谷。建立了地形坐标下的二维非静力模式，详细研究了谷地中的风速和风向随盛行气流和谷轴的交角β、谷地的宽度、谷地的深度、谷地的相对深度以及温度层结的变化规律。模式计算的结果与三峡实际观测的统计结果相当一致。     

辽东半岛和山东半岛地形对黄、渤海大风影响的数值模拟试验

利用WRF模式和地形有无的2种试验方案,对2010年11月26—27日由东移发展的蒙古气旋引发的黄、渤海偏南大风转偏北大风天气过程中,辽东半岛和山东半岛地形对大风强度和分布的影响进行了数值模拟试验。(1) 辽东半岛地形对渤海偏南大风和黄海北部偏北大风、山东半岛地形对渤海海峡和黄海北部的偏南、偏北大风均有增幅作用。其中,渤海东北部偏南大风及山东半岛东北部海域偏北大风增幅最大达4 m/s,而山东半岛东北部海域偏南大风和辽东半岛东部海域偏北大风增幅都为2 m/s。(2) 地形作用加大了海岸线附近的垂直运动和温度梯度,有利于黄、渤海中尺度强风区的形成和发展。特别是,在辽东半岛东部和山东半岛东北部造成了强风中的极大阵风。(3) 地形的强迫作用局部改变了黄、渤海沿岸强风区的分布。地形强迫产生与环境风场同向的扰动时,风力局部增大;反之,风力局部减弱。      

THREE-DIMENSIONAL NUMERICAL SIMULATION OF THE MESOSCALE WIND STRUCTURE OVER SHANDONG PENINSULA

General features of 3-dimensional mesoscale wind and temperature structure over ShandongPeninsula are described in this paper.Results are achieved by numerical simulation with the 3-dimensional non-hydrostatic mesoscale model METRAS.For the onset and cessation time of sea-land breezes,the simulation results agree well with the statistical analyses of observational dataavailable for the studied area.One interesting result is the 3 hour response time of wind field to thethermal change.Further statistic analysis based on the observational data is needed to make sure ofthis correlation.Important effects of coastal mountains on the wind structure are also exposed indetail by the model.Convergence and divergence centers resulting from the conjunction of sea-landbreezes and complex terrain are clearly shown,which are not noticed before by conventionalsynoptic observation and theoretical analysis.     

台风涡旋系统的波动性质及其数值模拟

本文使用柱坐标系下的正压浅水方程组以及斜压扰动方程组,分析得出台风涡旋系统中的涡旋Rossby波划分为两种类型。由于切向基本气流的二阶径向水平切变或者基本气流的垂直涡度在径向方向的变化(β*因子)所导致的涡旋Rossby波称之为第一类涡旋Rossby波(正压涡旋Rossby波),它产生的根本原因是β*因子的作用。这种第一类涡旋Rossby波相对于切向基本气流是单向传播的,其传播方向则与β*因子的正负符号有关。当基本流场垂直涡度-ζz沿着径向r方向增大时,第一类涡旋Rossby波是沿着切向圆周方向逆时针方向传播的;反之则是沿着切向圆周方向顺时针方向传播。如果考虑切向基流的二次垂直切变时,可以得到台风涡旋系统中第二类涡旋Rossby波(斜压涡旋Rossby波)的相速度表达式,第二类涡旋Rossby波产生的物理根源是切向基本流场风速的二次垂直切变或者基本流场径向r方向的平均涡度在空间z方向上的不均匀性(亦即β**因子)。第二类涡旋Rossby波相对于切向基本气流也是单向传播的,当-ζr沿着空间z方向上增大时,第二类涡旋Rossby波就是相对于基本气流-V0是顺时针方向传播的;反之则是相对于基本气流逆时针方向传播。在基本流场的风速-V存在二次径向水平切变或者垂直切变时,台风中的波动可能是混合的涡旋Rossby波——重力波;而当基本流场的风速-V仅仅存在线性切变,不存在二次切变时,此时根本不存在涡旋Rossby波,台风系统中的波动则仅仅是重力惯性波。最后,采用WRF模式对“云娜”台风进行了数值模拟,验证了上述结论。     

华南前汛期降水与我国近海海温的SVD分析

利用国家气象局整编的中国160站月降水资料和英国气象局的全球逐月海温格点资料,分析了华南前汛期降水的异常特征,并用SVD方法分析华南前汛期降水与近海海温的关系。结果表明：近50年华南南部前汛期降水的总的趋势变化不明显。华南南部前汛期降水异常存在3 a、5 a、7 a和14 a的周期;用SVD方法分析发现：存在一个关键区（130~158 ?E,5~18 ?N）,华南前汛期降水异常关键影响时段是前一年5—8月,华南前汛期降水与该关键区海温有较好的负相关关系,即前一年5~8月关键区海温异常偏高（低）,次年华南前汛期降水偏少（多）。     

特大眼台风Winnie(1997)的高分辨率数值模拟

台风Winnie 1997的眼直径为370 km,是有观测以来发现的最大台风眼之一。应用Penn State/NCAR高分辨率中尺度模式MM5,成功地模拟了Winnie的路径、强度、台风眼及其双眼壁结构。由此根据模式输出结果分析了台风眼及内外眼壁附近的流场和热力场特征。发现Winnie台风的眼壁及其周围风场都显示了明显的非对称性结构。Winnie的外眼壁对应一个极大风速环,也是暖湿环和正涡度环。内眼壁对应一个次极大风速环、暖湿环。上升运动控制整个内眼壁和海平面2 km以上的外眼壁区域,下沉运动则控制眼区和内外眼壁之间。径向入流集中在外眼壁和内外眼壁之间的边界层,流出则位于外眼壁的对流层中上层。     

STATISTICAL CHARACTERISTICS AND NUMERICAL SIMULATION OF SEA LAND BREEZES IN HAINAN ISLAND

The sea-land breeze circulation （SLBC） occurs regularly at coastal locations and influences the local weather and climate significantly. In this study, based on the observed surface wind in 9 conventional meteorological stations of Hainan Island, the frequency of sea-land breeze （SLB） is studied to depict the diurnal and seasonal variations. The statistics indicated that there is a monthly average of 12.2 SLB days and an occurrence frequency of about 40%, with the maximum frequency （49%） in summer and the minimum frequency （29%） in autumn. SLB frequencies （41%） are comparable in winter and spring. A higher frequency of SLB is present in the southern and central mountains due to the enhancement effect of the mountain-valley breeze. Due to the synoptic wind the number of SLB days in the northern hilly area is less than in other areas. Moreover, the WRF model, adopted to simulate the SLBC over the island for all seasons, performs reasonably well reproducing the phenomenon, evolution and mechanism of SLBC. Chiefly affected by the difference of temperature between sea and land, the SLBC varies in coverage and intensity with the seasons and reaches the greatest intensity in summer. The typical depth is about 2.5 km for sea breeze circulation and about 1.5 km for land breeze circulation. A strong convergence zone with severe ascending motion appears on the line parallel to the major axis of the island, penetrating 60 to 100 km inland. This type of weak sea breeze convergence zone in winter is north-south oriented. The features of SLBC in spring are similar both to that in summer with southerly wind and to that in winter with easterly wind. The coverage and intensity of SLBC in autumn is the weakest and confined to the southwest edge of the central mountainous area. The land breeze is inherently very weak and easily affected by the topography and weather. The coverage and intensity of the land breeze convergence line is significantly less than those of the sea breeze. The orographic forcing of the cen