利用10 m高度风速推算风机轮毂高度平均风功率密度

通过对华南地区27个测风塔为期1年的铁塔观测资料进行分析,发现平均风功率密度指数值均小于3倍的平均风速指数值,利用平均风速和形状参数随高度的变化的经验公式,推导出由10m风速资料推算风机可能的轮毂高度的平均风功率密度的新方法,应用该方法对现有铁塔资料进行交互拟合分析,其平均相对误差9.6%,可为无梯度测风观测站点由10m高度风速的频率分布推算风机可能的轮毂高度平均风功率密度提供参考。     

湖北省近地层风切变特征

为准确掌握湖北省平原湖区近地层风切变特征,利用27座离地高度为120～150m测风塔各1年的逐时测风数据,研究了70～120m间风切变的时空变化特征。结果表明:(1)风切变指数具有明显的季节、日变化特征,普遍在秋冬季最小、夏季较大,夜间大、白天小;(2)位于平原湖区和山区的测风塔在70～120m间的年平均风切变指数分别为0.27和0.12。各塔风切变指数从70m至150m逐渐减小;(3)6座典型测风塔70～120m风切变指数在较稳定状态下的频率最高,为59%～75%;在不稳定条件下的频率最低,均不超过5%;(4)当70m风速在3.0m/s以下、3.0～10.0m/s及10.0m/s以上3个区段时,风切变指数由小变大,在3.0～10.0m/s风速段与年平均风切变指数最接近,10.0m/s以上风切变指数离散性最强;(5)分别推算出实测和数值模拟的风切变指数,中部平原地区实测值明显高于模拟值,总体偏差范围是-0.06～0.14。该结论可用于近地层低风速地区不同高度的风速推算或订正,以提高这类地区风能资源评价、开发规划、风电场选址的科学性以及风电功率预测的准确性。     

江苏沿海近地层强风风切变指数特征研究

利用江苏沿海5座测风塔长序列(连续42个月)、高时间分辨率(10 min一次)的梯度风、气温、气压等观测资料,分析不同地区、不同高度层的风切变指数变化规律,并筛选出对江苏产生较大影响的7次台风和17次寒潮天气过程,分析强风条件下的风切变指数变化特征。结果表明:(1)风切变指数随环境在0. 15～0. 26之间变化,风机有效风速段和15 m·s-1特征风速段的风切变指数分别平均为0. 20和0. 19,不同高度层之间风切变指数随高度增加而减少,随风速增大呈对数关系减少。(2)台风影响时垂直混合运动强烈,风切变指数变小,平均为0. 19。台风中心经过时的风切变指数和风速具有M型变化形态,最低为0. 05,加上风向剧变,易对风机叶片产生破坏。(3)寒潮影响时的风切变指数平均为0. 22,小于同期平均。风速倒置现象明显,在50～100 m之间风切变指数为负值的出现概率超过8%,50 m高度处容易出现近地层的最大风速层。     

中国黄海西岸海陆风循环结构研究

陆海风是由于海陆表面之间的比热容不同而导致的昼夜热量分布差异,从而在海岸附近引发的大气中尺度循环系统.本文利用多普勒风激光雷达Windcube100s首次对黄海西海岸的海陆风的循环结构进行了观测研究.在2018年8月31日至9月28日观测期间发现,海陆风发展高度一般在700 m至1300 m.海陆风转化持续的时间为6小时至8小时.在425m高度,海风水平风速出现最大值,平均为5.6 m s-1.陆风最大水平风速出现在370m,约为4.5 m s-1.最大风切变指数在1300m处,为2.84;在陆风向海风转换过程中,最大风切变指数在700m处,为1.28.在同一高度上,风切变指数在海风盛行和陆风盛行时的差值范围为0.2-3.6,风切变能反映出海陆风的发展高度.     

乌鲁木齐市近地层风切变指数特征

利用乌鲁木齐市5座100 m气象铁塔2012年6月—2014年4月10层风速观测资料,应用统计学方法详细分析了乌鲁木齐市城区和郊区近地层风切变指数特征,得出以下结果:乌鲁木齐市风切变指数分布范围在-1.5~1.5,基本呈正态分布。风切变指数与风速大小关系密切,当风速1 m/s时,切变指数变化较大;当风速2 m/s时,切变指数变化较小。城区和郊区最大切变指数出现高度差异较大,南郊燕南立交切变指数最大在36~46 m,城区水塔山在60~77m,城区鲤鱼山在13~22 m,近北郊红光山在46~60 m,北郊米东在28~36 m。各层切变指数白天变化幅度大,夜间变化幅度小。切变指数日变化不规律与城市边界层变化的复杂性密切相关。降温幅度大的秋季-冬季时段,易出现切变指数小于0的情况。     

中国黄海西岸海陆风循环结构研究（英文）

陆海风是由于海陆表面之间的比热容不同而导致的昼夜热量分布差异,从而在海岸附近引发的大气中尺度循环系统.本文利用多普勒风激光雷达Windcube100s首次对黄海西海岸的海陆风的循环结构进行了观测研究.在2018年8月31日至9月28日观测期间发现,海陆风发展高度一般在700 m至1300 m.海陆风转化持续的时间为6小时至8小时.在425m高度,海风水平风速出现最大值,平均为5.6 m s~(-1).陆风最大水平风速出现在370 m,约为4.5 ms~(-1).最大风切变指数在1300m处,为2.84;在陆风向海风转换过程中,最大风切变指数在700m处,为1.28.在同一高度上,风切变指数在海风盛行和陆风盛行时的差值范围为0.2-3.6,风切变能反映出海陆风的发展高度.     

台风“山竹”期间深圳近地面水平风的垂直特征

基于深圳356 m气象梯度塔风速观测资料,采用统计分析的方法,以台风"山竹"为例分析了台风过程中深圳近地面水平风阵风因子、风廓线指数和湍流强度的垂直变化特征。结果表明:台风"山竹"影响期间,受城市下垫面影响近地面风湍流强度大于高层,阵风因子和湍流强度随高度变化符合指数规律,风速大于6级后逐渐趋于稳定;风廓线指数随高度增加、风速增大逐渐减小。此外,利用全部样本计算得到风廓线指数平均值约为0.23,符合《建筑结构荷载规范》的推荐范围,但利用该值推算近地面不同高度的风速值略大于实测值。     

如东沿海近地层风速及风能时空分布特征研究

利用如东东凌风塔2005年观测资料,研究了该区域近地层风速及风能时空分布特征。结果表明,如东沿海地区5月前后是大风值时段,12月前后为次大风值时段;日变化中,风速最大值出现在17时左右,且高层滞后低层约1小时;风速随高度按自然对数规律增大,10～25m高度随高度递增较明显,40～60m高度的风速主要集中在4～8m·s^-1;距地面10m高度年平均风功率密度约175W·m^-2,随高度呈现乘幂增加趋势,60m高度处达333W·m^-2,平均约270W·m^-2。     

阿拉腾敖包风场风能资源分析与评估

选用杭锦旗1977—2006年各年逐月平均风速资料、2006年1—12月逐时风向、成速资料、2006年1一12月阿拉腾敖包测风塔逐时风向、风速资料，采用统计分析方法，对阿拉腾敖包风场风速和风功率密度、风速频率和风能频率分布、风向频率及风能密度方向分布、有效风能时数进行计算分析，得出阿拉腾敖包风场风能资源评价；给出了综合评估意见：该风场10m高度年平均风速5.7m?s^-1年风功率密度为147. 19W?m^－2; 60m高度年平均风速7.3m?s^-1,年风功率密度为336.65W?m^－2; 70m高度年平均风速7.6m.s^-1，年有效风速（3～25m?s^-1)时数为8410小时，年风功率密度为380.45W? m^－270m高度年主导风向为WNW风，春、秋和冬三季主导风向均为W风，因而风向较为稳定。年内春季风速较大，秋、冬季次之，而夏季最小。据初步测算，该风能区风能总储量约为152MW.     

基于ASCAT风场数据的中国近海风能资源评估

卫星反演海面风场资料能够弥补海上气象测风资料缺乏的不足,对近海风能资源评估具有重要意义。通过ASCAT(Advanced Scatterometer)风速数据与美国及中国近海岸浮标测风资料的对比分析,结果表明,ASCAT风速的均方根误差为1.27 m·s-1。比较利用近海岸浮标逐小时风速及与其相匹配ASCAT瞬时风速计算的各项风能参数,得出ASCAT与浮标的平均风速和风功率密度的残差分别在±0.5 m·s-1和±50 W·m-2以内,该残差占浮标计算结果的比例分别在±8%和±12%以内。使用ASCAT风速资料拟合的Weibull分布函数与浮标的结果较吻合。因此,ASCAT风速资料也能够为海上风能资源评估提供有用的风能参数信息。最后使用ASCAT瞬时风速数据分析了中国近海10 m及70 m高度处的风能资源的空间分布特征,结果表明,台湾海峡平均风速和风功率密度最大。     

辽宁省典型地形测风塔缺测数据线性计算适用性分析

利用辽宁省典型地形26座测风塔和6个同期气象站的逐时风速实测数据,采用不同时间尺度（月、季、年）的线性拟合并结合风切变指数拟定7个方案重构测风塔缺测风速数据,并对各拟定重构方案进行误差检验。结果表明：辽宁省典型地形测风塔缺测数据重构主要以季节尺度的线性拟合及其结合风切变指数的两个方案（方案3和方案7）为最优方案,且上述两个方案的空间分布具有区域性特征,其中,辽宁北部的平原和丘陵、辽宁东南部的沿海平原和沿海丘陵主要以方案7为最优方案,辽宁西部的丘陵和山地主要以方案3为最优方案,个别地区以方案1或方案4为最优方案。温带大陆性季风气候区所具有的季节性风速变化和固有的地形地势特征及其对风切变指数的影响,是辽宁省典型地形测风塔缺测数据重构最优方案空间分布呈区域性特征的主要成因。     

数值模拟技术在风电场宏观选址上的应用

现有气象站分布稀疏,难以全面反映潜在大风区域。数值模拟技术通过提高分析区域的空间分辨率,弥补气象站点分布稀疏的缺陷。利用中尺度天气预报模式WRF对吉林省西部地区风能资源进行了数值模拟。结果表明：数值模拟结果反映了实际风速日变化和年变化规律,10 m、50 m、70 m高度模拟值与实际观测值相关系数分别达到0.889、0.862和0.865,均达0.001 的显著水平;模拟结果揭示了地面观测资料未反映出来的潜在大风区。经实际立测风塔观测证实,数值模拟技术可以用于风电场宏观选址。同时揭示了模拟的风速较实际风速大,且模拟风速空间分布差异小于观测的风速,说明现有数值模式模拟的精确度还存在着局限性,风电场微观选址仍依赖于立测风塔进行实地观测。     

WRF模式对福建沿海风电场风速预测的效果分析

在WRF模式中选取不同的边界层、近地面层以及陆面过程参数化方案,设计了4种不同物理过程参数化方案,组合模拟福建沿海某测风塔站2010年1月1—11日和7月1—11日的逐时风速,将数值模拟结果和同期测风塔观测数据进行对比,以寻求最佳参数化方案。经分析比较,采用MYJ边界层方案,Monin-Obukhov近地面层方案以及Noah陆面过程方案的方案2模拟效果最好。使用该方案对2010年1月和7月的风速进行模拟,按不同风速级别分别对数值模拟结果进行对比分析,结果表明:方案2对6~15m/s风速模拟的平均相对误差在20%左右,能够满足风电预测的精度需求;而对0~6m/s风速模拟的误差相对较大,这可能是由于模式地形分辨率不够精细以及风塔所处海陆交界处的特殊位置,使低风速容易受地面扰动以及海陆气流影响所致。     

瓦房店地区风能资源分析

风能作为无污染可再生能源有着巨大的发展潜力。为较准确地掌握瓦房店地区的风能资源分布情况,利用1971--2007年瓦房店地区及周边共9个测风点的测风资料对风能资源评估参数进行了计算和分析。结果表明：瓦房店沿海地区风能资源丰富,风能自西部沿海地区向东部内陆地区呈由多到少降阶梯形的分布趋势。瓦房店地区月平均风速在春季和秋末冬初形成2个波峰,离海岸越近的站点秋末冬初的波峰越明显,而离海岸越远的站点秋末冬初的波峰越弱。瓦房店地区从西部沿海经中部到东部内陆优势风向呈近似逆时针方向的转动。     

瓦房店地区风能资源分析

风能作为无污染可再生能源有着巨大的发展潜力。为较准确地掌握瓦房店地区的风能资源分布情况,利用1971—2007年瓦房店地区及周边共9个测风点的测风资料对风能资源评估参数进行了计算和分析。结果表明:瓦房店沿海地区风能资源丰富,风能自西部沿海地区向东部内陆地区呈由多到少降阶梯形的分布趋势。瓦房店地区月平均风速在春季和秋末冬初形成2个波峰,离海岸越近的站点秋末冬初的波峰越明显,而离海岸越远的站点秋末冬初的波峰越弱。瓦房店地区从西部沿海经中部到东部内陆优势风向呈近似逆时针方向的转动。     

丘陵地区大气边界层风廓线雷达适用性分析

本文利用2010年夏季福建省三明市开展的大气扩散实验资料,研究了大气边界层风廓线雷达在福建丘陵地区的适用性,并探讨了风廓线雷达探测的误差特征和修正方法。结果表明：大气边界层风廓线雷达水平风场的探测结果在300~2 000 m高度范围的偏差与高度和风速具有一定统计关系;通过与100 m气象铁塔水平风场资料对比,说明风廓线雷达对丘陵地区低层大气风场的探测具有一定局限性。经过修正的风廓线雷达探测结果可以较好地反映实验区域大气边界层水平风场的垂直结构。     

西南季风爆发前后大理近地层风场及湍流通量的变化特征

利用2008年4~5月大理国家气候观象台近地面层观测系统的梯度、涡动相关通量观测资料,结合背景场环流分析,分析了西南季风爆发前后大理近地面层的风速、风向变化特征、风速廓线和垂直切变变化特征以及动量、感热和潜热通量变化特征。结果显示:西南季风爆发前,大理近地层风向以东南风为主,平均风速较大;风速日变化的双峰型特征较显著,风速的垂直切变大,动量通量数值较大且日变化特征较明显。西南季风爆发后,大理近地层西北风频率显著增加,平均风速减小;风速日变化以单锋型为主,风速垂直切变较前期显著减小,动量通量数值减小而日变化特征较不显著。西南季风开始前后大理地气热量交换都以潜热为主,西南季风开始前一旬期间,潜热通量的逐日变化特点是随时间逐渐减少,感热通量逐渐增大,二者差值逐渐减小;西南季风开始后潜热通量的逐日变化为逐渐增大而感热通量逐渐减少,二者差值逐渐增大。就月平均值的日变化而言,潜热通量峰值变化不大,雨季略低于干季的4月;感热通量4~6月的月平均逐月降低。其原因既与雨季天气的变化有关,也与下垫面状况的改变相联系。     

包头市达茂旗风区风场特征分析

利用包头市达茂旗气象站1971-2009年38a的日逐小时风向、风速的地面观测资料,对达茂旗风区地面风的平均日变化、月变化、季变化、年变化等进行分析,结果表明:从1971-2009年的年平均风速总体呈现减小的趋势;全年较大风主要出现在春季,4月份平均风速最大;从小时平均值变化曲线看出,00-13时风速逐渐增大,到13时风速达到最大后逐步减小;此外,利用位于该风区内70m测风塔小时数据分析了风速垂直变化曲线,并根据风机发电对风速的要求,分析了有效风速百分比的日变化曲线.     

基于测风塔实测台风威马逊登陆过程的强风特性分析

利用广东省徐闻县西连镇90 m测风塔在1409号超强台风威马逊登陆期间获取的具备完整的台风代表性的观测数据以及处于台风外围的广东省茂名市博贺镇100 m测风塔的观测数据,对台风威马逊的近地层强风特性进行了分析,西连测风塔结果表明:风速时程曲线呈明显的"M"型分布特征,台风中心经过测风塔前后,风向沿逆时针方向大幅偏转约170°。风速随高度增加而增大,风速廓线较好地符合对数和幂指数律;台风过境前后,各强风区的风速廓线幂指数和粗糙长度呈先减小后增大的特点;粗糙陆地下垫面的风速廓线幂指数和粗糙长度较大。湍流强度和阵风系数在前外围强风区或后外围强风区较大,在前眼壁强风区或后眼壁强风区较小,湍流强度和阵风系数随高度增加而减小,基本符合指数为负值的幂指数律;粗糙下垫面对湍流强度和阵风系数有增大的作用。外围强风区和眼壁强风区的10 min风向变率变化较为平稳,而在眼区变动较为剧烈,在眼区,当风速达到最低值或次低值时,10 min风向变率幅值达到最大值。博贺测风塔结果表明其总体上与西连测风塔台风前外围和前眼壁强风区的情形相似。