近45 年南海-北印度洋波浪能资源评估

利用 ERA-40海表10 m 风场驱动第三代海浪数值模式(WAVEWATCH-,Ⅲ简称 WW3),得到南海–北印度洋1957年9月~2002年8月的海浪资料,计算该海域的波浪能,分析波浪能流密度的四季分布特征、不同能级出现的频率及波浪能流密度的稳定性,为海浪发电、海水淡化等选址提供依据.研究发现,南海–北印度洋海域蕴藏着较为丰富的波浪能:(1)南海–北印度洋大部分海域的年平均波浪能流密度在2 kW/m 以上,大值区位于南海、孟加拉湾、索马里附近海域.(2)南海–北印度洋海域波浪能流密度大于2 kW/m 和大于4 kW/m 出现的频率都较高.(3)南海–北印度洋的波浪能流密度具有较好的稳定性,春季、秋季、冬季的稳定性好于夏季,南海的稳定性好于北印度洋     

基于ERA-Interim再分析数据的近35年中国海域波浪能资源评估

波浪能是一种可再生能源,对波浪能资源进行可靠的评估是开发利用的前提。本文利用欧洲中期天气预报中心(ECMWF)ERA-Interim 1981-2015年0.125°×0.125°的较高分辨率的海浪场数据,计算了中国海域的波浪能流密度,采用波浪能流密度的富集度频率和变异系数评价了中国海域的波浪能资源,系统研究了波浪能流密度的季节特征及富集度特征。研究表明:(1)我国周边海域波浪能资源呈现非常明显的季节分布特征,秋冬季较丰富、春夏季较贫乏。(2)波浪能资源的丰富的海区为海南岛以东、广东省以南海域(即南海中北部),同时,台湾岛东部海域波浪能资源也较为丰富。(3)波浪能资源相对稳定的区域为台湾岛以东海域和南海中北部海域,其中冬季稳定性最好,夏季最差。(4)综合考虑到波能资源开发的特点,建议选择广东沿岸海域作为波浪能开发的重点海域。     

基于高分辨率数值模拟技术的近海波浪能资源评估

采用SWAN模型,对浙江中部近海海域进行了为期10 a的高分辨率波浪数值模拟,获得了年均波功率密度分布,同时讨论了波能在该海域的有效时长分布,通过对波功率密度的变异系数统计讨论了其稳定性,最后估算了该海域波浪能资源储量约为0.91×10～6kW。总体而言,在近海海域中,离岸较近的浅海海域波能资源较为贫乏,波功率密度大于2 kW/m的海域多分布于10 m等深线以外,其等值线与岸线趋于平行;离大陆较远的岛屿周边海域波能资源丰富,在初期波浪能开发利用阶段具有明显的优势;近岸海域波浪能有效时长约1 500 h,至鱼山列岛一线离岸较远海域约4 000 h;近海大部分海面波浪能变异系数约在2-3之间。     

1988-2010年中国海域波浪能资源模拟及优势区域划分

基于国际先进的第三代海浪数值模式WAVEWATCH -Ⅲ,以CCMP风场为驱动场,模拟得到中国海域域1988年1月-2010年12月的海浪场。从提高波浪能资源利用效率的角度出发,定义了波浪能资源开发的有效时间,综合考虑波浪能流密度的大小、资源开发有效时间出现的频率、能流密度的稳定性(变异系数)、SWH和能流密度的变化趋势、资源的总储量和有效储量等方面,对中国海域域的波浪能资源进行评估。研究发现:(1)南海北部四季皆为能流密度的大值区,各个季节基本都在8 kW/m以上,秋冬两季更是高达20 kW/m以上。(2)东海和南海大部分海域的波浪能资源开发有效时间出现频率较高。(3)能流密度的稳定性在1月最好,4月和10月次之,7月最差;南海能流密度的稳定性好于其余海域,其中又以南海北部海域的稳定性最好。(4)中国海域域大部分海域单位面积的波浪能总储量在2×104 kW·h/m以上,高值中心分布于南海北部海域,有效储量的分布特征与总储量基本一致。(5)我国大部分海域的SWH和波浪能流密度呈显著的逐年线性递增趋势,SWH的递增趋势为0.5~2.5 cm/a,能流密度的递增趋势为0.05~0.55 kW/(m·a)。(6)我国大部分海域蕴藏着较为丰富的波浪能资源,其中南海北部、台湾以东洋面及琉球群岛附近海域为波浪能资源的优势区域。     

近22年南海波浪能资源模拟研究

利用目前国际先进的第三代海浪模式WAVEWATCH-Ⅲ(WW3),以CCMP(Cross-Calibrated,Multi-Platform)风场为驱动场,对近22年南海的波浪能资源进行模拟研究。综合能流密度大小、能级频率、有效波高(significantwave height,SWH)和能流密度的长期变化趋势以及能流密度的稳定性等各方面,发现我国南海尤其是南海北部海域蕴藏着较为丰富、适宜开发的波浪能资源;并探索性地构建了一套资源评估系统,对南海的波浪能资源进行综合分析,寻找资源的相对优势区域,为海浪发电、海水淡化等波浪能资源开发工作提供科学依据。结果表明:1)南海大部分海域的能流密度在2—16kW m 1,大值区分布于吕宋海峡—中南半岛东南海域一线。2)近22年期间,南海大部分海域的SWH以0.005—0.025m a 1的速度显著性逐年线性递增,大部分海域的波浪能流密度以0.05—0.55kW m 1 a 1的速度显著性逐年线性递增。3)南海大部分海域2W m 1以上能流密度出现频率在60%以上。4)南海大部分海域波浪能流密度各月的变异系数Cv基本都在0.9以内,稳定性较好,大部分海域的月变化指数Mv指数在6以内,季节变化指数Sv指数在4以内。5)南海北部为波浪能资源的相对优势区域。     

钓鱼岛、黄岩岛海域风能及波浪能开发环境分析

利用模拟海浪数据、CCMP风场资料,对我国钓鱼岛、黄岩岛附近海域的波浪能、风能资源特征展开研究,为海浪发电、风力发电、海水淡化等资源开发工作提供参考,也期望可为解决我国维护海洋权益、海洋资源开发、在边远海岛驻军、军用/民用舰船在远洋活动的电力、淡水问题提供科学依据和辅助决策。此外本研究还就钓鱼岛、黄岩岛附近海域的风力等级频率、浪级频率、风向频率、波向频率等海洋环境特征进行统计分析,为海洋工程、防灾减灾等提供参考。结果表明:(1)钓鱼岛海域的风能密度呈单峰型月变化特征,年平均值为450 W·m-2,黄岩岛海域的风能密度呈"W"型月变化特征,年平均值为228 W·m-2;钓鱼岛年平均值波浪能流密度为14 kW·m-1,黄岩岛为11 kW·m-1;(2)钓鱼岛、黄岩岛海域的有效风速、可用波高、100W·m-2以上风能密度、2 kW·m-1以上波浪能流密度出现频率都整体较高,这对资源开发是很有利的;(3)1988—2010年期间,钓鱼岛、黄岩岛的风能密度、波浪能流密度整体呈递增趋势,这对风能、波浪能资源的开发也是有利的。(4)从资源的储量来看,钓鱼岛、黄岩岛蕴藏着丰富的波浪能、风能资源,且资源储量比我国沿海平均值丰富。综上,钓鱼岛、黄岩岛海域蕴藏着丰富的、适宜开发的风能、波浪能资源,实行海浪发电、风力发电、风浪联合发电、海水淡化等工作,将具有广阔的军事和经济前景。     

基于LAGFD-WAM海浪数值模式的海南万宁近海波浪能资源评估

利用1991—2010年的NCEP再分析风场驱动LAGFD-WAM海浪数值模式,通过数值后报方法,对海南万宁近海海域近20年的波浪场进行了逐时数值模拟,数值模拟结果和实测结果对比的一致性良好。在数值后报数据的基础上计算了万宁近海波浪能流密度和能流密度变异系数,并对其年内变化特点、区域分布特征和稳定性进行了分析。万宁近海年均波浪能流密度3—10 k W/m,属于波浪能资源可利用区和较丰富区。年内各月月均能流密度差别较大,12月波浪能资源最好,5月波浪能资源最差。秋季(9—11月)和冬季(12—2月)月均波浪能流密度分别为5—24 k W/m和6—29 k W/m,春季(3—5月)和夏季(6—8月)分别为3—7 k W/m和1—6 k W/m。地形对波浪能量的辐聚作用明显,受岬角、岛屿、海底陡坡等因素影响,大洲岛、白鞍岛周边、大花角附近及白鞍岛以北部分近岸区域形成波浪能富集区。除9月外,年内其他时段能流密度变异系数都在2.8以下,9月能流密度变异系数在3.0—5.9之间。     

山东省周边海域波浪能资源评估

采用第三代海浪模式SWAN对2001-2010年期间山东省周边海域的波浪状况进行了数值模拟。波浪能数值模拟值与台站观测值的比对结果表明模拟值可靠、实用。分析发现山东省周边海域平均波能流密度以2 000W/m以下为主,低于中国南部海域及欧美沿岸波能流密度。选取12个典型代表点,从波能流密度大小、变化特征、稳定性等角度分析了不同代表点的波浪能情况,发现山东周边波能流密度受气候变化影响近10年来呈上升趋势。综合不同区域波浪能大小及需求情况,建议选取山东半岛东部海域、蓬莱外围岛屿近渤海中部海域和渤海中部海域作为波浪能开发利用的首选区域。其中成山头东部海域波能流密度在冬季高达5 000 W/m,在该季节大部分区域可归为一类资源丰富区。基于此,建议开发利用中小规模的波浪能供电设备或供电设施。     

青岛近岸海域波浪要素特征研究

本文基于小麦岛海洋环境监测站2014年波浪骑士浮标观测数据以及风速、风向观测数据,对青岛近岸海域波浪要素特征进行了综合分析。整体来看,波浪骑士观测数据质量较高,观测海域以2至3级波高为主,年平均最大波高和平均波周期分别为0.89 m和4.4 s,平均波向主要分布在90°～270°的偏南向范围内,常浪向和强浪向均为东南向(SE)。波高变化与风速较为一致,春、夏季大浪过程较多,以东南向浪为主。通过有效波陡数据分析,得出观测海域以风浪、未成熟涌浪占主。本文利用长期、连续、高精度的波浪方向谱数据,对青岛市近岸海域波浪特征进行分析,对于青岛市近海的海浪预警监测、防灾减灾、海洋工程建设、海上运输等具有重要的参考价值。     

南海-北印度洋波高的长期变化:Ⅱ.趋势的区域性、季节性差异

利用ERA-40海表10 m风场驱动WAVEWATCH-Ⅲ(WW3)海浪模式,模拟得到南海-北印度洋1957年9月—2002年8月的海浪资料,采用一元线性回归方法,分析了该海域有效波高的长期趋势,以期为研究全球气候变化、波浪能资源开发、防灾减灾等提供参考。结果表明:(1)1958—2001年期间,该海域的SWH有线性递增趋势,递增率为0.0017 m/a,且变化趋势表现出很大的区域性差异:仅部分小范围海域呈显著性递减,其余大部分海域的SWH呈显著性递增;(2)SWH的变化趋势存在较大的季节性差异:各个季节呈显著性递减的区域范围都较小;低纬度的递增趋势主要体现在春季和冬季,尤其冬季几乎整个南海-北印度洋的SWH均呈显著性递增趋势;索马里以东一近似圆形海域的递增趋势主要体现在夏季。     

中国南海岛礁建设:风力发电、海浪发电

电力和淡水紧缺直接影响到深远海、边远海岛的生存与可持续发展,一直以来是一项世界性难题。本文利用CCMP风场、模拟的海浪场数据,以某重点岛礁作为研究对象,对风能和波浪能资源特征进行了系统性的分析。结果表明,研究海域蕴藏着较为丰富、适宜开发的风能、波浪能资源:(1)除去极端风、浪情况外,全年基本都可进行风能和波浪能开发,峰值出现在12月至翌年1月,月平均风能密度在370W/m2左右,波浪能流密度在20kW/m左右;即使在最贫乏的4—5月,能源均处于可利用状态。(2)有效风速、可用波高出现频率、能级频率都很丰富:各月有效风速频率在70%以上;全年大部分时间可用波高、50W/m2以上风能密度、2kW/m以上波浪能流密度出现频率都在50%以上。(3)研究海域的波浪能主要由以下海况贡献:波高2~3m,波周期6~7s的海况,贡献率为14.6%。(4)研究区域的风能主要由ENE、NE、SW、WSW向贡献,其中又以100~300W/m2出现的频率最高;1 000W/m2以上的高风能主要由WSW向贡献。波浪能主要由NNE和WSW向的浪贡献;频率最高的是0~5、5~10kW/m。(5)近24年研究海域的风能密度没有显著的变化趋势,波浪能流密度以0.25kW·m-1·a-1的趋势显著性递增。(6)风能、波浪能在冬夏两季、夏季风向冬季风过渡期间都表现出很好的稳定性,5月的稳定性相对较差。(7)风能总储量为2 050kW·h/m2,有效储量为1 722kW·h/m2;波浪能的总储量为84 079kW·h/m,有效储量为66 336kW·h/m。     

2016年苏北近海风场和波浪场多时间尺度变化的数值模拟研究

利用高分辨率的大气和波浪数值模式,模拟了2016年苏北近海的风场和波浪场,并与卫星高度计资料、散射计风场、再分析资料以及实测浮标资料进行了比较,验证了模式的准确性。基于这套模式结果,系统地分析了江苏近海的风场和波浪场的多时间尺度变化:季节变化、日变化以及季节内变化(台风、寒潮)。分析结果表明:苏北近海海域的风速、有效波高和涌浪在冬季和秋季较大、春季和夏季较小;冬季盛行西北风,常浪向为西北向,夏季盛行东南风,常浪向为东南向。风场和波浪场还具有显著的日变化特征,且日变化存在季节变化规律,离岸越近海域日变化特征越明显。同时,江苏近海还会经历季节内尺度的强天气过程的影响,比如台风和寒潮。     

畸形波形成的海浪要素特征数值分析

从典型的畸形波事件"新年波"出发,以ECMWF中期再分析风场作为驱动风场,采用WAVEWATCHⅢ海浪数值预报模式模拟畸形波发生海域的海浪场。通过对模拟的海浪要素分析表明,畸形波发生点在发生时刻的风速、波高、波陡处于极大值,波浪周期较长,谱峰频率、方向展角处于极小值;畸形波发生点在发生时刻的海浪谱是单峰谱,谱型尖窄,大部分波浪能量都集中在很小的频率范围内,分布在一个小的范围内,传播方向比较集中。     

印尼沿岸灾害性海浪模拟研究

印尼沿岸易受气旋生浪和咆哮西风带产生的涌浪的侵蚀,但其海浪发展及传播机理尚不明确,给海岸工程建设和防护带来极大困扰。本文基于第三代海浪模式WAVEWATCH Ⅲ,采用CCMP交叉校正多平台海洋表面V2.0风场(Cross-Calibrated Multi-Platform Ocean Surface Wind Velocity)作为驱动风场,建立自整个印度洋至印尼沿岸的三级嵌套海浪模型,模拟咆哮西风带及热带气旋作用下印尼沿岸灾害性海浪,并研究其海浪分布及传播特性。结果表明:(1)咆哮西风带单独作用下,印尼沿岸盛行南向海浪,有效波高等值线沿东北方向平行递减,海浪谱为多峰,西南向涌浪占主导地位,能量集中分布于60°—90°范围,呈现北传特性;(2)咆哮西风带和热带气旋联合作用下,气旋路径左侧出现涌浪低值区,东南向风浪主导,风浪能量集中分布于110°—130°范围,路径右侧西北向风浪和南向涌浪并存,60°—90°附近涌浪波动能量占主导,风浪能量集中在210°附近;近岸浅水海域涌浪能量主导,开敞海域涌浪能量集中在60°—90°范围,有掩护海域涌浪能量峰值位于0°附近。     

基于近20年的SWAN模式海浪模拟结果的南海波浪能分布、变化研究

由于南海海域地形复杂,岛屿众多,不可避免的会产生折射、变浅、绕射、波浪破碎、非线性波相互作用等近岸物理过程。因此采用以风场驱动的第三代海浪数值模式SWAN,可得到南海海域1986年1月至2005年12月较高分辨率的波浪场,计算了南海海域的波浪能流密度,综合考虑能流密度的大小和14个站位能流密度分级统计的特征等方面对南海海域波浪能资源进行了研究,寻找该海域波浪能资源的相对优势区域,为建立海上波浪能电站提供科学依据。     

海南东方近岸海域海浪观测特征研究

利用海南东方近岸海域2014年至2015年间一整年的海浪观测资料, 分析了海浪的时间变化特征。观测时间段内, 有效波高最大值为4.03m, 平均值0.79m; 平均周期最大值为6.32s, 平均值为3.58s。该海域冬季波高较大, 秋季最小, 常浪向为SSW方向, 强浪向为WSW向。基于该长期观测数据, 文章亦研究了平均周期、有效波高之间的关系, 同时还确立了该海域波高与平均持续时间之间的关系。最后讨论了观测时间段内波浪能流密度的变化特征, 发现一年中能流密度大于2kW·m^-1的频率为26%, 且从全年的计算结果来看, 观测位置处12月的波浪能较适宜开发, 但总体波浪能资源不够丰富。文章对于认识海南东方近岸海域波浪特征以及工程设计都具有重要的意义。     

基于SWAN模式的成山头海域波浪能资源评估

采用中尺度大气模式MM5构建渤海、黄海和东海高时空分辨率风场,以此风场驱动第三代海浪数值模式SWAN,得到成山头海域1991年1月至2010年12月较高分辨率的波浪场,计算了成山头海域的波浪能流密度,综合考虑能流密度的大小和10个站位能流密度分级统计的特征等方面对成山头海域波浪能资源进行了研究,寻找该海域波浪能资源的相对优势区域,为波浪能海上测试场场址的选择提供科学依据。     

1509号台风灿鸿期间“朱家尖-嵊山”高频地波雷达数据分析

2007年在朱家尖和嵊山布设了小型阵变频高频地波雷达,对共同覆盖范围内的舟山海域进行风、浪、流的业务化探测。2015年7月11日,1509号台风灿鸿在朱家尖沿海登陆,之后继续向北偏东方向移动,台风中心经过高频地波雷达探测海域。本文将台风期间高频地波雷达的探测数据分别与定点浮标观测数据和ASCAT卫星遥感大面积风场数据进行了对比分析。结果表明,高频地波雷达在台风期间较好地反映了舟山海域流场特征和风场分布情况,高频地波雷达的探测数据精度满足指标要求,验证了高频地波雷达在复杂海况条件下具有合格的探测性能。     

汕尾市引发灾害性海浪的热带气旋特征研究

近年来,海浪灾害是威胁近海民众生命安全最为突出的海洋灾害,对我国造成的经济损失有整体上升的趋势。基于31 a(1986-2016年)汕尾市观测站的热带气旋影响期间白天的海浪数据,本文定义并提取了31次灾害性海浪(1/10大波波高≥4 m)事件。在灾害性海浪发生时,热带气旋主要位于观测站点的西侧(115.57°E以西)。31次灾害性海浪事件集中发生于6-9月;其中,虽然6月份影响研究海域的热带气旋数量相对较少,但引发灾害性海浪的概率约是7-9月份的两倍。有26个热带气旋生成于121°E以东的西太平洋海域,且移动路径相对较集中:途经吕宋海峡(16°-22°N)的热带气旋总数为25个,其中22个热带气旋途经16°-20°N之间,是最为重要的通道。途经此处的热带气旋在汕尾海域引发灾害性海浪的估算概率约为25%-50%。本研究可为汕尾市灾害性海浪的预警报和防灾减灾提供重要的参考。     

浙江近海波浪能资源的初步研究

以2000年为例,采用SWAN波浪数值模型对浙江近海海域的波浪进行了全年模拟计算,并计算获得年、月平均波功率密度分布。研究表明,浙江近岸海域年平均波功率密度约为2~6 kW·m^-1,往外海逐渐增大;同时季节变化明显,秋、冬季节波功率密度较大,春、夏季节较小。另外,通过对浙北、浙中和浙南3个近海海区的波浪出现频率和波功率密度随波高和周期变化的分析可知,浙北海域波功率密度比较高的波高及周期范围和波浪出现频率较高范围较为接近,而其对应平均波功率密度相对较低;浙南海域波功率密度比较高的范围所对应的平均波功率密度较高,而与波浪出现频率较高的范围则略有差异;浙中海域居两者之间。总体而言,浙江近海波浪能资源丰富,且全年中可开发与利用的波浪能出现频率较高。