中国1960-2016年风能资源的时空分布特征

基于462个气象观测站1960–2016年共57年的近地面风速日资料,利用克里格空间内插,最小二乘法,相关系数检验和经验正交函数分解(EOF)等方法分析了年均和各个季节中国区域风速及有效风能密度的时空变化特征。研究结果表明:在中国北部和部分沿海地区年平均风速在3 m s-1以上,有效风能密度在75 W m-2以上,而在中国南部地区平均风速和有效风能密度均较小。近五十多年以来,中国区域年均和季节平均风速呈明显下降趋势,北部地区春季递减率最大,沿海地区冬季递减率最大。广东部分地区年平均风速有增大的趋势,西南,华南和华中西部地区年平均风速变化不大。平均风速大的区域,递减率也大。年平均风速和年有效风能密度的主要空间分布模态表现出高度的一致性,均呈现逐年减小趋势。中国风速及风能资源的减小趋势,主要与全球变暖及土地利用变化有关。     

中国1960-2016年风能资源的时空分布特征（英文）

基于462个气象观测站1960–2016年共57年的近地面风速日资料,利用克里格空间内插,最小二乘法,相关系数检验和经验正交函数分解(EOF)等方法分析了年均和各个季节中国区域风速及有效风能密度的时空变化特征。研究结果表明:在中国北部和部分沿海地区年平均风速在3 m s~(-1)以上,有效风能密度在75 W m~(-2)以上,而在中国南部地区平均风速和有效风能密度均较小。近五十多年以来,中国区域年均和季节平均风速呈明显下降趋势,北部地区春季递减率最大,沿海地区冬季递减率最大。广东部分地区年平均风速有增大的趋势,西南,华南和华中西部地区年平均风速变化不大。平均风速大的区域,递减率也大。年平均风速和年有效风能密度的主要空间分布模态表现出高度的一致性,均呈现逐年减小趋势。中国风速及风能资源的减小趋势,主要与全球变暖及土地利用变化有关。     

多种再分析地面气温资料在江西省的适用性

为评估不同再分析地面气温资料的适用性和模拟精度，采用双线性内插法将JRA55、ERA Interim、ERA5和MERRA2等再分析地面气温资料降尺度至气象观测站，评估其对实测气温的平均态（平均偏差、均方根误差、相关性分析）、趋势态（年际趋势）和极端态（高温日数、低温日数）的再现能力。通过在江西省的对比分析，结果表明：①利用邻近格点气温和高度值计算的逐时气温垂直递减率具有合理的波动范围以及季节性周期，适用于复杂地形下逐时再分析资料的内插订正；②订正后JRA55地面气温资料的均方根误差最小，MERRA2其次，ERA Interim和ERA5最大；③从气温年际变化趋势来看，JRA55、ERA Interim和ERA5增温速率与实测值较为一致，且JRA55对增温中心的刻画更优；④4种再分析资料均能再现高、低温日数的年际波动，但JRA55在量级上描述最优。综上，再分析地面气温资料的适用性JRA55＞ERA Interim＞ERA5＞MERRA2，JRA55再分析资料能较好地再现气温实际观测资料。     

1963—2012年内蒙古自治区风速的时空变化特征分析

利用内蒙古自治区1963—2012年95个地面气象观测站的风速观测资料,分析该地区风速的时空变化特征,包括内蒙古年平均风速的变化特征、四季风速变化特征、不同区域风速变化特征,旨在揭示长时间序列的历史风速变化规律,为预测今后内蒙古风速变化趋势奠定基础,并进一步为内蒙古风能资源的开发与利用提供理论参考依据。结果表明:近50a内蒙古地区年平均风速呈现非常显著的减弱趋势(p<0.01),平均每10a减小0.24m·s-1,50a间四季平均风速由大到小依次为春季>秋季>冬季>夏季,风速平均值分别为3.81、2.93、2.90、2.84 m·s-1。四季平均风速的减弱速度介于-0.19^-0.29 m·s-1/10a之间,其中以春季风速减小最为显著,冬季、秋季次之,夏季风速减弱最缓。具体到各盟市:兴安盟、通辽市、赤峰市、锡林郭勒盟、乌兰察布市、包头市、阿拉善盟这几个区域的风速较大,年平均风速均在3.0 m·s-1以上,是风能资源的富集地区,尤其是位于中部的锡林郭勒盟和包头市的一些区域,年平均风速达5.0 m·s-1以上,风能资源蕴藏量最为丰富。风速变化趋势的空间分布结果显示:近50a间包头市和乌兰察布市风速减弱幅度最大,二者平均每10a风速分别减小0.36 m·s-1和0.38 m·s-1。     

河北地区边界层内不同高度风速变化特征

为了研究城市化进程对风速变化的影响,利用1971-2006年河北省境内邢台、张家口和乐亭3个探空站高空风观测资料和对应地面站风观测资料,统计分析了边界层内距地面10m、300m、600m、900m 4个高度的长期风速变化特征,比较了不同高度风速变化趋势的异同.分析结果表明:3站年和季节平均风速随着距地面高度的增加而变大,但最大的风速垂直递增率出现在从10m到300m之间;各站各高度层月平均风速具有明显的季节变化特征,春季风速最大,夏季较小;在近36年里,3站平均的地面(10m高)年和季节平均风速变化存在显著的减少趋势,300m以上各高度层平均风速一般也降低,但远没有地面明显;不同高度平均风速变化趋势的差异可能主要是由城市化以及台站附近观测环境的改变引起的,这使得地面风速明显减弱;但地面以上各层平均风速同样存在一定减弱现象,说明背景大气环流的变化也是地面风速下降的原因之一.     

ERA5再分析资料对中国大陆区域近地层风速气候特征及变化趋势再现能力的评估

基于台站观测资料,评估了欧洲中期天气预报中心(ECMWF)最高时空分辨率的第五代大气再分析资料(ERA5)对1979～2018年间中国大陆区域10 m高度风速的气候特征及其变化趋势的再现能力,并同步对比分析了ERA5资料100 m高度风速的特征和长期趋势.结果表明,ERA5资料10 m和100 m风速在空间分布、年—季...     

3种再分析资料的高空温度与中国探空温度资料的对比:年平均特征

利用中国105站的探空资料以及NCEP/NCAR、ERA和JRA 3种再分析资料,采用线性趋势、标准差、相关系数、EOF分析等多种统计分析方法,对再分析资料年平均的高空温度在中国区域的可信度进行了分析.研究表明:在数值上,3种再分析资料的高空温度均小于探空资料的高空温度,NCEP/NCAR资料在对流层上层更接近于探空资料,ERA和JRA资料则在对流层中下层与探空资料更为接近;在描述年际变化和长期变化趋势方面,ERA资料在我国北方的对流层上层的再现能力较好,NCEP/NCAR资料在我国南方的对流层上层的再现能力较好,而3种再分析资料在对流层中下层的再现能力相当;在时空变化特征方面,NCEP/NCAR和ERA资料能较好地表现高空温度的年代际变化特征,而ERA和JRA资料则能较好地表现年际变化特征.     

中国区域探空资料与再分析资料风速场的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及MERRA三种再分析资料,讨论了再分析资料风速场在中国区域的适用性问题。结果表明:在中国区域的年平均场上,高空风速在我国对流层高层和中层均存在长期减弱的趋势,在我国东部和南部地区的对流层低层也存在减弱趋势,ERA-interim资料和MERRA资料适用性相对较好。再分析资料风速在多年年平均场上普遍小于探空风速。在对流层高层,1980年代至1990年代ERA-interim资料适用性好,而21世纪以后,NCEP/NCAR的适用性较好;在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料适用性较好。在中国区域的季节平均场上,高空风速在冬季的对流层高层和中层中普遍存在增加的趋势,而在春季、夏季和秋季的对流层高层和中层存在减小的趋势。探空资料与再分析资料在冬季偏差最小,在夏季偏差最大。在对流层中层和低层,NCEP/NCAR资料和MERRA资料在冬季的可信度相对较好,MERRA资料在夏季的可信度相对较好;在对流层高层和平流层低层,ERA-interim资料和MERRA资料在四季中的可信度都相对较好。     

中国沿海风能分布特征及其影响因子的数值模拟

利用欧洲中期天气预报中心0.75°×0.75°再分析资料,对中国海岸线两侧相邻区域内的风能、风速进行研究,讨论不同季节、不同区域风能、风速的分布特征;利用WRF(Weather Research Forecast)模式模拟海表面温度上升和城市化发展对中国东部沿海风能的影响。结果表明:1)中国沿海风能的时空分布不均一,季节变化明显。春季渤海湾区域风能明显大于其他三区(华东沿海、东南沿海和南海北部沿海区域)。夏季渤海湾区域风能显著小于其他三区,而华东沿海区域风能稍大。秋季东南沿海和南海北部沿海区域风能较大。冬季沿海四区风能大小接近。一般而言,秋冬季风能较大、春夏季风能较小,夏季风能显著小于冬季。2)不同区域、不同季节风速的年际变化存在明显差异。除冬季东南沿海区域风速有增大趋势外,其他区域各季节风速都呈缓慢减小趋势,但减小幅度很小。3)海表温度升高在不同季节对风速的影响不同。春季渤海湾和山东半岛、北部湾沿海及杭州湾风速随海温升高而增强。夏季海温升高幅度不同,则风速显著变化区域不同,但大部分沿海区域风速随海温升高而增强。秋冬季风速随海表温度升高而增强,影响区域较稳定:秋季东南沿海和华东沿海区域风速增强,冬季渤海湾和南海北部沿海区域风速增强。4)城市化发展增大了地表摩擦力,使得夏秋季登陆我国的热带气旋迅速减弱,沿海风速随之减小。     

中国区域位势高度场探空与再分析资料的对比分析

利用中国高空探空资料和NCEP/NCAR、ERA以及JRA 3种再分析资料,采用偏差、线性趋势、EOF等统计方法,分析、讨论了再分析资料位势高度场在中国区域的适用性问题。结果表明:在年平均场上,探空资料在中国北方地区对流层中存在上升趋势,在平流层低层存在下降趋势;并且有整层变化相同的年际变化特征和对流层南北方反位相变化的年代际变化特征。再分析资料位势高度场数值上普遍小于探空资料;NCEP/NCAR资料与探空资料较为接近。在季节平均场上,探空资料在冬季对流层中存在一致的上升趋势,在春、夏和秋季的长期变化趋势与年平均场类似;探空资料与再分析资料在冬季的偏差最小。不同资料的EOF第一模态分布,在不同季节中差别较大,NCEP/NCAR资料在春季、夏季和冬季适用性较高,ERA资料在秋季适用性较高。     

中国中部典型高山气象站风速的均一性检验及其变化特点

采用二相回归方法并结合台站历史沿革信息,在对中国中部典型高山站南岳和庐山1960-2017年平均风速资料进行均一性检验和订正的基础上,分析其变化特征及其与周边低海拔台站的差异,并利用NCEP/NCAR再分析风速资料对其差异进行验证。结果表明：南岳站平均风速序列存在一个由测风仪器变更而导致的非均一点,而庐山站不存在非均一点;南岳和庐山年及四季平均风速均显著高于周边台站,且高山站以春季和夏季风速最大,而低海拔台站各季节风速差异较小;近58 a高山站及周边低海拔台站的年及四季平均风速均呈显著的减小趋势,但高山站的减小速率显著高于低海拔台站;同区域NCEP/NCAR的1000 hPa和850 hPa平均风速变化的差异与高山站和低海拔台站的差异基本一致,说明中低空和地面风速的这种差异在中国中部地区具有一定的普遍性。     

环渤海区域再分析资料地面风速场的适用性对比分析

利用环渤海区域的气象站资料和NCEP/NCAR、NCEP/DOE、CFSR、ERA Interim、JRA-55共5种再分析资料,讨论了再分析资料近地面10 m平均风速场在环渤海区域的适用性问题。结果表明：JRA资料与观测站的相关系数最大,ERA资料与23站均方根误差的平均最小;再分析资料与气象站观测资料的相关系数在山东半岛和辽东半岛高于其他地区、冬半年大于夏半年。环渤海区域地面10 m平均风速场JRA和ERA两套资料的适用性较好。由于ERA-Interim的水平分辨率更高,所以在强风过程分析中确定使用ERA Interim再分析资料。     

吉林地面和高空风速变化特征及成因分析

利用1975-2012年吉林50个地面气象站观测资料和3个探空站测风资料,对地面和0.5~40km高空风速的时空变化特征进行了分析,并分析了高、低空风速变化的原因。结果表明:吉林地面(10 m)年和四季平均风速均呈现中西部和东部近海区较大、东南部地区较小的空间分布特征;近38年吉林地面年平均风速平均每10年减少0.21 m·s~(-1),高于全国平均和大部分区域平均,大风区或大风季节的风速减小幅度最大;在1975-2012年期间,吉林高空风速随高度增加呈先减小后增大的变化趋势,对流层和平流层下层的夏季平均风速趋于减小,冬季平均风速趋于增加,而且冬季风速增加对年平均风速增加的贡献最大。大气环流系统对吉林地面和高空风速均有影响,城市化的发展、观测环境的改变减小了地面风速。     

三种风场再分析资料在辽宁省海岸带的比较与评估

利用1981-2015年辽宁省海岸带20个气象站常规观测资料与同期ERA-Interim、JRA-55和CFSR三种再分析资料进行对比分析,讨论了风速场再分析资料在辽宁省海岸带的适应性问题。结果表明,三种再分析资料与观测资料的大风相关性均通过显著性检验,ERA资料相关性最好,但ERA的最大小时风速明显较观测资料偏小。三种再分析资料在空间上的偏差有明显的不均匀性,绥中、兴城一带偏差较小,旅顺口站偏差较大;CFSR资料最大小时风速的偏差绝对值小于1的站点最多,适用性较好;ERA资料的大风次数与观测资料最为接近,且14:00(北京时,下同)最大小时风速和大风次数的偏差均较08:00偏小。三个海区最大小时风速平均绝对误差的差别不显著,基本在1.5~3 m·s-1之间,而大风次数的误差较显著,渤海海峡误差相对较大,黄海北部次之,渤海北部误差最小,其中CFSR资料的风速平均绝对误差最小。观测的最大小时风速和大风次数呈显著减少趋势,JRA和CFSR资料呈缓慢减少趋势,而ERA资料呈增加趋势;ERA和JRA资料的年代际曲线波动平稳,不能表现出观测资料的年代际变化趋势,CFSR资料与观测值最为接近,但是变化趋势较观测资料缓慢。在长期变化趋势空间分布上,CFSR资料的可信度相对较好,JRA资料次之,ERA资料差别较大。     

陕西省风的时空分布及ERA5风资料检验评估

利用2017—2019年陕西省99个地面气象观测站资料分析近地面风场的时空分布特征,并对ERA5再分析资料10 m风速产品进行质量评估。结果显示：年平均风速陕北、关中北部及东部、商洛较大,汉江河谷及关中平原西部风速较小;大多数站点春季风速最大,秋季风速最小,4月风速最大,10月风速最小,8月风速存在次高点;白天风速明显大于夜间,最大风速一般出现在14—16时,最小风速多出现在20—21时前后和日出前后;夏季最大风速出现时间较其他季节提早2 h左右,前半夜风速明显大于后半夜。大部分站点有接近相反的两个主导风向,风速随季节有明显变化,陕北主导风向存在明显的季节变化。ERA5再分析资料10 m风速产品和自动气象站观测相比能够反映风场最基本的时空分布特征,风力日较差和标准差较站点观测偏小,连续性、均匀化特征明显;最大风速以及白天风速开始增大的时间较站点观测偏晚1 h左右;ERA5 10 m风速产品在陕北地区偏大,关中、陕南地区偏小,关中地区相对误差和均方根误差小,相关系数高,代表性优于陕北和陕南地区。     

ERA-Interim及ERA5在中国西南复杂地形区的适用性对比分析

基于中国西南地区川、渝、滇、黔、藏、桂6个省区513个国家级气象观测站的观测实况资料,运用相关系数、泰勒图等方法对比分析了ERA-Interim和ERA5两套再分析数据在中国西南复杂地形区的适用性。结果表明：ERA5再分析数据对地面各要素（2 m气温、降水、10 m风速、10 m风向）的适用性均优于ERA-Interim,其在四川中部、云南东部等地对2 m气温的再现更优,在四川、重庆、贵州对降水的再现更优,在重庆、云南、广西对10 m风速的再现更优,在四川和广西对10 m风向的再现更优。而ERA-Interim仅在西藏地区对2 m气温、10 m风速的再现更优。在月适用性上,两套再分析资料在冬春季优于夏秋季,其中ERA5对夏秋季（5～10月）2 m气温和全年各月降水、10 m风速、10 m风向的适用性更优。在日适用性上,两套再分析资料对2 m气温和降水在午后到夜间优于白天,对10 m风速和10 m风向在白天的适用性优于午后到夜间,其中ERA5对多数时段2 m气温、00时降水以及各时次10 m风速、10 m风向具有更好的适用性。     

德州及周边5市大气污染扩散条件评估

应用EC细网格再分析资料(ERA5)和地面观测资料,分析了德州及周边5市2000-2017年秋季、冬季和春季(9月一次年5月)的小风日数、10 m风速、混合层平均风速、混合层高度、通风量和大气自净能力等6个静稳天气指数的变化特征,对大气污染扩散条件进行评估.结果表明:(1)德州、聊城、济南、滨州小风日数逐年波动增加,2...     

相似集合预报技术在粤西风场预报中的应用

利用ERA5再分析资料与常规站点观测资料,采用相似集合法(AnEn)对粤西地面风的日平均风速与日最大风速释用进行订正.结果表明:日平均风速与日最大风速订正后的准确性得到明显提高,且在地形复杂的山区也有较好的订正效果.日平均风速的逐日均方根误差总体小于日最大风速,且更为稳定.对比相似成员集合性能,日平均风速各成员也比日最...     

ERA5再分析资料在辽宁省的适用性分析与订正

为系统研究ERA5再分析资料在辽宁省的适用性，本文基于近10a辽宁省62个地面站和9个探空站（省内4部，省外5部）资料，提取了温度、湿度、气压、风场等业务和研究中常用物理量，采用统计分析方法对ERA5资料在辽宁省的适用性进行了分析，并尝试使用机器学习的方法订正ERA5资料的偏差。结果表明：在地面观测要素分析中，2 m温度相关系数普遍较高，均方根误差普遍偏低，辽河流域及其西侧地区效果好于其他地区；10 m风速对比结果总体稍差，U分量相关系数总体低于V分量；ERA5资料质量有明显的月变化特征，相关系数总体呈现春秋季节高于夏冬季节，且相关系数总体较高的季节，均方根误差也普遍偏高。在高空观测要素分析中，辽宁中部地区的数据质量要高于东西部两地区，温度的平均相关系数最高，相对湿度相关系数平均较低，均方根误差总体较大；相对湿度的相关系数在春夏之交时最低，夏季上升较快，夏秋之交时达到最高，相关系数快速上升的月份，均方根误差也呈现出快速上升的趋势；高空U风场和V风场的均方根误差总体相差不大，且均方根误差月变化相一致，总体经向风（V风场）质量低于纬向风（U风场）。通过机器学习的订正方法有效提升了地面温度和相对湿度的应用能力，使ERA5地面温度资料的均方根误差缩小0.5～1.0℃，使地面相对湿度资料的均方根误差缩小最高可达26%。     

商丘近44年蒸发量变化及其影响因子分析

利用商丘市8个台站1961~2004年的20 cm口径蒸发皿资料,进行蒸发量的年际变化、年代际变化、季节变化以及月分布的分析,结果显示蒸发量存在显著的减少趋势。年际间减少趋势通过了99%的置信度水平,各季节蒸发量以春季和夏季减少最为明显。同时还分析了近44年来日照、风速和温度的变化趋势,并计算了这些气象因子与蒸发量变化的相关系数。分析表明日照时数减少和风速减小是造成商丘市蒸发量下降的主要因素,而气温上升对蒸发量的影响不十分明显。