基于GIS的陕西风电场微地形选址技术研究

以陕西已建成的风电场区域为对象,通过对其数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)进行宏观和微观的数字地形分析,了解其不同地形因子的数字分布阈值,确定满足风电场建设的地形因子条件;再结合风能资源数值模拟结果,形成风电场微地形选址的重要条件;通过该条件对全省1∶25万DEM进行网格式搜索,最终形成全省风电场选址建设区划图。     

琼州海峡大风数值模拟及地形敏感性试验

使用WRF3.1模式对2008年12月4日、12月21日、2009年3月13日的三次冷空气造成的琼州海峡大风过程进行数值模拟和地形敏感性试验.模拟结果表明:水平格距4 km的模拟地面风场与实况接近,中尺度模式在大风的起风时间、持续时间、风速大小等方面有较强的预报能力,并能反映冷空气偏东路径与偏西路径过程中琼州海峡大风的...     

半拉格朗日方法及其在数值模拟和数值预报中的应用

文章对半拉格朗日方法的基本原理和技术方法做了简要介绍。对其主要优、缺点进行了评述。同时也对半拉格朗日方法的应用及研究进展情况概括地予以介绍。     

杭州市化工园区选址的气象环境与评估的数值模拟研究

城市化是国家社会发展的必然趋势，为了在新一轮城市总体规划中能保证杭州市的大气环境质量，优化不同空间尺度的城市规划，协调城市发展与保护环境的关系，本文利用一个三维非静力区域边界层数值模式，对一些典型天气条件下杭州地区的风场和气温的空间分布特征进行模拟分析，并以此为依据，给出选取化工园区的位置的评估意见。模拟结果表明，化工园区的选址宜考虑在杭州市的西南方向。     

新疆“2.28” 大风的中尺度数值模拟

受西西伯利亚较强冷空气入侵的影响,2007年2月28日02时,乌鲁木齐开往阿克苏的5807次旅客列车,在新疆三十里风区遭遇狂风,造成11节车厢脱轨侧翻。使用WRF模式对这次大风天气过程进行了数值模拟。结果表明：WRF模式较好地模拟了三十里风区大风的演变和分布特征,对逐时风速的模拟较实况偏小,但变化比较同步;很大的气压梯度和特殊的地形是大风形成的主要原因,狭管效应和下坡风同时存在。     

复杂下垫面风电场风速数值模拟及误差特征

利用WRF模式分别对沿海及山地条件下风电场风速进行高分辨数值模拟,并对其误差特征进行分析,结果表明:1)WRF模式对复杂地形条件下的风速模拟性能良好,模拟值较好地体现天气尺度的周期变化;2)沿海及山地条件下模拟与观测的误差特征各不相同。模式静态数据未能显现沿海的小岛,并且低估了山地测风塔所在的海拔,导致沿海平均模拟风速偏大,山地平均模拟风速偏小;3)分析不同风向的归一化均方根误差,沿海陆风情况下,下垫面相对复杂,误差明显增大;沿海海风情况下,下垫面均一,误差明显减小;4)仅作单个风电场周边数百平方千米的模拟,采用一台12核的服务器进行WRF模式的并行计算可满足48 h短期预测的时效性。仅仅提高模拟的网格分辨率,并不一定能提升模拟的准确性。     

北京一次大风和强降水天气过程形成机理的数值模拟

利用3维强风暴冰雹分档模式(IPA—HBM)对2001年8月23日北京的一次伴有大风、暴雨和冰雹的强对流天气过程进行模拟和分析，并与部分观测资料进行了比较分析。结果表明，该模式对此次强风暴的生命史、降水分布、降雹的大小等要素做了较好的模拟，并能够模拟出伴随强风暴过程所产生的强下沉气流和及地面强风速切变(下去暴流)。从云微物理学角度分析了此次局地性大风的形成原因，认为由高空冰雹粒子的拖曳产生的负浮力作用是促发强下沉气流产生的主要原因，其次是冰雹的融化和雨水蒸发冷却对下沉气流起加速作用，冰雹的拖曳和融化作用对下沉气流具有决定性作用。强风暴所产生的爆发性强下沉气流最终导致了局地大风的形成。     

中尺度的自适应模式在降雪数值模拟中的应用

在中尺度模式的基础上引进了自适应网格设计的方法，它可以任意加密局地网格，从而达到以较小的计算量获得较高的计算精度的目的。自适应网格技术基于变分原理，能根据数值模式的特点，在物理量梯度大的地方，自动加密网格，提高模式的分辨率。文章将自适应网格技术应用于MM4中，用来模拟2002年3月2～4日华北地区的一场中一大雪过程。结果表踢，采用自适应网格技术后，结果稳定，对所关心的天气系统及其降水的模拟精度与采用均匀网格相比得到踢显改善，温度场和风场预报也有不同程度的提高。     

基于WRF和CFD软件结合的风能资源数值模拟试验研究

运用中尺度数值模式WRF与法国CFD软件MeteodynwT相结合的方法（WRF／WT）,进行了广东省海陵岛地区的水平分辨率100m×100m的风能资源数值模拟试验,采用海陵岛上7座测风塔观测资料对WRF／WT模式的模拟风场进行误差检验,并与WRF／WAsP模式系统对单点风能参数模拟误差进行对比,研究WRF／WT模式系统在风电场微观选址和分散式风电开发利用中应用的可行性。结果表明：中尺度模式与CFD软件结合的数值模拟方法对区域风能资源分布趋势的模拟比单纯应用CFD软件更准确;WRF／WT模式系统应用于复杂地形风能资源数值模拟评估是可行的,其对区域风能资源参数分布模拟的准确率与WRF／WAsP对2km范围内风能资源参数模拟的准确率相当;WRF／WT模式系统在风速频率分布不满足Weibull分布的情况下和陡峭地形条件下有较好的模拟效果,相对WRF／wAsP有明显优势。今后需进一步研究中尺度模式与CFD软件的衔接方法,以及对中尺度模式模拟结果的误差订正。     

一次伴有雷暴大风的飑线天气过程分析及数值模拟研究

利用NCEP/NCAR(1°×1°)的逐6 h再分析资料、WRF中尺度预报模式,对2014年7月30—31日发生在江淮地区的一次强飑线天气过程进天气学分析和数值模拟研究。研究结果表明,此次飑线过程是在高空槽后有强冷空气输送、中层阶梯槽引导干冷空气南下并叠加在低层暖湿气流之上的有利背景条件下产生的,低空切变线是此次飑线过程的重要触发机制。在飑线成熟阶段,气流下沉速度极大值区在高(低)层与霰(雨水)混合比极大值区有很好的对应关系,水凝物粒子下落时对周围空气的拖曳作用是下沉气流形成的关键。雨水蒸发率影响飑线维持期间地面冷池的强度和分布,雨水蒸发率越大,地面冷池强度越强、范围越广;雨水蒸发率越小,地面冷池越弱,甚至消失。雨水蒸发率与地面风速也有很好的正相关性,增大雨水蒸发率可使地面风速增大,使模拟的地面最大风速更接近实况。     

风电场风速数值预报的动态修订方法的探讨

针对风电场风功率预测所需的定点、逐时风速预报,对利用中央气象台发布的MM5格点输出的数值预报风速插值到福建沿海某个风电场测风塔高度的预报结果进行误差分析,发现由于海陆交界的特殊下垫面等原因,存在一定的系统误差;根据误差的后延相关性和测风塔实时发回的气象资料,探讨了利用前期误差观测值和测风塔湍流指标对MM5数值预报风速进行动态修订的方法,建立了订正值方程,结果表明,订正后的预报风速平均绝对误差降低31%~54%,有效提高了预报精度。     

"神舟六号"飞船着陆时段主着陆场区风场的数值模拟

本文通过分析"神舟六号"飞船着陆时期WRF模式对主着陆场区的风场及其影响系统的模拟结果, 发现WRF模式对主着陆场区的地面风速、风向的预报,WRF模式输出的850 hPa 模拟风场对100 m高度以下浅层风的最大风速及其风向的预报,结果均比较理想;WRF模式输出的300 hPa 高度风速、风向的模拟结果和急流轴的强度、位置模拟结果,与高空7～12 km最大风速及其风向的相关性较好,可作为预报指标;模式对风场的主要影响系统东北低压加深东移和蒙古高压的演变模拟基本准确.本模式能够作为未来客观预报主着陆场区地面和高空风场一种新的技术手段和工具.     

基于CFD技术的陡峭山体风场模拟方法研究

为更好将计算流体力学(CFD)技术应用于陡峭山体的风场模拟研究,文中对其中两个关键技术问题进行了研究,一是适宜的CFD解域顶高问题,二是入流边界条件设置方法问题。研究采用了香港国际机场的多普勒雷达径向速度观测资料,通过CFD模拟结果与观测结果对比验证展开研究。对于解域顶高,一般环境流体力学或建筑风工程领域要求顶高越高越好,例如5倍于地面障碍物的垂直高度,究其原因,主要是为了获得地面障碍物周边的整个流场结构,避免顶边界过低影响障碍物顶部流场的准确性。通过数值试验发现,若模拟关心的区域为较低海拔高度时,不必完全拘泥于该要求,对一座高度为1000m量级的山体进行模拟,顶高为3000和6000m的两组试验在边界层中低部给出的模拟结果没有显著差别。进行了3组边界条件设置方法的对比试验,结果表明单纯采用廓线法不足以充分描述来流信息,二维插值法尽管提供了更高分辨率的边界数据,但其结果总体上逊于0维插值法。研究表明,CFD可以很好地描述山地激发的涡旋/波动脱体运动,比单纯采用中尺度模式效果要好得多。在利用CFD工具研究复杂山地风场时,应本着"实用主义"的精神设置物理模型、参数和选取适当的方法、边界条件,以达到模拟精度和计算量的优化平衡,并足以用于研究所关心的具体问题。     

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。     

风电场两种超短期风速预报方法的效果对比

针对风电场所需的时效在0~4 h,且时间分辨率不低于15 min的超短期风速预报。根据测风塔实时发回的实测风速序列,建立了基于BP神经网络的风电场风速时间序列外延预报模型。另一方面,建立 MM5模式预报风速与实测风速的误差序列,并利用BP神经网络作误差序列的外延预报,从而利用误差的预报值对MM5风速预报值进行订正,获得新的预报值。综合对两种方法的预报效果指标分析以及拟合曲线的比较结果表明:使用BP神经网络对MM5风速预报值进行修订的方法在总体上效果较优,特别是当影响风电场的天气系统变化明显,近地层风速变率较大时,该方法的预报效果更具有明显的优势。     

风电场流场特性及风机布局数值模拟研究

针对风电场流场特性研究对风力机工作性能提高的重要意义,采用计算流体力学(CFD)方法在单机风力机模拟验证的基础上,对某风电场单风力机和三种布局条件下的风电场流场特性进行了数值模拟研究.考察了不同布局条件下风电场速度、叶轮表面压力以及湍流涡的分布特性.结果表明:叶轮后方尾流效应明显,速度损失随着相对距离的增加而逐渐减小,...     

风电场风机叶片覆冰气象条件及覆冰模型研究进展

随着我国风电行业的快速发展,覆冰已经成为严重威胁风电场安全稳定运行的因素之一,针对这一问题,国内外学者陆续开展了相关研究。综合现有研究成果,从覆冰概况、研究方法分类、影响覆冰的因素、风机叶片覆冰期特点等方面做了总结。大量的研究成果显示：影响风机叶片覆冰的气象因素主要为环境温度、相对湿度、风速、液态水含量（Liquid Water Content,LWC）和体积中径（Median Volume Diameter,MVD）等。此外,冰风洞试验和数值仿真模拟方面已有很多成果,而覆冰模型法的研究还较少,后续研究的重点是开展对高分辨率数值预报产品的订正研究,构建适用于本地的风机叶片覆冰模型,为风电场提前预警覆冰期以采取融冰措施、合理安排生产等提供科学参考。     

风电场风速数值预报的误差分析及订正

使用WRF模式对内蒙古某风电场区域内的2011年1-6月,50m高度的风速进行了模拟,并结合实测风速对模拟结果进行了评估。在此基础上再利用自回归模型(AR模型)和持续法对WRF模式模拟结果进行了订正预报,订正结果表明:AR模型和持续法都能有效地减小WRF模式风速的模拟误差,AR模型订正效果优于持续法。为能对订正预报时效进行延长,提出了"假设观测值"概念。在AR模型的基础上建立一种新的订正模型称之为New AR模型。其订正预报结果表明:新模型能在12h时效内,改善WRF模式风速模拟精度,其中6h的改进效果较好。     

风能资源数值模拟评估的分型方法研究

为了实现时间跨度较长(20—30年)的风能资源数值模拟评估,建立了一种新的分型方案,采用地面和探空观测资料,以风速、风向和最大混合层高度作为分型因子,针对每种类型随机抽取5%的日数进行真实算例的数值模拟。根据中国所有地区典型日的平均风能参数和30年观测平均结果的对比分析,得出以下结论:(1)中国所有分型站点挑选典型日的平均风速与30年平均风速的绝对误差均小于0.10 m/s,相对误差均低于6.50%;挑选典型日各风向频率值与30年结果的绝对误差平均值为0.28%—0.48%,风速频率绝对误差的平均值为0.09%—0.54%。(2)通过模拟区域分型站点以外探空气象站的风向频率和风速频率的对比检验发现:沿海地区风向频率绝对误差为0.27%—0.63%,风速频率绝对误差为0.14%—0.49%;内陆复杂山地风向频率绝对误差基本在0.57%以下,风速频率绝对误差为0.22%—0.60%;结果表明选取一个分型站点能够代表整个模拟区域内的风能资源特性。(3)根据沿海和内陆山地模拟区域重合范围内的探空站分型结果对比分析发现:对于模拟区域重合范围内的探空站,采用所有模拟区域分型站典型日结果加权平均后的风能参数对比误差大大低于各自模拟区域分型站点的对比误差。     

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。