舟山摘箬山岛风能资源评价

文章利用摘箬山岛风电场70 m高测风塔2011年1月—2014年1月的观测资料,对平均风速、风速频率、风向频率、风能频率、有效风力时数及风功率密度等风能参数进行计算分析,并依据国标《风电场风能资源评估方法》(GB/T18710-2002)中风功率密度等级划分标准对风电场的风能资源进行评估。结果表明:风电场各高度年平均风速在3.28~6.56 m/s,风速频率主要集中区间为1~8 m/s,有效风力时数为54.5%~86.9%,年平均风功率密度为54.8~283.2 W/m2。风电场10 m和70 m处主导风向分别为N风和S风,频率分别为13.0%和13.4%,主导风能分别为N风和NNW风,频率分别为14.7%和14.8%。该风电场风功率密度接近3级,具有一定开发利用价值。     

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CCMP再分析风场资料的南海海洋风能资源评估研究

本文利用ESE提供的1988—2011年CCMP再分析风场资料,计算了南海海域10 m高度的风功率密度、风速、有效风时等参数,分析了海洋风能资源时空分布特征,估算了南海海洋风能蕴藏量和技术可开发量。研究结果表明：南海海洋风资源呈现明显的季节分布特征,冬季资源最丰富,春秋季次之,夏季资源最贫乏;风能资源丰富区位于吕宋海峡—中南半岛东南海域一线,呈东北—西南走向,大值区为吕宋海峡附近海域,年平均风功率密度在吕宋海峡附近海域更是高达500 W/m²以上,有效风时大值中心位于中南半岛东部至海南岛东部海域超过7 800 h;南海海洋风能资源蕴藏量为5.70×10⁹k W,技术可开发量4.48×10⁹kW,采用固定式和浮式进行风力开发的面积为2.87×10⁵km²,占整个南海海洋风能资源技术可开发总面积的15.81%。     

基于CCMP卫星资料的中国海域风能资源分析

基于1988—2011年CCMP卫星资料对中国海域的风能资源进行分析评估,研究中国海域风能资源的空间格局及气候变化特征,并进行风能资源区划。研究结果表明:(1)中国海域年风功率密度各海域分布在79.2(琼州海峡)~465.8(巴士海峡)W/m~2,其中东海南部、南海东北部和巴士海峡的年平均风功率密度大于400 W/m~2,其次为南海中东部、东海北部、台湾海峡、台湾以东洋面(300~400 W/m~2),渤海海峡、黄海北部、北部湾、渤海和琼州海峡的风功率密度在200 W/m~2以下;(2)DJF期间,中国海区风功率密度平均值最大(412.5 W/m2),大值区的风功率密度达800~1000W/m~2;JJA期间,中国海域风功率密度平均值最小(159.4 W/m~2);(3)1988—2011年中国各海区风功能密度上升趋势为20.8(琼州海峡)~124.7(台湾海峡)W/(m~2?10 a),除南海西南部和南海东南部海区外,其他海区的变化趋势均通过了0.05的显著性检验;(4)中国海域风能资源分区结果表明,中国海区超过80%的海区适合并网风力发电,其中非常适合的海域占海区面积的62.3%。在风电开发技术可控范围内(水深5~50 m),台湾海峡、南海东北近海海区(水深0~50 m)风能资源最丰富,最高处达490 W/m~2,其次是东海北部近海海区(水深20~50 m),风功率密度达300~350 W/m~2。     

基于ERA5再分析资料的中国近海浅水区域风能潜力评估

风能潜力评估是风电场选址工作的基础工作。本文基于欧洲中期天气预报中心的ERA5再分析数据,采用风功率密度（Wind Power Density,WPD）中值、容量系数（Capacity Factor,CF）以及鲁棒性变异系数（Robust Coefficient of Variation, RCoV）三种指标,对中国近海浅水区域的风能潜力进行评估,研究结果表明:（1）台湾海峡和东海南部风能资源最为丰富并且风能利用率最高,风功率密度中值和容量系数分别为400~900 和0.45~0.7。总体来看,风功率密度中值从渤海到台湾海峡,呈逐渐增加的趋势,从台湾海峡到琼州湾,呈逐渐减小的趋势,容量系数大小分布情况相似。（2）鲁棒性变异系数大小无明显分布规律,广东湛江近岸海域鲁棒性变异系数在0.70~0.75之间,风能发电量最为稳定,但该地区的风能资源丰富程度较低。（3）福州近岸海域不仅有丰富的风能资源和风能利用率,且发电量较为稳定。在不考虑其它因素的影响下,是中国近海浅水区域建设海上风电场的最佳地点。     

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。     

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。     

基于卫星数据的北极海冰变化分析

海冰是极地气候系统重要组成部分。基于1982—2004年的卫星反照率、海冰密集度数据,选取了7个北极海域(分别位于格陵兰海、巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、东西伯利亚海及以北海域、楚科奇海及以北海域和波弗特海及以北海域)进行了研究。对比分析发现,两数据区域平均序列相关性比较高,最低相关系数为0.51,最高相关系数为0.94。格陵兰海海域和巴伦支海海域夏季海表反照率、海冰密集度较低,多为无冰海面;喀拉海域、拉普捷夫海域、东西伯利亚海及以北海域6月份海表反照率、海冰密集度较高,7、8月份海冰加速融化,海冰密集度下降明显;楚科奇海及以北海域、波弗特海及以北海域夏季海表反照率、海冰密集度较高。7个海域海表反照率、海冰密集度均呈现下降趋势,西部的楚科奇海及以北海域、波弗特海及以北海域下降速度最快,巴伦支海海域下降速度最慢。海表反照率和海冰总量的减少,对气候演变有着重要影响。     

利用多年卫星资料分析青岛和茂名附近海域海面风场变化

文章围绕青岛海洋经济开发和茂名海洋气象基础科学综合试验对附近海域基础环境数据的需求,利用多年卫星资料开展了青岛和茂名附近海域海面风场统计分析研究。结果表明:青岛附近海域风向频率和风速频率最大的方向均为北,相对应的平均风速值为3.5m/s;茂名附近海域风向频率最大方向为ENE,风速频率最大方向为NNE,茂名附近海域平均风速值全年均大于青岛附近海域平均风速值,研究成果可为开展海洋气象业务观测和科学试验提供基础数据支持,为"一带一路"海上风能资源开发与利用提供决策支撑。     

全球变暖背景下中国海域风速长期变化趋势分析及风资源评估

采用第六阶段国际耦合模式比较计划（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6, CMIP6）数据对未来我国海域风速长期变化趋势进行分析,并评估风能资源分布的变化。研究表明SSP126、SSP245、SSP370和SSP585共四种代表性情景下,2015—2100年东海风速呈显著减小趋势;南海海域风速随外辐射强迫的增加呈显著增长趋势;黄海、渤海地区增长趋势较弱。未来南海北部海域风功率密度显著增加,相对历史数据最大增长12%,东海则有所下降,最大降幅为11%。4种代表性情景下,近岸风能总体变化较小,随着人为辐射强迫增加呈现略减小趋势,长江口附近海域风功率密度及年均风能随外辐射强迫增加而出现较为明显下降,黄海、渤海、南海沿岸大多基本维持不变。     

南海近海面风场变化特征及其与ENSO的相关性研究

利用1979—2017年共39 a欧洲中期天气预报中心(ECMWF)海表面10 m风场资料,采用经验正交函数方法(EOF)、小波时频特征分析等方法分析了南海近海面风场变化特征及其对ENSO的响应。结果表明:南海近海面风场第一模态海表面平均风速呈减小趋势,呈现年代际变化,且与ENSO相关,但相关性在1990年后趋于减小;第二模态中南海北部和南部平均风速呈减小趋势,中部增大;第三模态中南海中部海表面平均风速趋于减小,北部和南部增大,第二和第三模态均表现为年际变化,且均与ENSO显著相关,近年来ENSO与第三模态的相关性逐渐增强。春季南海表面平均风速从南到北逐渐增加;夏季在越南沿岸部分海域仍有一个风速极大值中心,从该海域向四周逐渐减小,整片海域风向均是西南风;秋季由南向北依次增加;冬季南海整片海域风速都较大,越南沿岸和我国东沙群岛海域存在两个极大值中心。     

基于ERA-interim资料中国近海风能资源时空分布

未来风能开发的重心将逐渐转移到风能更为丰富的近海区域,通过1979—2014年的ERA-interim再分析资料,对不同高度和水深条件下的中国近海风能资源的时空分布特征进行了分析研究。结果显示我国近海风能资源整体呈南高北低分布,大值区位于台湾海峡、巴士海峡及南海东南部,过去36 a我国近海风能资源没有显著变化趋势。风能资源所研究区域的水深越深、风机高度越高,风电的可开发潜力就越大,100 m高度条件及50 m水深条件下我国近海年平均风功率密度约为160 W/m2。此外我国近海风能资源存在明显的季节差异,冬季开发条件最好,夏季最差,且与ENSO存在显著的遥相关关系。     

“21世纪海上丝绸之路”风能资源时空变化评估

利用1979—2021 年的 ERA5 再分析资料,采用经验正交函数分解法、Mann-Kendall 趋势检验法等统计方法,对“21 世纪海上丝绸之路”相关海区的海表风场与风能密度的空间分布特征、季节变化特征以及长期变化趋势进行分析。结果表明：(1)研究海域风能密度在不同季节表现出很大的空间差异,夏季的阿拉伯海和孟加拉湾,冬季的中国南海,以及全年的热带南印度洋风能资源都极为丰富。(2)研究时段内,中国南海北部及附近海域、阿拉伯海西部、孟加拉湾西部以及热带西北印度洋风能密度等级整体较高。(3)研究海域的风能密度以年变化特征为主,其中中国南海风能密度的季节变幅最大且在春、秋两季表现出明显的转换特征。(4)在研究海区中,结合水深条件与风能密度时空变化特征的评估结果,可以重点关注台湾海峡、吕宋海峡、中南半岛东南沿海、阿拉伯海西部近岸海域及热带西北印度洋近岸大陆架海域风能资源的开发利用,加强其他海域风能资源的储备。此研究可为“21 世纪海上丝绸之路”风能资源的中长期开发规划提供依据。     

南沙海域风的特征研究

根据南沙海洋站2006年6月—2011年5月的海面实测风资料,对南沙海域风的特征作了统计分析处理。结果表明南沙海域是典型的热带季风区,11月至翌年5月盛行冬季风(偏北风~东风)6—9月盛行热带夏季风(偏南风~西风),10月是热带夏季风向冬季风转换的过渡季节。冬季风强于夏季风,冬—夏季风相互转换的过渡季节短,且风向多变,风速较小。冬季风盛行期间6级风的频率达50%以上,夏季风盛行期间≥6级风的频率在20%以上。     

北极:机遇与挑战

<正>北冰洋有三条航道连接着东方和西方。东北航道的大部分航段位于俄罗斯北部沿海。从摩尔曼斯克出发,航行5620海里可向东穿过巴伦支海、喀拉海、拉普捷夫海、新西伯利亚海和楚科奇海5大海域,达到白令海峡和远东的符拉迪沃斯托克。西北航道大部分航段位于加拿大北极群岛水域,以白令海峡为起点,沿美国阿拉斯加北部海域向东,穿过加拿大北极诸岛,直到戴维斯海峡。北冰洋理论上还有一条穿越北极点航线:从白令海峡出发,不走俄罗斯或北美沿岸,直接穿过北冰洋中心     

南沙海域风的特征研究

根据南沙海洋站2006年6月-2011年5月的海面实测风资料,对南沙海域风的特征作了统计分析处理。结果表明南沙海域是典型的热带季风区,11月至翌年5月盛行冬季风（偏北风～东风）6-9月盛行热带夏季风（偏南风～西风）,10月是热带夏季风向冬季风转换的过渡季节。冬季风强于夏季风,冬-夏季风相互转换的过渡季节短,且风向多变,风速较小。冬季风盛行期间6级风的频率达50％以上,夏季风盛行期间≥6级风的频率在20％以上。     

上海海域站位观测风能资源分析

为探究上海海域风能资源的情况,按照《风电场风能资源评估方法》和《全国风能资源评价技术规定》中的相关方法,对东海浮标（深远海）和南槽灯船（近海）处2013—2018年实测的气象资料进行了分析比较。结果表明,东海浮标处累年平均风速为6.30 m/s,南槽灯船处累年平均风速为5.80 m/s,东海浮标处累年平均风速比南槽灯船处高8.6%;东海浮标处累年平均风功率密度为345.1 W/m²,南槽灯船处累年平均风功率密度为239.5 W/m²,东海浮标处累年平均风功率密度比南槽灯船处高44.1%;东海浮标处湍流强度的累年平均值为0.114,比南槽灯船处（0.125）低8.8%,对发电机组运行的影响低于南槽灯船处。本研究结果表明,东海浮标处的风能资源比南槽灯船处丰富,东海深远海的风能资源比近海丰富。     

太平洋涌浪分布特征及其对海-气边界层的影响

本文对海-气边界层波致风机制的相关理论进行了阐述,并利用ERA-40再分析资料给出了太平洋谱峰速度、波龄、波陡等描述涌浪和波致风机制物理量的年际和季节空间分布特征。分析表明:东太平洋赤道地区等海域涌浪速度最大且涌浪由南向北传播明显;太平洋波边界层高度基本呈现出东高西低的分布形势;波致风机制主要发生在赤道热带海域,北半球夏季波致风机制偏强,冬季偏弱,南半球反之;北半球北部海域夏季更易发生波致风机制,赤道附近海域相反;南海为风浪与涌浪组成的混合浪,对其波候等相关研究有必要分开进行讨论。     

基于SWAN模式的舟山海域波浪能资源的评估研究

利用ECMWF的ERA-Interim风场数据与GEBCO_2014系列的水深数据,基于近海海浪模式SWAN,对2007年1月—2017年12月舟山近海的海浪开展水平分辨率为0.01°×0.01°的精细化模拟。通过对波功率密度、能级频率、变异系数的计算,并结合有效波高及风场的变化特征,综合分析了舟山海域的波能分布特征、富集程度及稳定状况,从而为舟山海域波浪能资源的开发和利用提供科学依据。结果表明:(1)舟山海域的波浪能分布具有显著的地域和季节性变化特征,其中朱家尖东南方向海域的波浪能在夏季最为丰富,而东极岛东北方向海域的波浪能则在冬季最为丰富,这两个海域的年平均波功率分别为1.97 kW/m和1.73 kW/m;(2)舟山海域波浪能稳定性存在差异,东极岛东北方向的海域在冬季波浪能的稳定性较好,朱家尖东南方向的海域以及象山、岱山等地区的北侧海域在夏季波浪能稳定性最差;(3)东极岛东北方向海域的波浪能丰富程度以及稳定性均为最佳,该海域具有较好的波浪能开发前景。     

基于多年ERA-I资料的獐子岛东南小海区风浪统计分析

为对黄海北部海域的风浪分布规律研究提供参考,文章利用2008-2017年的ERA-I再分析资料,对位于獐子岛东南小海区的风场和海浪场进行统计分析。研究结果表明：风力等级越高,风推浪预测准确率相对越低;对于4～8级风,风力等级与平均波高之间的关系接近线性,但二次拟合的效果更好,拟合优度达到0.984 2;受数据分辨率所限,持续大风条件下海浪成长至少需要６ h;6级风最多持续2天（48 h）,波高最大接近3 m,7级风最多持续18 h,波高最大接近3.6 m,6～7级风最多持续66 h;6～8级风下大概率出现N-NW风向,风向出现频次由高到低依次为北风、南风、西风、东风;7级风在北风下的出现频次最高,不大于6级风时北风的对应波高比其他风向大0.5 m左右。