高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探

针对现有气象测站分布数量有限, 尤其是沿江沿海地带测站稀少的现状, 对数值模式在风能资源评估中的应用进行了尝试。首先利用TAPM数值模式对上海地区的风场作了数值模拟计算; 然后利用同步的气象站观测资料对风速模拟结果进行统计释用订正处理, 提高了模式计算结果的准确性和可靠性; 最后得到了分辨率为3 km的上海全年平均风速和风功率密度分布信息。这些结果为上海地区风能资源分析评估及风电场规划选址工作提供了科学依据, 同时也说明将统计释用的数值模拟结果应用到风能资源评估工作中是可行的。     

关于风能在农田灌溉中的应用

我国使用风能有悠久的历史,利用风车灌溉农田的技术在明朝即已比较成熟。利用风力灌溉农田有很好的经济效益。例如,以“风车之乡”闻名的江苏省兴化县,1967年有三万六千台风车用于农田灌溉;按每台风车一年可节约柴油340公斤计算,则全县一年可节约柴油一万二千多吨。因此,在风能资源丰富的地区推广风力灌溉,是很有价值的。     

风能模拟系统WEST在中国风能数值模拟中的应用

利用加拿大风能资源数值模拟系统(WEST)进行中国风能资源的模拟,得到了水平分辨率5km、低空垂直分辨率10 m的中国风能分布图谱。将模拟结果与气象台站观测资料进行了对比分析,结果表明,WEST在中国中东部海拔较低地区的模拟能力较好,平均相对误差<20%,但对于中国西部高原的模拟结果不理想,相对误差达到了60%以上,说明WEST系统对中国西部高原的模拟能力还需提高。应从其大尺度气候背景场分类和中尺度模型大气边界层物理过程参数化方面进行本地化改进,使之能更好地应用于中国风能资源评估工作。     

自动站风能参数的短序列订正方法及其应用研究

利用江苏省2005年自动站与基本气象站测风资料, 以及基本站1971—2000年测风资料, 探讨了风速及风功率密度的短序列订正方法, 并将各自动站数据分别订正到3个代表年。结果表明:应用该订正方法订正年平均风速, 其平均误差百分率为3.38%;用基本站作为假设自动站对其作平均气候状况下的订正, 再与自身观测值比较, 得到年平均风速订正的平均误差百分率为7.13%, 风功率密度订正的平均误差百分率为13.26%, 最大误差百分率为21.98%, 最小误差百分率为4.46%, 订正效果较为理想。     

MM5模式在新疆风能资源详查中的应用试验以5月为例

根据2006年5月份NCEP再分析资料,应用MM5对新疆进行的3km分辨率地面风场的模拟试验表明：(1)模式基本能模拟出新疆风速偏大季节地面风场特征,对300m、600m高度处的模拟能力明显优于10m高度,比10m高度处的相对误差大多数小1个量级以上,可作为风电场风场预报的潜在工具之一。(2)虽然模式对新疆几大风区近地层10m高度的模拟能力明显优于其它地区,模拟值与实测值间存在系统性误差,可通过统计订正的方法予以解决,但是仍需要通过某些途径提高模式对边界层的模拟能力,特别是对地形复杂区域、地势陡峭地带的模拟能力。     

粒子群算法在陆面过程模式参数优化中的应用研究

陆面过程模式中输入参数的不确定性会引起模式模拟偏差。为了改善模式的模拟能力,减小参数的不确定性,通常要进行参数优化过程。利用温江站观测的近地层资料,结合粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO),优化了陆面过程模式SHAW(Simultaneous Heat and Water)中难以直接观测的土壤和植被参数。在此基础上,分别利用优化后的参数和默认参数运行SHAW模式,模拟该地区陆面过程特征,并与观测值进行对比,研究优化参数后对陆面过程模拟的影响。结果表明:利用PSO算法优化SHAW模式后,能提高土壤湿度和潜热通量的模拟性能,模拟的土壤湿度和潜热通量与相应的观测值偏差减小。但与此同时,并没有改进净辐射、土壤温度和感热通量的模拟性能。说明PSO算法可以用于陆面模式参数优化,但仅仅通过参数优化并不能同时提高所有变量的模拟性能。     

用诊断模式估算风能

1.引言Sherman(1978)介绍了用连续方程模拟行星边界层气流的思想。基本步骤是在研究区域使用可得到的资料进行初始风场分析,并将边界层内风调整到无辐散状态。这使得气流在较高的地形上加速或围绕障碍物流过低处通道。Sherman 应用 Sasaki(1970)的变分法计算无辐散风。Bhumralkar 等(1980)     

多作业管理方式在风能资源数值模拟中的应用

通过对MM5和CALMET风能资源数值模拟耦合模式的计算流程分析,基于并行运算思想,设计了MM5和CALMET耦合模式模拟运算的多作业管理方式。在浙江省风能资源高分辨率数值模拟试验中,完成浙江区域1个月时间段的风能资源参数模拟运算,MM5和CALMET耦合模式在实施多作业管理方式前后,CALMET模式的运算时间由原来的1501.2 min缩短为149.5 min,运算时效提高了9倍;整个耦合模式的运算时间由原来的1709.9 min缩短为358.2 min,运算时效提高了4倍。数值模拟试验证实了多作业管理方式可在现有计算资源的基础上,大幅提高数值模式的运算时效,且随着数值模式模拟时间段的加长和模拟区域范围的扩大,多作业管理方式对数值模式运算功效的增强越加明显。     

湍流高阶矩模式中的参数研究

该文为高阶矩湍流方程组的二阶矩闭合方案提供了参数组选择。此参数组是用近地层实测资料结合湍流方程二阶矩闭合方案推算出的。然后，将其与Mellor等人在实验室所得的参数组分别代入湍流二阶矩闭合方程组拟合，得动量(ΦM(ξ))、热量(ΦH(ξ))与稳定度(ξ)的二组关系曲线，可见此二组曲线几乎重合，且与Businger野外近地层实测结果符合较好。拟合的垂直速度方差((W*2)1/2(ξ))、温度方差((θ*2)1/2(ξ))与ξ的二组关系曲线相对于UTAH资料，所得曲线偏差比Mellor曲线偏差小得多，而相对于KANSAS资料，所得曲线偏差稍大于Mellor曲线。     

近地层风能参数随高度分布的推算方法研究

应用江苏和吉林的12个测风塔资料,对两个地区的风能参数进行了统计和分析,探讨了一种用10m高度风速资料推算近地层内任意高度上平均风功率密度的新方法.结果表明:应用该方法交互拟合不同高度的平均风功率密度,平均误差4.4%,最大误差13.3%,优于指数律的平均误差7.8%,最大误差22.0%,效果较为理想.     

WindSim软件在复杂地形风电场风能资源评估中的应用

复杂地形的风能资源评估研究对于风电事业的发展具有极为重要的意义。作者利用基于计算流体力学(CFD)方法的风能资源评估系统软件WindSim对我国复杂地形新疆托克逊县境内某风电场2007年的风资源情况进行了模拟,并将模拟结果与测风塔观测结果进行对比分析。模拟结果表明,WindSim软件对我国复杂地形地区平均风速的模拟能力比较好,10m、40 m、50 m、70 m高度的月平均风速的平均相对误差分别是12.91%、10.21%、9.68%、12.91%。同时,WindSim软件不仅可以较为准确地模拟出该区域2007年的主导风向,而且对该年的有效风速频率的模拟效果也很好。此风电场风能资源模拟试验说明,该地区具有十分丰富的可供开发利用的风能资源,进一步说明WindSim软件对我国复杂地形地区的风能资源评估工作具有很好的参考和应用价值。     

系统优化理论在CERES－大豆模式品种参数求解中的应用

根据田间试验资料，采用多维非线性单纯形法搜索求解模式中的品种参数，比较全面地评价了ＣＥＲＥＳ－大豆模式（ＳＯＹＧＲＯＶ５．４１）对我国大豆生长过程及其产量形成的模拟效果。结果表明：（１）若仅考虑某一单项的模拟效果，如发育期或收获产量等，而不涉及其余项目，则可以调整有关参数得到相当满意的模拟结果；若考虑所有模拟输出项的模拟效果，则其精度明显下降，相对误差在１０％～６０％之间。（２）对于某些生长过程，如叶面积指数动态和地上部分于物重的增重过程等，用ＣＥＲＥＳ大豆模式模拟得到的时间趋势与实例资料有较大差别；而对籽粒增重的模拟效果较好。     

风能利用研究

黑龙江省松嫩平原及三江平原常年多风,年平均风速在3.5米/秒以上,蕴藏着丰富的风能资源。我省风能资源分布广,开发利用无污染,除一次性投资外,经常维修费用不高,是补充广大农村动力能源不足,发展农牧业生产的有效能源之一。如抗旱灌溉、温     

积云模式在人工增雨中的应用研究

采用胡志晋的一维时变双参数积云模式,利用福建省１９８５～１９９４年间的夏秋旱期可能出现的１２种天气类型（台风除外）对测站（福州）为主的十年旱期出现的积云降水日（Ｒ≥０．１ｍｍ）进行分类,并按１２种天气类型分别调试的结果（降水预报率达７５％以上）,经催化试验,确定福建省旱期积云降水的物理特征,人工增雨催化的方法、催化剂量和催化窗口,得到了一些有意义的结果,并根据催化试验的结果采用ＮＤＰ－ＦＯＲＴＲＡＮ和ＢＯＲＬＡＮＤＣ＋＋交互使用的方法,将云模式业务化成人工增雨指挥系统中的积云模式分系统,该系统可以进行旱期积云降水预报,人工增雨效果检验和作业方法的选择。     

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。     

伴随模式同化系统在修正模式误差中的应用研究

资料误差和模式误差都是制约数值预报结果准确性提高的关键因素,传统四维资料同化都是假设模式完全正确仅对初始资料进行修正,忽略了模式误差本身造成的预报误差。伴随模式同化系统不仅具有修正资料误差的能力,也可应用于修正模式误差方面的研究。本文将卫星中心导风系统提供的GMS5卫星风场与非常规温度资料用于MM5伴随同化系统修正模式地形误差进行试验性研究表明,该方法能够反演出一个既与初始气象要素场相匹配,又与模式更协调的地形场,得到比一般包络地形更好的效果,改善模式对强降水中心及降水区域的预报;数值试验结果还揭示模式误差对模式预报造成一定的影响,用伴随方法对观测资料进行修正的同时也对模式误差进行修正的方法是可行的。     

动力和能量参数在强对流天气预报中的应用研究

较强的热力不稳定和适宜的动力环境是强对流发展的基础 ,造成灾害的强对流一般是一种深厚对流 ,深对流指数和对流有效位能可反映对流上升运动的潜势和强度 ,对流有效位能还隐含地反映了对流层大气总体垂直热力结构。下沉对流有效位能和大风指数反映了对流下沉运动和下击暴流潜势 ,对流下沉和中层干空气的入侵高度、干燥程度及对流层中下层的稳定度和湿度有关。强风暴特别是超级单体一般都具有很高的螺旋性 ,高螺旋度有利于风暴生命的维持 ,而风暴相对螺旋度则对风暴发生及风暴类型有一定的预示。粗里查逊数反映了对流能量和环境场动力之间的平衡关系 ,能量螺旋度指数反映了动力和能量对强对流天气发展的共同效应 ,它们都综合了动力和热力两方面的因子 ,对强风暴及其类型的预报有指示意义。风暴强度指数和瑞士雷暴指数成功地把动力和对流能量参数结合起来 ,在实际研究和业务工作中这种方法值得借鉴。随着高分辨率中尺度和风暴模式的发展 ,模式输出的对流动力和能量参数将有广泛的应用前景。     

多参数雷达在气象观测中的应用

根据双偏振（水平/垂直线性偏振）、双波长（S波段和X波段）、多普勒天气雷达分别在美国佛罗里达州中部亚热带地区和科罗拉多高原的观测数据时间序列,对在两个不同地理环境、不同天气情况下雷达参数的气象特征及其统计特性进行了分析和比较,为我国开发研制双偏振多普勒天气雷达及其气象应用提供了有意义的参考数据和资料。     

用Weibull-Ⅲ~〔1〕参数模式计算近地层风能功率密度的探讨

本文利用新疆部分地区中值年某些月份的资料,通过W-Ⅲ及其直接计算的两种方法,对风能功率密度计算的比较,探讨了用W-Ⅲ模式拟合风速概率,从而求得风能功率密度之风速的特征,并得到以下几个结论:(1)如果利用W-Ⅲ及直接计算法所得的概率分布,在大风速区拟合较好,则所得风能功率密度的结果就比较接近真值,且只有在此前提下,考虑离差平方和才有一定意义.在大风速区拟合及离差平方和均较理想的情况下,风能功率密度的真值大小对风能功率密度的拟合也可产生一些影响.(2)相对累积风速概率等值线越接近于圆型,则W-Ⅲ模式的拟合效果越好.(3)W-Ⅲ分布的拟合因地因时而异, 并非普遍适用.