基于ERA5的黄渤海附近海域波浪能资源时空特征分析

波浪能资源是一种重要的海洋可再生能源,开发利用波浪能资源可以有效的缓解常规能源短缺问题带来的能源问题以及环境污染问题。对波浪能资源进行科学评估是进行海洋能资源利用的前提条件,本文利用欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasting,ECMWF）第五代再分析数据集（ECMWF Reanalysis v5 ERA5）,采用新的波浪能评估公式,对黄渤海海域1980—2018年间波浪能资源展开评估,主要计算指标包括波浪能可开发量频率、富集量频率、变异系数以及可利用波高占比等,结果显示：黄渤海区波浪能资源具有明显的季节性,秋冬季节较高,春夏季节较低,冬季是波浪能资源开发的最佳季节;波浪能富集区域主要集中在渤海海峡外侧、成山头东部以及长江口外海区域。在此基础上确定了波浪能资源的重点开发利用区,为后续的波浪能开发提供参考。     

“21世纪海上丝绸之路”的风能和波浪能

文章以"21世纪海上丝绸之路"建设为背景,针对沿线国家和地区电力供应不足的困境,提出开发利用海洋新能源的观点。通过介绍美国、丹麦、澳大利亚和我国的主要海浪发电装备以及"21世纪海上丝绸之路"沿线海上风能和波浪能概况,助力"21世纪海上丝绸之路"建设。     

21世纪海上丝绸之路:海洋新能源大数据建设研究——以波浪能为例

文章构建国内外首份"21世纪海上丝绸之路"波浪能资源大数据框架,主要包括波浪能气候背景特征、波浪能等级区划、波浪能短期预报、涌浪能特征、资源长期变化趋势和资源中长期预测6大模块;按照三维网格和时间序列实现波浪能信息的全面数字化和全息化存储,对数据进行质量控制并实现四维可视化。研究成果可广泛运用于海上风能和海流能等海洋新能源的大数据建设,为国家和参与"21世纪海上丝绸之路"建设的决策人员、研究人员和工程人员提供数据支撑和决策支持,助力"21世纪海上丝绸之路"新能源开发。     

基于ERA5再分析系统海上丝绸之路海况及波高周期联合分布特征

利用欧洲中期天气预报中心的ERA5再分析系统,基于2012—2022年时间分辨率为1 h的全球气象资料,对海上丝绸之路沿线典型海域进行海况分析。利用我国东南海域、孟加拉湾海域和阿拉伯海域的实测数据验证ERA5资料的有效性和准确性,获得该目标海域风、浪共同限制条件下各季节海况情况。统计得到各季节平均多年海上丝绸之路沿线波浪特征分布规律,并统计分析我国南海、孟加拉湾和阿拉伯海各典型海域的有效波高与谱峰周期联合分布概率。研究结果表明,ERA5数据能较好地反映目标海域的海况特征;工程施工过程中需重点关注夏季波浪波高及全年长周期波浪的影响;我国东南沿海和阿拉伯海整体海况条件较好,孟加拉湾海况较为复杂,有效波高在1.5 m与谱峰周期在10s以上在85%以上,在前期投资规划时需重点关注。     

“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。     

波浪能发电装置海上选址的分析研究

海上选址是波浪能发电装置进行现场试验以及电站投产建设的基础工作,是装置正常运行的先决条件。文章基于层次分析法原理,对波浪能发电装置海上选址的影响因素进行分析,将选址问题的定性分析转化为定量计算,通过计算找出最优的选址方案,为波浪能发电装置海上选址提供了科学的决策依据。     

经略21世纪海上丝路之海洋环境特征:波候统计分析

文章利用来自ECMWF的ERA-interim海浪再分析资料,统计分析了21世纪海上丝路涉及海域的波候特征,结果表明:1 2月,南海的有效波高(SWH——significant wave height)在1.4m以上,明显大于北印度洋。南海的波向以NE向为主导;北印度洋以偏S、偏E向为主。5月,北印度洋以偏S向浪为主;南海中部为SE向,北部为偏E向。北印度洋的SWH在1.2m以上,明显大于南海。8月,南海—北印度洋以SW向的浪为主。阿拉伯海的SWH在2.2m以上,孟加拉湾为1.4~2.8m;南海的SWH相对最弱。11月,南海的波向以NE向为主,北印度洋以偏S、偏E向为主。南海的SWH明显大于北印度洋。2 2月,南海以偏NE向的浪出现频率最高,需要引起重视的有NE、NNE、ENE向的强浪。北印度洋主要以偏S向的浪为主,强浪出现频率很低。8月,南海—北印度洋以偏S、SW向的浪为主;需要注意的是SSW、SW、WSW向的强浪。3 2月、11月,北印度洋的大浪频率在10%以内,南海明显高于北印度洋。5月,南海—北印度洋在10%以内。8月,阿拉伯海的大浪频率在40%以上,孟加拉湾次之,南海的频率低于北印度洋。4 1979-2014年期间,南海大部分海域的SWH显著性递增,趋势在每年0.4cm/s以上。孟加拉湾、印度半岛西部海域没有显著的变化趋势。阿拉伯海西部、印度洋15°S-0°显著递增,趋势为每年0.1~0.4cm/s。仅部分零星海域表现出显著性递减。     

广东推进建设21世纪海上丝绸之路的若干思考

十八届三中全会提出要推进21世纪海上丝绸之路建设的重大战略决策。广东凭海而立,因海而兴,推进建设21世纪海上丝绸之路是广东责无旁贷的历史使命,也是实现跨越发展的重要机遇和发展平台。通过阐述新形势下广东推进建设21世纪海上丝绸之路的战略意义,分析广东拥有的发展优势和综合实力,提出广东推进建设21世纪海上丝绸之路的若干对策建议。     

海上丝绸之路的重要贡献(三)

海上丝绸之路与文化传播“丝绸之路”一词是德国地理学家李希霍芬在他1877年出版的《中国》一书中首先提出的。丝绸之路又有海陆之分,其中海上丝绸之路不仅包括丝绸贸易,还包括经济、文化、艺术、科技、宗教等的交流。     

基于ERA5再分析数据的中国邻近海域极端波高特征分析

极端波浪对沿海地区基础设施有着深远的影响,了解它们的变化规律是进行海岸带风险分析和灾害预防的基础。文章基于欧洲中期天气预报中心(European Centre for Medium-Range Weather Forecasting,ECMWF)第五代再分析数据集(ECMWF reanalysis v5,ERA5),对中国邻近海域1979~2018年间极端波高展开时空特征分析,并统计了40 a厄尔尼诺系数,利用广义极值分布(generalized extreme value,GEV)函数探究了近40 a厄尔尼诺现象对我国海域极端波高的影响,结果显示:统计1979~2018年整个研究区域前2%极端波浪年均值在6~10 m间浮动,且整体趋势递增,在四季趋势变化中,春夏极端波高增长趋势较秋冬高,且波动明显,在年际极端波高变化趋势中有较大波动时大多伴随着厄尔尼诺或是拉尼娜现象的发生,结合厄尔尼诺现象对GEV分布中位置参数的影响分布图和极端波高年、季节际趋势变化分布图,厄尔尼诺现象影响大的地区极端波高大多呈现增长趋势,表明厄尔尼诺现象对极端波高有较高影响。     

国内海上丝绸之路通过地区的环境效率分析

文章根据2007—2014年的面板数据,从非期望产出角度,基于SBM模型静态分析中国海上丝绸之路通过地区的环境效率水平,并运用Malmquist模型探讨这些地区环境效率的动态变化趋势,分析产生这些差异的影响因素。结果表明:2007—2014年我国海上丝绸之路通过地区环境效率有所提高,但与理想状况之间仍有一定差距,2011年前效率增长比2011年后快,其经济增长需要牺牲一定的环境成本;上海、广东的环境效率水平较高,海南的环境效率水平最低;2011年前主要依靠技术进步提高效率,2011年后主要依靠资源的合理配置提高效率。基于这些研究结果,建议在发展经济的同时控制废气废水排放量,调整投入产出比。     

两类典型台风路径影响下的黄、渤海海浪场特征研究

台风引起的海浪灾害对我国黄、渤海沿岸影响巨大,严重威胁相关区域人民群众生命财产安全.本文主要利用ERA5(the fifth generation European Center for Medium-Range Weather forecasts atmospheric reanalysis of the globa...     

经略“21世纪海上丝绸之路”:综合应用平台建设

由于缺乏系统性的基础理论支撑,目前国内外尚无专业的"21世纪海上丝绸之路"综合应用系统,而远洋航海、战略支撑点建设、海洋工程设计、海洋资源开发、防灾减灾等对这方面的需求尤为迫切。文章首先探析"海上丝路"综合应用平台建设的重要性、紧迫性,规划构建涵盖海洋环境、资源、人文、地理、经济、法律案例的综合性"海上丝路"大数据,为国内和国际同行的"海上丝路"研究提供数据基础;进一步以海洋大数据为支撑,融入团队前期系列研究成果,规划构建贴近实用、查询便捷、理论体系完善的"海上丝路"综合应用平台,增强我国的海洋建设能力、海权维护能力、对南海局势的掌控能力,落实国家战略,切实呼应党中央提出的加强"一带一路"学术研究、理论支撑、话语体系的建设要求,为迈向深蓝提供科技支撑、辅助决策,助力人类社会的繁荣进步。     

基于CiteSpace的“海上丝绸之路”研究知识图谱分析

随着"一带一路"倡议的提出,"海上丝绸之路"研究逐渐成为我国学术界的讨论热点。为清楚了解海上丝绸之路的研究现状与未来趋势,文章利用CiteSpace可视化文献分析工具绘制出研究热点及研究机构的知识结构图谱,考查当今研究热点问题。结果表明:目前海上丝绸之路研究机构间的合作程度较低,且主要分布于沿海地区;相关研究主要围绕国家战略、东盟国家、互联互通、文化交流、海洋经济等问题展开;在建设21世纪海上丝绸之路背景下,战略对接研究、跨区域的产业合作研究仍需重点关注。     

“海上丝绸之路”的恶劣环境及应对——极值风速和波高

海洋环境不仅决定着工程及人员的安全,也决定着工程建设的效率和经济收益。由此,在海上丝路建设过程中,需要重视海洋环境对经济建设、岛礁建设和战略通道安全的影响,以达到更好更快地建设海上丝路。文章利用ERA-interim阵风资料、ERA-interim海浪再分析资料,采用Gumbel曲线法推算了海上丝路0.25°×0.25°逐网格点上的50年一遇极值风速、极值波高。另外,还计算了某边远海岛的1年一遇、2年一遇、10年一遇……1 000年一遇的极值风速、极值波高。期望可以为海上丝路建设提供参考。     

基于自主创新的21世纪海上丝绸之路海洋业务化预报产品

2018年12月10日,受国际海洋学委员会西太分委会(IOC/WESTPAC)邀请,21世纪海上丝绸之路海洋业务化预报产品对外发布。该系统每天发布未来5天的海浪、水位、三维温度、盐度和海流预报,并提供预报数据的下载,可直接服务于海洋防灾减灾、海上航行安全、海洋生态系统保护、海岛海岸带综合管理、海洋搜救和蓝色经济发展等。     

影响夏季北极航道航行的近地面气象要素时空变化特征分析

本文利用ERA5再分析数据和我国北极科学考察期间获取的走航气象观测数据,分析了夏季影响船舶通航北极航道的关键近地面气象要素的时空变化特征。结果表明,7–8月的天气条件最适宜船舶在北极航道航行,9月低温、大风和大浪天气显著增多,对船舶航行影响较大,10月的天气更加恶劣,对船舶航行的挑战更大。低温天气主要出现在各航道的中段,大风和大浪天气集中在航道两端的海域。除北极中心区和10月的挪威海和巴伦支海以外,其余时间的海域出现大风和大浪天气的概率以增加趋势为主,但具有较大的年际变化。根据现有北极航道气象观测数据分析发现,东北航道能见度最差,西北航道能见度最好,中央航道居中。     

“21世纪海上丝绸之路”建设对我国南海地区的影响分析

"21世纪海上丝绸之路"是我国在新时期提出的重大战略举措,我国南海地区作为"21世纪海上丝绸之路"的起点海域和战略基点,同时也作为连接我国与东南亚、南亚以及非洲与欧洲的桥梁,在这一战略中扮演着举足轻重的角色。文章立足于"21世纪海上丝绸之路"的丰富内涵并结合南海地区的历史发展脉络和开发利用现状,分别从地理位置、资源保护与开发、海洋经济繁荣与发展、地区安全稳定和国家海洋战略5个方面,分析"21世纪海上丝绸之路"建设对我国南海地区的影响:1强化南海地区"桥梁与枢纽作用";2促进南海地区海洋"资源宝库"保护与开发;3推动南海地区海洋经济发展与繁荣;4维护南海地区周边地区安全与稳定;5提升南海地区在国家海洋战略中的地位。南海地区必将在新时期我国建设海洋强国的潮流中大放异彩。     

21世纪海上丝绸之路海表温度异常与气候变率的相关性初探

区域性海洋系统及其环境要素(尤其是海表温度等)受到局地和其他不同时空尺度气候变率的交互影响,加之全球变暖背景下,区域气候和海洋变化、变率及灾害风险的不确定性会进一步加强,因而分析其间的净相关性是研究海洋环境要素变化机制机理和预测预报的重要前提。文章选取主要的海洋、大气变率和遥相关型,在一定程度滤除干扰信号后,分析探讨各气候变率对21世纪海上丝绸之路沿途海区(简称丝路海区)海表温度异常变化的相关性特征和差异。通过分析可为我国有关气候变化下区域海洋环境响应、预报减灾研究和决策以及海洋环境安全保障提供新的依据和科技支撑。     

“21世纪海上丝绸之路”的海洋环境研究——印度洋海表风速变化趋势

文章利用ERA-40海表10m风场,采用一元线性回归方法,计算印度洋海表风速在45年间(1957年9月至2002年8月)的逐年变化趋势,为"21世纪海上丝绸之路"建设、海上风能开发和全球气候变化研究等提供科学依据。研究表明:海表风速呈显著性逐年递增的区域主要分布于25°S—10°N的海域和南半球咆哮西风带所控制的海域,递增趋势为0.01~0.035m·s-1·a-1,仅零星海域呈显著性递减趋势,其余海域的海表风速无显著变化趋势;南、北印度洋的海表风速分别以0.010 2m·s-1·a-1和0.004 7m·s-1·a-1的速度显著性逐年线性递增,年平均海表风速分别在7.5m·s-1左右和5.2m·s-1左右;南、北印度洋存在共同的2.6~2.7a和5.2a的变化周期以及26a以上的长周期变化,且海表风速的突变期分别为1989年和1978—1980年。