多能互补海洋能集成发电技术研究综述

介绍了国内外基于风能、太阳能、波浪能和潮流能等海上可再生能源进行多能互补集成发电的研究发展情况,从不同技术研究侧重点、不同装置机理差异性和多能互补集成发电方式等方面进行了概括和综述,对已有设备和理论研究等进行了对比,评述了目前海洋多能互补集成发电技术研究中存在的主要问题以及未来的研究发展趋势,指出未来海洋能源集成发电需在离岸化、新材料、大型化和阵列布局等方面进行技术研究和攻关。     

HY-2B卫星散射计海面风场产品质量分析 *

星载微波散射计是获取全球海面风场信息的主要手段, HY-2B卫星散射计的成功发射为全球海面风场数据获取的持续性提供了重要保障。本文利用欧洲中期天气预报中心(European Center for Medium-Range Weather Forecasts, ECMWF)再分析风场数据、热带大气海洋观测计划(Tropical Atmosphere Ocean Array, TAO)和美国国家数据浮标中心(National Data Buoy Center, NDBC)浮标获取的海面风矢量实测数据, 对HY-2B散射计海面风场数据产品的质量进行统计分析。分析表明, HY-2B风场与ECMWF再分析风场对比, 在4~24m·s^-1风速区间内, 风速和风向均方根误差(root mean square error, RMSE)分别为1.58m·s^-1和15.34°; 与位于开阔海域的TAO浮标数据对比, 风速、风向RMSE分别为1.03m·s^-1和14.98°, 可见HY-2B风场能较好地满足业务化应用的精度要求(风速优于2m·s^-1, 风向优于20°)。与主要位于近海海域的NDBC浮标对比, HY-2B风场的风速、风向RMSE分别为1.60m·s^-1和19.14°, 说明HY-2B散射计同时具备了对近海海域风场的良好观测能力。本文还发现HY-2B风场质量会随风速、地面交轨位置等变化, 为用户更好地使用HY-2B风场产品提供参考。     

2016年中国沿海海平面上升显著成因分析及影响

使用中国沿海及西北太平洋区域的水位、海温、气温、气压和风等水文气象资料,详细分析了2016年中国沿海海平面显著升高的成因及影响。分析结果表明:（1）2012-2016年,中国沿海海平面处于准2 a、4 a、准9 a和准19 a周期振荡的高位,几个周期振荡高位叠加,对该时段海平面上升起了一定的作用;（2）2016年,中国沿海气温和海温较1993-2011年的平均值分别高0.7℃与0.5℃,均处于1980年以来高位;气压较1993-2011年的平均值低0.2 hPa;（3）2016年4月、9月、10月和11月,中国沿海海平面均达到1980年以来同期高位,这4个月的风场距平值在东海以南均明显偏大,且以偏南向和向岸风为主,风生流使得海水向岸堆积,沿海长时间以增水为主,对当月局部海平面上升的贡献率达到40%~80%;（4）2016年,中国沿海降水总体偏多,局部区域降水量达到历史同期最高,加上沿海径流量的增加,对沿海局部海平面升高有一定贡献;（5）2016年9-10月,有5个台风相继影响我国南部沿海,持续的风暴潮增水导致台风影响期间的海平面高于当月平均海平面70~360 mm,风暴潮和洪涝灾害给当地造成直接经济损失超过30亿元。     

风和径流量对长江口缺氧影响的数值模拟

受自然和人类活动的影响,海洋缺氧现象日益严重,威胁着海洋生态环境,海洋缺氧问题已经引起了人们的广泛关注。本文应用区域海洋模式并耦合生态模式,对东海的生态系统进行了数值模拟和分析研究。与观测数据比较显示,该模型能较好地模拟长江口外生态变量的分布趋势。另外本文通过设置不同敏感性实验,探讨风和径流量对长江口底层缺氧现象的影响,结果分析表明,风和径流量对长江口外缺氧区的形成有显著的影响。径流量变化虽然对长江口外缺氧区的季节变化影响并不显著,但是对缺氧区域面积却存在显著的影响。径流量增加,水体层化增强,表层叶绿素浓度增加,最终导致缺氧区域范围扩展;径流量减小,水体层化减弱,表层叶绿素浓度减小,缺氧区域范围缩小。风向和风速的改变不仅影响长江口外缺氧区的季节变化,还影响缺氧区域面积。     

浙江朱家尖岛东沙海滩对热带风暴“娜基莉”的响应及风暴后的恢复

海滩对风暴的响应及风暴后海滩的恢复过程一直以来都是国内外海滩研究的热点。本文通过对浙江舟山市朱家尖岛东沙海滩地形地貌的现场调查,对比分析了热带风暴"娜基莉"影响下东沙海滩剖面的蚀积变化,探讨了海滩在热带风暴发生后的恢复情况。结果表明,在"娜基莉"影响期间,因风暴浪为向岸浪,东沙海滩几乎遭受全线侵蚀,12个剖面单宽侵蚀总量为73.46 m3/m,其中海滩直线段较两个遮蔽段侵蚀显著。由于海滩在风暴前进方向的左侧,且"娜基莉"距东沙较远,使得东沙海滩普遍侵蚀但强度较小。东沙海滩在热带风暴后的恢复过程中,不同部位的地貌调整和冲淤变化不同,下岬角遮蔽段基本趋于稳定,直线段和上岬角遮蔽段在恢复过程中因受海滩季节性调整的影响呈现持续侵蚀。     

海气动量通量研究综述

海气界面动量通量也称为风应力,是海流和表面海浪的主要驱动力,是海洋从大气获得动量的重要途径。因此,合理可靠的海洋表面风应力的参数化对于海洋、大气和波浪以及气候模式的准确预报都具有非常重要的科学意义和实用价值。对风应力拖曳系数的参数化是风应力参数化的主要内容。近来的观测发现,风应力拖曳系数随着风速的增加出现了先增后减的趋势,同时还与海面的波浪状态以及海流有关。基于观测或理论分析,目前已经得到了一系列的风应力拖曳系数计算方法或公式,有的考虑了海浪的作用,有的没有,但这些方案大都是适合中低风速,在高风速下的适用性还有待检验。本文回顾了目前在海气动量通量观测和参数化方面的研究进展,并建议应增加高风速下风速、海流以及海浪等的同步观测,以进一步完善风应力参数化方案。     

南海风暴潮对风场和外围海水敏感性研究

为探索来自西北太平洋台风风暴潮与南海局地生成台风风暴潮不同,本研究在假设两种台风气象条件相同情况下,研究随台风而来外围海水所形成增水对南海沿岸的影响。以0814"黑格比"强台风风暴潮为基础,使用ROMS(regional ocean modeling system)模式进行数值模拟并通过设计对比试验方法进行研究,研究发现在台风登陆时引起的增水最大,最大增水出现在台风路径右侧,其中在沿岸区域,外围海水形成增水约占总增水10%,且大约3 h后出现增水回震现象。同时,设计对比试验,研究来自西北太平洋台风风暴潮对台风路径、台风强度、台风移动速度和流入角等气象条件敏感性,并获得与前人一致的结果。     

基于MISR多角度光学遥感影像的海面风速估算实验

太阳耀光是来自粗糙海面的直接太阳反射光,其强度与海面粗糙度密切相关,而海面粗糙度主要受海面风场影响。因此,包含太阳耀光信息的光学遥感影像在海洋动力过程和海面风速探测中具有积极意义。本文利用2016年2月到2017年3月期间成像的25幅Terra卫星MISR(Multi-angle Imaging Spectro Radiometer)传感器的多角度遥感影像,分别提取了太阳的高度角和方位角、正视和后视影像的卫星观测角、方位角等信息,校正获得正视和后视影像的太阳耀光辐射强度,进一步反演海表面粗糙度信息,进而计算海面风速。最后利用ECMWF(European Centre for Medium-Range Weather Forecasts)的模式风速数据与反演获得的风速结果进行对比验证。结果表明,两者的相关系数较高(R=0.745),均方根误差和平均绝对偏差值分别为1.514 m·s^-1和1.319 m·s^-1。初步实验结果表明,利用MISR多角度光学遥感影像估算海表面风速是可行性的。     

重庆红池坝地电场变化分析

利用磁静日时序叠加方法和FFT频谱分析方法对红池坝地电场观测资料进行逐月处理,并与巫山建坪台地磁观测资料进行对比,分析红池坝地电场静日变化特征;计算红池坝台站磁暴期间产生的感应电场,与地电场观测数据对比,分析地电暴的特征。结果表明,静日随着月份的变化,相位发生变化,与巫山建坪地磁Sq变化一致;1月、2月、11月、12月的地电场日变幅明显小于其他月份;地电场显著周期成分与磁静日地磁场相同,并且通过周期成分的逐月对比分析得到,地电场与地磁D分量的不同周期成分的频谱值随时间的变化基本一致;某一方向的地电暴与该垂直方向的磁暴和该地区的电性结构有关;地电暴观测值与地磁感应电流计算值呈线性关系;地电暴变化与K值呈指数关系。     

基于SODA资料的南海表层风能输入的空间分布与长期趋势研究

海面风不仅是驱动上层海洋运动的主要动力, 其能量也是维持海洋表层流动的主要机械能来源。为了分析南海表层流风能输入的变化, 用SODA(Simple Ocean Data Assimilation)(1901—2010)资料估算了风向南海表层流(表层地转流+表层非地转流)的能量输入。结果表明, 风向南海表层流、表层地转流和表层非地转流输入的能量总体均呈减少趋势, 110年间分别减小了约56%、65%和49%。导致风能输入减小的最主要因素是风应力的减弱(减小了35%)。由于南海受季风系统的控制, 风向表层流及其各成分输入的能量呈现出显著的季节性变化。冬季风能输入最强, 高值区位于南海西部及北部区域, 呈一个显著的“回力镖”状结构。这些结果对深入认识南海环流具有理论意义。