IEC的风机选型参数估算方法在中国的适用性研究

国际电工委员会编制的《风力发电机组设计要求》(IEC 61400-1)推荐了针对风电机组安全等级评估的极端风速和湍流强度特征值估算方法,因其简单便捷,在风电领域被广泛采用。利用全国风能资源专业观测网的193座测风塔观测数据,对IEC推荐的极端风速计算方法与我国规范推荐的基于极值I型概率分布方法进行比较,发现两种方法计算的193座塔70 m高度层50年一遇10 min平均最大风速,仅有7座测风塔较为一致,差异在±1%;IEC推荐方法的计算结果多数偏小,其中偏小10%以上的测风塔有121座,偏小30%以上的有44座测风塔,而偏大10%以上的只有9座测风塔;IEC方法计算的极值风速大幅度偏小的测风塔主要分布在台风影响的东南沿海地区,偏差较小的测风塔主要分布在西北和华北地形平缓区域,但同时偏大10%以上的测风塔也多分布在这一地区。以目前行业领域普遍采用的以15 m·s~(-1)风速的平均湍流强度作为风电机组选型指标,与严格按照规范,以15 m·s~(-1)风速段所有样本湍流强度的90%分位数处的值作为指标进行风电机组等级确定作对比,发现193座塔中有46座塔的选型是不安全的,甚至相差两个等级。     

新疆地区年平均风速数据非均一影响研究

利用惩罚最大F检验(The Penized Maximal F Test,PMFT),对新疆地区105个国家级气象站点建站至2014年逐年平均风速资料进行了均一性检验,并通过订正得出新疆地区年平均风速均一化数据集合;通过对订正后数据与原始数据进行对比评估,讨论数据非均一性对新疆风速的影响,研究结论得出:(1)在95%的显著性水平下,检验出所有待检站点均出现非均一间断点,共计151个;(2)元数据中记录的人为影响因素,超过1/3对年平均风速序列产生了非均一影响,其中仪器换型对年平均风速序列影响最为显著,其次为环境变化;(3)仪器换型和站址迁移对年平均风速的非均一影响与台站风力大小成正比,其它人为因素对年平均风速的影响与台站风力大小成反比;(4)订正后,数据时间序列的均一性得到改善,数据序列明显的趋势拐点趋于缓和,下降趋势普遍增强,数据可用性进一步改善。     

多波束测量的精度控制与规范指标

分析多波束测量、辅助测量的数据精度,研究其对成果水深的影响程度,结合《海道测量规范》与《多波束水深测量技术规定》中的测量等级指标,以及IHO规范中对水深不确定度的定义和传播结构的介绍,建立数学模型反解出符合规范的作业环境与辅助测量数据的等级指标,提出明确的多波束测量作业精度控制的技术指标,为测量数据的质量监控建立更全面的评价标准。     

基于船位监控系统的拖网捕捞努力量提取方法研究

为了基于船位监控系统提取拖网捕捞努力量,通过统计航速获得3个峰值,拖网作业在第2个峰值,即1~2.1 m/s,拖网作业航向差一般在–50°~50°。利用航速、航向差阈值设定,把拖网船状态划分为慢速、作业、航行,然后提取出捕捞作业状态点,1 423艘拖网船共提取到处于捕捞状态的点318 433个,合计拖网捕捞时间15 921 h,利用反距离加权插值法生成捕捞强度分布变化趋势图。捕捞努力量在渔业资源研究中是重要的参考值之一,与传统的捕捞努力量计算方法相比,该方法具有实时、大范围、快速、分辨率高的特点,能够用于辅助渔业资源保护。     

Interactive discovery of sequential patterns in time series of wind data

Wind speed and direction vary over space and time due to the interactions between different pressures and temperature gradients within the atmospheric layers. Near the earth’s surface, these interactions are modulated by topography and artificial structures. Hence, characterizing wind behaviour over large areas and long periods is a complex but essential task for various energy-related applications. In this study, we present a novel approach to discover wind patterns by integrating sequential pattern mining and interactive visualization techniques. The approach relies on the use of the Linear time Closed pattern Miner sequence algorithm in conjunction with a time sliding window that allows the discovery of all sequential patterns present in the data. These patterns are then visualized using integrated 2D and 3D coordinated multiple views and visually explored to gain insight into the characteristics of the wind from a spatial, temporal and attribute (type of wind pattern) point of view. This proposed approach is used to analyse 10 years of hourly wind speed and direction data for 29 weather stations in the Netherlands. The results show that there are 15 main sequential patterns in the data. The spatial task shows that weather stations located in the same region do not necessarily experience similar wind pattern. For within the selected time interval, similar wind patterns can be observed in different stations and in the same station at different times of occurrence. The attribute task discovered that the repetitive occurrences of chosen pattern indicate as regular wind behaviour at different weather stations that persisted continuously over time. The results of these tasks show that the proposed interactive discovery facilitates the understanding of wind dynamics in space and time.     

西藏加查拉岗村巨型古滑坡发育特征与形成机理研究

青藏高原地质构造活跃,内外动力作用强烈,加之气候异常变化,区内大型滑坡发育。以雅鲁藏布江断裂附近新发现的拉岗村古滑坡为研究对象,在现场调查、槽探揭露、地质测年和工程地质分析等基础上,对其发育特征及成因机制进行了分析研究。研究表明,(1)拉岗村滑坡属巨型岩质滑坡,体积达3.6×107 m3,最大水平滑动距离约3050m,滑坡后壁与堆积体前缘高差达965m,最大运动速率达78.1m/s,具明显高速远程特征;(2)受冷冻风化和冰体"楔劈"作用影响,滑坡后部岩体崩裂,全新世以来气候变化冰川逐渐消退,融雪降水入渗加剧劣化岩体结构,降低岩体强度;(3)根据14 C和10Be测年结果,拉岗村古滑坡形成于距今4140~9675a,沿雅鲁藏布江断裂发生的强震可能是该滑坡的直接诱因,岩体受到地震抛掷力作用,原有节理裂隙和新生破裂面发生张剪-拉裂破坏迅速贯通,首先沿断裂附近碎裂结构岩体发生破坏,上部岩体随之失稳并高速下滑。该研究可为认识青藏高原断裂带内大型古滑坡的形成机理提供借鉴。     

江西省山地风场风速订正方法研究

利用气象站、探空及NASA再分析资料,对江西省4县山地风场的12座测风塔风速进行订正研究。研究结果表明:测风塔与气象站风速数据相关性较低,相关系数一般远小于0.45;测风塔与探空资料的风速相关系数可达到0.6以上,最高可达到0.8;NASA再分析资料可以作为江西山地风场风速订正参证数据,其与测风塔风速数据相关性较高,相关系数可达到0.54～0.77,大多数测风塔相关系数可达0.7左右。海拔高度小于1000 m的测风塔与NASA 50 m风速的相关系数明显高于其与NASA 850 hPa风速的相关系数,高度为1000—1200 m的测风塔与NASA 50 m风速和与NASA 850 hPa风速的相关系数相差不明显,高度大于1200 m的测风塔与NASA 850 hPa风速的相关系数明显大于其与NASA 50 m风速的相关系数。比值法订正效果略好于线性回归法的,订正后的风功率密度总体偏大。     

中国中部典型高山气象站风速的均一性检验及其变化特点

采用二相回归方法并结合台站历史沿革信息,在对中国中部典型高山站南岳和庐山1960-2017年平均风速资料进行均一性检验和订正的基础上,分析其变化特征及其与周边低海拔台站的差异,并利用NCEP/NCAR再分析风速资料对其差异进行验证。结果表明：南岳站平均风速序列存在一个由测风仪器变更而导致的非均一点,而庐山站不存在非均一点;南岳和庐山年及四季平均风速均显著高于周边台站,且高山站以春季和夏季风速最大,而低海拔台站各季节风速差异较小;近58 a高山站及周边低海拔台站的年及四季平均风速均呈显著的减小趋势,但高山站的减小速率显著高于低海拔台站;同区域NCEP/NCAR的1000 hPa和850 hPa平均风速变化的差异与高山站和低海拔台站的差异基本一致,说明中低空和地面风速的这种差异在中国中部地区具有一定的普遍性。     

冷空气强风在大型城市中的精细结构和形成机制

地面强风可直接造成人员伤亡和经济损失,严重影响出行安全、工农业生产等社会秩序。强风的发生与天气系统和复杂下垫面的共同作用密切相关,在城市区域尤为明显。受数值模拟技术和计算资源的限制,对实际天气条件下大范围城区的强风现象进行建筑物分辨率的大规模数值模拟研究仍是一个挑战。本研究利用中尺度气象模式嵌套流体计算动力模式的超高分辨率局地气象预报系统,对强冷空气过程造成广州市区的一次强风事件进行数值模拟,深入探讨强风的精细结构和形成机制。结果表明,伴随着强冷空气入侵,广州市区的平均风速和风场高频扰动均明显增强,且在城市冠层顶尤为明显,呈现区域不均匀的三维结构,数值模拟与地面观测相一致。较大范围的强风速和阵风主要出现在建筑物较为低矮的老城区上空,并持续影响下游河道等开阔区域。在高层建筑密集的新城区,虽然整体风速明显减弱,但能在平行风向的街道狭管和下游区域形成局地强风。特别是,超高层建筑群引起显著的垂直环流,导致强风扰动向下传播,造成最大风速达8 m s?1的地面局地强风,阵风指数接近2。上游建筑群引起的风场扰动呈现大尺度湍流结构,能沿着平均气流传播影响数公里之远的下游地区。当风场扰动经过广州塔等单体超高层建筑时,可在其两侧绕流区再次加强,形成局地强风。局地强风和阵风还出现在垂直于风向排列的沿江高层建筑群的侧边,与建筑屏风的阻挡效应和缺口溢出有关。研究结果促进认识城市强风的时空特征和物理机制,有助于提升城市气象的精细化预报水平。     

延庆-张家口地区复杂地形冬季山谷风特征分析

基于2016年12月—2017年2月和2017年12月—2018年2月两年冬季的近地面自动气象站逐时观测数据以及张家口探空数据分析延庆-张家口一带（包括张家口崇礼、赤城、海坨、小五台山区,延怀、怀涿、洋河、蔚县盆地以及北京延庆、昌平、怀柔部分平原地区）复杂地形的风场精细化时、空分布特征,揭示不同复杂地形下局地风场的时、空变化规律,加深对复杂地形动力、热力作用对近地面风场影响的认识,为冬季山区风场预报以及复杂地形数值模式改进提供参考。结果表明:晴朗小风天风持续性作为矢量平均风速和标量平均风速的比值,可以作为研究风场变化规律的重要参数。根据风持续性的日变化特征,可以将研究区域内所有站点分为10种类型,分别代表不同局地地形特征的影响,风持续与风向变化的相关也很强。研究区域主要有3种类型的地形风:斜坡风、峡谷风以及较大尺度的山区平原风。不同地形特征下的风场、风持续性存在明显不同的日变化特征,山风和谷风相互转化的时间也不同,山区最早,盆地次之,平原区最晚;山风时段持续时间较谷风时段长,风速小;晴朗小风天实测风反映了实际风场的特征,而排除环境背景风场,弱化地形动力作用后整个冬季的局地风作为理论山谷风,更能反映热力作用下的山谷风特征。