高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探

《高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、*高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探11122,3穆海振徐家良柯晓新唐琳陈德亮(1上海气候中心，上海，2000302瑞典哥德堡大学地球科学中心3国家气候中心)提要针对现有气象测站分布有限，尤其是沿江沿海地带测站稀少的现状，本文对数值模式在风能资源评估中的应用进行了尝试。首先我们利用数值模式对上海地区的风场作了数值模拟计算，然后用同步的气象站观测资料对风速的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公里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

2、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，同时也说明将通过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。关键词：风能资源数值模式风速风功率密度引言风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新能源领域中技术最成熟、最具规模开发条件和商业化发展前景的发电方式之一。上海属中纬度地区，临江靠海，受冬、夏季风影响，风能资源比较丰富，对于一次能源严重缺乏的上海而言，开发风能可行性强。在开发风能资源的过程中离不开对风能资源的详细调查，没有对何地适合建风电场、风力大小如何的详细了解，就不可能对潜在的风电厂的开

3、发潜力进行评估，不能对开发先后顺序进行划分，决策部门进行决策时无据可依，容易发生盲目性。因此，详查风资源、潜在风电场的资源调查和分析评价是非常必要的工作。由于水陆不同下垫面的摩擦作用对风速的影响很大，海（江）岸带附近风速变化剧烈，是风能资源水平梯度最大的区域，但因现有的气象站点分布有限，尤其是上海海岸带以及近海海面上气象观测点稀少，单靠气象站观测资料较难全面反映不同地域风资源的分布差异。为详细了解这些区域的风能资源分布情况，以往经常采取在所关心区域布置临时加密观测点的方法，但这种方法需要耗费大量的人力物力，同

4、时还要受到地形条件的限制。为解决上述[1]问题，目前已有研究尝试将数值模拟技术应用在风能资源评估工作中，但关于将数值模式模拟结果应用到风能资源评估工作这方面的研究工作还比较少，近年来数值模拟技术尤其是中小尺度数值模拟技术的发展和计算机计算能力的提高，为数值模式在风能资源评估工作的应用提供了便利条件。本文应用高分辨率的数值模式和上海地理信息数据，并结合现有气象站观测资料，对上海地区海（江）岸带及近海地域的风场特征进行分析评估，同时对数值模式模拟结果在风能资源评估中所起的作用进行了评价。1．模式及模拟方案1．1模

5、式简介我们采用了由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）研发的TAPM模式系统进行风能资源评估实验工作，TAPM模式系统分为气象模式和大气污染模式两部分，本文利用其气象模式部分来进行风能资源的评估工作。TAPM中气象模式所用方程为非静力不可压原始方程，垂直坐标系统采用地形追随坐标。模式通过求解水平动量方程和不可压连续方程求得水平风分量和垂直速度，求解标量方程得到虚位温、水汽压、云水和雨水等物理量。模式包括的参数化过程有云（雨）微物理过程、湍流闭合、植被及土壤和辐射通量，其中湍流项由求解湍流动量方程和涡流

6、耗散率来确定，然后利用垂直梯度扩散方法求解垂直通量，热通________________________*第一作者邮箱：muhz@hotmail.com，2004年10月投稿《应用气象学报》，已接受。1量中包括了一个反梯度项，地表植被和土壤的参数化方案中包括了地表和高层的辐射通量。模式的模拟范围最大可达1000公里×1000公里，模式层顶的高度为8000米，垂直层数最多可达50层，水平层数可嵌套到5层，水平分辨率最高可达100米。在将模式应用在风能资源评估之前，对模式在上海地区的应用进行了一系列的参数敏感性实

7、验，模拟结果表明模式对下垫面性质的变化比较敏感，模式在积分过程中也比较稳定，具体计算结果本文不再详[2]述。在其它地区的应用经验也表明，TAPM模式对中小尺度区域内风和温度等气象要素具有良好的模拟能力。1．2模拟方案在设计的模拟方案中，我们将模式的中心位置取在徐家汇气象站（31º12´N，121º26´E），水平格点数为50×50个格点，垂直层数为25层（10米、25米、50米、100米……7000米、8000米），嵌套层数为2层，其中外层的网格距为10公里，内层的网格距为3公里，内层的计算范围在30º33´

8、N～31º55´N和120º43´E～122º13´E之间，面积为150公里×150公里，包括上海市和江苏省、浙江省的一部分（图1），本文以下所提的数值模拟结果均指内层的数值模拟结果。模式中辐射和地表过程的时间积分步长为300秒，气象动力方程和湍流方程的积分时间步长和网格距有关，计算外层时积分步长为150秒，内层时积分步长为75秒。模式输入数据中的深层土壤含水量资料取自NCEP再分析资料，深层土壤温