沿海城市风场时空特征分析 ——以福建省晋江市为例

为分析沿海城市风场的时空变化规律,本文以福建省晋江市为例,在当地气象观测资料的气候统计基础上,通过风矢量分解、统计与数值模拟、海陆风日等方法,从静风、主导风与海陆风三个方面研究了晋江城市风场的基本规律,初步了解沿海城市风场的基本特征。结果如下：沿海城市受海陆地形等因素影响导致当地平均风速较高,静风天较少,风能资源丰富;我国沿海城市大多处在季风气候区域,不同季节主导风向差异明显,符合季风气候特征;沿海城市风场受海陆风等局地风场影响较大,某点出现海陆风的频率与其到海岸线距离大体呈负相关规律,海风与陆风风向在海陆风日内转换差异显著,海陆风各项特征均具有季节性差异。本文可为沿海城市风场时空特征研究提供基础理论方法,并且为沿海地区的天气预报与监测、污染扩散与传输、农业种植区划、风资源利用等方面提供十分重要的理论依据。     

顾及下垫面特征的海坛岛近地面风场模拟

近地面风场模拟,目前多直接利用实测风速数据进行插值,其模拟结果不能反映地形特征对近地面风速的影响.综合考虑海拔高度、坡向、坡位等地形特征对风速的影响,提出了提高风场插值精度的方法:利用2013年10月份海坛岛离地2 m高风速实测数据进行反距离加权插值;基于数字高程模型数据,根据风速换算的指数律公式进行海拔高度的风速修订;对起伏地形区域,依据地形划分结果和不同的坡向、坡位条件进行水平方向的风速修订.对比风场修订前后结果,用本方法模拟的风场比直接内插的风场更接近实际风场分布,地形特征导致的风速分异得到了体现.     

青草背长江大桥桥位风速脉动特性实测分析

为研究山区风场近地层风速的脉动特性,利用安装在青草背长江大桥上的高频风速仪对桥址处风场进行为期8个月的全程监控.根据实测风速序列分析了在桥址处平均风速、风向、湍流强度、阵风因子和功率谱的统计特征,并针对山区风阵风因子随湍流强度变化关系以及不同计算时距条件下阵风因子的换算关系进行了探讨.研究结果表明:受局部热力环流的影响,桥址风场具有明显周期性变化特征;高风速下顺风向湍流强度及竖向风速相对湍流强度大于桥梁抗风设计规范建议值,而横风向相对脉动强度则比桥梁抗风规范值小;阵风因子随阵风计算时距的变换规律可以用对数高斯函数加以描述;山区复杂地形、地貌导致风速中湍流成分发育更为充分,湍流高频能量相对较大,脉动风速谱在高频段比规范推荐风谱大,低频段比规范推荐谱小.     

平鲁县风能资源状况分析

通过对平鲁区近30年风观测资料的综合分析,发现平鲁区多年年平均的风速日变化范围在2.5m/s～5m/s之间,风速的日变化主要随太阳辐射的变化而变化,风速的大小受太阳辐射、下垫面和地形影响较大。指出平鲁区每年4月份的风速最大,3月份风速次大,全年风速最大的季节在春季,冬季次之,夏季风速最小;全年的风能主要是由西北偏西风和西风提供,这两个风向的风能占到总风能的72%;多年的年平均风速没有明显的增大或减少趋势。     

基于CFD的复杂地形风能分布研究

提出一种通过计算流体力学(CFD)计算风电场风速和风能分布的方法,该方法通过Argis软件对风电场CAD等高线图进行离散处理,按照风速玫瑰图分布,利用Fluent软件对复杂地形条件下风场按照12分度进行数值计算,并按照风速风向分布概率由Tecplot软件进行后处理,得到整个风场的风速分布特点和风能分布.将计算结果与WAsP软件作比较,结合地形特点进行分析,认为本文计算方法得到的结论较为可靠.     

丘陵地区深切峡谷风特性现场实测研究

根据测风塔和当地气象站数据,对江底河大桥桥址处深切峡谷的风场特性进行研究.基于数据统计分析得到桥址处风场的平均风速、风向、湍流强度、湍流积分尺度和湍流的功率谱密度函数.结果表明:该桥所在的深切峡谷地形对风向有锁定作用、对风速有加速作用、并且对各个风向下的湍流特性有明显的影响;深切峡谷顺风向湍流强度与平均速度的关系用反比例型函数拟合,拟合效果良好且高风速下接近规范值;竖风向湍流强度明显高于规范推算值.顺风向实测风谱与Kaimal谱相差较大而与von Karman谱吻合较好;竖风向实测风谱明显大于Panofsky风谱而与von Karman谱比较接近.横风向实测风谱与Panofsky谱、von Karman谱都比较接近.     

复杂地形风能评估的CFD方法研究

不可再生能源的日益枯竭为风能的发展带来了机遇与挑战。我国风能资源丰富的东南沿海及岛屿多是复杂山地地形,传统的风能评估方法在复杂地形中并不适用,这使得风力发电机的微观选址难于实施。本文将研究复杂地形中风场分布的CFD精细化模拟方法,使其能为风机的微观选址提供依据。从海拔最高站点的记录中选定了两次风向稳定的强风过程为研究工况,并分别建立了地形的六面体结构网格模型,选用40m×40m和20m×20m两种网格分辨率,采用两种雷诺平均湍流模型,将得到的风场分布同现场观测数据进行了对比。结果表明湍流模型SST k-ε 的结果更准确,20m的水平网格分辨率对复杂地形风场的估计已有较高的精度。最后,联合风加速比分布与当地的常年气象资料,提出一套基于CFD方法的复杂山地地形全风向风能评估方法。     

内陆高山微地形区风速分布特征及其经验模型研究

特高压线路建设过程中的风偏设计参数主要依据以往标准;但以往标准并未就线路途经微地形、微气候的情况进行深入探讨,从而留下了安全隐患。为此研究了微地形条件下的风速分布特征,提出了内陆高山微地形下的风场模型;包括风速概率分布以及极值风速重现期。根据河南省电力公司尖山试验基地特高压真型试验塔的风速数据,分析了该模型的有效性与一年中不同时间段风速分布的变化,建立了尖山山区微地形下风加速模型。研究表明广义极大值模型在描述内陆高山风场特征方面效果最好,内陆高山风速随高度变化呈幂指数关系,微地形影响下风速放大比例最高可达30%。研究发现夏季时风速整体偏大,因此线路运行过程中应当更注意夏季时的风偏防范工作。     

内陆高山微地形区风速分布特征及其经验模型

特高压线路建设过程中的风偏设计参数主要依据以往标准;但以往标准并未就线路途经微地形、微气候的情况进行深入探讨,从而留下了安全隐患。为此研究了微地形条件下的风速分布特征,提出了内陆高山微地形下的风场模型;包括风速概率分布以及极值风速重现期。根据河南省电力公司尖山试验基地特高压真型试验塔的风速数据,分析了该模型的有效性与一年中不同时间段风速分布的变化,建立了尖山山区微地形下风加速模型。研究表明广义极大值模型在描述内陆高山风场特征方面效果最好,内陆高山风速随高度变化呈幂指数关系,微地形影响下风速放大比例最高可达30%。研究发现夏季时风速整体偏大,因此线路运行过程中应当更注意夏季时的风偏防范工作。     

夏季风下的太湖风场-流场野外观测研究

为研究太湖风场特征、湖流特征以及不同类型风场对太湖湖流的影响,在太湖不同区域布设6台多普勒剖面流速仪和4座气象站,获取同步流场和风场数据,分析夏季风与湖流流场的关系。结果表明:(a)风场方面,空间分布具有不均匀性,各观测点间风速差异较大,各观测点间风向随风速减小而差异扩大化。(b)太湖流场具有明显的风生流特征:空间上,大风(时段平均风速在6.7 m/s以上)情况下,西部湖区出现逆时针环流,湖流分层不明显;小风(时段平均风速在3.8 m/s以下)情况下,没有明显的环流出现,上、下层湖流分层明显,各层流向相对稳定但不相同,补偿流发育。(c)流速方面,10 cm/s以下流速比率90%以上,局部区域水流速度在强风条件下可达20 cm/s。     

广西风速资源的时空分布特征分析

选取广西1971～2015年91气象站点风速数据,辅以DEM与遥感本底信息数据,运用气候学方法和指数空间推算法,构建广西不同时间尺度的风速资源空间分析模型,模拟广西近地层年均、季度风速,利用交叉验证法进行对比验证,选出较高精度的模拟结果,分析广西风速资源时空分布特征。研究结果表明,基于指数空间推算法的风速空间分析模型,综合考虑海拔高度及下垫面类型等因素的影响,可模拟精度较高的风速资源分布情况。广西近地表风能资源丰富区主要位于钦州市、防城港市、北海市等沿海一带以及由大山脉的主脉与周围大片谷地构成的地形区,且该区域春季风速较高,冬季次之,秋夏季最低。     

兰州东部地区冬季地面风场特征

根据１９９６年１２月在兰州市东峡口及东部山区多个观测点的地面风观测资料,分析了各个观测点的风向频率、静风频率、平均风速、风向和风速的日变化特征,以及地面流场特征,结果表明,冬季兰州东部地区的最多风向为东风或偏东风,静风频率比较高,平均风速较小,不同地点的风向日变化规律不尽相同。盆地风内速日变化幅度较大,东峡口及其东部山区的风速具有明显的日变化。东峡口外风速在傍晚迅速增大,夜间风速较白天变化为小,上     

区域海拔高度变化对闪电特征影响的初步分析

利用重庆闪电定位系统监测的地闪资料(1999～2008年),通过数理统计、线性回归等方法,重点分析区域海拔高度变化对闪电特征的影响.结果表明:①闪电频次分布最多的是在海拔300～400 m这个高度区间,之后开始随海拔上升逐渐减少;②闪电中负闪次数远远大于正闪,但是在不同海拔时正负闪所占的比例不同,随着海拔高度的增加,特...     

太湖湖风个例分析

利用太湖周边19个气象站及太湖中尺度通量观测网4个涡动通量观测站逐时风向、风速及温度的数据,以及苏州市6 min一次的风廓线雷达观测数据,对太湖2012年6月7日湖风的风、温及边界层高度特征进行了分析。结果表明,由于北岸及东岸存在苏州、无锡等城市,城市热岛环流与湖风环流相耦合,北岸和东岸湖风产生时间早于西岸和南岸。在湖风旺盛发展时刻,北岸及东岸的风向偏转速度大于南岸及西岸。湖风环流的垂直高度变化显著,在湖风发展最旺盛的14:00,湖风边界层高度可达550 m。     

基于TDIC的上海市奉贤区大气能见度变化特征分析

利用2008～2017年上海市奉贤区气象监测数据以及2015～2017年空气质量监测数据,通过经验模态分解、Hilbert谱分析方法和时间内在关联分析方法(TDIC),重点探讨了相对湿度、浓度与大气能见度的相关关系。结果表明,奉贤区大气能见度具有明显的日变化和季节变化特征,能见度与相对湿度、和浓度变化呈现负相关性,在不同的相对湿度下,颗粒物浓度对大气能见度的影响不同。通过TDIC分析,在局部时间范围内,能见度与颗粒物浓度呈现正相关性,这种相关性变化会受到降水、风速、气压、温度等气象因素和极端天气的影响。通过上述分析,可以较好的探究大气能见度的变化特征。     

防城港外海海域夏冬季周日潮流的准调和分析

为深入研究防城港外海海域的潮流特征,通过引入差比关系,对防城港外海海域4个站点夏、冬季2个周日观测所得的表、中、底层海流的短期资料进行准调和分析。结果表明：防城港外海潮流属于混合潮流,部分海域属于正规全日潮流;潮流中旋转流和往复流同时存在,以旋转流为主,潮流椭圆长轴为东北-西南向;最大可能流速出现在表层,由表层至底层余流流速逐渐减小。夏季,防城港湾西侧余流方向为西南向或西北向,而东侧余流方向为东北向;冬季,除湾口为西南向外,其余海域余流方向均为东北向,余流与地形、风场、温度和盐度等因素有关。周日潮流资料时间较短,受天气、海况、观测时间等因素影响较大,计算的潮流性质略有差异。     

对流层风廓线雷达资料质量分析

为了检验对流层风廓线雷达观测数据的准确性,利用2014年6-7月咸宁的对流层风廓线雷达和GPS移动探空资料,以GPS探空观测值为参考,对对流层风廓线雷达的观测质量进行对比分析,定义两者风向偏差在15°以内或风速偏差在3m/s以下的样本为有效样本,通过比较有效样本占总样本数的比值来判断风向和风速数据的质量。结果表明:降水量对风场影响不明显,风速和风向有效样本数的变化不同,比较时段内,风向数据的质量优于风速,降水提高了风向数据的质量;1~10km高度,风向数据的质量较好,而降水将提高该数据的质量;8km高度以下,风速数据的质量较好,降水对该数据的质量起反效果。总体来说,除近地层(1km以下)外,风速值越大,风向数据的质量越好,降水对高层风向数据的质量有正贡献。     

基于MM5模式的大连近海地区风能资源评估

利用MM5中尺度气象模式和美国国家环境预报中心提供的1°×1°再分析初始场资料,对大连近海地区的风场进行了网格距为3km的高空间分辨率数值模拟,模拟时段为2000年全年.通过对比3个气象站风速的数值结果与站点观测结果,验证了该模式的有效性.对MM5模式的输出结果进行了后处理,得到了大连近海地区的年平均风速、年平均功率密度和年可利用时间等评估参数的等值线图,对大连市近海风能资源分布情况进行了分析.结果表明,大连近海地区风能资源较为丰富,具有较大的开发价值.