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卫星资料与数值模式在中国近海风能资源评估中的应用研究

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第一章绪论

1.1引言

1.1.1中国经济的发展需要海上风电场

1.1.2海上风电发展概况

1.2国内外近海风能资源评估的研究进展

1.2.1国外近海风能资源评估方法

1.2.2国内近海风能资源评估方法

1.3选题依据与研究意义

1.4研究内容与章节安排

1.5特色和创新点

第二章卫星遥感资料介绍

2.1引言

2.2 QUIKSCAT卫星介绍

2.2.1 QuikSCAT洋面风场的探测原理和基本算法

2.2.2风场的反演

2.2.3模糊值的去除

2.2.4 Sea-Winds洋面风场探测的不足

2.2.5 QuikSCAT卫星数据格式介绍

2.3数据网格化方法

2.4有无降水标记情况下的QUIKSCAT反演结果比较

2.5 A.R.与DIRTH反演方法比较

2.6小结

附图

第三章利用卫星遥感资料分析中国近海风能

3.1引言

3.2 QuikSCAT与实测资料比较

3.2.1上海测风塔对比分析

3.2.2渤海石油平台对比分析

3.2.3南海珊瑚岛比较分析

3.2.4青岛浮标站比较分析

3.3利用QuikSCAT计算年平均有效风能密度分布

3.4月有效平均风能密度与盛行风向分布

3.5小结

附图:

第四章MM5模式介绍与地面资料同化敏感性试验

4.1 MM5模式系统的介绍

4.1.1 MM5模式的水平和垂直格点

4.1.2 MM5模式的嵌套

4.1.3 MM5模式侧边界条件

4.1.4 MM5非静力模式与静力模式

4.1.5 MM5非静力模式中的参考态

4.1.6 MM5非静力模式基本方程

4.2 MM5模式输入资料

4.3 MM5地面观测四维数据同化(FDDA)

4.3.1测站观测资料同化

4.3.2 FDDA的使用

4.4 MM5地面资料四维同化敏感性试验

4.4.1四维同化与观测结果比较

4.4.2 MM5地面资料四维同化不同影响半径下的敏感性试验

4.5小结

第五章WEST与MM5模式对比

5.1 WEST模式介绍

5.1.1大尺度天气背景分类方法

5.1.2中尺度数值模式MC2

5.1.3统计模块

5.2 WEST对海陵岛地区模拟

5.3 MM5模拟海陵岛地区

5.4 WEST对中国东部近海海域模拟

5.5 MM5对中国东部近海海域模拟

5.6卫星遥感结果对比

5.7小结

第六章 MM5中国近海模拟结果与实测对比分析

6.1 MM5模拟结果与实测对比分析

6.1.1 MM5模拟方案

6.1.2 MM5模拟结果与气象站观测比较分析

6.1.3 MM5模拟结果与海上测风塔比较

6.2应用模式模拟结果计算中国近海区域年平均风速和风能密度

6.3小结

附图

第七章卫星遥感资料与MM5模拟结果综合分析中国近海风能资源

7.1引言

7.2 QuikSCAT卫星遥感和MM5模式模拟结果与实测对比

7.3综合模式模拟与卫星遥感年平均风速结果

7.4验证综合结果

7.4小结

第八章全文总结与展望

8.1主要结论

8.1.1卫星部分

8.1.2数值模式部分

8.1.3卫星遥感与数值模式模拟综合分析

8.2今后的工作展望

参考文献

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摘要

通过2000-2007年QuikSCAT卫星遥感资料(15° N-35°N,105°E-135°E)与海上观测站风速资料对比分析,检验了中国近海卫星遥感风速的可靠性,进而计算了中国近海年平均风速与有效风能密度。利用中尺度数值模式MM5模拟了中国近海年平均风速与有效风能密度。进一步分析了模式风速与卫星遥感风速的分布型,使用pattern-scaling方法,综合得到了中国近海年平均风速。主要结论如下: (1)使用中国近海石油平台观测站、海上测风塔、浮标站和岛屿站实测资料与对应时间卫星遥感风速进行对比分析发现,海上测风塔实测风速与卫星遥感风速标准误差最小,其次是石油平台与浮标站,岛屿站实测风速与卫星遥感风速的相对误差最大:分析空间相关系数发现,观测站与其周围大片海域卫星遥感风速相关系数较高,表明卫星遥感风速能较好地反映海上风速变化,但数值比实测偏大,可以通过拟合的方法,将卫星遥感风速订正的比较合理。 (2)卫星遥感季(1,4,7,10)平均风速,东海、黄海、渤海呈南高北低的分布型态,30°N以南地区风能资源丰富,30°N以北风能资源相对较小;南海则为东高西低分布型。年平均风速最大区域位于台湾海峡,这是由于盛行风向与台湾海峡走向一致,台湾海峡狭管效应导致空气辐合,风速加大。 (3)对目前风能资源评估使用的主要模式进行了比较,加拿大风能资源评估模式WEST与中尺度模式MM5模拟结果对比发现,MM5模拟风速更接近中国近海实测风速。其主要原因是WEST的初始场不区分海陆温度差异,在模式运行中逐步提高地形,气流适应地形变化,最终得到在实际地形下的风速分布,而MM5模式初始场为实际地面温度,能比较真实的反映实际海陆温度差异。 (4)使用中尺度数值模式MM5进行中国近海风资源模拟过程中,将中国地面观测资料同化到模式中,结果表明,同化地面观测资料模拟结果风速变化响应时间较无同化观测资料模拟结果减小,响应强度加强。比较25km和250km影响半径下的同化结果可知:影响半径为25km相对于250km的下的风速响应时间更短,响应幅度更大,与实测风速相对误差更小。 (5)利用MM5模拟2007年全年逐日逐时风速,与侧风塔观测数据对比发现,MM5模拟风速与实测年平均风速接近,与实测风速相对误差较小。MM5模拟结果、卫星遥感与实测风速相比,相对误差MM5模拟结果较小,而相关系数则卫星遥感较高。 (6)根据卫星遥感的空间分布型最接近实际和数值模拟的空间平均值最合理的实际情况,将气候变化领域中常用的pattern-scaling方法引用到模拟和卫星遥感年平均风速综合分析中,基于PS方法思想,先分别求出卫星遥感风速的标准化空间分布型(pattern)和模式结果相同区域的年平均风速(scaling),再通过点乘的方式算出中国近海年平均风速。

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