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MM5/CALMET模式系统在风能资源评估中的应用

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自然资源学报 2010年第12期25卷 2101-2113页

作者：周荣卫何晓凤朱蓉国家气候中心北京10081

论文建立了一个适用于区域性风能资源评估的数值模式系统,该系统由中尺度气象模式MM5和微尺度模块Calm et以及风能资源参数计算模块组成。运用该模式系统分别对代表我国沿海风能丰富区的江苏省沿海地区和复杂地形条件下的北部风能丰富... 详细信息

论文建立了一个适用于区域性风能资源评估的数值模式系统,该系统由中尺度气象模式MM5和微尺度模块Calm et以及风能资源参数计算模块组成。运用该模式系统分别对代表我国沿海风能丰富区的江苏省沿海地区和复杂地形条件下的北部风能丰富区的甘肃省酒泉地区的风能资源进行1 km×1 km高分辨率的逐时模拟,并通过与模拟范围内测风塔观测资料的对比检验该模式系统对我国不同地形条件下的风能资源评估能力。对比结果表明该模式系统可以很好地模拟出这两个地区的风能资源分布情形,不仅各测风塔处的年平均风速模拟值与实测值较为接近,风向频率和风功率密度方向频率也与观测值较为吻合。总体来看,该模式系统对甘肃省酒泉地区的模拟值与实测值的对比结果要优于江苏省沿海地区的对比结果。因此,该模式系统可以用来对我国不同地形条件下的风能资源进行高分辨率的评估。同时通过分析这两个地区70 m高度处的年平均风速、年平均风功率密度、年有效小时数、年发电量的水平分布结果发现,江苏省沿海地区海面上风能资源比陆上沿岸区域丰富,且风能资源沿海岸线往南逐步增加;甘肃省酒泉地区中部的盆地区域由于受南北高山形成狭管效应的作用,风能资源非常丰富。

关键词： MM5/Calmet 数值模拟风能资源评估江苏沿海甘肃酒泉

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鄱阳湖地区大气边界层特征的数值模拟

地球物理学报 2011年第4期54卷 896-908页

作者：杨罡刘树华朱蓉周荣卫北京大学物理学院大气科学系 95968部队中国气象局国家气候中心

采用WRFV2.2中尺度数值模式对鄱阳湖地区200 km×200 km范围内,2009年11月5日00:00至2009年11月6日12:00不同高度的气象要素进行了数值模拟,得到了水平分辨率为1km的鄱阳湖地区大气边界层风、温、湿度场和廓线分布的大气边界层物理特征... 详细信息

采用WRFV2.2中尺度数值模式对鄱阳湖地区200 km×200 km范围内,2009年11月5日00:00至2009年11月6日12:00不同高度的气象要素进行了数值模拟,得到了水平分辨率为1km的鄱阳湖地区大气边界层风、温、湿度场和廓线分布的大气边界层物理特征.模拟结果发现:(1)白天鄱阳湖面上空存在着冷岛效应并伴随湖风,而夜间湖面上空存在着热岛效应并伴随陆风,湖面与陆地之间最大温差可达6℃;(2)地形以及下垫面类型对鄱阳湖区风场的分布具有很大影响,夜间存在一条东北西南走向的低空辐合带,白天逐渐消失;(3)受风场和地形作用湖面上空的湿度分布也不均匀,白天湿度层厚度低而夜晚湿度层厚度高,湖中心右侧湿度值大于左侧湿度值.模拟结果能较好地反映鄱阳湖的大气边界层物理特征,有助于了解鄱阳湖地区区域气候的特点,以及由于地形、地理环境、地表特征所形成的不同高度上的风、温、湿的分布规律和大气边界层物理特征,为鄱阳湖地区局地天气预报、风能资源开发、环境保护等提供了科学依据.

关键词： WRF中尺度模式鄱阳湖地区湖陆风冷岛效应风能资源数值模拟

3种全球环流预报场近地层风速突变预报能力评估

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资源科学 2013年第10期35卷 2121-2129页

作者：周荣卫何晓凤孙逸涵中国气象局公共气象服务中心北京100081

本文采用Bernaola—Galvan启发式分剖算法对3种全球环流预报场预报风速序列以及气象站和测风塔的实测风速序列分别进行风速突变事件的挑选，并综合挑选结果对3种全球环流预报场对我国风速突变事件的预报能力进行检验和评估。结果显示：E... 详细信息

本文采用Bernaola—Galvan启发式分剖算法对3种全球环流预报场预报风速序列以及气象站和测风塔的实测风速序列分别进行风速突变事件的挑选，并综合挑选结果对3种全球环流预报场对我国风速突变事件的预报能力进行检验和评估。结果显示：ECMWF全球环流预报场风速突变事件的预报效果最优，其次是GFS，然后为T639，但是在青藏高原和甘肃北部地区，GFS要优于ECMWF，在我国沿海尤其是南部沿海地区，T639为最佳；ECMWF在新疆北部、甘肃北部、内蒙古中西部、河北和山西风速突变预报准确率较高，约为30％以上，其次为东北、山东、河南和江苏，约为10％～30％，其余地区预报准确率基本上在20％以下，尤其在西藏和四川大部分地区预报准确率为0．T639预报场在沿海地区的预报准确率基本在30％左右；ECMWF预报场在我国大部分地区预报相位偏差在3h以内，幅度偏差基本上在3m／s之内，仅在新疆北部、甘肃北部、青海北部、内蒙古及辽宁地区相位偏差为3-6h之间，幅度偏差大于3m／s，在新疆北部和内蒙古东部幅度偏差达到6m／s。

关键词：全球环流预报场 Bernaola—Galvan启发式分割算法风速突变预报效果

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大型风电基地风电波动特征分析

中国电机工程学报 2017年第6期37卷 1599-1609页

作者：黄林宏宋丽莉周荣卫李刚南京信息工程大学大气科学学院江苏省南京市210044 中国气象局公共气象服务中心北京市海淀区100081

以中尺度气象模式(weather research and forecasting,WRF)结合气象站和多个测风塔同步观测资料校准,得到的水平分辨率1km、时间分辨率为10min的精细风场数据为基础,研究了中国大规模风电外送工程之一的酒泉地区的风电容量系数、风电可... 详细信息

以中尺度气象模式(weather research and forecasting,WRF)结合气象站和多个测风塔同步观测资料校准,得到的水平分辨率1km、时间分辨率为10min的精细风场数据为基础,研究了中国大规模风电外送工程之一的酒泉地区的风电容量系数、风电可信容量系数以及风电峰谷系数等关键风电参数的区域同步波动特性,比较了不同大小范围的各项参数指标的差异,发现:1)风电并网区域范围的增大对风电上网的波动性具有明显的平滑效应,表现在风电容量系数、风电峰谷系数的逐时变化和年度变化幅度均显著削减,风电可参加受端电网电力平衡的比例也明显提高;2)区域风电外送对受端电网有一定的正调峰和反调峰效果,时段差异明显;3)基于受端电网负荷高峰时段,以85%和95%预定保证率下酒泉地区的风电可信容量分别为9%和5%,采用风电容量系数平均值计算的风电可信容量则可达29%。对酒泉地区大范围风电参数同步波动性的研究方法和初步结论,可为我国大型风电基地风电外送工程设计建设及相关规划研究提供有价值的基础数据和技术思路。

关键词：风电外送波动特征风电容量系数风电可信容量系数风电峰谷系数

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江西省山地风场风能资源储量及特征分析

自然资源学报 2013年第9期28卷 1605-1614页

作者：吴琼聂秋生周荣卫徐卫民江西省气象局气象科学研究所南昌330046 中国气象局公共气象服务中心北京100081

论文利用数值模拟GIS空间分析法以及实测与野外勘察调研两种方法规划了江西省山地风能资源的具体分布并定量估算了其储量,此外,还利用山地2座测风塔资料,详细地分析了山地风能资源特性,结果表明:江西省高山地区风能资源呈沿山脉走向的... 详细信息

论文利用数值模拟GIS空间分析法以及实测与野外勘察调研两种方法规划了江西省山地风能资源的具体分布并定量估算了其储量,此外,还利用山地2座测风塔资料,详细地分析了山地风能资源特性,结果表明:江西省高山地区风能资源呈沿山脉走向的线状分布或孤立山峰的点状分布,技术可开发量约为111×104kW,技术可开发面积约为136 km2,装机容量约为148×104kW。山地低层风速和风功率密度较大,随高度的增加略有增大,风切变指数很小,分别为0.017、0.098。山地风场风速和风功率密度日变化明显呈U型分布,正午前后风速最小,凌晨至清晨风速较大,最大风速与最小风速相差1～2 m/s;山地风场有两个接近相反的主导风向,集中在NW-N以及SSW-SSE扇区,对于风机机组布局较为有利。

关键词：风能资源储量 GIS空间分析山地

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不同背景场近地层风速的预报效果检验

资源科学 2013年第12期35卷 2481-2490页

作者：孙逸涵何晓凤周荣卫中国气象局公共气象服务中心北京100081

模式初始场的优劣对风预报结果影响较大，中国常用的全球环流背景场为美国NCEP发布的GFS资料、欧洲中心的ECMWF资料以及中国气象局的T639资料。本文收集、整理了2010年6月～2011年5月的上述3套资料，将其分别与中国境内677个基本站、基... 详细信息

模式初始场的优劣对风预报结果影响较大，中国常用的全球环流背景场为美国NCEP发布的GFS资料、欧洲中心的ECMWF资料以及中国气象局的T639资料。本文收集、整理了2010年6月～2011年5月的上述3套资料，将其分别与中国境内677个基本站、基准站和400座专业测风塔同期测风数据进行对比检验，综合分析GFS、EC、T639在中国区域内的近地层风速预报效果，并给出3套数据预报性能的平面分布图，结合气象站和测风塔处的地形特征和测风数据的代表性，初步判断3套背景场的近地层风速在不同区域、不同季节的可预报性，为中尺度模式选择初始场开展风速预报服务时提供一定依据。结果表明：①风速介于（0-3）m／s时，气象站和测风塔观测资料检验结果一致，T639资料预报效果最好，GFS资料第二，EC资料第三。风速介于（3～15）m／s时，气象站和测风塔观测资料检验结果有差异，测风塔数据检验，EC资料预报效果最好，GFS资料第二，T639资料第三；气象站资料检验，GFS资料预报效果最好，EC资料第二，T639资料第三。风速介于（15～25）m／s时，气象站和测风塔观测资料检验结果一致，EC资料预报效果最好，GFS资料第二，T639资料第三；②基于（3～15）m／s风速段，中国东北、华北、西北、西南地区，全年EC资料预报效果最好，GFS第二，T639第三，但秋冬季在西南地区三套资料的预报效果均较差。华东地区，春秋季时，Ec和GFS资料预报效果一致，优于T639；夏季时，Ec资料预报效果最好，GFS第二，T639第三；冬季时，3套资料预报效果一致。中南地区，春、秋、冬季时，Ec资料预报效果最好，GFS和T639资料预报效果一致；夏季时，3套资料预报效果一致。

关键词：风能预报全球环流背景场 GFS N报场 EC预报场 T639预报场风速检验气象站测风塔

城市冠层结构热力效应对城市热岛形成及强度影响的模拟研究

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地球物理学报 2008年第3期51卷 715-726页

作者：周荣卫蒋维楣何晓凤南京大学大气科学系

本文在城市边界层预报模式中耦合了一个单层冠层模式,此模式能够体现城市冠层结构和人为热源对城市热岛的共同作用.通过传统平板模式和城市冠层模式的模拟结果与自动气象站观测资料对比发现,耦合了城市冠层模式的模拟结果与观测资料更... 详细信息

本文在城市边界层预报模式中耦合了一个单层冠层模式,此模式能够体现城市冠层结构和人为热源对城市热岛的共同作用.通过传统平板模式和城市冠层模式的模拟结果与自动气象站观测资料对比发现,耦合了城市冠层模式的模拟结果与观测资料更为吻合,尤其能够较好地模拟出城市地区夜间地面的气温变化情况.对北京城市区域的模拟结果进行分析,白家庄地区冠层建筑物使得城市地区气温白天下降,夜晚上升,不考虑人为热源作用时,城市冠层使得白家庄站地面气温白天最低下降2.5℃,夜间气温最大升高为4.7℃.针对模拟区域较小的理想算例模拟结果分析表明,城市冠层模式能够很好地模拟城市地区地表能量平衡关系,体现城市冠层对长短波辐射的封截以及热量存储能力,全天平均净辐射通量由传统模式的43.38W/m2变为84.19W/m2,热存储通量白天最大值为278.04W/m2,夜晚最大释放热存储通量为160.35W/m2.冠层建筑物和人为热源对夜间城市热岛强度的贡献分别为70.65%和29.35%.城市冠层建筑物对夜间城市热岛的形成起决定性作用.

关键词：城市边界层预报模式城市冠层热岛强度

海面动力学粗糙度参数化方案对近海风资源评估结果的影响

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自然资源学报 2015年第3期30卷 513-522页

作者：周荣卫何晓凤中国气象局公共气象服务中心北京100081

采用数值模拟手段可以获取风能资源开发利用高度处资源量的区域分布状况,海面的动力学特性对近海面风速的数值模拟结果影响较大,论文采用WRF模式来研究不同海面动力学粗糙度参数化方案对近海及沿海地区风能资源的数值模拟评估结果影响... 详细信息

采用数值模拟手段可以获取风能资源开发利用高度处资源量的区域分布状况,海面的动力学特性对近海面风速的数值模拟结果影响较大,论文采用WRF模式来研究不同海面动力学粗糙度参数化方案对近海及沿海地区风能资源的数值模拟评估结果影响以及方案的适用性。采用不考虑粗糙度变化(P_0)、WRF模式中参数化公式系数为定值的方案(P_WRF)、Yelland和Taylor的分风速对参数化系数进行取值的方案(P_YT)对杭州湾近海及沿海地区风场进行模拟研究。通过与观测资料的对比分析可以得出以下结论:通过参数化方法改变海面动力学粗糙度可以改进近海和沿海地区风速的模拟效果,且P_YT方案的模拟效果要优于P_WRF方案;当观测点为海风时,考虑粗糙度变化方案的风速模拟结果改进更加明显;观测点风速低于约8 m/s时,所有方案模拟结果的相对误差均随风速增加而降低,P_YT方案的模拟误差最小,P_0的误差最大;而当风速大于8 m/s时,相对误差会随风速的增加而增加,P_YT方案模拟误差最大,P_0方案误差最小。三种方案模拟风能资源差异主要体现在陆地沿海和近海区域,离海岸线较远的陆上地区模拟结果相差不大,在沿海和近海区域方案P_WRF平均风速模拟结果比方案P_YT的偏高约为0.5 m/s,平均风功率密度偏高约为50 W/m2。

关键词：海面动力学粗糙度风速数值模拟 WRF模式

MM5与CFD软件相结合对复杂地形风资源模拟初探——以鄱阳湖地区为例

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资源科学 2010年第4期32卷 650-655页

作者：何晓凤周荣卫朱蓉国家气候中心北京100081

本文将中尺度气象模式MM5和以流体力学计算为核心的风资源评估软件WindSim相结合,对鄱阳湖地区复杂地形条件下的风能资源状况进行了高分辨率的数值模拟评估,通过模拟结果与同时段铁塔观测数据的对比分析发现:MM5的3km分辨率模拟可以较... 详细信息

本文将中尺度气象模式MM5和以流体力学计算为核心的风资源评估软件WindSim相结合,对鄱阳湖地区复杂地形条件下的风能资源状况进行了高分辨率的数值模拟评估,通过模拟结果与同时段铁塔观测数据的对比分析发现:MM5的3km分辨率模拟可以较准确的得到湖区风速的量值,能大致模拟出湖区风速分布趋势以及年主导风向,但是对更精细的局地风况分布的模拟相对过粗,而"中尺度模式+流体力学软件"的方法可以较好的刻画出复杂地形条件下的局地风况,使局地风速的模拟量值与观测结果更为接近,尤其对10m高度的风速模拟结果改善最明显,故认为该方法可作为复杂地形条件下的风电场开发的前期风资源预评估手段之一。

关键词： MM5 WindSim 数值模拟风能资源复杂地形鄱阳湖地区