基于WRF模式及其同化QuikSCAT/Windsat卫星资料对舟山群岛近海风能资源的模拟与评估

【摘要】：本文首先应用WRF模式对舟山群岛地区2012年的风场进行数值模拟试验,并结合舟山群岛地区2012年测风塔资料对比分析模拟结果,选取风模拟最优参数化集合方案。继而应用WRF模式同化QuikSCAT/Windsat卫星资料结合最优模拟方案对舟山群岛地区2008年风资源进行模拟,并结合2008年测风塔及自动站资料比较了未同化与同化的模拟效果,并选取出最佳模拟方式。最后进行舟山群岛风能资源评估及风电场选址工作。2012年舟山群岛的WRF风模拟试验结果表明：在风速风向的时间序列及风速风向频率的分布、月均风场等方面,WRF能够充分展现良好的模拟能力；通过五种统计参数和线性回归分析的验证发现代表月(1、4、7和10月)中Case2集合方案的模拟量与实测量之间存在显著相关对应性,故将Case2集合方案作为舟山群岛的风资源模拟的最优方案；模式不同集合方案模拟近地层大气稳定度的结果与实际大气间的误差是模拟近地层风况产生误差的主要原因,由于Case2集合方案模拟的大气稳定度状况较接近于实际大气,使其在近地层风况的模拟方面发挥着积极作用,而其他Case模拟的大气稳定度结果误差相对偏大,这可能是它们模拟近地层风况产生一定误差的重要原因。2008年舟山群岛的WRF同化QuikSCAT/Windsat卫星资料的风模拟试验结果表明：WRF模式同化不同卫星资料的模拟效果是不同的,且并非同化所有的卫星资料均能获得比末同化效果好的效果：在不同月份前四天的模拟结果中,WRF同化QuikSCAT模拟的风速风向时间序列的走势以及整体的分布比较贴近实况,且在风速线性回归验证及其绝对误差和相对误差、风向均方根误差中也表现得较其他方式优越,而WRF未同化的模拟效果次之,且好于其同化Windsat的模拟效果；在整月模拟结果的多种统计参数结合平均风速及其标准差、风速日变化分布、风速威布尔分布、风向玫瑰、风廓线和风切变指数、最大风速及其对应风向的比较中,WRF同化QuikSCAT模拟结果更吻合实际风况,故将其作为舟山群岛地区风资源评估及风电场选址的最佳方法；三种WRF风模拟方式的优劣原因在于初值的精度和增量场,由于QuikSCAT的精度高于fn1和Windsat两种资料,且同化QuikSCAT后产生较高精细度的增量场,明显的模式动力调整有助于提高舟山群岛近海风模拟,这使得WRF同化QuikSCAT的效果较优越。利用WRF模式同化QuikSCAT资料并结合最优风模拟方案的最佳方法在舟山群岛风能资源评估中的应用表明：舟山群岛地区风能资源非常丰富,尤其在其东南部的朱家尖岛,并确定朱家尖岛的南部或北到东北偏北方位的近海处为建立风电场的最佳位置。 【关键词】：舟山群岛 WRF风模拟 QuikSCAT/Windsat资料同化 风能评估
【学位授予单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P425.63;P435
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-9
• 第一章 绪论9-15
• 1.1 研究目的及意义9-11
• 1 2 国内外研究进展11-13
• 1.3 本文研究内容13-15
• 第二章 研究资料及方法15-23
• 2.1 研究资料15-17
• 2.2 研究方法17-23
• 2.2.1 风速、风向17
• 2.2.2 风资源参数计算方法17-19
• 2.2.3 模式验证方法19-21
• 2.2.4 模式资料同化方法21-23
• 第三章 WRF模式不同参数化集合方案对2012年舟山群岛近海风模拟的效果比较23-47
• 3.1 WRF模式简介23-24
• 3.2 WRF模式的物理参数化方案简介24-25
• 3.2.1 微物理过程方案24
• 3.2.2 积云对流参数化方案24-25
• 3.2.3 近地层方案25
• 3.2.4 边界层方案25
• 3.2.5 陆面方案25
• 3.2.6 其他方案25
• 3.3 模拟方案设计25-28
• 3.4 不同参数化集合方案风场特征模拟结果的比较与评估28-40
• 3.4.1 统计参数分析28-34
• 3.4.1.1 1月份的模拟结果与实测风的对比28-29
• 3.4.1.2 4月份的模拟结果与实测风的对比29-31
• 3.4.1.3 7月份的模拟结果与实测风的对比31-33
• 3.4.1.4 10月份的模拟结果与实测风的对比33-34
• 3.4.2 线性回归分析34-37
• 3.4.3 2012年代表月份的附加验证37-40
• 3.5 WRF不同集合方案风模拟优劣的可能原因分析40-44
• 3.6 小结44-47
• 第四章 WRF同化QuikSCAT/Windsat卫星资料对2008年舟山群岛近海风模拟的效果比较47-75
• 4.1 WRF-3DVAR同化系统简介47-48
• 4.2 模拟设计48
• 4.3 WRF未同化与同化模拟初步试验的风场特征比较与评估48-59
• 4.3.1 不同资料在不同站点的风速特征比较与评估48-54
• 4.3.2 不同资料在不同站点的风向特征比较与评估54-57
• 4.3.3 模拟初步试验结果的全局分析57-59
• 4.4 WRF同化QuikSCAT与未同化整月模拟的风场特征比较与评估59-69
• 4.4.1 风速风向的时间序列比较59-62
• 4.4.2 平均风速比较62-63
• 4.4.3 风速日变化比较63-65
• 4.4.4 风速威布尔分布比较65-66
• 4.4.5 风向频率比较66-67
• 4.4.6 风廓线与风切变指数α的比较67-68
• 4.4.7 最大风速及其对应风向的比较68-69
• 4.5 WRF不同风模拟方式优劣的可能原因分析69-72
• 4.6 小结72-75
• 第五章 舟山群岛风能资源评估75-77
• 5.1 风能评估75-76
• 5.2 风电场选址76
• 5.3 小结76-77
• 第六章 结论与讨论77-81
• 6.1 主要结论77-79
• 6.2 讨论79-81
• 6.2.1 创新点79
• 6.2.2 不足之处与展望79-81
• 参考文献81-88
• 在学期间参加的科研项目及取得的科研成果88-89
• 致谢89-91
• 附录A91-107
• 风速91-102
• 风向102-107
• 附录B107-110

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