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《华北电力大学》 2012年
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东海风与浪的时空特性研究

郁永静  
【摘要】:目前,波浪能和海上风能开发普遍面临的问题是缺乏实测数据资料。本文借助气象模式、再分析资料和卫星探测资料,选取东海地区为研究区域,进行了无实测资料情况下的波浪能和海上风能时空特性分析,为海上能源的宏微观规划提供参考。主要研究内容及研究成果如下: (1)用经验正交分解方法将我国东海地区1991年到2010年20年的再分析风速场分解,分解后得到空间典型场(只与空间有关)和时间系数,第一空间典型场代表风速在研究区域内的平均场,时间系数表征风速随时间变化趋势。结果显示风速等值线形状与海岸线形状相似,且在海岸线附近风速迅速增加;研究区域风速在过去20年里有增长的趋势,风速呈现以一年为周期的波动;空间典型场和我国第四次风能资源详查的风速空间分布状况一致,证实了经验正交方法用于东海风能资源宏规规划的可行性。 (2)采用四层嵌套网格WRF模式模拟如东近海区域风场,模拟时段为2005年5月1日0时到5月10日8时。分析模式第四层输出数据与测风塔资料,WRF模式模拟风速与实测风速的相关性接近0.8,模拟风向能反映模拟时段内的主风向,平均风速和平均风功率密度接近实测数据。对比模式第二层输出数据与ECMWF再分析风场,WRF模拟风场的空间分布和风向与再分析风场有强一致性,同时验证了ECMWF再分析资料对于我国东海地区有较好的适用性。 (3)用最大熵原理和威布尔分布分别拟合东海近海测风塔不同高度处的年风频分布。误差分析显示,最大熵分布较威布尔分布有明显优势,且随着高度的增加,威布尔分布误差与最大熵分布误差之间的差值有随高度增加增大的趋势;四参数最大熵分布与五参数最大熵分布之间在高处的差异小于在低处的差异。风速分布随高度增加更加符合最大熵原理所揭示的信息系统内部规律:事物在不受外力约束的条件下,总是向着最混乱的方向发展。 (4)用WAVEWATCHⅢ模式提前一天预报全球尺度波浪场,并运用模式嵌套及海气模式单向耦合预报海洋尺度波浪场。WAVEWATCHⅢ模式能很好的预报全球波高分布及海浪传播、成长情况,但有效波高数值受输入风场资料影响比较大;而且预报的波浪方向不够准确。以大气模式WRF第二层输出风场作为WAVEWATCHⅢ模式输入风场来进行海气模式单向耦合,能提高有效波高的预报精度。
【学位授予单位】:华北电力大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2012
【分类号】:TK81;P731.22

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