高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探.pdf

V01．17．No．2
第17卷2期应用气象学报
JOURNALOFAPPLIEDMETEOROLOGICALSCIENCEApril2006
2006年4月

高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探

穆海振徐家良柯晓新唐琳2陈德亮23
(上海气候中心，上海200030)
2(瑞典哥德堡大学地球科学中心，瑞典)(国家气候中心，北京100081)

摘要

针对现有气象测站分布数量有限，尤其是沿江沿海地带测站稀少的现状，对数值模式在风能资源评估中的应
用进行了尝试。首先利用TAPM数值模式对上海地区的风场作了数值模拟计算；然后利用同步的气象站观测资料
对风速模拟结果进行统计释用订正处理，提高了模式计算结果的准确性和可靠性；最后得到了分辨率为3km的上
海全年平均风速和风功率密度分布信息。这些结果为上海地区风能资源分析评估及风电场规划选址工作提供了
科学依据，同时也说明将统计释用的数值模拟结果应用到风能资源评估工作中是可行的。
关键词：风能资源；数值模式；风速；风功率密度

源评估工作中的研究HJ，但将数值模式模拟结果应
引言用到风能资源评估的研究工作还比较少，近年来数
值模拟技术尤其是中小尺度数值模拟技术的发展和
风能资源是清洁的可再生能源，风力发电是新计算机运算能力的提高，为数值模式在风能资源评
能源领域中技术最成熟、最具规模开发条件和商业估工作的应用提供了便利条件。本文应用高分辨率
化发展前景的发电方式之一。上海属中纬度地区，的数值模式和上海地理信息数据，并结合现有气象
临江靠海，受冬、夏季风影响，风能资源比较丰富，对站观测资料，对上海地区海(江)岸带及近海地域的
于一次能源严重缺乏的上海而言，开发风能可行性风场特征进行分析评估，同时对数值模式模拟结果
强。在开发风能资源的过程中离不开对风能资源的在风能资源评估中所起作用进行了评价。
详细调查，没有对何地适合建风电场、风力大小如何
等方面情况的详细了解，就不可能对潜在的风电厂1模式及模拟方案
的开发潜力进行评估，不能对开发先后顺序进行划
分，决策部门进行决策时无据可依，易发生盲目开1．1模式简介
发。因此，风资源、潜在风电场的资源调查和分析评本研究采用澳大利亚联邦科学与工业研究组织
价是非常必要的工作。(CSIRo)研发的TAPM模式系统进行风能资源评
由于水陆不同下垫面的摩擦作用对风速的影响估实验工作，TAPM模式系统分为气象模式和大气
很大，海(江)岸带附近风速变化剧烈，是风能资源水污染模式两部分，本文利用其气象模式部分进行风
平梯度最大的区域，但因现有的气象站点分布有限，能资源的评估工作。TAPM模式中气象模式所用方
尤其是上海海岸带以及近海海面上气象观测点稀程为非静力不可压原始方程，垂直坐标系统采用地
少，仅靠气象站观测资料较难全面反映不同地域风形追随坐标。模式通过求解水平动量方程和不可压
资源的分布差异。为详细了解这些区域的风能资源连续方程求得水平风分量和垂直速度，求解标量方
分布情况，以往经常采取在所关心区域布设临时加程得到虚位温、水汽压、云水和雨水等物理量。模式
密观测点的方法，但这种方法需要耗费大量的人力包括的参数化过程有云(雨)微物理过程、湍流闭合、
物力，同时还要受到地形条件的限制。为解决上述植被及土壤和辐射通量，其中湍流项由求解湍流动
问题，目前已有尝试将数值模拟技术应用在风能资量方程和涡流耗散率来确定，然后利用垂直梯度扩

2005．10．08收到，2006．02．05收到再改稿。

2期穆海振等：高分辨率数值模式在风能资源评估中的应用初探153

散方法求解垂直通量，热通量中包括了一个反梯度采用模式默认值，植被类型资料根据《上海市地图
项，地表植被和土壤的参数化方案中包括了地表和高集》中有关土地利用信息_4]对系统默认值进行了相
层的辐射通量。模式的模拟范围最大可达1000km×应修改。模拟以月为单位进行，为消除模式初始化
1000km，模式层顶的高度为8000m，垂直层数最多可过程对模拟结果的影响，每月提前3d进行模拟。
达50层，水平层数可嵌套到5层，水平分辨率最高可模式初始场和边界资料均取自模式系统附带的天气
达100m。在将模式应用于风能资源评估之前，对模分析资料库。
式在上海地区的应用进行了一系列的参数敏感性实
验，模拟结果表明模式对下垫面性质的变化比较敏2模式模拟结果检验与释用
感，模式在积分过程中也比较稳定，具体计算结果本
文不再详述。在其他地区的应用经验也表明_2J，为检验模式模拟能力，考查模式是否适用于风
TAPM模式对中小尺度区域内风和温度等气象要素能资源的分析评估工作，对模式的性能，尤其是模式
具有良好的模拟能力。对上海地区不同下垫面上方风速的模拟能力进行了
1．2模拟方案初步分析，并研究了风速模拟结果的统