基于WRF模式的广东海上风资源评估

在概述风资源评估传统方法的基础上,通过以下两个方面对基于WRF模式的海上风资源评估方法进行探讨。首先,详细分析了基于WRF模式的海上风资源评估的过程;其次使用珠江口某设计中的海上风场作为算例,进行了风资源量化估计,并对结果进行了对比。得出的主要结论为,鉴于我国缺乏长期和大面积的海上测风网,使用数值天气预报对海上风资源进行评估是必须的;风切变指数的变化剧烈,不应视作常数;数值预报数据应根据测风塔数据进行校正;对于选定了位置的风场,根据现场测风塔和根据数值天气预报给出的评估结果无显著差别。     

江西省山地风场风能资源储量及特征分析

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111×10⁴ kW,技术可开发面积约为136 km²,装机容量约为148×10⁴ kW。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。     

WRF数值模拟超强台风“凡亚比”路径强度及降水特征分析

采用中尺度数值模式WRF对2010年第1 1号台风“凡亚比”的发生发展过程进行数值模拟.通过设计的模式方案较好地模拟再现了“凡亚比”台风的发展、演变以及登陆过程,并利用台风最佳路径集提供的路径、中心气压、地面最大风速等信息资料,NCEP/NCAR分析资料,TRMM降水资料以及卫星云图、降水观测等各种资料与模式模拟结果开展了较细致的对比分析.模式模拟的台风路径与观测路径较为一致,分析出“凡亚比”台风的移动路径、强度、云系和降水分布等方面的特征.结果表明,台风的高低层环流形式、垂直运动场模拟结构也完全匹配,同时很好地把握住了中国沿海地区由台风造成降水的降水中心位置以及降水强度,但是对台风两次登陆时间的模拟均比真实的情况要迟6h,并且登陆位置偏西南.     

湖北省风能资源的高分辨率数值模拟试验

利用边界层模式CALMET耦合中尺度模式MM5对湖北省的风能资源分布特征进行数值模拟,得到水平分辨率1 km、 垂直高度10~150 m覆盖全省的风能资源分布。通过与测风塔对比发现,模式对九宫山7月、 11月的逐时有效风速的模拟相关系数分别为0.59、 0.57;受下垫面复杂地形的影响,10 m高度上的误差最大,50 m高度的模拟效果好于其他高度。70 m高度上数值模拟风速年均误差为7.21%,逐月平均风速误差范围在6.62%~7.30%之间。全省风能资源的总体分布特征是:中东部大于西部,西部的等值线相对凌乱且密集,冬、 春季风速、 风功率大于秋季,西部地区为风资源较贫乏地区。数值模拟结果虽然存在一定的误差,但模拟得到的风能资源分布趋势是符合本地区气候和地形特征变化规律的,可以作为制定区域风电发展规划的科学依据。在进行风电场选址时,对于误差大于平均水平的地区需要多布设测风塔。     

基于WRF的放射性物质大气扩散模拟的环境辐射剂量估算方法

针对核事故下放射性污染物质辐射,提出了一种基于中尺度气象模型WRF的放射性物质大气扩散模拟的环境辐射剂量估算方法。该方法使用放射性物质大气扩散数值模型对放射性污染物质的空气浓度和地表沉降浓度进行计算,进而结合有效剂量转换因子得到环境辐射剂量,并基于辐射剂量标准划分应急处置区域,可以较好地刻画瞬时排放及瞬时气象条件导致的浓度变化造成的辐射剂量随时间和空间的变化,从而实现对放射性污染物质环境辐射剂量的实时计算。以2011年3月的日本福岛核事故为案例,以放射性物质131I和137 Cs为研究对象,使用该方法进行了环境辐射剂量的估算。估算结果表明:131I与137 Cs的空气浸没外照射有效剂量比较接近;成年人与婴儿的吸入内照射有效剂量分布也比较接近;地表沉积外照射有效剂量在总剂量中所占比例远远大于空气浸没外照射有效剂量和吸入内照射有效剂量。     

环渤海区域典型河流下游水体中抗生素赋存状况及风险评估

利用高效液相色谱-串联质谱法分析了环渤海区域典型河流下游水体中6类58种抗生素的赋存特征,采用生态风险模型和人类健康风险模型分别评估了抗生素对生态和人体的健康风险.结果显示:环渤海区域4大典型河流(小凌河、滦河、黄河和大辽河)下游水体中有6类50种抗生素被检出,青霉素G浓度水平最高,最高浓度为353.13ng/L.β-...     

MM5/CALMET模式系统在风能资源评估中的应用

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。     

全球海域风能资源评估及等级区划

利用1988年1月至2009年12月具有高精度、长时间序列的CCMP(Cross-Calibrated, Multi-Platform)风场,对全球海域的风能资源进行评估。综合考虑风能密度大小、能级频率、大风频率、有效风速、风能密度的稳定性等各方面,对风能资源进行系统性研究,并对全球海域的风能资源进行区划,为海上风力发电等风能资源的开发利用提供科学依据。研究发现全球海域蕴藏着丰富的风能资源,大部分海域为风能资源的富集区,尤其富集在南北半球西风带,风能资源的贫乏区主要分布于赤道附近和两极零星海域,可利用区和较丰富区主要分布于低纬度海域、太平洋东部中低纬近岸海域、两极大部分海域。     

区域大气污染数值模拟方法研究

大气污染是一个区域性的环境污染问题,北京大气环境的质量与周边地区污染源的排放有密切关系.将气象模型高级区域预报系统(ARPS)与空气污染模型Models-3耦合进行模拟计算,从检验结果可以看出,模拟值与实测值有较好的一致性,表明该模式系统可以用来研究区域大气污染物传输及相互影响.模拟计算了2002年北京地区各季ρ(PM10)以及山西污染源对北京的贡献,结果表明,在特殊的天气条件下的典型时段,尤其是在西南风气流场控制下,山西污染源对北京空气质量有较大的影响.比较而言,夏季(8月)山西污染源的平均贡献率最大,约为15.44%;冬季(1月)最小,约为2.25%.表明控制北京大气污染不容忽视周边污染源的影响.      

集合最优插值同化方法在珠三角空气质量模拟中的初步应用

本文旨在探讨集合最优插值（EnOI）同化方法对MM5-STEM空气质量模式污染物浓度预报场的修正能力,先从局地化尺度（L）及经验系数（α）的敏感性试验中获得NO2、SO2和PM10各自的“最优L 和α组合”,然后对此参数设置下的同化结果进行分析.研究结果显示,EnOI在NO2、SO2及PM10的同化试验中均取得较好的效果,检验站点均方根误差（RMSE）的平均下降比例分别可达33%、32%和42%,RMSE值下降的站点占检验站点总数的比例分别为86%、84%和91%.表明该方法能够有效地应用在珠三角空气质量模拟中,产生与实际更为接近的污染物浓度预报场.     

基于NLMSFD模式对风速分布规律的数值模拟——以山东威海风电场为例

针对风电场建设要求,论文利用非线性高分辨率数值模式NLMSFD尝试对山东荣成地区风资源进行评估。在试验区域内,分别选取两座测风塔不同高度上1年的月平均风速观测资料作为驱动值,利用模式对试验区的风速分布进行了模拟试验,获取了试验区100 m×100 m分辨率条件下风速一年四季的空间分布信息,并将模拟值与实测值对比,分析了模式在试验区地形及粗糙度条件下的模拟精度,评价了NLMSFD模式的可适用性。结果表明,模式的模拟结果基本能反映出月平均风速的时空变化规律,但两塔位置处模拟值与观测值的相对误差随高度和季节变化有所不同。从季节上看,模式的模拟结果在冬季较好,夏季误差稍大,春、秋次之;从高度上看,除10 m高度外,其它高度层的相对误差大多在10%以内。利用不同位置的观测资料驱动模式,模拟结果的精度也受影响。如利用远离海岸边的观测资料驱动模式要比近海观测资料驱动模式所得的模拟结果好;同时对于近海的测风塔,采用距地面位置较高的观测资料作为驱动值要比采用10 m高度的资料驱动模式的模拟精度好。这些结果说明NLMSFD模式在精细化风资源评估及风电场选址中具有一定的参考应用价值。     

黄渤海沿岸经济贝类体中重金属残留量水平

以1990年7月～12月中国黄渤海沿岸经济贝类体内重金属分析数据为基础,探讨了黄渤海沿岸主要经济贝类体中5种重金属（Cu、Pb、Zn、Cd、Cr）含量水平及污染特征。其调查结果表明：目前只有铜未超过双壳类软体动物评价标准。重金属残留量平均水平为黄海沿岸大于渤海沿岸。不同种类双壳类软体动物对５种重金属富集能力存在着差异,牡蛎对铜、锌的富集能力比其他贝类高40～100倍,毛蚶对镉、铬的富集能力比其他贝类高5～58倍。此沿岸的紫贻贝、牡蛎、文蛤、毛蚶等可作海洋污染生物指示种。     

珠三角土地覆被资料优选及在WRF模式中的初步应用

针对WRF模式中珠三角地区土地覆被资料不准确的现况,从国内外主要的土地覆被产品中筛选与统计年鉴资料相符的产品,与模式内置的静态资料进行对比试验以评估土地覆被资料对模拟结果的影响.试验模拟的时段设为2010—2011年1、4、7、10月.结果表明：1 WRF模式内置的MODIS资料在珠三角地区对于建成区高估超过3倍,而主要土地覆被遥感产品中GLC2009资料最为接近统计年鉴和调查结果值;2 GLC2009土地覆被数据相比模式内置的MODIS资料,对珠三角区域地表温度、风速、相对湿度的模拟有一定改善,2 m地表气温与观测的平均偏差从0.32 ℃降至0.08 ℃;2 m水汽压平均偏差从0.31 hPa降至0.28 hPa;10 m风速平均偏差从0.59 m·s-1降至0.38 m·s-1,其中10 m风速对于土地覆被变化最为敏感;3从空间分布上看,GLC2009资料相对内置的MODIS资料,其对整个模拟区域内的温度、湿度模拟结果有所改善,并且对珠三角城市外围区域风速模拟结果的改善明显;4模拟结果的变化是由于土地覆被类型及其比例的变化直接改变了模式中地表反照率、粗糙度、植被覆盖率、植被气孔阻抗等参数的取值引起的.     

PM_(2.5)和PM_(2.5~10)资料同化及在南京青奥会期间的应用试验

建立了面向PM_(2.5)和PM10观测资料的三维变分同化系统,并在南京地区青奥会期间进行了同化和预报试验.同化系统的控制变量为PM_(2.5)和PM_(2.5~10)(PM10中扣除PM_(2.5)后剩余部分),利用南京地区2014年8月的WRF-Chem模拟结果,估计了PM_(2.5)和PM_(2.5~10)的背景误差协方差,发现在水平和垂直方向上PM_(2.5)的相关系数随距离的衰减均小于PM_(2.5~10),这可能与PM_(2.5)粒径小、生命史长,在大气中传播地更远有关.利用南京及周边区域的134个监测站PM_(2.5)和PM_(10)逐时观测资料,对青奥会期间(2014年8月16~28日)进行滚动同化和预报试验,并利用模式最内层观测资料进行检验分析,结果表明同化对初始场有显著改进,PM_(2.5)和PM10的相关系数均提高53%以上,均方根误差降低55%以上,平均偏差则降低了90%左右;同化试验对其后的预报场也有明显改进,正效应可以持续到20h以后,模式对PM10的预报效果好于PM_(2.5).     

河谷城市通风系数研究

通风系数是科学确定污染物排放总量的基础.利用WRF模式模拟的边界层高度和风速计算了兰州新区2014年4个季节的通风系数,探讨了风速的季节性变化和日变化特征.结果表明:①WRF模式模拟得到的兰州新区的混合层平均风速呈夜间高、日间低的特征,日间混合层内平均风速最大值出现在20:00左右,这与地面风速积分法确定的平均风速具有较高相关性,验证了利用模式模拟边界层内平均风速特征的能力.②混合层高度季节变化呈现春夏季高、秋冬季低的特征;受太阳辐射的影响,日间混合层高度明显高于夜间.③通风系数具有明显的季节性变化特征（4个季节的通风系数分别为4 607.6、5 424.1、1 316.4、706.9 m2/s）,夏季高,冬季小,这与混合层高度和混合层内平均风速的季节性变化特征一致;日变化呈现单峰型的变化规律,冬季的峰值出现在15:00,而其他3个季节的峰值则出现在17:00左右.研究显示,WRF模式的模拟结果可以较好地反映混合层平均风速的基本特征,利用WRF模式模拟的结果计算得到的河谷地形的通风系数较为合理,不同季节的通风系数差异较大.      

渤海海洋资源的开发与持续利用

渤海是我国一个半封闭的内海,海域面积7.7×104km₂,具有丰富的海洋生物资源、海洋油气资源、海盐资源、滩涂资源、港口与滨海旅游资源等。随着对渤海海洋资源的开发,已形成了海洋渔业、海洋油气开采业、海洋运输业、滨海旅游、沿海造船和海盐业等海洋经济产业部门。通过对渤海海洋资源评估、对海洋资源开发及海洋经济增长、海洋产业部门结构特征以及当前渤海存在的海洋环境污染等问题进行分析研究,并应用层次分析法(AHP)对渤海海洋资源开发利用提出了重点与发展方向,明确了环渤海地区的海洋经济是以利用资源为主的资源型经济。由此提出了渤海海洋资源持续利用的对策。     

环渤海地区海域空间资源使用和供给分析

从海域空间资源使用程度、结构和效益等方面,比较分析了环渤海地区的海域空间资源使用现状,并分析了环渤海地区的海域空间资源供给情况.根据分析结果,指出了环渤海地区的海域空间资源使用的比较优势,最后提出了环渤海地区海域空间资源使用和供给分析中有待解决的问题.     

渤海海域夏季石油烃污染状况及其环境容量估算

根据调查分析了渤海海域石油烃污染状况,建立了渤海石油烃多介质动力学模型,估算了渤海海域石油烃污染物环境容量和剩余环境容量。结果表明,调查海域石油烃平均浓度为(25.7±13.6)mg／rn3,变化范围为4.4~64.8 mg,／m3,其中,莱州湾,渤海湾等近岸海域污染较严重。在一、二类国家海水水质标准下,渤海海域石油烃污染物环境容量(ECo)为29 169 t／a,在三类国家海水水质标准下ECo为177 306 t／a,在四类国家海水水质标准下ECo为298 446 t／a,各海域在一、二类国家海水水质标准下石油烃污染物环境容量分别为,渤海湾5 255 t／a,辽东湾8 869 t／a,莱州湾4 889 t／a,渤海中部10 156 t／a。