廣東海陵島風(fēng)能資源高分辨率數(shù)值模擬研究

　　根據(jù)測風(fēng)塔的觀測資料發(fā)現(xiàn)，整個海陵島秋季以北北東和東北風(fēng)為主；冬季以東北風(fēng)為主；春季以東南東和東南風(fēng)為主；夏季以南風(fēng)和南南西風(fēng)向為主。根據(jù)7 個測風(fēng)塔的觀測資料，統(tǒng)計了各月的月平均風(fēng)速（表2）。從表中可以看到，整個海陵島的月平均風(fēng)速以冬季最大；1 ～ 5 號塔夏季的平均風(fēng)速次之，6 ～ 7 號塔則是秋季的風(fēng)速小于冬季；最小的月平均風(fēng)速值1 ～ 3 號塔出現(xiàn)在秋季，4 ～ 7 號春季最小。

表2 測風(fēng)塔各月平均風(fēng)速（m/s）

　　4模擬結(jié)果與分析
　　4.1 海陵島風(fēng)能資源數(shù)值模擬結(jié)果
　　采用WRF/CALMET 模式系統(tǒng)對廣東海陵島2003 年10月和2004 年1、4、7 月的風(fēng)能資源數(shù)值模擬結(jié)果表明（圖3-4），在數(shù)值模擬實(shí)驗的一年中，海陵島2004 年1 月風(fēng)能資源最豐富，全島范圍內(nèi)距地面60m 高度上，月平均風(fēng)速6.9m/s~8.7m/s，月平均風(fēng)功率密度235w/m2~526w/m2 ；2004年4 月海陵島風(fēng)能資源最小，全島范圍內(nèi)距地面60m 高度上，月平均風(fēng)速4.3m/s~5.1m/s，月平均風(fēng)功率密度86w/m2~126w/m2。從風(fēng)能資源的總體分布來看，在如圖3-4 的整個數(shù)值模擬區(qū)域內(nèi)，風(fēng)能資源從東南到西北逐漸減小，也就是說海陵島面向中國南海一側(cè)的風(fēng)能資源比面向大陸一側(cè)的風(fēng)能資源好。2004 年1 月整個數(shù)值模擬范圍內(nèi)的風(fēng)能資源變化率最大，月平均風(fēng)速5.6 m/s ～ 9.0m/s，月平均風(fēng)功率密度141 w/m2~574w/m2 ；2004 年4 月的風(fēng)能資源變化率最小，月平均風(fēng)速4.1 m/s ～ 5.1m/s，月平均風(fēng)功率密度70 w/m2~130w/m2。
　　1 月是北半球的冬季代表月，亞洲大陸為反氣旋控制，勢力強(qiáng)，海陵島地處冷高壓南側(cè)，受東北氣流影響，盛行東北季風(fēng)，風(fēng)速最大；4 月，華南處于冬季風(fēng)向夏季風(fēng)的過渡季節(jié)，盛行風(fēng)向零散，此時在華南北部以冬季風(fēng)為主，而在華南中南部包括海陵在內(nèi)則以東南風(fēng)為主，天氣系統(tǒng)勢力不強(qiáng)，風(fēng)速也比較小，7 月與1 月形勢相反，以偏南風(fēng)為主；10 月由夏季風(fēng)向冬季風(fēng)轉(zhuǎn)變，影響海陵島的主要天氣系統(tǒng)對海陵島的作用也不強(qiáng)。
　　具有開發(fā)潛力的風(fēng)能資源主要分布在海陵島西南部、中部和東部的山頂上。
　　4.2 模擬誤差分析
　　通過雙線性內(nèi)插，將月平均風(fēng)速的模擬值插值到測風(fēng)塔位置上，得到各測風(fēng)塔位置和測風(fēng)塔最高觀測層上模擬值與觀測值的相對誤差（表3）。可以看出，3 號塔處的月平均風(fēng)速模擬值的相對誤差最小，相對誤差變化范圍2.91% ～ 9.84%；其次是4 號和5 號塔，除2004 年1 月以外，相對誤差變化范圍0.58% ～ 7.41% ；7 號塔春季和夏季月平均風(fēng)速模擬誤差很小，1.89% ～ 4.90%，但冬季和秋季誤差很大，16.10% ～ 20.17%。
　　3 號塔位于海陵島西北239m 高山體的頂部，周圍地勢開闊，沒有任何地形和障礙物的遮擋，對局地風(fēng)環(huán)境的特征有較好的代表性。由于WRF/CALMET 模式系統(tǒng)的水平分辨率是200m×200m，每個網(wǎng)格點(diǎn)上的模擬風(fēng)速值代表每個200m×200m 面積區(qū)域的平均風(fēng)速，而3 號塔所處的位置在200m×200m 面積區(qū)域內(nèi)相對平坦，風(fēng)速分布均勻，因此風(fēng)能資源的模擬誤差相對就小。
　　4 號和5 號塔位于海陵島與大陸連接的海邊，地勢開闊平坦。從理論上講，WRF/CALMET 模式系統(tǒng)在此地區(qū)的風(fēng)能資源數(shù)值模擬誤差應(yīng)該相對較小。但是，在2004 年1 月的天氣背景條件下，整體地面風(fēng)速較大，這必將造成海面風(fēng)浪加強(qiáng)，從而造成地表粗糙度加大。而目前本文在WRF/CALMET 模式系統(tǒng)中還沒有考慮海面粗糙度隨風(fēng)速變化因素，只是將海面等同于平靜水面。因此，本文4 號和5 號塔位置處2004 年1 月的平均風(fēng)速模擬值明顯偏大。
　　7 號塔位于海陵島西部高度172m 山體南側(cè)的山坳里， 塔基座海拔高度49m，7 號測風(fēng)塔東南方向面對大海、地勢開闊，其它方向均被山體阻擋。因此從表3 中看出，春季和夏季盛行東南風(fēng)時，月平均風(fēng)速模擬誤差較小，1.89% ～ 4.90% ；而秋季和冬季盛行北偏東風(fēng)時，月平均風(fēng)速模擬誤差就很大，16.10% ～ 20.17%。因此，說明本文風(fēng)能資源數(shù)值模擬的精細(xì)化程度還不能很好地滿足如此復(fù)雜地形條件下的風(fēng)場評估要求。　
　　表4 列出了7 個塔位置處各月風(fēng)速Weibull 分布A、K值模擬的相對誤差。可以看出，7 個塔位置處4 個月的模擬K 值相對誤差都比較小，最大值在2 號塔，7 月K 值模擬相對誤差為10.53%，除此之外，其他K 值模擬相對誤差均在10% 以內(nèi)，說明WRF/CALMET 模式系統(tǒng)對風(fēng)速Weibull 分布形狀的模擬較好，即模擬風(fēng)速值與觀測風(fēng)速值的變化范圍是一致的。