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再分析風速和風功率密度在北半球的適用性
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2020-04-12 | 【 【關閉】

  近地面風速變化的研究在風能評估、研究水汽蒸發和大氣汙染物擴散等方面具有重要作用。近地面風速與風能有著很密切的聯系,風功率密度與風速的三次方成正比。前人研究表明,在陸地上,尤其在北半球的大部分地區,包括北美、歐洲和亞洲,地面風速在過去四十年中一直在減小。

  由于觀測數據的空間和時間采樣限制,再分析産品越來越受風能科學界的歡迎,可以用來分析風速的變化,並得到長期風功率密度的評估。根據以往的研究,再分析數據不太可能在所有區域或所有時期都表現良好,因此有必要通過與觀測結果的比較來評估再分析數據集的質量。北半球擁有北美、歐洲和亞洲的三個全球最大的風電市場,而到目前爲止,還沒有研究對整個北半球不同再分析風場數據進行全面而系統的比較。因此,需要對再分析數據在北半球的准確性進行評估,這對于風能資源的開發以及全球和區域氣候研究都有十分重要的意義。

  由竞彩258彩票投注官方网站黄刚课题组的硕士生苗昊泽予与黄刚研究员共同完成的最新研究主要从气候特征、年际变率和长期线性趋势等方面,评估了四种最常用的再分析数据集ERA-Interim、JRA-55、CFS和MERRA-2在北半球近地面风速和风功率密度的适用性。结果表明,再分析数据都可以较好地反映出北半球近四十年来风速和风功率密度的下降趋势,但是明显地低估了其下降幅度。在不同区域,再分析产品重现风速时空特征的能力是不同的。JRA-55和CFS提供了北半球地面风速年和季节变化的最佳估计。具体来看,JRA-55最好地重现了亚洲的地面风速特征,CFS在欧洲表现最佳,MERRA-2只有在北美中部地区与观测较为一致。

  研究第一作者苗昊澤予指出:“再分析産品在地面風速特征存在的差異表明這些數據集都存在不可避免的不確定性,這在風能資源的評估工作中是不容忽視的。”風能是目前最商業化和發展最迅速的可再生能源,這項研究可能具有非常重要的經濟價值,有助于對風能資源開發進行正確的風險評估,並爲制定可持續發展相關舉措,避免不當的投資戰略提供指導。

  论文信息:Haozeyu Miao, Danhong Dong, Gang Huang*, Kaiming Hu, Qun Tian, Yuanfa Gong, Evaluation of Northern Hemisphere surface wind speed and wind power density in multiple reanalysis datasets, Energy (2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117382

图1. 1980-2016年季节平均风速(ms-1)的時間序列和線性趨勢。a-d分別表示春季、夏季、秋季和冬季。

图2. 1980-2016年各数据集风速变化趋势(ms-1year-1)的空间分布。其中,欧洲(a-e)、亚洲(f-j)和北美洲(k-o),观测数据(a、f和k),ERA-Interim(b、g和l)、JRA-55(c、h和m)、CFS(d、i和n) 和MERRA-2(e,j和o)。

 
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