【摘 要】
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随着风电产业的飞速发展,风资源丰富、建设条件和运输条件优异的陆地风场已经基本开发完毕,海上风场逐渐成为开发热点。但海上风场不仅对下游风轮的运行会产生影响,也会对在该区域内的航空器的中低空飞行、船舶运行等活动造成影响。因此,探索海上风场对低空大气参数的影响具有重大的科学与工程意义。本文致力于运用中尺度模式WRF与风场参数化方案的耦合方法,研究分析海上风场对低空大气的影响。本文首先运用中尺度模式WRF
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随着风电产业的飞速发展,风资源丰富、建设条件和运输条件优异的陆地风场已经基本开发完毕,海上风场逐渐成为开发热点。但海上风场不仅对下游风轮的运行会产生影响,也会对在该区域内的航空器的中低空飞行、船舶运行等活动造成影响。因此,探索海上风场对低空大气参数的影响具有重大的科学与工程意义。本文致力于运用中尺度模式WRF与风场参数化方案的耦合方法,研究分析海上风场对低空大气的影响。本文首先运用中尺度模式WRF开展了无风力机风场的数值模拟。选定一块实际区域采用三层嵌套的方式研究了不同网格分辨率与不同边界层方案对WRF模拟结果的影响,结果表明,WRF模拟得到的风速相较于实测值,整体变化过程更为平缓;不同网格分辨率下模拟的风速在三个高度下相较于实测值都偏高;在三种不同边界层方案中,使用MYNN方案模拟的风速最接近真实风速。同时,计算结果还表明WRF能够较为准确地刻画大气稳定度。其次,基于风场参数化方案进行了风场的仿真研究。利用Fitch等人提出的风场参数化模型分别模拟了自设风场与真实风场,并与LES的结果及其他风场参数化方案的结果作了对比,研究表明无论是自设风场还是真实风场的模拟,Fitch等人提出的风场参数化模型模拟的风力机产生的诱导阻力的垂直分布与LES的结果都符合得较好,但Fitch等人提出的风场参数化模型高估了风力机产生的TKE。鉴于以上结果,同时还考虑到模型的简洁性,可以认为本文应用的风场参数化方案是合理的。最后,耦合以上提到的WRF与风场参数化方案,研究了风场对低空大气参数的影响。运用风场参数化方案完成了对简易风场与大型风场的参数化建模,并把其耦合进WRF的模拟,开展了风场对风速、温度以及湍动能的相关研究。结果表明,风场的存在会引起风速、温度与湍动能的改变,为后续进一步开展风场对低空大气影响的机理研究提供了参考依据。
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