高原气象

作者：谢泽明,余晔,董龙翔,马腾,王雪薇

单位：1. 中国科学院西北生态环境资源研究院 寒旱区陆面过程与气候变化重点实验室，甘肃 兰州 730000 ","2. 中国科学院大学，北京 100049 ","3. 中国科学院平凉陆面过程与灾害天气观测研究站，甘肃 平凉 744015 ","4. 甘肃省陆面过程与灾害天气野外科学观测研究站，甘肃 平凉 744015

关键词：风电场,参数化,数值模拟,模式评估,大涡模拟

基金：国家重点研发计划项目(2018YFB1502801),甘肃省科技计划项目(18JR2RA005),水电水利规划设计总院科技项目(ZY-KJHB-20220005),甘肃省科技计划项目(23JRRA662)

风电场的尾流会影响大气边界层的动量和湍流通量， 进而影响局地气候和环境。包含风电场参数化的中尺度数值模式是研究风电场对气候和环境影响的有力工具。本研究将高分辨率的大涡模拟（Large Eddy Simulation， LES）结果作为“真值”， 评估了WRF中尺度模式中的Fitch风电场参数化方案在风机区和尾流区的风速和湍流动能廓线， 提出了校正网格入流风速的方法。该方法考虑网格等效推力造成的阻塞效应， 并利用经典动量理论推导出的关系式对网格入流风速进行订正， 使其更接近自由入流风速。结果显示， 原始Fitch风电场参数化方案给出的网格入流风速和大涡模拟结果的差距明显， 且受模式水平分辨率的影响较大。在不同的水平分辨率下（1000 m、 500 m和250 m）， 校正了网格入流风速的Fitch-new风电场参数化方案给出的网格入流风速与自由入流风速的相对误差绝对值都<1%， 得到的空间平均推力和输出功率与大涡模拟结果一致。Fitch-new参数化方案改进了风电场尾流区风速亏损的模拟， 尤其是对高分辨率下风机网格的风速亏损， 模拟的风电场尾流区湍流动能的增加量和垂直分布虽然比原始Fitch方案有所改进， 但仍存在一定问题， 需进一步研究。

来源：2024年第3期

《高原气象》期刊编辑部

查看高原气象杂志2024年第3期