本文選題：WRF模式　切入點：風(fēng)場預(yù)報　出處：《中國氣象科學(xué)研究院》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：近地層風(fēng)場的預(yù)報是風(fēng)能資源利用的重要關(guān)注點。背景場資料是區(qū)域模式的初邊值來源,而模式近地層的湍流過程需要邊界層參數(shù)化方案來描述。因此,兩者對近地層風(fēng)場的預(yù)報有著重要的影響。利用WRF中尺度模式和GSI同化系統(tǒng)分別研究了背景場資料和邊界層參數(shù)化方案對蒙西地區(qū)的風(fēng)場預(yù)報試驗,并利用該地區(qū)的70個國家地面站和18座測風(fēng)塔資料對試驗結(jié)果進行了評估和分析。模式背景場使用GFS資料和T639資料的試驗結(jié)果表明:(1)兩種背景場資料的預(yù)報都能較好地再現(xiàn)蒙西地區(qū)模擬時段內(nèi)的風(fēng)場變化情況;兩種背景場預(yù)報的10 m風(fēng)速都較觀測偏高,對風(fēng)向的預(yù)報都有比較小的順時針偏差;(2)多種統(tǒng)計指標(biāo)分析表明GFS對10 m和70 m風(fēng)速風(fēng)向的預(yù)報效果稍好于T639,但兩者差異較小;(3)模式的分辨率和預(yù)報時長對預(yù)報結(jié)果有比較顯著的影響;分辨率為4 km的風(fēng)場預(yù)報效果要優(yōu)于分辨率為12 km的預(yù)報效果;第12~35時的風(fēng)場預(yù)報效果優(yōu)于第36~59時的預(yù)報效果,而第60~83時的預(yù)報效果最差;(4)風(fēng)場預(yù)報誤差較大的站點主要集中在陰山山脈南部的低海拔地區(qū),表明復(fù)雜的地形分布會影響模式的預(yù)報效果。對比7種不同邊界層參數(shù)化方案的試驗表明:(1)各方案的預(yù)報都可以抓住實際風(fēng)速風(fēng)向的演變和位相變化;YSU方案對10 m風(fēng)速的預(yù)報效果最好,ACM2對70 m風(fēng)速預(yù)報效果最好;各方案對10 m風(fēng)場的預(yù)報差異較70 m的更為明顯,且模擬的風(fēng)速偏大;模式對低風(fēng)速的預(yù)報能力較差;(2)各方案對有效風(fēng)速(3m/s 15 m/s)的預(yù)報效果最好,對滿發(fā)風(fēng)速(15 m/s 25 m/s)的預(yù)報效果次之,對無效風(fēng)速(m/s)的預(yù)報效果最差;(3)各方案都能模擬出風(fēng)速風(fēng)向的日變化特征,表現(xiàn)為白天風(fēng)速隨時間增大和風(fēng)向的順轉(zhuǎn),傍晚到夜間風(fēng)速的減小和風(fēng)向的逆轉(zhuǎn);(4)TEMF、YSU以及ACM2方案對風(fēng)切變指數(shù)的預(yù)報較好,大氣層結(jié)的穩(wěn)定性對低層風(fēng)場的模擬有比較重要的影響。綜合而言,模式背景場采用GFS資料和T639資料均能得到較好的預(yù)報效果。模式水平分辨率采用4 km時結(jié)果較為理想,預(yù)報時效在12~35小時優(yōu)于其他時段。就邊界層參數(shù)化方案而言,YSU方案10 m風(fēng)速的預(yù)報效果明顯優(yōu)于其他方案,各方案對70 m風(fēng)速的預(yù)報效果差異較小,其中ACM2表現(xiàn)相對較好。TEMF、YSU以及ACM2方案對風(fēng)切變指數(shù)的預(yù)報較好。復(fù)雜地形是影響近地層風(fēng)場預(yù)報效果的重要因素,大氣層結(jié)的穩(wěn)定性影響著低層風(fēng)場的模擬效果。
[Abstract]:The prediction of near-ground wind field is an important concern in the utilization of wind energy resources. The background field data is the source of the initial and boundary values of the regional model, and the turbulence process of the model near-ground layer needs to be described by the boundary layer parameterization scheme. The WRF mesoscale model and the GSI assimilation system are used to study the background field data and the boundary layer parameterization scheme for the wind field prediction test in Mengxi area, respectively. The test results are evaluated and analyzed by using the data of 70 national earth stations and 18 wind towers in this area. The results of the model background field using GFS data and T639 data show that the prediction of the two kinds of background field data can be achieved by using the two kinds of background data. The variation of wind field in Mengxi region during the simulation period is well reproduced. The wind speed of 10 m predicted by both kinds of background fields is higher than that of observation. Statistical analysis shows that GFS is better than T639 in predicting wind direction of 10 m and 70 m, but the difference between the two models is small. The results were significant. The prediction effect of the wind field with a resolution of 4 km is better than that of the one with a resolution of 12 km, and the forecasting effect of the wind field at the time of 12 ~ 35 is better than that at the time of 36 ~ 59. However, the stations with the worst prediction effect at 6083rd hour are mainly concentrated in the low altitude areas in the southern part of the Yinshan Mountains where the wind field prediction errors are large. The comparison of 7 different boundary layer parameterization schemes shows that each scheme can grasp the evolution of actual wind speed and wind direction and phase change. The prediction effect of m wind speed is the best and that of ACM2 is the best for 70 m wind speed. The difference of prediction for 10 m wind field is more obvious than that of 70 m, and the simulated wind speed is larger than that of 10 m, and the prediction ability of the model for low wind speed is poor. (2) each scheme has the best prediction effect on the effective wind speed of 3 m / s 15 m / s. For the full wind speed of 15 m / s 25 m / s, the prediction effect is second, and for the ineffective wind speed of 1 m / s, the forecast effect is the worst. (3) each scheme can simulate the diurnal variation characteristics of wind speed and direction, which shows that the daytime wind speed increases with time and the direction of wind changes along with time. The decrease of wind speed from evening to night, the reversal of wind direction and the ACM2 scheme can predict the wind shear index better, and the stability of atmospheric stratification has an important effect on the simulation of wind field in the lower layer. Both GFS data and T639 data can be used to predict the model background field, and the results are satisfactory when the horizontal resolution of the model is 4 km. The prediction time of 10 m wind speed of YSU scheme is obviously better than that of other schemes, and the difference of prediction effect of each scheme for 70 m wind speed is small, in terms of boundary layer parameterization scheme, 10 m wind speed prediction effect is obviously superior to other schemes. The prediction of wind shear index by ACM2 and ACM2 scheme is relatively good. The complex terrain is an important factor affecting the prediction effect of wind field in the near strata, and the stability of the atmospheric stratification affects the simulation effect of the wind field in the lower layer.
【學(xué)位授予單位】：中國氣象科學(xué)研究院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P456.7

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本文編號：1602265