广东海陵岛风能资源高分辨率数值模拟研究

　　2 模拟实验方案设计
　　WRF 模式是由美国NCAR、NOAA 联合美国多所大学和研究机构开发的完全可压缩、非静力中尺度模式，模式的水平网格采用ArakawaC 格式。模式包含了陆面过程、行星边界层物理过程、次网格湍流扩散过程、大气和地球表层辐射、微物理过程和积云对流等物理过程。
　　CALMET 模式是美国环保局（Environmental ProtectionAgency）开发的复杂地形动力诊断模式，主要用来对气象数据包括MM5 等气象数值模式及常规地面、探空观测等，进行地形动力学、倾斜流和热动力学等诊断。以发散最小化原理求解三维风场，根据湍流参数化方法，计算湍流尺度参数。

图2 CALMET模拟区域地形分布及测风塔分布

　　根据Liu 和Yocke 的理论，CALMET 模式假设地形强迫产生的垂直速度w 可由公式（2.1-2.2）求得。地形强迫对水平风场的影响，体现在为使三维散度小于某一指定的临界值为目的进行的水平风场调整上。

　　V 是模拟网格平均风，ht 是地形高度，k 是稳定度相关的衰减系数，z 是垂直坐标，N 是布伦特—维塞拉频率，|V|是模拟网格平均风速，w 为笛卡尔坐标系物理垂直风分量。斜坡气流的速度采用经验的方法：

　　其中e S 是斜坡气流的平衡风速， e L 是平衡尺度。障碍物阻挡的热力和动力效应用局地弗劳德数Fr 衡量：

　　　其中△ h1 是障碍物的有效高度。如果局地弗劳德数小于等于临界弗劳德数切网格点风速有上坡分量，则调整风向与地形的切线一致，风速不变；反之，不调整。
　　本实验中首先采用WRF 模式进行模拟，模式积分计算36 小时，根据全球环流模式再分析资料（NCEP）进行降尺度，然后利用calwrf 模块对WRF 模拟的结果的后24 小时进行分析处理，并形成CALMET 可用的格式，最后使用CALMET模式进行动力诊断模拟分析。两个模式结果输出时间间隔均为1 小时。