廣東海陵島風能資源高分辨率數值模擬研究

　　2 模擬實驗方案設計
　　WRF 模式是由美國NCAR、NOAA 聯合美國多所大學和研究機構開發的完全可壓縮、非靜力中尺度模式，模式的水平網格采用ArakawaC 格式。模式包含了陸面過程、行星邊界層物理過程、次網格湍流擴散過程、大氣和地球表層輻射、微物理過程和積云對流等物理過程。
　　CALMET 模式是美國環保局（Environmental ProtectionAgency）開發的復雜地形動力診斷模式，主要用來對氣象數據包括MM5 等氣象數值模式及常規地面、探空觀測等，進行地形動力學、傾斜流和熱動力學等診斷。以發散最小化原理求解三維風場，根據湍流參數化方法，計算湍流尺度參數。

圖2 CALMET模擬區域地形分布及測風塔分布

　　根據Liu 和Yocke 的理論，CALMET 模式假設地形強迫產生的垂直速度w 可由公式（2.1-2.2）求得。地形強迫對水平風場的影響，體現在為使三維散度小于某一指定的臨界值為目的進行的水平風場調整上。

　　V 是模擬網格平均風，ht 是地形高度，k 是穩定度相關的衰減系數，z 是垂直坐標，N 是布倫特—維塞拉頻率，|V|是模擬網格平均風速，w 為笛卡爾坐標系物理垂直風分量。斜坡氣流的速度采用經驗的方法：

　　其中e S 是斜坡氣流的平衡風速， e L 是平衡尺度。障礙物阻擋的熱力和動力效應用局地弗勞德數Fr 衡量：

　　　其中△ h1 是障礙物的有效高度。如果局地弗勞德數小于等于臨界弗勞德數切網格點風速有上坡分量，則調整風向與地形的切線一致，風速不變；反之，不調整。
　　本實驗中首先采用WRF 模式進行模擬，模式積分計算36 小時，根據全球環流模式再分析資料（NCEP）進行降尺度，然后利用calwrf 模塊對WRF 模擬的結果的后24 小時進行分析處理，并形成CALMET 可用的格式，最后使用CALMET模式進行動力診斷模擬分析。兩個模式結果輸出時間間隔均為1 小時。