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基于机器学习与实测数据对我国海域亚百米级低空急流的特征研究

低空急流,风廓线,风特征

主题2 大气物理、化学、环境 > 专题2.3 大气边界层和低空环境

随着海上风电产业快速发展，亚百米高度层内的低空急流对风能资源评估及风电机组运行的影响日益显著。本文通过对在雷州市以东、海南岛东北部的海上测风站的实测数据进行系统分析，深入探讨了海上亚百米级低空急流的总体特征、脉动特性、风能参数及其形成机制，并与雷州市的陆地测风站的实测数据进行对比。结果表明，海上亚百米级低空急流发生率为6.192%，总体以东南偏南风与东南风为主，且平均最大急流速度低于海上平均风速，其风向偏转表现显著强于海上常规风场，且在湍流强度上常年处于极低湍流的环境中。日、月统计结果显示，海上急流多发于午后，且发生率于6月至8月达到峰值。其湍动能随季节与急流高度的变化而呈现不同的特征；风功率密度显示出其主要动能向下层偏移的分布格局。地表粗糙度与风速等级均对风廓线形状有不同程度的影响。海陆对比发现，海上亚百米级低空急流发生率远低于陆上，海上表现为“低频高能”的特征，而陆上表现为“高频低能”的特征。对比结果揭示了其背后的机制，可归纳为：亚百米级低空急流主要是由海陆温差诱发的局地斜压性驱动，受海陆比热容差异影响，海上急流发生峰值较陆地存在显著的位相滞后。本研究增强了对海上亚百米级低空急流特征的了解，补充了中国南海海域大气边界层的实测数据，同时为海上风电提供了重要的科学依据。