再分析风速和风功率密度在北半球的适用性

　　近地面风速转变的研究在风能评估、研究水汽蒸发和大气污染物扩散等方面具有紧张作用。近地面风速与风能有着很密切的联系，风功率密度与风速的三次方成正比。前人研究注解，在陆地上，尤其在北半球的大部分地区，包括北美、欧洲和亚洲，地面风速在曩昔四十年中一向在减小。

　　因为观测数据的空间和时间采样限定，再分析产品越来越受风能科技界的迎接，可以用来分析风速的转变，并得到长期风功率密度的评估。根据以往的研究，再分析数据不太可能在所有区域或所偶然期都体现优秀，因此有需要通过与观测效果的比较来评估再分析数据集的质量。北半球拥有北美、欧洲和亚洲的三个全球最大的风电市场，而到目前为止，还没有研究对整个北半球不同再分析风场数据进行周全而体系的比较。因此，必要对再分析数据在北半球的正确性进行评估，这对于风能资源的开发以及全球和区域天气研究都有十分紧张的意义。

　　由中国科技院大气物理研究所黄刚课题组的硕士生苗昊泽予与黄刚研究员共同完成的最新研究重要从天气特性、年际变率和长期线性趋势等方面，评估了四种最常用的再分析数据集ERA-Interim、JRA-55、CFS和MERRA-2在北半球近地面风速和风功率密度的适用性。效果注解，再分析数据都可以较好地反映出北半球近四十年来风速和风功率密度的降落趋势，但是显明地低估了其降落幅度。在不同区域，再分析产品重现风速时空特性的能力是不同的。JRA-55和CFS提供了北半球地面风速年和季节转变的最佳估计。详细来看，JRA-55最好地重现了亚洲的地面风速特性，CFS在欧洲体现最佳，MERRA-2只有在北美中部地区与观测较为同等。

　　研究第一作者苗昊泽予指出：“再分析产品在地面风速特性存在的差异注解这些数据集都存在不可避免的不确定性，这在风能资源的评估工作中是不容忽视的。”风能是目前最商业化和发展最敏捷的可再生能源，这项研究可能具有特别很是紧张的经济价值，有助于对风能资源开发进行精确的风险评估，并为制订可持续发展相干行动，避免不当的投资战略提供引导。

　　论文信息：Haozeyu Miao, Danhong Dong, Gang Huang*, Kaiming Hu, Qun Tian, Yuanfa Gong, Evaluation of Northern Hemisphere surface wind SPEed and wind power density in multiple reanalysis datasets, Energy (2020), doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.117382

图1. 1980-2016年季节平均风速(ms^-1)的时间序列和线性趋势。a-d分别透露表现春季、夏日、秋季和冬季。

图2. 1980-2016年各数据集风速转变趋势(ms^-1year^-1)的空间分布。其中，欧洲(a-e)、亚洲(f-j)和北美洲(k-o)，观测数据(a、f和k)，ERA-Interim(b、g和l)、JRA-55(c、h和m)、CFS(d、i和n) 和MERRA-2(e，j和o)。