基于ERA5的中国海域波浪能资源时空特征分析

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全球经济的快速发展使得能源问题逐渐变成全世界担忧的重要问题,在过去的两三百年中,由于人类对传统能源的无节制使用,使得它面临着消耗殆尽的危机。波浪能具有巨大的储量,是值得开发和利用的绿色且可再生的海洋能源。海洋能资源合理利用的基础是波浪能资源的科学评估。由于传统波浪能评估公式P≈0.49Hs 2 Te是由深水波浪的线性波浪理论推导而来,采用该公式评估浅水区与过渡水区的波浪能会导致较高的误差,且前人计算使用的波浪数据精度较差,在时间和空间上的波浪数据密集度比较低,进一步导致了波浪能评估结果的不准确。本文利用Beji和Simarro的研究结果推导出新的波浪能评估公式,经验证,该公式克服了传统公式在浅水区域波能高估的缺点,并具有各种水深条件下的适用性。在此基础上,本文利用ECMWF(欧洲中期天气预报中心)最新的ERA5,迄今为止较精确的全球波浪数据,对中国海域1979~2018年间波浪能资源展开评估,主要评估指标包括波浪能可用度频率、富集度、变异系数以及可利用波高占比等。本研究结果显示:南海和东海地区波浪的可用度频率和富集度频率均较高,可用度频率在60%~90%之间,富集度频率在10%~20%之间,东海地区波浪富集度频率要比南海地区略高。并且我国海域波浪能的能级频率具有明显的季节性,秋冬季节较高,春夏季节较低,冬季是波浪能资源开发的最佳季节;我国波能变异系数总体上从南至北呈现增大趋势,沿海地区40年波能变异系数的低值区出现在珠海口和台湾岛东南部沿海地区,高值区位于渤海南部、黄海北部和北部湾沿海地区。以南沙群岛海域作为典型海域,全面评估其波浪能资源,为我国南海海洋资源开发利用提供更科学的依据。
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