[论文解读] The Black Sea Wave Energy: The Present State and the Twentieth century Changes

Vasko Galabov|arXiv (Cornell University)|Jul 5, 2015

Global Energy Security and Policy参考文献 1被引用 9

一句话总结

本研究使用运行中的ALADIN气象模型数据而非再分析数据，重新评估了黑海的波浪能，发现再分析数据低估了实际的波浪能潜力。研究识别出保加利亚南部海岸和土耳其北部海岸的波浪能最高（4.5–5.0 kW/m²），并基于ERA-20C再分析风场和SWAN波浪模型，发现20世纪波浪能呈先上升后下降的趋势，至1950年代达到峰值，1980年后开始下降。

ABSTRACT

In this paper we present a study of the present state of the Black Sea wave energy. The studies of other authors are based on the use of input data from atmospheric reanalysis or a downscaling of such reanalysis. Instead of reanalysis data, we use input data from the operational limited area numerical weather prediction model ALADIN. We showed that the estimations of the Black Sea wave energy based on reanalyses deviate significantly from the real potential. We showed also that the highest values of the mean annual wave power flux is between 4.5 and 5.0 kW/m2 and the near shore areas with the highest wave energy potential are the southernmost Bulgarian coast and the coast of Turkey north of Istanbul. While we showed that the wind data from the reanalysis are not useful for the estimation of the actual wave energy potential, we claimed that the reanalysis data is useful to study the long term changes of the wave energy of the Black Sea. We used the 10m winds from the recent ERA-20C reanalysis, which covers the period 1901-2010. We performed a 110 years hindcast with these winds using the SWAN wave model. The results for the area with the highest mean annual wave energy showed that there was an increase during the first half of the XX century followed by a small decrease and again a period with elevated wave energy during the seventies. After 1980 there is a steady decrease of the Black Sea wave energy.

研究动机与目标

• 使用高分辨率运行中的气象模型数据而非大气再分析数据，重新评估黑海当前的波浪能潜力。
• 评估基于再分析数据得出的波浪能估算值与实际条件相比的准确性。
• 利用ERA-20C再分析风场，分析20世纪黑海波浪能的长期变化。
• 识别具有最高波浪能潜力的区域，以供未来可再生能源应用。
• 确定尽管在绝对波浪能估算上存在误差，再分析数据是否仍可用于长期气候趋势分析。

提出的方法

• 使用1901–2010年期间的ERA-20C再分析数据集中的10米风场作为波浪模型的输入。
• 使用SWAN波浪模型执行110年的后报模拟，以模拟黑海的波浪条件。
• 将基于ALADIN运行模型数据得出的波浪能估算值与再分析数据结果进行比较，以评估偏差。
• 计算黑海范围内的年均波浪功率通量，以识别波浪能潜力的空间分布模式。
• 分析波浪能潜力最高的区域的波浪能时间趋势。
• 使用空间和时间滤波方法，分离出波浪能的长期变化，重点关注十年尺度的变异性。

实验结果

研究问题

• RQ1 当使用ALADIN运行模型数据与大气再分析数据估算时，黑海的波浪能潜力有何差异？
• RQ2 黑海哪些沿海区域具有最高的波浪能潜力，适合可再生能源开发？
• RQ3 20世纪期间，黑海的波浪能长期趋势如何？
• RQ4 再分析风场数据在多大程度上未能准确反映黑海的实际波浪能潜力？
• RQ5 尽管在绝对能量估算上存在误差，再分析数据是否仍可可靠用于研究长期波浪能变化？

主要发现

• 基于再分析数据的波浪能估算显著低估了黑海的真实波浪能潜力。
• 黑海年均波浪功率通量最高的区域介于4.5至5.0 kW/m²之间，集中于保加利亚南部海岸及伊斯坦布尔以北的土耳其海岸。
• 波浪能潜力最高的区域在20世纪上半叶经历了波浪能增加。
• 自20世纪中叶达到峰值后，自1980年起波浪能水平持续下降，表明能量通量出现持续性减少。
• 尽管在绝对波浪能估算上存在误差，再分析数据仍适用于研究波浪能变异性中的长期趋势。
• ALADIN模型输入数据产生的波浪能估算值比再分析数据更准确，凸显了再分析数据在区域可再生能源评估中的局限性。