第６卷第２期
亚热带资源与环境学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｕｂｔｒｏｐｉｃａｌ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
Ｖ０ｌ＿６ Ｎｏ．２
２０１１年６月出版
Ｊｕｎｅ ２０１１
基于ＳＷＡＮ模式的近１Ｏ年南海北部波浪能资源研究
郑崇伟 ，郑宇艳 ，陈洪春
（１．９２５３８部队气象台，辽宁大连１１６０４１；
２．解放军理工大学气象学院，南京２１１１０１；
３．四川宜宾江安县新振学校，四川宜宾６４４２２１）
摘要：利用ＱＮ（ＱｕｉｋＳＣＡＴ／ＮＣＥＰ）混合风场驱动第三代海浪数值模式ＳＷＡＮ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ
Ｗａｖｅｓ Ｎｅａｒｓｈｏｒｅ），得到中国南海北部１９９９年８月一２（】（】９年７月的海浪场，对该海域的波浪能
资源进行综合分析，研究发现中国南海北部海域蕴藏着丰富的、适宜开发的波浪能资源．
关键词：ＱＮ混合风场；ＳＷＡＮ；波浪能资源
中图分类号：Ｐ７４３；ＴＫ７ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７３—７１０５（２０１１）０２－００５４－０６
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ Ｗａｖｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｓｅａ ｄｕｒｉｎｇ
Ｒｅｃｅｎｔ １ ０ Ｙｅａｒｓ Ｕｓｉｎｇ ＳＷＡＮ Ｗａｖｅ Ｍｏｄｅｌ
ＺＨＥＮＧ Ｃｈｏｎｇ—ｗｅｉ‘’ ，ＺＨＥＮＧ Ｙｕ—ｙａｎ ，ＣＨＥＮ Ｈｏｎｇ—ｃｈｕｎ
（１．１２ Ｕｎｉｔ，ＮＯ．９２５３８ Ａｒｍｙ，１１６０４１，Ｄａｌｉａｎ，Ｌｉａｏｎｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；
２．Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏ￣＂，ＰＬＡ Ｕｎｉｖ．ｏｆ Ｓｃｉ．＆Ｔｅｃｈ．，２１ １ １０１，Ｎａｎｊｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｘｉｎｚｈｅｎ Ｓｃｈｏｏ】ｉｎ Ｓｉｃｈｕａｎ Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，６４４２２ １，Ｙｉｂｉｎ．Ｓｉｃｈｕａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｔｈｉｒｄ—ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｗａｖｅ ｍｏｄｅｌ ＳＷＡＮ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ Ｗａｖｅｓ Ｎｅａｒｓｈｏｒｅ）ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕ一
１ａｔｅ ｔｈｅ ｗａｖｅ ｆｉｅｌｄ ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｓｅａ ｆｒｏｍ Ａｕｇｕｓｔ １ ９９９ ｔｏ Ｊｕｌｙ ２００９ ｗｉｔｈ ｗｉｎｄ ｉｎｐｕｔ ｏｆ
ＱＮ（ＱｕｉｋＳＣＡＴ／ＮＣＥＰ）ｂｌｅｎｄｅｄ ｗｉｎｄ ｉｆｅｌｄ．Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｗａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ，
ｂｙ ｗｈｉｃｈ ｉｔ ｉｓ ｆｏｕｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｅａ ａｒｅａ ｉｓ ｒｉｃｈ ｉｎ ｗａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ
ｐｏｗｅｒ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｗａｖｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＱＮ ｂｌｅｎｄｅｄ ｗｉｎｄ ｆｉｅｌｄ；ＳＷＡＮ；ｗａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ
Ｒ．Ｔｏｒｎｋｖｉｓｔ”Ｊ
、Ｋ．Ｈｕｌｌｓ 在上世纪７０年代就已经利用有限的大洋船舶报资料和浮标资料，分析了
全球海洋沿岸波浪能资源的分布，他们的研究指出全球海域波浪能的富集区主要分布于北大西洋、太平
洋东北部北美西海岸、澳大利亚南部沿岸以及南非的西南部沿岸等海域，而中国则属于波浪能资源的贫
乏区．任建莉等 在２００８年对浙江嵊山海域的波浪资源进行了研究，发现该区域适合波浪资源的开发
与利用，王传岜等 利用有限的观测资料对中国的波浪能资源进行过研究，前人的工作对中国波浪能
的开发和利用起到了巨大的推动作用．本研究利用国际上较为先进的第三代近岸海浪数值模式ＳＷＡＮ，
对南海北部海域１９９９年８月一２００９年７月的海浪场进行模拟，得到了较为精细、长时间序列海浪资料，
进而对该海域的波浪能资源进行精细化研究，为海浪发电的选址提供参考．海浪发电可提高边远海岛电
力自给能力，且一般海岛生态脆弱
电必将发挥其独特的优势．
，海洋能具有无污染、可再生、储量大、分布广的优点，海浪发
１ 资料简介
刈史稿日期：２０１１４）１—１１
基金项目：同家自然科学基金项目（４１０７６０４８）
作者简介：郑崇伟（１９８３一），男，四川宜寅人，硕士研究生，主要从事海气相互作用研究， （Ｅ－ｍａｉｌ）ｚｈｅｎｇ—
ｚｈａｎｇ．ｘｉａ＠１ ６３．ＣＯＩＩ１．
第２期 郑崇伟等：基于ＳＷＡＮ模式的近１０年南海北部波浪能资源研究 ５５
１．１风场资料
本研究将ＱＮ混合风场用作ＳＷＡＮ模式的驱动场，所谓ＱＮ混合风场是对ＱｕｉｋＳＣＡＴ（卫星散射计）
观测数据和ＮＣＥＰ（全球天气中心）分析数据进行时空混合分析的结果，其空间范围为：８８。ｓ～８８。Ｎ，
经度０。～３６０。，时间范围从１９９９年８月＿２００９年７月，空间分辨率为０．５。×０．５。，时间分辨率为６小
时．ＱＮ风场具有很高的精度和时空分辨率，被广泛用作模拟天气过程的驱动场 Ｊ．
１．２实测海浪资料
随着海洋探测技术的不断发展，卫星资料反演的有效波高误差在１０％以内 ．Ｔ０ＰＥｘ／Ｐ０ｓｅｉｄｏｎ
（简称ｒｒ／Ｐ）高度计反演的有效波高常被视为实测资料，用作与模拟的有效波高进行比较¨ ．本研究
将Ｔ／Ｐ高度计反演的有效波高用于模式的资料验证．
２模拟方法及资料验证
２．１模式简介
ＳＷＡＮ模式是荷兰Ｄｅｌｆｔ理工大学在ＷＡＭ模式的基础上发展起来，通常用于近岸、湖泊以及江河
口区［
．
在笛卡尔坐标系下，其控制方程通常采用如下形式：
鲁Ⅳ十 ｏ（ｃｘＮ）＋ （ｃ ～）＋ ０（ｃ Ⅳ）＋ （ｃｏＮ）＝ Ｓ （１）
式（１）中，以二维波作用量Ⅳ来捕述随机海浪场，０为波向，ｃ ｃ，分别为 方向和ｙ方向上的传播
速度，ｃ 为波向空间的群速度，ｃ，，为频率空间的群速度，Ｓ为源函数，它包括风能输入的线性增长和指
数增长、白冠破碎引起的能量耗散、底摩擦耗散、波浪深度诱导破碎、三阶波一波相互作用和四阶波一
波相互作用．近岸海浪由于海底地形复杂多变，因此一般需要考虑三波和四波之间的相互作用．ＳＷＡＮ
模式中加入了浅水效应处理方程，提高了模式在浅水海域的模拟能力｜１ ．且前人的研究也表明ＳＷＡＮ
模式对中国近海的海浪具有较好的模拟能力 ’ 。 ，因此本研究选择ＳＷＡＮ模式对南海北部近ｌ０年的
海浪场进行模拟．
２．２模拟方法及资料验证
选取计算范同：１５。Ｎ～２６。Ｎ，１０５。Ｅ～１２６。Ｅ，计算时间为１９９９年０８月０１日００：００时至２００９年
０７月３１日１８：００时，空间分辨率取０．２５。×０．２５。，模式计算时间步长取为９００ ｓ，每３小时输出一次
结果．
前人的研究表明ＳＷＡＮ模式对中国近海的海浪具有较好的模拟能力 ，
过程．
，因此本研究仅随机选取
了２个台风过程和２个冷空气过程来做资料验证，发现模拟的有效波高精度较高，在此不列出具体验证
３波浪能资源研究
本研究的波浪能流密度计算方法参考了美围ＥＰＲＩ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）¨ 和ＲｏｇｅｒＨ
的波浪资源评估算法．
Ｐ ０．４２× 厂｛× 或Ｐ 一０．５×月 ／３× （２）
式（２）巾，Ｐ 为波浪能流密度，
均周期，
为有效波高（１／３部分大波平均波高）， ，为谱峰周期， 为平
＝１．２ 将模拟的海浪场数据代人公式（２），得到１９９９年０８月０１日一２００９年０７月３１日
逐３小时的波浪能流密度，对该海域近１ ０年的能流密度做季节平均和年平均，分析南海北部海域能流
密度的季节特征．
３．１ 波浪能资源的四季分布特征
无论ＭＡＭ（Ｍａｒｃｈ，Ａｐｒｉｌ，Ｍａｙ）、ＪＪＡ（Ｊｕｎｅ，Ｊｕｌｙ，Ａｕｇｕｓｔ）、ＳＯＮ（Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ，Ｏｃｔｏｂｅｒ，Ｎｏｖｅｍ—
ｂｅｒ）、ＤＪＦ（Ｄｅｃｅｍｂｅｒ，Ｊａｎｕａｒｙ，Ｆｅｂｒｕａｒｙ）还是年平均，南海北部能流密度的大值区均大致呈东北一
５８ 亚热带资源与环境学报 第６卷
高雄附近海域和北
部湾海域常年为能
流密度的相对低值
区．大部分海域的
年平均能流密度能
Ｎ拍 “
达到６～２０ ｋＷ／ｍ。
＂ ∞ 他 ” ：２
大于传统估计值．
２）南海北部能
流密度＞２ ｋＷ／ｍ出
现的频率整体较高，
４月份相对较低，但
也都在３５％以上，７
月份大部分海域在
６０％以上，１月和
１０月出现频率更是
达到８０％以上．
Ｅ
ｌ０ ｌ ５ ２Ｏ ２５ ３Ｏ ３５ ４０ ４５ ５Ｏ ５５ ６０ ６５ ３）南海北部海
域半数以上的时间
为海浪发电的有效
图３ １９９９年８月—２ｏ０９年７月南海北部海域波浪能资源
开发的有效时间出现的频率／％
Ｆｉｇｕｒｅ ３ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｏｆ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｉｎｔｅｒｖａｌ ｆｒｏｍ Ａｕｇｕｓｔ １９９９ ｔｏ Ｊｕｌｙ ２００９
ｉｎ ｔｈｅ ｎｏｒｔｈｅｒｎ Ｓｏｕｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｓｅａ 时间，利于海浪发
部湾最低，几乎都在３０％以下．
电．海南岛至吕宋岛之间的海域为有效时间的高频海域，能达到６５％以上，台湾海峡在５０％左右，北
参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：
［１］ Ｔｏｍｋｖｉｓｔ Ｒ．Ｏｃｅａｎ Ｗａｖｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ，Ｒｅｐｏｒｔ ２８【Ｃ］．Ｓｗｅｄｉｓｈ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｓｃｉｅｎｔｉｉｆｃ Ａｃａｄｅｍｙ，Ｈｅｌｓｉｎｋｉ Ｆｉｎｌａｎｄ，１９７５．
［２］ Ｈｕｌｌｓ Ｋ．Ｗａｖｅ Ｐｏｗｅｒ ｆ Ｊ『．Ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｚｅａｌａｎｄ Ｅｎｅｒｇｙ Ｊｏｕｒｎａｌ，１９７７，Ａｐｒｉｌ，４４－４８．
Ｒｅｎ Ｊｉａｎ—ｌｉ，Ｌｕｏ Ｙｕ—ｙａ，Ｃｈｅｎ Ｊｕｎ－ｊｉｅ，ｅｔ ａ１．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｗａｖｅ ｐｏｗｅｒ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｂｙ ｔｈｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ｏｃｅａｎ ｗａｖｅ 【３］
ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ［Ｊ］．Ｒｅｎｅｗａｂｌｅ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，２００９，２７（３）：９３—９７．［任建莉，罗誉娅，陈俊杰，等．海洋