中尺度数值模拟及其优化方法

空间尺度在2～2000km之间的天气系统称之为中尺度天气系统，它反映的是局地天气现象和过程。具体来说，中尺度系统又分为三种不同尺度的系统，分别称为α系统、β系统以及γ系统。表4-2为这三种系统对应的时空尺度以及典型天气现象。其中α中尺度系统的尺度最大，为200～2000km，对应的天气现象包括高空急流、小型台风以及弱反气旋等。β中尺度系统的空间尺度在20～200km之间，这个尺度的天气现象能够解析受地形影响的局地风场，如山谷风、海陆风等，以及中尺度对流复合体、强雷暴等对风能、太阳能造成明显影响的天气现象。γ系统的空间尺度最小，为2～20km，在这个尺度下，更小的天气系统得以解析，例如雷暴、大型积云、超强龙卷风等。

表4-2　中尺度系统的分类

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全球尺度数值模式的分辨率介于几十公里到几百公里，远大于风电场、光伏电站的占地面积，而小尺度数值模式尽管空间分辨率能够达到100m，但所需计算资源巨大。中尺度数值天气预报的空间分辨率一般可达1～10km，计算时间较短，满足风电场、光伏电站发电功率预测在空间和时间上对气象要素预报的需求。

WRF模式有许多软件上的优点，如它不仅应用了继承式软件设计、多级并行分解算法，还有选择式软件管理工具、中间软件包（链接信息交换、输入输出以及其他服务程序的外部软件包）结构。在数值模式中比较重要的数值计算技术和资料同化技术在WRF中都得到了优化和加强，加上优秀的多重移动套网格性能及不断发展的参数化方案，使得WRF能描述更加真实的天气物理过程。目前，常用WRF模式进行风能太阳能中尺度数值模拟和预报。