全球海域波浪能资源评估的研究进展

郑崇伟，李崇银

（1.解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京 211101；2.中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，北京 100029；3.海军大连舰艇学院，辽宁大连 116018）

全球海域波浪能资源评估的研究进展

郑崇伟1，2，3，李崇银1，2

（1.解放军理工大学气象海洋学院，江苏南京 211101；2.中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，北京 100029；3.海军大连舰艇学院，辽宁大连 116018）

摘要：日益严峻的资源危机、环境危机给人类的生存与可持续发展造成了严重威胁。安全、无污染、储量大、分布广、可再生等诸多优点使得波浪能资源成为时代的宠儿。高效展开海浪发电、海水淡化等波浪能开发工作，将有效促进人类社会的可持续发展。但是，波浪能资源的不稳定性、季节性和区域性差异也增加了其开发难度。资源开发，评估先行。文章首先分析了波浪能资源的优势与不足，探讨了国内外波浪能资源评估的研究进展，重点梳理了中国近海的波浪能资源评估现状，进一步展望了未来波浪能资源评估的焦点，期望可以为海浪发电、海水淡化等波浪能开发工作提供参考，缓解能源危机、环境危机，提高边远海岛的生存能力，为南海岛礁建设、“21世纪海上丝绸之路”建设、以及人类社会的共同繁荣进步尽绵薄之力。

关键词：波浪能；资源评估；海浪发电；海水淡化；可持续发展

1　　引言

日益严峻的资源危机给人类的生存与可持续发展造成了严重威胁，各国纷纷采取一定的能源战略。资源危机往往还导致环境危机，甚至武装冲突。近年来，美国采取的一系列军事行动，不仅仅是为了维护其霸权主义，很大程度上也是为了掠夺资源。相比之下，我国的能源战略则是倡导和平与发展、合作共赢：“一带一路”、“亚投行”、“非洲援建”等，处处彰显我国延续和平与发展主题、为整个人类社会谋福祉的负责任大国的风范。此外，我国还积极倡导太阳能、风能、海洋能等可再生新能源。安全、无污染、可再生、储量大、分布广等诸多优点使得波浪能资源成为时代的宠儿。2011年1月李克强总理访问英国时，英国人展示的高新成果就是海浪发电。海浪发电是波浪能开发利用的主要方式，除此之外波浪能还广泛应用于海水淡化、供热、制氢等，能有效克服深远海、边远岛礁淡水稀缺、电力紧张、生态脆弱等诸多困境，使得波浪能资源的优势更是凸显。

前人对波浪能装置研究做了很大贡献，在实际的波浪能开发过程中，必须做到“资源评价和规划先行”。波浪能资源的不稳定性、季节性和区域性差异也增加了其开发难度。如果仅有先进设备，而资源不充分，难免出现“巧妇难为无米之炊”的尴尬局面。在资源详查的基础上，制定相应的建设规划，方可提高对波浪能的采集、转换效率，进而实现有序的开发利用。本文探讨了国内外波浪能资源评估的研究进展，并展望了未来波浪能资源评估的焦点，期望可以为海浪发电、海水淡化等波浪能开发工作提供参考，缓解能源危机、环境危机，促进海洋建设的可持续发展。

2　　波浪能资源的优势与不足

2.1可再生、无污染、无危害

持续的雾霾、愈发恶化的自然环境越来越得到人类社会的高度重视。在煤、石油等常规能源日益紧缺的当今世界，各发达国家分别通过法律、减免税收等措施鼓励新能源的开发。目前，太阳能和陆上风能已实现产业化、规模化，但受资源地域限制严重；核能的能量巨大，但对人类存在较大的潜在威胁，如2011年日本海啸引起的核泄漏、1986年苏联切尔诺贝利核泄漏；波浪能则属于清洁能源：安全、无污染、可再生。

2.2储量大、分布广、全天候

波浪能以机械能形式出现，是海洋能中品位最高的能量，功率密度最高，在海洋中无处不在，无时不有，也就是说可以全天候地利用波浪能。太阳能受到白昼的限制，每日可以用于能源开发的时间不足一半。波浪能的平均密度可达2—4 kW/m2，明显高于太阳能（100—200 W/m2）、风能（400—600 W/m2）等新能源［1］。根据联合国教科文组织出版的《海洋能开发》［2］，全球波浪能资源的量级为109kW。世界能源委员会公布的数据显示：全球可利用的波能达到20亿kW，相当于目前世界发电量的2倍［3］。马怀书［4］的研究发现中国近海及周边海域的总波浪功率为5 740×108kW。程友良等［5］曾指出中国波浪能的理论存储量为7 000万kW左右。南海蕴藏着丰富的波浪能、温差能、海流能、盐差能等，以波浪能、海上风能资源的优点最为突出，尤其是南海北部海域［6］。

2.3节约土地资源、隐蔽性好、防破坏能力强

波浪能开发不占用岛礁宝贵的土地资源。在军事应用方面有很好的隐蔽性：（1）波浪能装置在海表，不易被敌侦察，隐蔽性好于风能、太阳能装置；（2）建立水下充电站，可以为自主式水下航行器（Autonomous Underwater Vehicle，AUV）、无人水下航行器（Unmanned Underwater Vehicle，UUV）等充电，增强其续航、隐蔽能力。波浪能装置还具有很强的防破坏能力：（1）在关键海域大面积散点布设，能有效避免战时被敌方全部摧毁，保证电力的不间断供给；（2）抵抗台风打击、船舶撞击的能力强［7-8］（如LIMPET电站在艾莱岛安装后的第1个冬季，遭遇50年一遇的波浪却安然无恙）。海浪发电在军事上可以作为一种有效的“软实力”［9］，为提高战力服务。

2.4促进走向深远海、边远海岛

很多岛礁远离大陆，却有着无法替代的战略地位（如我国的永暑礁、赤瓜礁、黄岩岛等），紧张的电力和淡水状况，严重制约着岛礁的经济和军事活动。由于舰船往返周期长、成本高，这些岛礁的补给困难，尤其在恶劣海况下。因地制宜，发挥波浪能的优势，可以为海上孤岛、石油平台、海上灯塔、海水养殖场、海上气象浮标等提供能源。边远海岛大多生态脆弱，一旦遭到破坏极难修复，清洁的波浪能有利于保护岛礁脆弱的生态，避免常规能源发电带来的破坏。目前，微型、小型波力发电技术也趋于成熟，随着科学技术的飞速发展，综合考虑发电成本、环境污染等外部成本，海浪发电将极具竞争力。离网式海浪发电对于实现岛礁的电力、淡水自给自足、海洋国防工程有着实用的价值，可以克服补给和输电困难，促进走向深远海。

2.5缓解能源危机、环境危机

大力开发波浪能资源将有效缓解能源危机、环境危机，促进人类社会的可持续发展。以我国为例，沿海地区经济发达，国内生产总值（GDP）占全国70%左右，但也是我国的电力负荷中心，用电量占全国的50%以上。能源困境已经成为制约沿海地区持续快速发展的瓶颈，为实现沿海地区电力可持续发展，国家采取了“西电东送”、“西气东输”、大力开发核电等战略，即便如此，电力供应仍有很大的缺口。发挥沿海、边远海岛的波浪能优势，将有效缓解能源危机、环境危机。

2.6不足

波浪能资源也并非十全十美，大家熟知的我国海军解救马尔代夫淡水危机，便可以折射出波浪能装置（海水淡化装置）存在的隐患。波浪能的不足表现在：（1）季节性、区域性差异显著，能量分散不易集中，利用难，这就更要求做好先期的评估工作；（2）对材料抗海水腐蚀的要求高；（3）设计施工复杂，投资造价高；（4）容易受浮游生物的影响，需要特殊涂料处理以防止浮游生物的附着；（5）目前，波浪能资源的转换效率仍然相对比较低；（6）并网困难。

3　　波浪能资源评估进展

资源开发，评估先行。寻找资源丰富、可利用率高、稳定性好、灾害性天气发生频率低的优势区域，可以达到事半功倍的效果。本文在此分析了国内外波浪能资源评估的研究进展，并重点梳理了中国近海的波浪能资源评估现状，期望可以从中发现提高波浪能的采集效率、转换效率的方法。整体来看，波浪能资源评估主要经历了以下几个阶段：（1）基于有限观测资料的波浪能资源评估；（2）卫星观测资料运用于波浪能资源评估；（3）数值模拟手段运用于波浪能资源评估；（4）再分析资料应用于波浪能资源评估。

3.1观测分析阶段

早在20世纪70年代，人们就已利用有限的大洋船舶报资料和浮标资料，计算和评估全球海洋沿岸波浪能资源的分布［10］。Tornkvist［11］和Hulls［12］指出，全球海域波浪能流密度的大值区位于北大西洋东北部海域、太平洋东北部北美西海岸、澳大利亚南部沿岸以及南美洲的智利和南非的西南部沿岸海域。1986年，Denis［13］利用有限的观测资料，给出了全球近岸的波浪能流密度分布概况。Thorpe［14］曾利用观测资料，分析了英国周边的波浪能流密度分布特征。2002年，欧洲能源中心（Centre for Renewable Energy Sources，CRES）［15］利用收集到的全球海浪观测资料，制作了全球海域波浪能流密度分布图（见图1）。Lenee-Bluhm等［16］利用美国国家资料浮标中心（National Data Buoy Center，NDBC）和沿海数据信息计划（Coastal Data Information Program，CDIP）数据，分析了美国西北部的太平洋海域的波浪能资源。发现该海域的波浪能资源主要由2—5 m的有效波高、8—12 s波周期的海况贡献。但由于波浪观测资料极为稀缺，无法实现大范围海域、精细化的波浪能资源评估，也就不能很好地为宏观选址提供指导。

图1欧洲能源中心制作的全球沿岸波浪能流密度（kW/m）［15］

3.2卫星反演阶段

随着海洋观测手段的不断进步，越来越多的卫星资料被运用于波浪能资源的研究。Barstow等［17］利用2 a的TOPEX/Poseidon（简称T/P）卫星高度计资料反演的有效波高（Significant Wave Height，SWH）以及浮标站SWH与波能周期的统计关系，计算了全球海岸附近几百个站点的波浪能流密度，得到全球近岸波浪能分布图（见图2）。Pontes［18］也曾利用遥感数据对波浪能展开评估。由于卫星资料在时间同步性方面存在一些不足，时间序列相对较短，并不能很好地展现波浪能的长期变化趋势。

3.3数值模拟阶段

随着计算机技术的快速发展，近年来一些先进的海浪数值模式在欧美国家如雨后春笋般出现，越来越多的数值模式被用于波浪能资源评估。海浪数值模拟可以逐渐实现局部海域波浪能资源的精细化评估，也可以对一些无观测资料的海域进行研究。常用的海浪模式有WaveAction Model（WAM）、WAVEWATCH-III（WW3）、Simulating WAves Nearshore（SWAN）。Liberti等［19］曾利用WAM模式分析了地中海近10 a的波浪能资源特征。Iglesias等［20］曾利用浮标数据和44 a（1958—2001年）的WAM、SWAN模拟数据，分析了阿斯图里亚斯（西班牙北部）外海和近岸的波浪能资源特征，发现大部分波浪能主要由2—5 m的SWH、11—13 s波周期的海况贡献。Cornett［21］利用NWW3海浪模式模拟了1997—2006年的全球浪场，计算了全球波浪能的分布（见图3）；Folley等［22］、Iglesias等［23］分别利用第三代海浪模式MIKE21 NSW和SWAN计算和分析了苏格兰近岸和西班牙近岸的波浪能的变化；Roger［24］在2009年通过WW3海浪模式成功预报了太平洋东海岸的波浪能，并取得了较好的模拟效果。Rusu等［25］曾利用SWAN模式，模拟分析了黑海的波浪能资源特征。Akpınar等［26］利用来自欧洲中期天气预报中心（European Centre for Medium-Range Weather Forecasts，ECMWF）的ERA-Interim风场驱动SWAN海浪模式，模拟得到黑海1995—2009年的海浪场，分析了该海域的波浪能特征，发现黑海的西南近海是合适波浪能开发的区域。Neill等［27］曾利用SWAN模式，模拟得到欧洲西北部2005—2011年的海浪场，分析了该区域波浪能的气候特征，并发现冬季的波 浪 能与 北大 西洋 涛 动（North Atlantic Oscillation，NAO）有着密切的联系。受地形效应等诸多因素的影响，数值模式在某些地形特殊的海域模拟效果较差［28-30］，这就意味着模拟数据需要以浮标观测资料、卫星数据来做为重要补充。

图2 Barstow绘制的全球海域波浪能流密度（kW/m）［17］

图3 Cornett模拟的全球海域波浪能流密度（kW/m）［21］

3.4再分析资料阶段

随着观测技术、计算机技术的快速发展，可用于波浪能资源评估的数据越来越丰富，各种再分析资料越来越广泛地应用于该领域。Pontes等［31-32］利用部分浮标资料和WAM模式得到的浪场，研究欧洲近岸的波浪能资源分布和季节变化并绘制图集。Rusu等［33］曾利用卫星资料、浮标资料、SWAN模式模拟数据，分析了马德拉群岛周边海域的波浪能资源特征。Reguero等［34］曾利用61 a（1948—2008年）的海浪再分析资料，分析了全球海域波浪能资源的季节特征、年际变化特征和长期变化，并发现部分海域的波浪能流密度与北极涛动（Arctic Oscillation，AO）有着密切的相关（见图4），这将有利于对波浪能展开预测。前人的工作对波浪能资源研究做了很大的贡献，但多是针对能流密度的大小而展开的研究，在实际的波浪能资源开发过程中，不仅需要考虑能流密度的大小，同样需要考虑到波浪能资源的稳定性和长期变化趋势、资源储量等各方面。作者利用来自ECMWF近45 a（1957年9月—2002年8月）、逐6 h、覆盖全球范围的ERA-40波浪再分析（wave reanalysis），从实用的角度出发，综合考虑能流密度的大小（见图5）、能级频率、能流密度的稳定性和长期变化趋势等，对全球海域的波浪能资源进行系统性研究，并构建了一套波浪能资源评估系统，填补了波浪能资源评估系统的空白，对全球海域的波浪能资源进行等级区划［35］，该研究也是初次对全球海域的涌浪能展开分析。

图4全球海域波浪能流密度与AO的相关性［34］，彩色区域表示通过了显著性检验

图5全球海域波浪能流密度（kW/m）

3.5中国海域的波浪能资源

我国科研工作者在海浪资料极度缺乏的情况下，对中国近岸的波浪能资源评估做了很大贡献。1983年，马怀书［4］利用海洋观测资料和船舶报资料，将中国近海及邻近海域划分为332个区块，对中国海的总波浪能和总波浪功率展开估算。游亚戈等［7］曾指出南海为我国海域的波浪能资源相对富集区，渤海较差，但即使在贫乏的海域，波浪能也能够为观测浮标提供充足的电量。褚同金指出［36］，在盛风区和长风区的沿海，波浪能流密度一般比较高。任建莉等［37-38］利用大量的实测波高，对浙江嵊山海域的波浪能资源进行评估，研究发现该海域的波浪能流密度在0.5—8.8 kW/m，2 kW/m以上的能流密度出现频率为60%左右，有利于波浪能资源的开发。王传崑等［39］利用1960—1969年的海洋站观测波高和波周期，计算了我国沿岸的波浪能流密度，发现我国沿岸理论波功率为7.0×107kW，还发现我国沿岸波浪能流密度的分布很不均匀，高值区位于西沙地区沿岸、福建海坛岛以北、台湾、浙江中部、渤海海峡。Chiu等［40］曾利用浮标观测资料分析了台湾岛周边海域的波浪能特征，发现东北部近海为波浪能的优势区域，大部分海域的波浪能在秋冬两季未全年最高，仅在台湾岛的西南部近海是春夏两季的波浪能为全年最高。

海洋观测资料稀缺是一个全球性问题，也严重限制着波浪能的宏观选址，大范围没有数据的地方无法做出资源评估。2010年，作者利用SWAN模式，在国内率先实现了波浪能资源的数值模拟，可以对大范围海域的波浪能进行精细化研究［41］。2011年，作者利用交叉定标多平台合成洋面风场（Cross-Calibrated Multi-Platform，CCMP），驱动目前国际先进的第三代海浪模式WW3，模拟得到国内首份覆盖整个中国海、长时间序列（1988年1月—2009年12月）、高时空分辨率、高精度的海浪场数据；并利用该海浪数据，首次实现了整个中国海域的波浪能资源的精细化、系统性模拟研究［42］，波浪能流密度的大小见图6。在波浪能资源的评估中，通常认为能流密度大于2 kW/m时为可用［37-38］，大于20 kW/m的海域被认定为波浪能资源的富集区。这就意味着不同等级波浪能流密度出现的频率是衡量波浪能资源可开发程度、丰富程度的一个重要标准。作者在该研究中将不同等级波浪能流密度出现的频率定义为“能级频率”［43］，该定义也得到广泛认可和应用［44-46］。综合考虑能流密度的大小、能级频率、能流密度的稳定性，作者实现了中国海域波浪能的系统性、精细化评估。结果表明：中国海的波浪能流密度具有明显的季节特征，除渤海和黄海北部以外的大部分海域的年平均能流密度在2 kW/m以上，南海北部海域四季皆为能流密度的相对大值区，比传统的估值2—7 kW/m乐观。2013年，蒋廷松［45］利用SWAN海浪模式，精细化地模拟分析了浙江省海域的波浪能资源特征。Liang等［47］曾利用SWAN模式，模拟分析了山东半岛近16 a（1996—2011年）波浪能资源的气候特征。发现近岸最大的波浪能流密度为296 kW/m，平均的波浪能流密度为5.1 kW/m。

在风能开发过程中，3—25 m/s之间的风速有利于风能的采集，称之为风能开发的有效风速。2012年，参照有效风速，作者定义了波浪能资源开发的可用波高［42］。目前较好的海浪发电装置在波高大于0.5 m时就可以采集波浪能，波高大于4 m时容易对波浪能装置的安全性造成影响，作者将0.5—4.0 m之间的有效波高定义为波浪能资源开发的可用波高，并统计了中国海可用波高出现的频率，发现该频率整体较高，这就意味着我国的波浪能开发是乐观的。该研究对中国海的波浪能资源展开了初步的等级区划，发现我国除渤海和黄海北部以外，大部分海域蕴藏着较为丰富的、适宜开发的波浪能资源，南海北部海域为我国波浪能资源的相对优势区域。2013年，作者在可用波高的基础上，定义了波浪能资源开发的有效时间［48］：某一时刻，如果同时满足波高在0.5—4.0 m之间，风速小于13.9 m/s（7级），波浪能流密度大于2 kW/m，则将该时刻视为波浪能资源开发的有效时间。目前的海浪发电装置在波高大于0.5 m时就可以较好地发电，波高大于4 m会产生较严重的破坏力，往往导致仪器损毁，因此本文选择波高范围在0.5—4.0 m之间；由于7级以上大风具有较强的破坏力，会导致发电设备的损坏甚至损毁，因此本文选择风速范围在7级以下；通常认为波浪能流密度大于2 kW/m时才可用于发电，因此对能流密度也作了限制。统计发现东海和南海大部分海域的有效时间出现频率较高，南海北部海域（海南岛至吕宋海峡之间的海域）常年为有效时间的高频中心（见图7）。随着装置吸波能力的不断提高、抗风浪破坏能力的不断增强，有效时间的范围将不断扩大，该研究得到了我国科技部的认可［49］。

波浪能的资源储量密切关系到发电量，马怀书［4］曾利用海洋观测资料和船舶报资料，计算发现整个中国近海及周边临近海域的总波浪功率为5 740× 108kW，由于资料稀缺，空间分辨率偏低（1°×1°）。2013年，作者利用模拟得到的高时空分辨率海浪数据，首次精细化计算了整个中国海单位面积的波浪能资源总储量、有效储量、技术开发量［50］。2014年，作者对中国海的波浪能资源的中长期变化趋势展开研究［51］，发现一个对于我国的波浪能资源开发非常乐观的现象：在近24 a（1988—2011年）期间，中国海大部分海域的波浪能流密度表现出显著性逐年递增趋势，见图8。

图6　　中国海波浪能流密度（kW/m）［42］

3.6南海岛礁海浪发电

南海自古就是中国的神圣海疆，因地制宜、开发利用波浪能资源，进行海浪发电、海水淡化等，将有效提高岛礁的生存能力、可持续发展能力，为我国海洋权益维护、军地海洋建设提供强有力支撑。

早在2011年，作者就率先对我国西沙、南沙的波候（海浪气候特征）、波浪能资源展开分析，发现这两个区域蕴藏着较为丰富的波浪能资源［52］。2014年，李崇银等［53］对南海关键岛礁的波浪能、海上风能进行了综合评估（见图9、图10），首次论证了南海岛礁海浪发电、海上风力发电的可行性。通常风能密度在50 W/m2以上属于可用、大于200 W/m2属于丰富，波浪能流密度在2 kW/m以上属于可用、大于20 kW/m属于丰富。由图9可见，研究海域全年都可进行风能、波浪能开发，风能甚至一半以上的时间属于丰富；由图10可见，该海域的风能、波浪能都稳定地来自两个方向，这就非常有利于资源的采集与转换。此外，李崇银等［54］还对岛礁的海洋环境特征进行精细化研究，可为岛礁开发建设的防灾减灾、海洋工程等提供科学依据。结果发现：冬季，当冷空气南下至该海域时，破坏性大大降低，但能量依然很充足；夏季在西南季风的影响下，能量充足、稳定性好、破坏力弱。整体来看，研究海域的资源丰富、来向稳定、恶劣海况稀少，具有资源开发的“天赋”。Wan等［55］近期利用ERA-interim资料分析了中国近海的波浪能资源，结果也表明南海蕴藏着较为丰富的波浪能。我国钓鱼岛、黄岩岛的海洋能资源、海洋环境特征的研究成果［56］可为我海洋权益维护提供科学依据。

图7波浪能资源开发的有效时间出现的频率（%）

4　　展望

图8中国海有效波高和波浪能流密度的长期变化趋势

图9南海某重点岛礁的风能密度和波浪能流密度的月变化特征［53］

图10 南海某重点岛礁的风能和波能玫瑰图［53］

前人对波浪能资源评估做了很多工作和很大贡献，但多集中在波浪能的气候特征分析方面，对波浪能的预报、预测工作开展的较少，而这又密切关系到波浪能开发的中长期规划、电力调度等。我们在此展望了未来波浪能资源评估的焦点，期望可以为提高波浪能的采集效率、转换效率提供参考。

4.1涌浪能的利用

由于资料稀缺，以往多是针对混合浪的研究，对涌浪能的研究可谓凤毛麟角。而在实际的海洋中，涌浪具有能量大、稳定性好等优点，利于采集与转换，近年来国际上对涌浪发电的研究正成为新的热点。作者曾利用来自ECMWF近45 a（1957—2002年）将风浪和涌浪分离的ERA-40海浪再分析资料，系统性地评估了全球海域的风浪能、涌浪能、混合浪能。但该数据的空间分辨率为1.5°×1.5°，分辨率较低，容易将一些重要的岛礁、海域遗漏，在未来的工作中，需要对全球海域的涌浪能展开更为精细的研究。

4.2大范围、精细化、系统性

随着计算机技术、并行算法的快速发展，波浪能的气候特征分析将向着“大范围、精细化、系统性”的方向发展，可以同时为波浪能开发的宏观、微观选址提供更为科学、合理的依据。以往的波浪能评估多是分析能流密度的大小、能级频率、可用波高出现的频率等，在实际应用中还需要综合分析能流密度的长期变化趋势和稳定性、波浪能资源的总储量、有效储量、技术开发量等各方面，对资源进行系统性评估、等级区划。作者曾利用1.5°×1.5°的ERA-40海浪再分析资料，对全球的波浪能资源进行等级区划，但空间分辨率较低，有的海域并没有数据，因此也就无法划分资源等级。在未来的工作中，需要对波浪能资源展开更为精细的等级区划。

4.3短期预报的业务化

短期预报可以为波浪能装置的业务化运行提供保障。气候特征分析可以为波能开发的选址提供依据，设备安装之后，业务化运行过程中往往更为关注资源的短期预报，及时调整设备以提高对资源的利用率，同时为防灾减灾提供参考。作者曾以T639预报风场驱动WW3海浪模式，在国内率先实现了整个中国海域的波浪能数值预报，也取得了较好效果［57］。该短期预报内容主要包括：未来一周中国海逐3 h的波浪能流密度预报、未来一周的资源储量预报、站点预报等，该方案也为我国波浪能的短期预报指明了方向。

4.4资源的中长期预估

波浪能的长期变化趋势密切关系到资源开发的中长期规划、电力调度等问题，但以往多是计算历史的变化趋势，在实际的开发过程中，未来的资源变化趋势更具有实际的指导意义，弥补短期预报的不足。通常有如下几种方法可以实现波浪能的中长期预估。

方法一：利用CMIP5数据进行预估。利用CMIP5风场预测数据驱动WW3或SWAN模式，模拟分析未来的波浪能资源分布特征。Reeve等［58］曾利用IPCC的成果，对比分析了1961—2000年、2061—2100年英国康沃尔（Cornwall）近海的波浪能资源。

方法二：利用MJO（Madden-Julian Ocillation）、ENSO等现象辅助波浪能的中长期预测。Li等［59-60］曾指出东亚冬季风的年际变化与ENSO现象有很好的联系，El Nino年东亚冬季风往往较弱，La Nina年则常常出现强的东亚冬季风。李崇银对ENSO机理及预测、南亚夏季风等做过系统性研究［61-66］，可以借鉴该成果指导波浪能的中长期预测。Gulev等［67-68］曾指出太平洋SWH的长期变化趋势与ENSO现象有很好的联系。中国海处于大洋边缘，风浪在混合浪中占了较大比例；大气MJO的活动对西北太平洋台风的生成有比较明显的调制作用。因此，SWH与MJO、ENSO现象之间必定存在着密切联系，这就意味着可以利用MJO、ENSO等现象辅助波浪能资源的中长期预测。

方法三：利用最小二乘法支持向量机、人工神经网络、Hilbert变换下的瞬时频率与瞬时振幅重构预测法等，对波浪能展开中长期预测。也可以通过建立统计模型对波浪能展开预测。Pinson等［69］曾通过建立统计模型的方法，对波浪能展开预测，并在北美13站点处展开验证。

4.5海洋环境特征

深入研究海洋环境特征是高效开发利用波浪能、防灾减灾的先决条件［70-72］，同时也有益于延长波浪能装置的寿命。在波浪能开发过程中，需要考虑的要素主要包括水深、海底地质、风速风向和波高波向的季节特征、大风频率、大浪频率［73-74］、风向和波向频率、极值风速和极值波高等［75-82］。此外，由于海洋环境的腐蚀性很强，还需要关注海水的温度和盐度。

4.6站点资源评估、预报

波浪能的开发，最终要落实到具体的站点，这就需要对站点的资源特征进行系统性分析。主要包括站点的海洋环境特征、资源的气候特征、短期预报、中长期预估、涌浪指标（涌浪在混合浪中所占的成分）。此外，作者设计了“波能玫瑰图”，通过该图可以用于波浪能的气候特征分析，工程人员可以很容易就掌握：在不同的季节，波浪能由什么方向的海浪贡献，“波能玫瑰图”同样可以用于资源的短期预报，合理调整装备状态，最大限度的提高对波浪能的采集效率。作者曾对瓜达尔港的风能资源展开评估［83］，在未来的工作中，可对“21世纪海上丝绸之路”一系列关键岛礁的波浪能资源进行评估，为海浪发电、海水淡化等提供辅助决策，将这一系列岛礁打造为战略支撑点，助力迈向深蓝。

波浪能资源的高效开发利用将有效缓解人类的资源危机、环境危机。但是，如果过度将波浪能、海上风能等海洋动能大面积转化成我们需要的电力，势必会造成海洋动能摄入减少，从而导致边界流减弱，由于守恒作用，赤道流系将会呈现减弱或者混合加强的异常情形，从而导致气候异常的情况产生。因此，需要我们在资源详查的基础上，因地制宜，系统性、合理地展开海浪发电、海水淡化等波浪能资源开发工作，方可在有效保护海洋生态的前提下，提高边远海岛的生存能力，同时也可以为我国的海洋权益维护提供支撑，更将有效缓解能源危机、环境危机，促进人类社会的可持续发展。

参考文献：

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中图分类号：743.2

文献标识码：A

文章编号：1003-0239（2016）03-0076-13

DOI：10.11737/j.issn.1003-0239.2016.03.011

收稿日期：2015-08-16

基金项目：国家重点基础研究发展规划项目（2013CB956200）；国家自然科学基金（41490642）。

作者简介：郑崇伟（1983-），男，工程师，博士，主要从事海战场环境建设、物理海洋学及海洋能资源评估。E-mail：chinaoceanzcw@sina.cn

通讯作者：李崇银（1940-），男，教授/研究员，中国科学院院士，主要从事天气气候变化及其动力学研究。E-mail：lcy@lasg.iap.ac.cn

Review on the global ocean wave energy resource

ZHENG Chong-wei1，2，3，LI Chong-yin1，2
（1.College of Meteorology and Oceanography，People's Liberation Army University of Science&Technology，Nanjing 211101 China；2.National Key Laboratory of Numerical Modeling for Atmospheric Sciences and Geophysical Fluid Dynamics，Institute of Atmospheric Physics，the Chinese Academy of Sciences，Beijing 100028 China；3.Dalian Naval Academy，Dalian 116018 China）

Abstract：The increasingly serious energy and environmental crises have caused serious threat to the survival and sustainable development of human society.The advantages，such as safety，non-pollution，huge storage，wide distribution and renewable，make wave energy resources to be the focus of times.Effective development of wave power generation and seawater desalination will make contribution to the sustainable development of human society.But the instability，seasonal and regional differences also increase the development difficulty.The evaluation of wave energy should be ahead of the resource development.In this study，the advantage and disadvantage of the wave energy resource were analyzed firstly，and then the status of evaluation on the wave energy was discussed.At last，we exhibit the focuses of wave energy resource evaluation in the future，in hope of providing reference for the wave energy development，such as wave power generation and seawater desalination，alleviating the energy crisis and contributing to emission reduction and environmental protection，improving the survivability of remote Islands，thus promoting sustainable development of our military and civilian marine constructions.

Key words：wave energy；resource evaluation；wave power generation；seawater desalination；sustainable development