[发明专利]一种基于地形的风速修订方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于地形的风速修订方法及系统，包括预先建立地形订正因子；根据地形对应的订正因子与相应位置的风速数据进行拟合，得到修订后的风速趋势变化量；基于修订后的风速趋势变化量计算修订后的风速，同时还给出了从数值天气预报模式中提取中间结果进行订正改动，然后通过趋势量再返回模式进行下一步计算的数据接口方法，替代原有的仅靠边界层模块计算出的风速变化趋势量。本方案在模式以外订正复杂地形上的风速，不影响模式本身的稳定性，同时提高了风速模拟精度。

技术领域

本发明属于电力气象技术领域，具体涉及一种基于地形的风速修订方法及系统。

背景技术

风电机组的出力特性显著依赖于风场所处的环境大气流场。大气运动是一个涉及到流体运动、辐射过程、水汽相变、生物化学过程等的复杂物质循环和能量流动的物理过程。随着数值解法和计算机运算速度的发展，数值模式方法采用超大型计算机，应用地球流体动力方程和有关物理法则，对全球或区域的历史天气/未来天气进行定量化再现/预测，已经成为国内外学者对风能资源评估和尾流效应的数值模拟研究的必不可少的方法。开展区域风能资源的数值模式模拟与风能资源实测相结合的方式是进行风能资源普查或评价的有效手段。特别是海陆、湖陆及山地复杂地区的风能资源评估和风电场的选址，通过数值模拟的方法更具有理论和实际应用意义，因而对于风力发电的足够时间尺度和空间尺度的模拟，对于改善风能预报、风机排布、风机机械维护和风机设计都是必不可少的。

常用的数值模式有商业风能评估软件和中尺度数值天气预报模式(Meso-scaleNumerical Weather Prediction Model)、大涡模式等。其中，中尺度数值天气预报模式因其具有良好的业务操作性、能够捕捉到当前的天气现象等优点，在计算能力允许的条件下，被广泛应用于新能源的功率预测领域。常见的中尺度天气预报模式有WRF模式、MM5模式、RAMS模式和RSM模式等。其中，WRF作为新一代的中尺度气象模式被广泛的应用于大气、海洋和环境等领域。数值天气预报模式中增加了越来越多的物理过程，大大增加了模式的复杂性。

但是在中尺度数值天气预报模式中，近地面的低层风速往往被高估，比如多个版本的WRF模式中风速模拟值偏大的现象一直存在。这种高估极大限制了数值天气预报模式在风能以及空气质量等需要高精度风速的研究领域的应用。究其原因，在模式中为了模拟中尺度的大气演化，而采取中等的空间分辨率，中等分辨率不能解析复杂地形，因此中尺度数值模式中使用的是对真实地形进行平滑之后的地形数据。由于实际中的一些地形信息和植被等对大气流动的拖曳作用没有在模式中体现出来，这样直接导致了对风速的高估。

针对复杂地形影响近地层风速模拟精度的问题，有学者提出使用“有效粗糙长度”的概念对高估的风速进行订正；也有学者通过向动量方程中引入一个汇项(减弱动量)来表达次网格地形，以达到对高估的风速进行订正的目的。但是这两种方法都具有显著弊端，这两种方法引入的粗糙长度变化将使得模式最底层高度降低，并同时影响到热交换和水汽交换过程的计算过程，进而影响模式的水热模拟能力。

发明内容

为了弥补上述缺陷目前现有的两种复杂地形风速订正方法具有影响模式整体计算模拟能力的弊端。本发明于提出一种基于地形的风速修订方法及系统，以修正中尺度数值天气预报模式中的风速高估现象，从而提高模式风速模拟精度，有利于风资源的评估和预报工作。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

一种基于地形的风速修订方法，所述方法包括：

预先建立地形订正因子；

根据地形对应的订正因子与相应位置的风速数据进行拟合，得到修订后的风速趋势变化量；

基于修订后的风速趋势变化量计算修订后的风速。

优选的，通过下式修订风速趋势变化量：