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一種基于wrf的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法

文檔序號:6513967閱讀:553來源:國知局
一種基于wrf的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,包括:選用對邊界層風(fēng)場模擬有重大影響的不同地面層、陸面過程和行星邊界層的模式參數(shù)優(yōu)化方案組,進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),選出一組最合適的模式參數(shù)優(yōu)化方案,用于風(fēng)能模擬;采用步驟⑴所得模式參數(shù)優(yōu)化方案,進(jìn)行預(yù)設(shè)時長內(nèi)待測極端干旱地區(qū)風(fēng)場的風(fēng)能模擬;根據(jù)步驟⑵所得風(fēng)能模擬結(jié)果,得到適用于待測極端干旱地區(qū)的風(fēng)場模擬配置方案。本發(fā)明所述基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,可以克服現(xiàn)有技術(shù)中模擬精度低、模擬準(zhǔn)確性差與適用范圍小等缺陷,以實(shí)現(xiàn)模擬精度高、模擬準(zhǔn)確性好和適用范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】—種基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氣象風(fēng)能預(yù)測【技術(shù)領(lǐng)域】,具體地,涉及一種基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來,風(fēng)電產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展很快,大量大型風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng),迫切要求我國發(fā)展自主的風(fēng)力發(fā)電技術(shù)。而風(fēng)能預(yù)測系統(tǒng)是進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電生產(chǎn)安排,整合風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)的重要技術(shù),需要格外關(guān)注。
[0003]到目前為止,對風(fēng)的預(yù)測方法有:統(tǒng)計類、動力類預(yù)測兩類,而統(tǒng)計類主要是建立時間序列模型預(yù)測和尋求相關(guān)關(guān)系兩種,它們都是基于概率和數(shù)理統(tǒng)計的預(yù)測方法?,F(xiàn)代的統(tǒng)計方法如卡爾漫濾波法(Kalman-filters)、時間序列法(ARMA)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法(ANN)和模糊邏輯法(Fuzzy Logic)等,都屬于統(tǒng)計學(xué)方法;以統(tǒng)計為基礎(chǔ)的預(yù)測模型的預(yù)報時效較短,而統(tǒng)計學(xué)方法對長期預(yù)測具有一定的效果;借助于數(shù)值氣象預(yù)報則可有效延長預(yù)測時間,目前的數(shù)值模式在72 h內(nèi)的預(yù)測水平達(dá)到了 80%以上。
[0004]目前,世界各國的數(shù)值天氣預(yù)報已成為日常天氣預(yù)報的基本手段。數(shù)值天氣預(yù)報的短期(f3d)預(yù)報水平得到了顯著提高,穩(wěn)定性有了基本的保證。因此,在風(fēng)電發(fā)展較為成熟的國家,如丹麥里索國家實(shí)驗(yàn)室的Prediktor、德國的SOWI E系統(tǒng)和Priviento、加拿大的中尺度氣象模式和大尺度氣候背景場分類方法的風(fēng)能資源評估數(shù)值模式系統(tǒng)WEST模型、英國以及美國Ewind模型等,已經(jīng)在數(shù)值天氣預(yù)報的基礎(chǔ)上研發(fā)出各自用于風(fēng)電場功率短期預(yù)測的系統(tǒng)并在業(yè)務(wù)中使用,產(chǎn)生了顯著效益,也奠定了未來風(fēng)電功率預(yù)測的基礎(chǔ)和方向。
[0005]在現(xiàn)有技術(shù)中,WRF模式作為發(fā)展比較成熟的中尺度天氣預(yù)報模式,在短期天氣預(yù)報業(yè)務(wù)中取得了顯著成績。但是,在模擬天氣過程時,由于模式分辨率不足等原因,對次網(wǎng)格尺度的物理過程不能很好的描述,需要諸如輻射、邊界層、微物理等物理過程參數(shù)化來完善模擬的效果。目前很多參數(shù)化方案均來自各種當(dāng)前較為流行的氣象模式所使用的方案。由于模式在區(qū)域預(yù)報的效果與參數(shù)化方案的適應(yīng)性至關(guān)重要,目前很多參數(shù)化方案對中小尺度系統(tǒng)描述能力不足。
[0006]位于我國西北地區(qū)的甘肅、新疆等地,氣候干燥,植被稀少,屬于極端干旱地區(qū),但其風(fēng)速大而且每年中大風(fēng)日數(shù)較多,具有豐富的風(fēng)能資源,是發(fā)展風(fēng)力發(fā)電的重要地區(qū),也是風(fēng)電功率預(yù)測難度較大的地區(qū)。由于極端干旱區(qū)的陸面屬性和氣候特點(diǎn)與一般干旱地區(qū)有一定的區(qū)別,現(xiàn)有模式的參數(shù)在極端干旱地區(qū)并不適用。
[0007]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中,發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)中至少存在模擬精度低、模擬準(zhǔn)確性差與適用范圍小等缺陷。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于,針對上述問題,提出一種基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,以實(shí)現(xiàn)模擬精度高、模擬準(zhǔn)確性好和適用范圍大的優(yōu)點(diǎn)。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,包括:
⑴選用對邊界層風(fēng)場模擬有重大影響的不同地面層、陸面過程和行星邊界層的模式參數(shù)優(yōu)化方案組,進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),選出一組最合適的模式參數(shù)優(yōu)化方案,用于風(fēng)能模擬;
例如,模式采用三重嵌套,分辨率分別取為81km、27km、9km,對比實(shí)驗(yàn)設(shè)置,參見下表:.地歷霪費(fèi)Itit方_過糧參歡It
【權(quán)利要求】
1.一種基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,包括: ⑴選用對邊界層風(fēng)場模擬有重大影響的不同地面層、陸面過程和行星邊界層的模式參數(shù)優(yōu)化方案組,進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn),選出一組最合適的模式參數(shù)優(yōu)化方案,用于風(fēng)能模擬; ⑵采用步驟⑴所得模式參數(shù)優(yōu)化方案,進(jìn)行預(yù)設(shè)時長內(nèi)待測極端干旱地區(qū)風(fēng)場的風(fēng)能模擬; ⑶根據(jù)步驟⑵所得風(fēng)能模擬結(jié)果,得到適用于待測極端干旱地區(qū)的風(fēng)場模擬配置方案。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,在步驟⑴與步驟⑵中,還包括步驟: 利用野外觀測試驗(yàn)的觀測數(shù)據(jù)取得的最新成果,對選取的模式參數(shù)優(yōu)化方案進(jìn)行改進(jìn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,所述對選取的模式參數(shù)優(yōu)化方案進(jìn)行改進(jìn)的操作,具體包括: al:在選取的模式參數(shù)優(yōu)化方案中,對極端干旱地區(qū)的粗糙度長度取0.002m ; a2:在選取的模式參數(shù)優(yōu)化方案中,對極端干旱地區(qū)的土壤體積熱容量取 1.12X106 JnT3IT1 ; a3:在選取的模式參數(shù)優(yōu)化方案中,地表分類用NCAR較為詳細(xì)的植被分類。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的基于`WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,所述對選取的模式參數(shù)優(yōu)化方案進(jìn)行改進(jìn)的操作,具體還包括:設(shè)計兩組控制試驗(yàn)和四組敏感性試驗(yàn),即: bl:兩組控制試驗(yàn)分別稱為CTLl和CTL2,用原模式(即不對模式參數(shù)作任何優(yōu)化)和采用較詳細(xì)地表分類的模式(即對模式參數(shù)也不作任何優(yōu)化)進(jìn)行模擬; b2:四組敏感性試驗(yàn)分別稱為STVl~STV4: STVl~STV2中,對于待優(yōu)化的2個參數(shù),分別優(yōu)化其中的一個,而保留另外一個;STV4敏感性試驗(yàn)采取同時優(yōu)化兩個參數(shù)的形式。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,所述步驟bl具體包括: 在控制試驗(yàn)中,模擬8次,每次積分72小時;將每次模擬結(jié)果去除前12小時,使模式適應(yīng),然后每個模擬結(jié)果取第13-36共24小時的結(jié)果,連接成連續(xù)8天,樣本數(shù)為193個風(fēng)速。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,所述步驟b2具體包括: 在敏感試驗(yàn)中,將極端干旱地區(qū)稀疏植被或無植被(即裸土)地區(qū)的地表粗糙度長度取為0.002m,進(jìn)行敏感性試驗(yàn)STVl ; 將極端干旱地區(qū)稀疏植被或無植被(裸土)地區(qū)的土壤體積熱容量取為1.12X106Jm-3K-1,進(jìn)行敏感性試驗(yàn)(STV2);分別將極端干旱地區(qū)稀疏植被或無植被(即裸土)地區(qū)的地表粗糙度長度取為0.002m,土壤體積熱容量取為1.12X106 JnT3IT1進(jìn)行敏感性試驗(yàn)STV3 ; 采用較為詳細(xì)的地表分類,同時將極端干旱地區(qū)稀疏植被或無植被(即裸土)地區(qū)的地表粗糙度長度取為0.002m,土壤體積熱容量取為1.12X106 JnT3IT1進(jìn)行敏感性試驗(yàn)STV4。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,所述步驟⑵具體包括: ①在步驟⑴中將選取的模式參數(shù)優(yōu)化方案進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)的操作中,采用三重嵌套模式,對比觀測點(diǎn)資料與各實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果; ②在步驟①中對比觀測點(diǎn)資料與各實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果的操作中,采用雙線性內(nèi)插將同次模擬結(jié)果的格點(diǎn)值插值到站點(diǎn)上去,然后與站點(diǎn)資料進(jìn)行對比,評估步驟⑴選取的模式參數(shù)優(yōu)化方案的模擬能力; ③在步驟②中評估步驟⑴選取的模式參數(shù)優(yōu)化方案的模擬能力時,采用包含平均絕對誤差、平均相對誤差、均方根誤差、相關(guān)系數(shù)、一致性指數(shù)的統(tǒng)計參數(shù),進(jìn)行綜合評估;④在步驟③中進(jìn)行綜合評估的操作中,模擬的背景場,選用國家氣象局的T639模式輸出產(chǎn)品:⑤采用測風(fēng)塔資料,分析對比步驟④所得觀測值; ⑥在步驟⑤中采用測風(fēng)塔資料分析對比步驟④所得觀測值的操作中,分別對預(yù)設(shè)高度處的風(fēng)速及其風(fēng)向進(jìn)行觀測,得到了待測年份全年預(yù)設(shè)間隔鐘較為完整的測風(fēng)資料; 具體地,在步驟⑥中,模擬的積分時間步長取為240s,共積分10天,每小時輸出一次,取前12h作為模式的旋轉(zhuǎn)加速間,取后9天半10m、30m、50m、70m、IOOm高度U、V分量作為模擬結(jié)果;將每小時模擬風(fēng)速與觀測風(fēng)速進(jìn)行對比分析。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,在步驟①中,采用三重嵌套模式時,分辨率分別取為8lkm、27km、9km。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,在步驟④中,選用的選用國家氣象局的T639模式輸出產(chǎn)品的資料分辨率為0.3° X0.3°,模式中心點(diǎn)為40.40° N和96.15° E ;并且,具體采用三重嵌套時的分辨率分別為81 X81km、27 X 27km和9 X 9km,模式中第三重嵌套(9 X 9km)所選取的研究區(qū)域?yàn)?39° N~42° N, 93° E~99°E)。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于WRF的極端干旱地區(qū)風(fēng)場模擬方法,其特征在于,在步驟⑥中,所述預(yù)設(shè)高度包括10m、30m、50m、70m、IOOm高度,所述預(yù)設(shè)間隔包括10分鐘;和/或, 在步驟⑥中,在所述分別對預(yù)設(shè)高度處的風(fēng)速及其風(fēng)向進(jìn)行觀測的操作中,模擬的積分時間步長取為240s,共積分10天,每小時輸出一次,取前12h作為模式的旋轉(zhuǎn)加速時間,取后9天半10111、30111、50111、70111、100111高度1¥分量作為模擬結(jié)果;將每小時模擬風(fēng)速與觀測風(fēng)速進(jìn)行對比分析。
【文檔編號】G06F17/50GK103514328SQ201310454086
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月29日
【發(fā)明者】汪寧渤, 張健美, 何世恩, 馬彥宏, 趙龍, 周強(qiáng), 馬明, 劉光途, 王定美, 路亮, 呂清泉, 王小勇, 黃蓉, 丁坤, 李津, 周識遠(yuǎn), 張金平 申請人:國家電網(wǎng)公司, 甘肅省電力公司, 甘肅省電力公司風(fēng)電技術(shù)中心
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