一种基于相似理论的百米高度风速直接预报方法技术

本发明专利技术方法提供一种基于相似理论的百米高度风速直接预报方法，该方法目前已经耦合于中国气象局风能太阳能数值预报业务系统中，可以直接输出百米高度的风速预报值。并且直接输出的风速预报结果优于采用不同模式层预报进行插值的结果。目前中国气象局风能太阳能数值预报系统为全国新能源行业提供风能和太阳能预报产品。预报产品。预报产品。

【技术实现步骤摘要】
一种基于相似理论的百米高度风速直接预报方法


[0001]本专利技术方法涉及天气预报、预测、高空风速预报，特别是涉及一种基于相似理论的百米高度风速直接预报方法。

技术介绍

[0002]重大活动的气象服务保障以及风电等行业气象服务对风速的精细化预报服务提出更高要求。目前风速的预报方法主要以统计预报和数值天气预报为主。目前中尺度数值天气预报模式在风速预报中发挥了重要作用。以风电行业气象服务为例，风力发电一般要求气象服务提供固定点地形高度以上100米上下的风速预报，精确的百米高度的风速预报可以为风电行业提供更好的服务，以提高其行业的经济效益和安全保障。然而目前已有的中尺度数值天气预报模式中的高空风速预报为最接近需求高度的模式高度层预报或者是需求高度上下两层模式高度层的风速预报值的插值结果。
[0003]然而由于模式高度层垂直高度分布的影响(模式高度层可能距离100米高度很远)，利用最接近100米高度的模式层或者利用100米高度上下两层的模式预报插值得到的100米高度的风速预报值与实况可能存在较大偏差，因此目前已有的高空风速预报方法无法满足风力发电等行业气象服务对于高空风速的精细化预报需求，为此需要针对百米高空风速预报进行直接预报诊断。

技术实现思路

[0004]鉴于以上所述现有技术的缺点，在本专利技术方法中，基于以上研究发现，百米高度的风速预报对风力发电等行业提供重要的技术支撑，而目前百米高度风速直接预报方法存在一定的空白区。百米级风速往往由模式高度层上的风速插值得出，该方案受到模式地形和垂直分辨率的影响较大。因此本专利技术基于成熟的边界层相似理论构建百米高度风速的直接预报诊断方法，替代传统的插值得出的百米级风速预报方法。本专利技术可以提高百米高度风速预报值的准确性，进而提升气象预报和气象服务水平。
[0005]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术方法提供一种基于相似理论的百米高度风速直接预报方法，包括步骤：
[0006]S1)利用地形信息描述更准确的SRTM遥感数据构建全国范围的30米分辨率高精度格点地形数据，并利用全国自动站观测的高程数据对高精度格点地形进行修正；
[0007]S2)获取数值模式的预报文件和高程数据信息；
[0008]S3)如果高程数据是站点数据，则提取三维气象要素场并调用双线性插值函数将气象要素预报量插值到所需的站点位置；如果高程信息是格点信息，则将高程数据的网格分辨率插值为与模式相同；
[0009]S4)根据
[0010][0011]计算出对应站点或者网格点的边界层高度，通过位于边界层高度的模式要素量和地面要素量可以计算出理查森数rib，根据rib的正负值来计算出大气稳定度数值，其中Ψ
M
表示风速的稳定度特征，ε与地形高度和近地层通量特征相关；
[0012]S5)根据
[0013][0014]计算出100米高度处的风速直接预报诊断值，其中U
100
是百米高度的风速预报值，h
correct
表示修正后的模式地形高度，h
ori
表示模式层的海拔高度，U
ori
是模式层对应高度的风速预报值。
[0015]可选地，步骤S5)所述的U
ori
、h
correct
和h
ori
的选取对百米高度风速预报效果较为重要。
[0016]可选地，步骤S5)所述的上述方法也适用于70m
‑
150米高度范围内的风速直接预报。仅需将分子中的100.0改为其他高度值即可。
[0017]可选地，步骤S5)所述的计算公式由相似理论推导而来，相似理论表明近地层可被当作为常通量层，在此基础上基于相似理论可知地面以上高度h处的风速U可表述为：
[0018][0019]其中U
*
为风速的特征尺度，k为常量，z
o
为地面粗糙度。
[0020]如上所述，本专利技术方法提供一种基于相似理论的百米高度风速直接预报方法，具有以下有益效果：该方法目前已经耦合于中国气象局风能太阳能数值预报业务系统中，可以直接输出百米高度的风速预报值。并且直接输出的风速预报结果优于采用不同模式层预报进行插值的结果。目前中国气象局风能太阳能数值预报系统为全国新能源行业提供风能和太阳能预报产品。
附图说明
[0021]图1为一实施例提供的一种基于相似理论的百米高度风速直接预报方法流程示意图；
具体实施方式
[0022]以下通过特定的具体实例说明本专利技术方法的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术方法的其他优点与功效。本专利技术方法还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术方法的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0023]需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术方法的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术方法中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局
型态也可能更为复杂。
[0024]请参阅图1所示，本专利技术方法提供一种基于相似理论的百米高度风速直接预报方法，包括步骤：
[0025]S1)利用地形信息描述更准确的SRTM遥感数据构建全国范围的30米分辨率高精度格点地形数据，并利用全国自动站观测的高程数据对高精度格点地形进行修正；
[0026]S2)获取数值模式的预报文件和高程数据信息；
[0027]S3)如果高程数据是站点数据，则提取三维气象要素场并调用双线性插值函数将气象要素预报量插值到所需的站点位置；如果高程信息是格点信息，则将高程数据的网格分辨率插值为与模式相同；
[0028]S4)根据
[0029][0030]计算出对应站点或者网格点的边界层高度，通过位于边界层高度的模式要素量和地面要素量可以计算出理查森数rib，根据rib的正负值来计算出大气稳定度数值，其中Ψ
M
表示风速的稳定度特征，ε与地形高度和近地层通量特征相关；
[0031]S5)根据
[0032][0033]计算出100米高度处的风速直接预报诊断值，其中U
100
是百米高度的风速预报值，h
correct
表示修正后的模式地形高度，h
ori
表示模式层的海拔高度，U
ori
是模式层对应高度的风速预报值。
[0034]在一示例性实施例中，基于上述的中国气象局风能太阳能数值预报业务系统开展模拟试验。批量试验设置：
[0035]1、基于全国9km分辨率的数值模式开展试验
[0036]2、预报数据：2022年2月1
‑
28日每天00UTC起报
[0037]3、预本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于相似理论的百米高度风速直接预报方法，包括步骤：S1)利用地形信息描述更准确的SRTM遥感数据构建全国范围的30米分辨率高精度格点地形数据，并利用全国自动站观测的高程数据对高精度格点地形进行修正；S2)获取数值模式的预报文件和高程数据信息；S3)如果高程数据是站点数据，则提取三维气象要素场并调用双线性插值函数将气象要素预报量插值到所需的站点位置；如果高程信息是格点信息，则将高程数据的网格分辨率插值为与模式相同；S4)根据计算出对应站点或者网格点的边界层高度，通过位于边界层高度的模式要素量和地面要素量可以计算出理查森数rib，根据rib的正负值来计算出大气稳定度数值，其中Ψ
M
表示风速的稳定度特征，ε与地形高度和近地层通量特征相关；S5)根据计算出100米高度处的风速直接预报诊断值，其中U
100
是百米高度的风速预报值，h
correct
表示修正后的模式地形高度，h
ori
表示模式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鑫宇，范水勇，陈敏，
申请(专利权)人：北京城市气象研究院，
类型：发明
国别省市：