一种时空精细化的风速场构建方法技术

本发明专利技术涉及风速场技术领域，涉及一种时空精细化的风速场构建方法，包括：一

【技术实现步骤摘要】
一种时空精细化的风速场构建方法


[0001]本专利技术涉及风速场
，具体地说，涉及一种时空精细化的风速场构建方法
。

技术介绍

[0002]风是表征地表热辐射水平方向运动的物理量，是重要的气象因子，其对于地表环境
、
自然生态系统的演变及其规律具有重要决定作用
。
精准的风速场时空格局模拟是陆地资源环境时空信息化研究的重要基础
。
当前风速场空间精细化分析多根据地面观测资料以空间内插法或以流体力学原理等进行模拟，而缺乏从影响风速空间格局的地理环境作用机制分析，也难获取任意时间尺度上的数据
。
根据山地风场与地表下垫面作用机理，以公里级风速场
、
地理环境数据及地面气象监测数据为数据源，探究几十米级空间尺度
、
任意观测时间刻度上更精确的风速场时空模型构建方法，为地表环境研究及应用提供精细化的时空风速数据
。
[0003]风速场是地表生态环境重要因子，现相关地学研究主要直接使用
1km
空间尺度
、
历史平均水平的
WorldClim
气候数据
。
山地区域风速场微复杂地形变化导致其空间极度异质性
。
目前，精细化的风场需要依赖于密集的气象观测站点，但我国较多地区的地形比较复杂，山地和丘陵所占比重较大，而在这种复杂地形下，风速受到的影响因素较多，而气象站点成本高昂，分布较少且不均匀，很难对区域风场进行全局观测，导致其中一些风场数据精度较低，难以满足发展需求，故需要更加精细化的风场来满足与风因子相关的自然现象的研究，如风能的合理开发利用，森林火灾的蔓延模拟，病虫害的自然传播等
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的内容是提供一种时空精细化的风速场构建方法，其能够克服现有技术的某种或某些缺陷
。
[0005]根据本专利技术的一种时空精细化的风速场构建方法，其包括以下步骤：
[0006]一
、
收集数据，包括森林资源管理一张图数据
、DEM
数据
、World Clim
公里级风场气象数据和气象站点风速观测数据；
[0007]二
、
提取相应公里级风速场的海拔
、
坡度
、
地表粗糙度
、
地形起伏度
、
地热及曲率环境因子；
[0008]三
、
借助
SPSS
的皮尔逊相关性系数分析各因子与风速的相关性，以确定风速的环境因子影响变量；
[0009]四
、
借助相关性与
GIS
模拟分析，利用渔网赋值
、
多值提取至点方法，得到因子与风速的相关性模型及系数，并结合精细化的环境变量因子，通过
GIS
栅格计算方法，模拟出空间精细化的平均风速场；
[0010]五
、
结合任意时刻气象站点观测值，模拟出时间及空间上的风速场格局
。
[0011]作为优选，森林资源管理一张图数据包括所有林地及非林地的空间分布
、
自然属性及社会属性
。
[0012]作为优选，地形起伏度是通过计算海拔最高点与最低点的差值来描述地形特征的宏观指标，如公式
(1)
所示：
[0013]y
＝
x
max
‑
x
min
ꢀꢀ
(1)
[0014]式中，
y
为地形起伏度，
x
max
为邻域统计的最大值，
x
min
为邻域统计的最小值
。
[0015]作为优选，地表粗糙度是地球投影面积与地表面积的比值，计算公式为：
[0016]y
＝
1/cos(slope*
π
/180)
ꢀꢀ
(2)
[0017]式中，
y
为地表粗糙度，
slope
为坡度
。
[0018]作为优选，采用均值
‑
标准差法进行地表温度分级，以地表温度相对于平均温度的偏离程度来进行温度等级的划分；将温度进行归一化计算，计算公式为：
[0019]T
i
＝
(T
i0
‑
T
min
)/T
max
‑
T
min
ꢀꢀ
(3)
[0020]式中：
T
i
为第
i
个像元归一化后的温度值，
T
i0
为第
i
个像元的原始温度值，
T
max
和
T
min
分别为地表温度的最大值和最小值
。
[0021]作为优选，皮尔逊简单相关系数
r
有如下性质：
[0022]①‑
1≤r≤1
，
r
绝对值越大，表明两个变量之间的相关程度越强；
[0023]②0＜
r≤1
，表明两个变量之间存在正相关，若
r
＝1，则表明变量间存在着完全正相关的关系；
[0024]③‑
1≤r
＜0，表明两个变量之间存在负相关，
r
＝
‑1表明变量间存在着完全负相关的关系；
[0025]④
r
＝0，表明两个变量之间无线性相关
。
[0026]作为优选，步骤四中，利用渔网工具采集研究区域内
1km
×
1km
边长的网格样点，去除异常值后用来做山地风场模型的建立，根据每个地理环境因子和气象因子和风速的相关性进行线性回归分析，最终建立各个因子与风速的相关模型
。
[0027]本专利技术提出一种精度上可提高
、
方法上可操作，实际上准确可行，尽可能提高风速场精准度的风速场精细化模拟体系，再结合因子相关性系数分析方法，为区域性风速场高精度模拟提供指导；本专利技术为研究风气象要素有关的自然地理
、
生态评估与建模，林火防灭研究
、
风电场新能源规划选址具有一定现实意义，通过本专利技术能很大程度上提高风速场模拟精度，具有显著的使用和推广价值，同时对于地理环境要素
GIS
空间模拟具有重要参考意义
。
附图说明
[0028]图1为实施例中一种时空精细化的风速场构建方法的示意图；
[0029]图
2(a)
为实施例中
1km
风场的模拟结果示意图；
[0030]图
2(b)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种时空精细化的风速场构建方法，其特征在于：包括以下步骤：一
、
收集数据，包括森林资源管理一张图数据
、DEM
数据
、WorldClim
公里级风场气象数据和气象站点风速观测数据；二
、
提取相应公里级风速场的海拔
、
坡度
、
地表粗糙度
、
地形起伏度
、
地热及曲率环境因子；三
、
借助
SPSS
的皮尔逊相关性系数分析各因子与风速的相关性，以确定风速的环境因子影响变量；四
、
借助相关性与
GIS
模拟分析，利用渔网赋值
、
多值提取至点方法，得到因子与风速的相关性模型及系数，并结合环境变量因子，通过
GIS
栅格计算方法，模拟出平均风速场；五
、
结合任意时刻气象站点观测值，模拟出时间及空间上的风速场格局
。2.
根据权利要求1所述的一种时空精细化的风速场构建方法，其特征在于：森林资源管理一张图数据包括所有林地及非林地的空间分布
、
自然属性及社会属性
。3.
根据权利要求1所述的一种时空精细化的风速场构建方法，其特征在于：地形起伏度是通过计算海拔最高点与最低点的差值来描述地形特征的宏观指标，如公式
(1)
所示：
y
＝
x
max
‑
x
min (1)
式中，
y
为地形起伏度，
x
max
为邻域统计的最大值，
x
min
为邻域统计的最小值
。4.
根据权利要求1所述的一种时空精细化的风速场构建方法，其特征在于：地表粗糙度是地球投影面积与地表面积的比值，计算公式为：
y
＝
1/cos(slope*
π
/180)
ꢀꢀ
(2)
式中，<...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶江霞，陈兵，万兴永，
申请(专利权)人：西南林业大学，
类型：发明
国别省市：