测风塔在数值天气预报中的校正方法
【专利摘要】本发明公开了一种测风塔在数值天气预报中的校正方法，中心站大型计算机利用气象观测站传输的气象信息，经过模式计算生成天气预报初步产品，通过实时测风塔收集选定区域的信息，并将收集的信息上传至中心站；所述中心站结合实时测风塔传输的信息，对上述生成天气预报初步产品进行数值天气预报修正。将实况数据输入进中心站大型计算机中，对数值天气预报结果进行修正，即利用实测风况数据对数值天气预测进行反馈干预，以达到修正反馈数值天气预报的效果。增加了利用实测数据反馈的环节，使数值天气预报生产结果更加精确，同时也解决了偏远地区，气象站稀少导致的数值天气预报精度不高的缺陷。
【专利说明】测风塔在数值天气预报中的校正方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及天气预报领域，具体地，涉及一种测风塔在数值天气预报中的校正方法。
【背景技术】
[0002]数值天气预报numerical weather prediction是指根据大气实际情况,在一定的初值和边值条件下，通过大型计算机作数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学的方程组，预测未来一定时段的大气运动状态和天气现象的方法。
[0003]全世界已有30多个国家和地区把数值天气预报作为制作日常天气预报的主要方法，其中不少国家和地区除制作I?2天的短期数值天气预报外，还制作一个星期左右的中期数值天气预报。
[0004]中国于1955年开始摸索作数值天气预报，1959年开始在计算机上进行数值天气预报，1969年国家气象局正式发布短期数值天气预报，以后逐步改进数值预报模式并实现了资料输入、填图、分析和预报输出的自动化。目前，除完成日常的短期数值天气预报业务夕卜，已作出中期数值天气预报。
[0005]数值天气预报通常根据全球气象站上报的气象资料生成全球谱模式场，再经过高性能大型计算机进行降尺度处理，将数值天气预报尺度由27X27km，降为9X9km或3 X 3km,即在数值天气预报中3 X 3km作为一个天气预报点进行预报，在3 X 3km范围内只有一个温度、压力、风速等气象值。
[0006]目前，在风资源条件较好的地区设立测风塔，并长时间对测风塔上10m、30m、50m和70m等高层处的风速和风向数据的观测收集，得到一个片区风能情况的变化，然后据此确定该地区的风能资源，为风电场建设提供前期服务。
[0007]一种千万千瓦级风电基地实时风资源网络管理系统，是包括与多个风电场匹配设置的多个实时测风塔系统，以及与所述多个实时测风塔系统通信连接、且用于统一管控多个风电基地的中心站。
[0008]风电功率短期及超短期预测系统使用风电场历史功率和测风塔历史风况信息，依据统计方法建立风电功率预测模型，再结合由欧洲气象中心生产的实况数值天气预报数据，以及兰州中心气象台生产的实况数值天气预报，进行风电场功率的短期及超短期预测，
风电功率短期及超短期预测最常采用的是时间序列法，即采用历史风电有功出力及风况信息进行建模，再结合风电场实时有功作为输入值，进行短期及超短期未来功率预测。该方法仅依赖前期的功率数据，缺乏外界参数的修正，因而预测结果随机性较强、稳定性较差。通过测风网络的建立，收集区域内实时风况信息，以多测风塔数据为基础，对数值天气预报降尺度后预报点的预测结果进行修正，修正数值天气预报的预测结果，并通过数值天气预报结果的修正，以提高短期及超短期风电功率的预测结果。
[0009]现有的数值天气预报生产过程中，只使用了雷达、船舶、气象站获取的气象资料，再输入至大型计算机中，进行天气预报的生产计算。数值天气预报生产，每天进行两次生产预测，而在数值天气预报生产计算过程中，使用的气象站和雷达采集的数据，都是少则一小时多则十几小时前的数据，数据时效性上存在一定缺陷。数值天气预报的生产，是先生产出一个全球谱模式场，再经过大型计算机的计算，算出需求地区的细网格天气预报情况。但生成全球谱模式场时，是利用全球气象站获取的信息。而对于我国西北以及北方地区，人烟稀少的戈壁草原地区，气象站数量十分有限，在全球谱模式场的生产过程中，其气象预测精度偏低，导致针对这一地区的更进一步细网格数值天气预报效果就不甚理想。
【发明内容】
[0010]本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种测风塔在数值天气预报中的校正方法，以实现提高天气预测准确度的优点。
[0011]为实现上述目的，本发明采用的技术方案是:
一种测风塔在数值天气预报中的校正方法，中心站大型计算机利用气象观测站传输的气象信息，经过模式计算生成天气预报初步产品，实时测风塔收集选定区域的信息，并将收集的信息上传至中心站；
所述中心站结合实时测风塔传输的信息，对上述生成天气预报初步产品进行数值天气预报修正。
[0012]根据本发明的优选实施例，上述实时测风塔收集的信息包括，风速信息、温度信息和气压信息。
[0013]根据本发明的优选实施例，所述实时测风塔包括数据采集器、传感器、电源设备和通讯设备，所述传感器采集的数据经数据采集器后通过通讯设备上传至中心站，所述电源设备提供电源。
[0014]根据本发明的优选实施例，所述数据采集器使用南瑞公司研发的ACS300-MM。
[0015]根据本发明的优选实施例，所述传感器包括设置在测风塔上的风速风向计、温度计和气压计。
[0016]根据本发明的优选实施例，所述电源设备包括蓄电池和太阳能板，所述蓄电池配有过充过放保护器。
[0017]根据本发明的优选实施例，所述通讯设备使用GPRS终端。
[0018]本发明的技术方案具有以下有益效果:
本发明的技术方案，在原有数值天气预报生产的基础上，结合实时测风塔的分钟级实时气象数据，依据建立的测风网络所收集到的区域气象信息，针对实时测风塔所在地区，利用采集得到的预测时间点前一段时间内的当地测风实况数据，将实况数据输入进中心站大型计算机中，对数值天气预报结果进行修正，即利用实测风况数据对数值天气预测进行反馈干预，以达到修正反馈数值天气预报的效果。增加了利用实测数据反馈的环节，使数值天气预报生产结果更加精确，同时也解决了偏远地区，气象站稀少导致的数值天气预报精度不高的缺陷。
[0019]下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有的天气预报结构框图。[0021]图2为本发明实施例所述的测风塔在数值天气预报中的校正方法结构框图；
图3为本发明实施例所述的实时测风塔的原理框图；
图4为本发明实施例所述的实时测风塔与中心站的原理框图。
【具体实施方式】
[0022]以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0023]根据大气实际情况，在一定初值和边值条件下，通过数值计算，求解描写天气演变过程的流体力学和热力学方程组，预报未来天气。和一般用天气学方法、并结合经验制作出来的天气预报不同，这种预报是定量和客观的预报。预报所用或所根据的方程组和大气动力学中所用的方程组相同，即由连续方程、热力学方程、水汽方程、状态方程和3个运动方程(见大气动力方程)所构成的方程组。方程组中，含有7个预报量(速度沿X，y, z三个方向的分量U，V，w和温度T，气压p，空气密度P以及比湿q)和7个预报方程。方程组中的粘性力F，非绝热加热量Q和水汽量S，一般都当作时间、空间和这7个预报量的函数，这样，预报量的数目和方程的数目相同，因而方程组是闭合的。
[0024]如图1所示，现有数值天气预报通过模式降尺度后，直接生产出数值天气预报产品，并未有校正和反馈的环节。生产出的数值天气预报产品，是根据全球气象站在之前收集的气象资料上传后，经过计算得出全球谱模式场，再经过大型计算机降尺度得到本国本地区中小尺度的气候场，并应用于气象预测及相关的服务产品。气象预测产品只根据几小时前的全球气象站所测数据，对于我国西北气象站稀少的地区，鲜有当地的气象数据加入气象生产之中，更难有临近的实时气象信息加入气象产品的校正和修订之中。预测的精度和准确性存在一定的局限性。
[0025]数值天气预报要利用分布于全球的数据收集站(常规的观测、雷达观测、船舶观测、卫星观测等)获取气象资料，上传至气象中心。气象中心对数据进行处理，对数据的准确性和连续性进行校验，剔除掉错误数据。
[0026]数值天气预报中所用的方程大多是非线性的，迄今还没有一种解析求解方法，常用的是数值求解方法。其中最常用的是差分法，其次是谱方法。
[0027]差分法
即用差商代替微商的方法。考虑任意函数f(x，y，t)，其偏微商可以用几种不同的形式来近似表示。
[0028]如
【权利要求】
1.一种测风塔在数值天气预报中的校正方法，中心站大型计算机利用气象观测站传输的气象信息，经过模式计算生成天气预报初步产品，其特征在于，通过实时测风塔收集选定区域的信息，并将收集的信息上传至中心站； 所述中心站结合实时测风塔传输的信息，对上述生成天气预报初步产品进行数值天气预报修正。
2.根据权利要求1所述的测风塔在数值天气预报中的校正方法，其特征在于，上述实时测风塔收集的信息包括，风速信息、温度信息和气压信息。
3.根据权利要求1或2所述的测风塔在数值天气预报中的校正方法，其特征在于，所述实时测风塔包括数据采集器、传感器、电源设备和通讯设备，所述传感器采集的数据经数据采集器后通过通讯设备上传至中心站，所述电源设备提供电源。
4.根据权利要求3所述的测风塔在数值天气预报中的校正方法，其特征在于，所述数据采集器使用南瑞公司研发的ACS300-MM。
5.根据权利要求3所述的测风塔在数值天气预报中的校正方法，其特征在于，所述传感器包括设置在测风塔上的风速风向计、温度计和气压计。
6.根据权利要求3所述的测风塔在数值天气预报中的校正方法，其特征在于，所述电源设备包括蓄电池和太阳能板，所述蓄电池配有过充过放保护器。
7.根据权利要求3所述的测风塔在数值天气预报中的校正方法，其特征在于，所述通讯设备使用GPRS终端。
【文档编号】G06F19/00GK104008284SQ201410211827
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2014年5月20日 优先权日:2014年5月20日
【发明者】赵龙, 汪宁渤, 王多, 丁益民, 刘燚, 王震, 何世恩, 罗文姬, 程红平, 刘光途, 王 琦, 周强, 秦铁飞, 张金平, 张健美, 王定美, 吕清泉, 王明松, 黄蓉, 丁坤, 王小勇, 马彦宏, 周识远, 马明, 路亮, 陈钊, 王瑞玲, 张亚玲 申请人:国家电网公司, 国网甘肃省电力公司, 甘肃省电力公司风电技术中心