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科研进展:地面观测风速的修正模型研究

发布时间:2022-12-27 16:37:03   作者: 赵明伟、余晖、方平治

地面观测风速经常遇到观测设备的安装问题,即观测设备可能受到局部地形、非标准观测高度、上游地表障碍物等的影响,以及不同观测设备之间平均风速的时间尺度问题,从而使观测风速异于假想的标准观测条件下的风速(标准观测条件是指:开阔平坦地貌条件下标准粗糙长度(z0=0.03m)、标准观测高度(z=10m)和标准平均时距(T=10min))。为了在实践应用中提供假想的标准观测条件下的风速,需要通过技术手段,对原始观测风速进行修正。 

上海台风研究所和太原科技大学合作,对当前文献中出现的地面观测风速修正因子(ECF:exposure correction factor)模型的理论基础和计算方法进行了研究,相关工作发表在RMets期刊《Meteorological Applications》2022年第6期。 

在假定地面粗糙长度z0已知的条件下,论文分析表明:采用基于混合高度(blending height)zb的WMO 模型(图1中,红色实线所示)比其他模型(包括Biétry模型、指数律模型、ESDU模型以及中国规范、日本规范、欧洲规范和ISO规范模型)给出的ECF(图1中,各虚线所示)更稳定,结果更合理;主要原因是其他模型的理论基础是基于任意地面粗糙度的梯度风高度处风速相等的假设,而梯度风高度远大于混合高度,导致梯度风速与近地风速的相关性远小于混合高度风速与近地风速的相关性。因此,基于混合高度来计算ECF,有更好的理论基础。本文进一步表明用于ECF计算的混合高度宜取zb=80m。 在计算ECF所需地面粗糙长度z0未知的条件下,论文介绍了He(2017)的获得地面粗糙长度z0的阵风因子模型,该模型需要的阵风因子(gust factor)可由中国当前的气象业务观测提供。论文分析表明:He阵风因子模型结合WMO-ECF模型(图2中,红色实线所示)比Ashcroft阵风因子模型结合WMO-ECF模型(图2中,虚线、点线及点划线所示)给出的ECF偏大;由于He阵风因子模型给出的地面粗糙长度z0具有更高的精度,因此更合理。

 图1  已知地面粗糙长度z0时,不同模型得到的风速修正因子的比较 

(a)WMO模型(混合高度zb分别为40、60和80米)与Biétry模型、指数律模型和ESDU模型比较

 (b)WMO模型(混合高度zb为80米)与中国规范、日本规范、欧洲规范和ISO规范模型比较

图2   已知阵风因子时,风速修正因子的比较 (对比:He阵风因子模型结合WMO-ECF模型、Ashcroft阵风因子模型结合WMO-ECF模型) 

以上内容详见英文论文原文,中文翻译仅供参考。 


论文信息:

Zhao, M., Yu, H., & Fang, P. (2022). Investigation of exposure correction models for wind speed measurements. Meteorological Applications, 29(6), e2094. 


原文链接: 

https://doi.org/10.1002/met.2094 

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(作者:赵明伟、余晖、方平治)