风能模式预报的相似误差订正.pdf

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1、第２４卷第６期应用气象学报Ｖｏｌ．２４，Ｎｏ．６２０１３年１２月ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＡＰＰＬＩＥＤＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬＳＣＩＥＮＣＥＤｅｃｅｍｂｅｒ２０１３徐晶晶，胡非，肖子牛，等．风能模式预报的相似误差订正．应用气象学报，２０１３，２４（６）：７３１７４０．风能模式预报的相似误差订正徐晶晶１）２）２）３）４）２）５）胡非肖子牛李军１）（中国科学院大气物理研究所国际气候与环境科学中心，北京１０００２９）２）（中国科学院大气物理研究所大气边界层物理和大气化学国家重点实验室，北京１０００２９）３）（中国

2、气象局气象干部培训学院，北京１０００８１）４）（中国科学院大气物理研究所大气科学和地球流体力学数值模拟国家重点实验室，北京１０００２９）５）（海上风力发电技术与检测国家重点实验室，湘潭４１１１０１）摘要采用一种基于相似误差的模式后处理方法，对２０１１年１０月１８日—２０１２年１月５日ＷＲＦ模式２４ｈ预报的陕西延长风电场风速进行误差订正。该方法通过寻找与当前预报相似的历史预报来进行误差订正，克服了一般基于时间顺序的误差订正方法的不足，即不能处理由于天气系统的剧烈转变引起的预报误差的快速变化。相似误差订正方法减小

3、了预报的均方根误差和中心均方根误差，相对原始预报分别减小９％和１０％左右。该方法不仅可以减小系统误差，还可以减小随机误差，从而提高预报准确率。同时，订正结果相对原始预报具有更好的Ｔａｙｌｏｒ图模态相关。相似误差订正方法对风能预报敏感区的订正效果更为显著，均方根误差和中心均方根误差分别减小了１２％和２２％左右。该方法尤其适用于基于风能模式预报的风速误差订正，同时该方法对其他的预测系统和预报变量也有很好的应用潜力。关键词：风能；误差订正；相似误差法；大气边界层高预报精度。引言数值预报模式后处理误差订正常用方法包括

4、数据产品解释应用ＭＯＳ方法、神经网络、支持向量［１１］［１２］作为清洁能源，风能在可再生能源中最适合大机、非线性回归、最小偏二乘估计、Ｋａｌｍａｎ滤［１］［１３１４］规模开发利用。然而大气边界层中的风场具有间波等，其中应用最为广泛的是ＭＯＳ方法和［２３］歇性和不确定性，风电入网对电网的稳定性带来Ｋａｌｍａｎ滤波。经过长达数年的训练，ＭＯＳ方法可很大冲击，同时增加了电网的计划和调度难度。因有效校正局地效应和季节变化，但对短期变化的天［４５］此，如何准确有效地进行风电量预报，成为应用气过程订正效果不佳。Ｋａ

5、ｌｍａｎ滤波是一种动态系［６］大规模风力发电的难点问题。２００８年Ｃｏｓｔａ等统的自适应回归最优化顺序估计过程，是由Ｋａｌｍａｎ［１５］总结了近些年风能短期预报的技术和历史。发展的，与ＭＯＳ方法相比，其优点包括：需要较［７９］现有的中尺度数值模式模拟风场，特别是近少的训练样本和很短的训练期（一、两个星期左右），地层风场具有较大误差，主要是由于物理参数化方能够快速适应天气过程、季节的变化以及模式的升案不完善、模式不能很好地刻画次网格现象、初始场级，较好地订正模式的偏差，其特点尤其适合边界层不够精确、模式在垂直

6、方向的分辨率较低，以及对地风场精细预报高时空分辨率的要求。近年来，国际形的过度平滑等因素。数值模式的前处理（即资料上将Ｋａｌｍａｎ滤波广泛地应用于预报模型优化，并［１０］同化方法）和后处理均可大大减少模拟误差，提在温度和风速等连续变化的气象要素误差订正中取２０１２０９２０收到，２０１３０８０１收到再改稿。资助项目：中国气象局“复杂地形风能资源计算流体力学模式数值模拟研究”项目，国家科技支撑计划项目（２００８ＢＡＣ３７Ｂ０２），国家自然科学基金项目（４１１０１０４５）通信作者，ｅｍａｉｌ：ｈｕｆｅｉ＠

7、ｍａｉｌ．ｉａｐ．ａｃ．ｃｎ７３２应用气象学报第２４卷［１６１７］［１８］得成功。２００８年Ｌｏｕｋａ等首次将Ｋａｌｍａｎ好的相似预报，针对当前预报的订正对与之最接近滤波方法应用于基于风能预报的风速误差订正。的相似预报提供更大的权重。顺序Ｋａｌｍａｎ滤波由于其顺序性，不能预测由如果找到和定义恰当的相似预报选择标准，可剧烈的天气过程转变引起的预报误差的快速变化，以在预报误差剧烈变化的情况下，同样起到订正作［１９］即不能预测极端的误差事件。而边界层风场随用。因此，相似误差订正方法的关键点就是定义合时间的变化尤其

8、剧烈，根据过程相似性从历史样本适的距离来度量历史预报和当前预报的相似程度，集中搜索出相似预报的相似误差订正法是解决方法以期刻画出天气过程（物理变量在时间上的变化趋［２０２１］势）的相似度。特定时间和特定地点的预报与同一之一。相似误差订正法将统计和动力两种方法有机结个地点以前所有时间的历史预报之间的距离定义如合，在不改变现有数值预报模式的前提下，既充分利下：用动力学发展成果，又能够有效提取大量历史资