平均风速和平均风力密度之间的显著差异，用于风力发电建模?

Question

气候模式输出，特别是再分析数据集，输出模拟时间段(通常为1、3或6小时)的纬向和经向平均风速。所以我们得到了一个二维向量，U和V的值，每个都带符号。它们一起给出了平均风速和平均方向。

据我所知，有一些奇怪的地方。如果一个区间内的风有一半时间是9米/秒的正东方向，另一半时间是9米/秒的正西方向，那么UV值将是(0,0)。这是一个非常人为的情况，只是为了说明任何风在U或V方向上切换符号的净值。

一些再分析数据集通过给出平均风速和平均紫外线分量来解决这部分问题。

但对于风力发电量的估计，我们真正需要的是在涡轮轮毂高度(一般为80m左右)下，风力的平均功率密度(垂直平面上的$\ mathm {W/m^2}$)。这样，我们就可以用叶片扫过的面积乘以平均功率密度，并结合修改后的涡轮功率曲线来估计发电量。

现在，风速和功率密度之间的关系是立方的。但是三次幂的平均值并不等于平均值的三次幂。所以，求平均风速的立方和求风速立方的平均值是不一样的。风速和大气压之间可能存在正相关或负相关，这也会影响平均。

有没有分析这些扭曲对我们建模和预测风力发电能力的影响?

Answer 1

ECMWF数据中，风向和风速分别从观测中采集。然后根据一个众所周知的变换，计算出风向量u和v。

他们的文档:http://www.ecmwf.int/sites/default/files/elibrary/2015/9208-part-i-observation-processing.pdf

你可以在他们的文档中关注这部分:

“* *风。**有四个风变量:风向(DDD)、风力(FFF)、u和v分量。对于每个变量，要做的第一件事是从ODB提供的数组(GETSETE)中获取它的本地副本及其相关参数。一旦变量在本地可用，就会进行检查，以确保垂直坐标是压力;如果提供的不是压力而是飞行水准线，则通过假定国际民航组织标准大气压(Z2PICAO)将其转换为压力。如果所讨论的变量是u或v，则DDD和FFF将转换为u和v风分量。此外，对于四个变量中的每一个都分配了适当的观测误差统计量(ERRSTAT, FINOERR)。此外，如果在此阶段设置了任何标志，则会更新本地副本中的适当单词(PPVAFL)。最后，一个已更新的观测量的本地副本及其相关参数返回到ODB (AIREPBE)。“*

一旦得到风速和风向，计算得到风u和v的两个分量，例如$$u = -FFF sin(DDD \frac{\pi}{180})$$ $$v = -FFF cos(DDD \frac{\pi}{180})$$

在计算风力功率时，我们需要的是风速而不是风向。如果已知风的u,v分量，我们可以计算出风速$$ u = \√{u^{2} + v^{2}}$$。然后，功率密度，$$ P = \frac{1}{2}\rho A U^{3}$$总结一下，当我们计算风力功率时，我们需要的是速度而不是方向。

这可能不能回答你的问题，但我希望它能给你一些提示!