基于星地多源数据的海上风能资源评估方法研究
发布时间：2021-08-02 11:52
海上风能资源评估是海上风电场开发建设的基础,丰富的多源卫星遥感风场数据弥补了全球海上站位测风资料相对缺乏的不足。然而,目前利用多源卫星遥感风场数据进行海上风能资源评估时仍存在一些需要进一步讨论的问题:1)卫星遥感样本量的大小会对海上风能资源评估精度产生多大的影响?2)不同的卫星过境时间及其组合会对海上风能资源评估精度产生多大的影响?3)由于陆地信号的干扰,在近海海域范围内,卫星遥感风场数据存在失真或缺失现象,能否结合沿海岸气象站的测风数据,利用空间插值方法,得到近海海域范围内风能资源评估结果?由此,本文主要围绕以上问题进行研究,主要的研究内容和结论如下:（1）卫星遥感风场数据精度检验。本文利用Quik SCAT（1999～2009年）、ASCAT（2007～2015年）和Wind SAT（2003～2015年）风场数据与1999～2015年对应时空位置的39个NDBC浮标10 m高度逐小时风场数据分别进行对比分析。结果表明,在风速的精度检验中,ASCAT风速数据精度最高（RMSE为1.19m/s）,其次为Quik SCAT及Wind SAT,RMSE分别为1.23 m/s和1.45 m...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
中国海域卫星遥感风场数据示意图
第四章主要探讨卫星遥感样本量对海上风能资源评估精度的影响。本文利用1999~2015年QuikSCAT、ASCAT、WindSAT及其组合的风场数据计算的风能参数(平均风速、平均风功率密度、Weibull参数C和k)与39个NDBC浮标的风能参数计算结果进行比较。同时利用随机抽样的方法,在不同卫星遥感风场样本数的条件下,比较海上风能参数计算精度之间的差异。第五章主要探讨卫星过境时间对海上风能资源评估精度的影响。本文利用1999~2015年39个NDBC浮标10 m高度逐小时风场数据模拟不同卫星过境时间及其组合的风场数据计算的风能参数,并与39个NDBC浮标逐小时风场数据所计算的风能参数进行比较。分析不同卫星过境时间及其组合对海上风能资源评估精度的影响。
QuikSCAT(Quick Scatterometer)卫星是美国国家航空航天局(NASA)于1999年6月成功发射,在轨道高度约为803 km、轨道倾角约为98.62°的太阳同步轨道上运行,周期约为101 min,卫星降交点的地方时约为6:00,卫星升交点的地方时约为18:00,截至2009年11月停止运行。QuikSCAT卫星上搭载了名为SeaWinds的微波散射计,其主要任务是监测海洋表面风场,也可用于陆地和海冰监测。为了区分ADEOS-2卫星上搭载的SeaWinds微波散射计,该传感器通常被称为QuikSCAT或QSCAT。SeaWinds散射计以13.4 GHz(Ku波段)的频率和笔形波束天线圆锥扫描方式向地表发射微波脉冲,并测量地表连续的后向散射信号,SeaWinds有一根1 m的抛物天线,采用内外两个不同入射角的笔形波束,内波束为HH极化,入射角是46°,外波束为VV极化,入射角是54°,且天线分为前视和后视观测,在内波束的扫描半径内,每个扫描单元可以获得4个不同方位角的后向散射系数(其中两个为内波束前视及后视,另两个为外波束前视及后视),在外波束扫描区域的范围内,每个扫描单元仅有两个不同方位角的后向散射系数(仅由外部天线获得),图2.1为QuikSCAT观测示意图。内波束的扫描幅宽为1400 km,外波束的扫描幅宽为1800 km,星下点无盲区,每天可覆盖90%以上的全球海域。QuikSCAT日瞬时风场数据由RSS(Remote Sensing Systems)[137]提供,通过Ku波段地球物理模式函数(Ku-2011)反演海表面10 m高度处的风速与风向信息,剔除了确定为陆地区域及包含海冰区域的反演风场数据,产品编号为V4,空间分辨率为0.25°×0.25°,时间范围为1999年7月到2009年11月,风场数据包括经纬度、过境时间、风场信息(风速和风向)、是否有雨等信息,QuikSCAT风速的测量范围是0~50 m/s,风向的测量范围是0~360°。由于Ku波段波长较短,QuikSCAT的风场反演精度易受降雨的影响,在低风速下,受雨滴的后向散射信号影响,散射计反演风速产生正偏差,在高风速下,由于后向散射信号的大气衰减,散射计反演风速产生负偏差,本研究中利用“rain flags”信息剔除有雨时空位置上的风场数据。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ASCAT风场数据的中国近海风能资源评估[J]. 许遐祯,郭乔影,李正泉,黄敬峰. 气象科学. 2017(06)
[2]基于CCMP风场的中国近海风能资源的长期变化分析[J]. 高成志,郑崇伟,陈璇. 海洋预报. 2017(05)
[3]基于CCMP卫星资料的中国海域风能资源分析[J]. 肖晶晶,李正泉,郭芬芬,马浩. 海洋预报. 2017(01)
[4]中国近海风能资源评估研究进展[J]. 姜波,刘富铀,汪小勇,杜敏,徐辉奋,张榕,丁杰,石勇,蔡晓晴. 高技术通讯. 2016(Z1)
[5]基于全球风场产品中国海表面风速变化分析[J]. 李正泉,肖晶晶,张育慧,马浩. 海洋环境科学. 2016(04)
[6]海上风能资源观测与评估研究进展[J]. 李正泉,宋丽莉,马浩,冯涛,王阔. 地球科学进展. 2016(08)
[7]基于ERA-interim资料中国近海风能资源时空分布[J]. 孙稚权,项杰,管玉平. 海洋预报. 2016(03)
[8]中国毗邻海域海上风能资源分析[J]. 李赫,齐文静,曹春雨,张汉德. 青岛大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]高分辨率合成孔径雷达卫星反演风场资料在中国近海风能资源评估中的应用研究[J]. 常蕊,朱蓉,周荣卫,叶冬,张晓伟,Merete Badger,Charlotte Bay Hasager. 气象学报. 2014(03)
[10]ASCAT散射计风场在我国近海的初步检验与应用[J]. 张增海,曹越男,刘涛,赵伟. 气象. 2014(04)
博士论文
[1]海面风矢量、温度和盐度的被动微波遥感及风对温盐遥感的影响研究[D]. 殷晓斌.中国海洋大学 2007
[2]全极化微波辐射计定标和风场反演若干问题研究[D]. 刘璟怡.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2007
[3]海面风场全极化微波辐射测量[D]. 王振占.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2005
硕士论文
[1]全极化微波辐射计海面风场测量的反演及精度分析[D]. 高晓萍.华中科技大学 2012
本文编号：3317516
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：167 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
中国海域卫星遥感风场数据示意图
第四章主要探讨卫星遥感样本量对海上风能资源评估精度的影响。本文利用1999~2015年QuikSCAT、ASCAT、WindSAT及其组合的风场数据计算的风能参数(平均风速、平均风功率密度、Weibull参数C和k)与39个NDBC浮标的风能参数计算结果进行比较。同时利用随机抽样的方法,在不同卫星遥感风场样本数的条件下,比较海上风能参数计算精度之间的差异。第五章主要探讨卫星过境时间对海上风能资源评估精度的影响。本文利用1999~2015年39个NDBC浮标10 m高度逐小时风场数据模拟不同卫星过境时间及其组合的风场数据计算的风能参数,并与39个NDBC浮标逐小时风场数据所计算的风能参数进行比较。分析不同卫星过境时间及其组合对海上风能资源评估精度的影响。
QuikSCAT(Quick Scatterometer)卫星是美国国家航空航天局(NASA)于1999年6月成功发射,在轨道高度约为803 km、轨道倾角约为98.62°的太阳同步轨道上运行,周期约为101 min,卫星降交点的地方时约为6:00,卫星升交点的地方时约为18:00,截至2009年11月停止运行。QuikSCAT卫星上搭载了名为SeaWinds的微波散射计,其主要任务是监测海洋表面风场,也可用于陆地和海冰监测。为了区分ADEOS-2卫星上搭载的SeaWinds微波散射计,该传感器通常被称为QuikSCAT或QSCAT。SeaWinds散射计以13.4 GHz(Ku波段)的频率和笔形波束天线圆锥扫描方式向地表发射微波脉冲,并测量地表连续的后向散射信号,SeaWinds有一根1 m的抛物天线,采用内外两个不同入射角的笔形波束,内波束为HH极化,入射角是46°,外波束为VV极化,入射角是54°,且天线分为前视和后视观测,在内波束的扫描半径内,每个扫描单元可以获得4个不同方位角的后向散射系数(其中两个为内波束前视及后视,另两个为外波束前视及后视),在外波束扫描区域的范围内,每个扫描单元仅有两个不同方位角的后向散射系数(仅由外部天线获得),图2.1为QuikSCAT观测示意图。内波束的扫描幅宽为1400 km,外波束的扫描幅宽为1800 km,星下点无盲区,每天可覆盖90%以上的全球海域。QuikSCAT日瞬时风场数据由RSS(Remote Sensing Systems)[137]提供,通过Ku波段地球物理模式函数(Ku-2011)反演海表面10 m高度处的风速与风向信息,剔除了确定为陆地区域及包含海冰区域的反演风场数据,产品编号为V4,空间分辨率为0.25°×0.25°,时间范围为1999年7月到2009年11月,风场数据包括经纬度、过境时间、风场信息(风速和风向)、是否有雨等信息,QuikSCAT风速的测量范围是0~50 m/s,风向的测量范围是0~360°。由于Ku波段波长较短,QuikSCAT的风场反演精度易受降雨的影响,在低风速下,受雨滴的后向散射信号影响,散射计反演风速产生正偏差,在高风速下,由于后向散射信号的大气衰减,散射计反演风速产生负偏差,本研究中利用“rain flags”信息剔除有雨时空位置上的风场数据。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于ASCAT风场数据的中国近海风能资源评估[J]. 许遐祯,郭乔影,李正泉,黄敬峰. 气象科学. 2017(06)
[2]基于CCMP风场的中国近海风能资源的长期变化分析[J]. 高成志,郑崇伟,陈璇. 海洋预报. 2017(05)
[3]基于CCMP卫星资料的中国海域风能资源分析[J]. 肖晶晶,李正泉,郭芬芬,马浩. 海洋预报. 2017(01)
[4]中国近海风能资源评估研究进展[J]. 姜波,刘富铀,汪小勇,杜敏,徐辉奋,张榕,丁杰,石勇,蔡晓晴. 高技术通讯. 2016(Z1)
[5]基于全球风场产品中国海表面风速变化分析[J]. 李正泉,肖晶晶,张育慧,马浩. 海洋环境科学. 2016(04)
[6]海上风能资源观测与评估研究进展[J]. 李正泉,宋丽莉,马浩,冯涛,王阔. 地球科学进展. 2016(08)
[7]基于ERA-interim资料中国近海风能资源时空分布[J]. 孙稚权,项杰,管玉平. 海洋预报. 2016(03)
[8]中国毗邻海域海上风能资源分析[J]. 李赫,齐文静,曹春雨,张汉德. 青岛大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]高分辨率合成孔径雷达卫星反演风场资料在中国近海风能资源评估中的应用研究[J]. 常蕊,朱蓉,周荣卫,叶冬,张晓伟,Merete Badger,Charlotte Bay Hasager. 气象学报. 2014(03)
[10]ASCAT散射计风场在我国近海的初步检验与应用[J]. 张增海,曹越男,刘涛,赵伟. 气象. 2014(04)
博士论文
[1]海面风矢量、温度和盐度的被动微波遥感及风对温盐遥感的影响研究[D]. 殷晓斌.中国海洋大学 2007
[2]全极化微波辐射计定标和风场反演若干问题研究[D]. 刘璟怡.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2007
[3]海面风场全极化微波辐射测量[D]. 王振占.中国科学院研究生院（空间科学与应用研究中心） 2005
硕士论文
[1]全极化微波辐射计海面风场测量的反演及精度分析[D]. 高晓萍.华中科技大学 2012
本文编号：3317516
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