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风能模式预报的相似误差订正

徐晶晶 胡非 肖子牛 李军

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..
引用本文: 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.
Xu Jingjing, Hu Fei, Xiao Ziniu, et al. Analog bias correction of numerical model on wind power prediction. J Appl Meteor Sci, 2013, 24(6): 731-740.
Citation: Xu Jingjing, Hu Fei, Xiao Ziniu, et al. Analog bias correction of numerical model on wind power prediction. J Appl Meteor Sci, 2013, 24(6): 731-740.

风能模式预报的相似误差订正

资助项目: 

国家自然科学基金项目 41101045

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

详细信息
    通信作者:

    胡非, email: hufei@mail.iap.ac.cn

Analog Bias Correction of Numerical Model on Wind Power Prediction

  • 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24 h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。
  • 图  1  订正效果相对提高百分数随原始预报绝对误差日变率的变化 (a) 和原始预报绝对误差日变率的频数直方图 (b)

    Fig. 1  Improvement of the bias correction method relative to the raw forecast as a function of the day-to-day variation of forecast absolute error (a) and counts of the binned magnitude of the day-to-day variation of forecast absolute error (b)

    图  2  原始预报和误差订正结果的Taylor图

    Fig. 2  Taylor diagram of the raw forecast and the corrected

    图  3  平均偏差随中心均方根误差的变化

    Fig. 3  Averaged bias as a function of centered root mean square error

    图  4  原始预报和订正结果统计量随预报时间的演变

    (a) 均方根误差, (b) 平均绝对偏差, (c) 平均偏差, (d) 相关系数

    Fig. 4  Temporal evolution of the metrics for the raw forecast and the bias correction method

    (a) root mean square error, (b) mean absolute error, (c) bias, (d) correlation

    图  5  订正结果、观测和原始预报的风速频数直方图

    Fig. 5  Counts of the binned wind speed of the corrected, the observation and the raw forecast

    图  6  风能预报敏感区原始预报和订正结果的Taylor图

    Fig. 6  Taylor diagram of the raw forecast and the corrected for wind speed sensitive to wind power prediction

    图  7  风能预报敏感区平均偏差随中心均方根误差的变化图

    Fig. 7  Bias as a function of centered root mean square error for wind speed sensitive to wind power prediction

    表  1  针对气压权重wp和相似预报样本数Na的敏感性试验结果统计

    Table  1  Sensitivity analysis for weight of pressure wp and number of analog forecast Na

    统计量原始预报Na=10wp=0.1
    wp=1wp=0.5wp=0.1wp=0Na=7Na=15Na=21Na=28
    平均偏差/(m·s-1)0.080.330.310.190.020.200.170.170.17
    平均绝对偏差/(m·s-1)1.651.611.591.581.601.591.571.561.56
    均方根误差/(m·s-1)2.152.032.011.982.002.001.971.951.95
    中心均方根误差/(m·s-1)2.152.001.991.972.001.991.961.941.94
    相关系数0.630.630.630.630.610.620.630.640.64
    秩相关系数0.630.620.620.630.620.620.630.640.64
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    表  2  原始预报和订正结果的误差统计

    Table  2  Statistics for evaluation of the raw forecast and the corrected

    统计量原始预报订正结果
    偏差的标准差/(m·s-1)2.151.94
    平均偏差的标准差/(m·s-1)1.371.18
    标准化偏差的标准差/(m·s-1)26.711.4
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    表  3  风能预报敏感区原始预报和订正结果的误差统计

    Table  3  Statistics of the raw forecast and the corrected for wind speed sensitive to wind power prediction

    统计量原始预报订正结果
    平均偏差/(m·s-1)-0.74-1.05
    平均绝对偏差/(m·s-1)1.721.55
    均方根误差/(m·s-1)2.201.93
    中心均方根误差/(m·s-1)2.071.62
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出版历程
  • 收稿日期:  2012-09-20
  • 修回日期:  2013-08-01
  • 刊出日期:  2013-12-31

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