風玫瑰圖在電網(wǎng)氣象信息系統(tǒng)中的應用研究

　　1 引言
　　在全球氣候變暖背景下，電力行業(yè)防御氣象災害的壓力越來越大，如何通過氣象部門提供的專業(yè)氣象服務，對將要發(fā)生的影響電力安全的氣象災害做出預警，配合發(fā)電調(diào)度計劃，制定應對措施，成為一項新的課題。同時，我國正在大力發(fā)展的以水電、風電、光伏等清潔能源為代表的新能源產(chǎn)業(yè)，其控制與調(diào)度無一例外的都與氣象預報和預測密切相關。應這些需要，目前的氣象信息服務已經(jīng)逐步從以往只提供定性的短期氣象現(xiàn)象監(jiān)測與預報發(fā)展到提供定量分析的以多時間尺度的風、溫、濕、雨、壓等多氣象要素為內(nèi)容的綜合監(jiān)測與預報。而對于電力行業(yè)中對氣象學所知甚少的工作人員來說，幾乎不可能只通過氣象部門公布的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和公共氣象預報產(chǎn)品來掌握詳細的實時或預測天氣信息，從而達到指導電力防災、調(diào)度和制定發(fā)電計劃的目的。這就需要由電網(wǎng)氣象專業(yè)信息系統(tǒng)，在電力用戶和專業(yè)氣象信息系統(tǒng)之間架設橋梁，通過提供易于理解、易于操作的圖形化界面，降低氣象專業(yè)信息的使用門檻。
　　風玫瑰圖作為一種氣象科學專用圖表，是用來定量分析氣象要素中風的一種工具。隨著氣象信息服務的細化和深化，它也逐漸出現(xiàn)在公眾氣象信息系統(tǒng)以及其他非氣象部門提供的氣象信息系統(tǒng)中。我們應該正確認識風玫瑰圖，它在城市規(guī)劃中的功能區(qū)布局、消防安全以及在環(huán)保和公共衛(wèi)生領域中都有非常廣泛的應用。同時，世界各國都把開發(fā)利用新能源和可再生能源放到國家能源發(fā)展的優(yōu)先地位，而在新能源中風能技術最為成熟，風電發(fā)展迅速。風玫瑰圖作為風電場建設前期必不可少的步驟——“風能資源評估”的主要工具，越來越受到能源領域的建設者和規(guī)劃者的重視。隨著風電場管理的逐步科學化，風玫瑰圖也逐漸被應用到發(fā)電調(diào)度計劃當中。
　　2 風玫瑰圖
　　2.1 定義
　　“風玫瑰”圖也叫風向頻率玫瑰圖，它是根據(jù)某一地區(qū)多年平均統(tǒng)計的各個風向和風速的百分數(shù)值，并按一定比例繪制而成，一般多用8 個或16 個羅盤方位表示。將羅盤上360°方位按照每22.5°一格劃分成16 格，將實時采集的各個風向統(tǒng)計到這16個方向上。玫瑰圖上所表示風的吹向（即風的來向），是指從外面吹向地區(qū)中心的方向。
　　風玫瑰圖分為風向玫瑰圖和風速玫瑰圖兩種。風向玫瑰圖表示風向和風向的頻率。風向頻率是在一定時間內(nèi)各種風向（已統(tǒng)計到16 個風向）出現(xiàn)的次數(shù)占所有觀察次數(shù)的百分比。根據(jù)各方向風的出現(xiàn)頻率，以相應的比例長度（即極坐標系中的半徑）表示，按風向從外向中心吹，描在用8 個或16 個方位所表示的極坐標圖上，然后將各相鄰方向的端點用直線連接起來，繪成一個形式宛如玫瑰的閉合折線，就是風向玫瑰圖。如果用這種統(tǒng)計方法表示各方向的平均風速，就成為風速玫瑰圖，其中平均風速用極坐標中的半徑表示。
　　2.2 參數(shù)化表達式
　　按照定義， 風玫瑰圖中必須包含風速、風向、風向頻率這3 個要素的定量值。如果需要計算風向頻率，首先需要將一段時期內(nèi)的風向按照16 個方向進行統(tǒng)計，得出各個方向的風向頻率， 計算公式為：其中為n 方向上的風向頻率，表示在所統(tǒng)計時間段內(nèi)，n 方向風觀測到的次數(shù)，C 為所統(tǒng)計時間段內(nèi)觀測到的靜風次數(shù)。
　　對于風速玫瑰圖，參照風向玫瑰圖中的公式化，各個方向上的平均風速（ 除靜風以外） 可以用如下公式定義：其中表示n 方向上的平均風速（n=1..15）表示在所統(tǒng)計時間段內(nèi)，n 方向風觀測到的次數(shù)，表示在所統(tǒng)計時間段內(nèi)在n 方向上觀測到的第i 次風的風速； 表示在所統(tǒng)計時間段內(nèi)靜風平均風速，C 為所統(tǒng)計時間段內(nèi)觀測到的靜風次數(shù)，為在所統(tǒng)計時間段內(nèi)，所觀測到的第i 次靜風的風速。