風玫瑰圖在電網氣象信息系統中的應用研究

　　1 引言
　　在全球氣候變暖背景下，電力行業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氣象服務，對將要發生的影響電力安全的氣象災害做出預警，配合發電調度計劃，制定應對措施，成為一項新的課題。同時，我國正在大力發展的以水電、風電、光伏等清潔能源為代表的新能源產業，其控制與調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逐步從以往只提供定性的短期氣象現象監測與預報發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容的綜合監測與預報。而對于電力行業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計數據和公共氣象預報產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、調度和制定發電計劃的目的。這就需要由電網氣象專業信息系統，在電力用戶和專業氣象信息系統之間架設橋梁，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，它也逐漸出現在公眾氣象信息系統以及其他非氣象部門提供的氣象信息系統中。我們應該正確認識風玫瑰圖，它在城市規劃中的功能區布局、消防安全以及在環保和公共衛生領域中都有非常廣泛的應用。同時，世界各國都把開發利用新能源和可再生能源放到國家能源發展的優先地位，而在新能源中風能技術最為成熟，風電發展迅速。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電調度計劃當中。
　　2 風玫瑰圖
　　2.1 定義
　　“風玫瑰”圖也叫風向頻率玫瑰圖，它是根據某一地區多年平均統計的各個風向和風速的百分數值，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各種風向（已統計到16 個風向）出現的次數占所有觀察次數的百分比。根據各方向風的出現頻率，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的風向按照16 個方向進行統計，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，表示在所統計時間段內，n 方向風觀測到的次數，C 為所統計時間段內觀測到的靜風次數。
　　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）表示在所統計時間段內，n 方向風觀測到的次數，表示在所統計時間段內在n 方向上觀測到的第i 次風的風速； 表示在所統計時間段內靜風平均風速，C 為所統計時間段內觀測到的靜風次數，為在所統計時間段內，所觀測到的第i 次靜風的風速。