風(fēng)玫瑰圖在電網(wǎng)氣象信息系統(tǒng)中的應(yīng)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(zāi)害的壓力越來(lái)越大，如何通過(guò)氣象部門(mén)提供的專業(yè)氣象服務(wù)，對(duì)將要發(fā)生的影響電力安全的氣象災(zāi)害做出預(yù)警，配合發(fā)電調(diào)度計(jì)劃，制定應(yīng)對(duì)措施，成為一項(xiàng)新的課題。同時(shí)，我國(guó)正在大力發(fā)展的以水電、風(fēng)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(wú)一例外的都與氣象預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)密切相關(guān)。應(yīng)這些需要，目前的氣象信息服務(wù)已經(jīng)逐步從以往只提供定性的短期氣象現(xiàn)象監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)發(fā)展到提供定量分析的以多時(shí)間尺度的風(fēng)、溫、濕、雨、壓等多氣象要素為內(nèi)容的綜合監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)。而對(duì)于電力行業(yè)中對(duì)氣象學(xué)所知甚少的工作人員來(lái)說(shuō)，幾乎不可能只通過(guò)氣象部門(mén)公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和公共氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品來(lái)掌握詳細(xì)的實(shí)時(shí)或預(yù)測(cè)天氣信息，從而達(dá)到指導(dǎo)電力防災(zāi)、調(diào)度和制定發(fā)電計(jì)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(shè)橋梁，通過(guò)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(mén)檻。
　　風(fēng)玫瑰圖作為一種氣象科學(xué)專用圖表，是用來(lái)定量分析氣象要素中風(fēng)的一種工具。隨著氣象信息服務(wù)的細(xì)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(mén)提供的氣象信息系統(tǒng)中。我們應(yīng)該正確認(rèn)識(shí)風(fēng)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(lǐng)域中都有非常廣泛的應(yīng)用。同時(shí)，世界各國(guó)都把開(kāi)發(fā)利用新能源和可再生能源放到國(guó)家能源發(fā)展的優(yōu)先地位，而在新能源中風(fēng)能技術(shù)最為成熟，風(fēng)電發(fā)展迅速。風(fēng)玫瑰圖作為風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)前期必不可少的步驟——“風(fēng)能資源評(píng)估”的主要工具，越來(lái)越受到能源領(lǐng)域的建設(shè)者和規(guī)劃者的重視。隨著風(fēng)電場(chǎng)管理的逐步科學(xué)化，風(fēng)玫瑰圖也逐漸被應(yīng)用到發(fā)電調(diào)度計(jì)劃當(dāng)中。
　　2 風(fēng)玫瑰圖
　　2.1 定義
　　“風(fēng)玫瑰”圖也叫風(fēng)向頻率玫瑰圖，它是根據(jù)某一地區(qū)多年平均統(tǒng)計(jì)的各個(gè)風(fēng)向和風(fēng)速的百分?jǐn)?shù)值，并按一定比例繪制而成，一般多用8 個(gè)或16 個(gè)羅盤(pán)方位表示。將羅盤(pán)上360°方位按照每22.5°一格劃分成16 格，將實(shí)時(shí)采集的各個(gè)風(fēng)向統(tǒng)計(jì)到這16個(gè)方向上。玫瑰圖上所表示風(fēng)的吹向（即風(fēng)的來(lái)向），是指從外面吹向地區(qū)中心的方向。
　　風(fēng)玫瑰圖分為風(fēng)向玫瑰圖和風(fēng)速玫瑰圖兩種。風(fēng)向玫瑰圖表示風(fēng)向和風(fēng)向的頻率。風(fēng)向頻率是在一定時(shí)間內(nèi)各種風(fēng)向（已統(tǒng)計(jì)到16 個(gè)風(fēng)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(fēng)的出現(xiàn)頻率，以相應(yīng)的比例長(zhǎng)度（即極坐標(biāo)系中的半徑）表示，按風(fēng)向從外向中心吹，描在用8 個(gè)或16 個(gè)方位所表示的極坐標(biāo)圖上，然后將各相鄰方向的端點(diǎn)用直線連接起來(lái)，繪成一個(gè)形式宛如玫瑰的閉合折線，就是風(fēng)向玫瑰圖。如果用這種統(tǒng)計(jì)方法表示各方向的平均風(fēng)速，就成為風(fēng)速玫瑰圖，其中平均風(fēng)速用極坐標(biāo)中的半徑表示。
　　2.2 參數(shù)化表達(dá)式
　　按照定義， 風(fēng)玫瑰圖中必須包含風(fēng)速、風(fēng)向、風(fēng)向頻率這3 個(gè)要素的定量值。如果需要計(jì)算風(fēng)向頻率，首先需要將一段時(shí)期內(nèi)的風(fēng)向按照16 個(gè)方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出各個(gè)方向的風(fēng)向頻率， 計(jì)算公式為：其中為n 方向上的風(fēng)向頻率，表示在所統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)，n 方向風(fēng)觀測(cè)到的次數(shù)，C 為所統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)觀測(cè)到的靜風(fēng)次數(shù)。
　　對(duì)于風(fēng)速玫瑰圖，參照風(fēng)向玫瑰圖中的公式化，各個(gè)方向上的平均風(fēng)速（ 除靜風(fēng)以外） 可以用如下公式定義：其中表示n 方向上的平均風(fēng)速（n=1..15）表示在所統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)，n 方向風(fēng)觀測(cè)到的次數(shù)，表示在所統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)在n 方向上觀測(cè)到的第i 次風(fēng)的風(fēng)速； 表示在所統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)靜風(fēng)平均風(fēng)速，C 為所統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)觀測(cè)到的靜風(fēng)次數(shù)，為在所統(tǒng)計(jì)時(shí)間段內(nèi)，所觀測(cè)到的第i 次靜風(fēng)的風(fēng)速。