Titel: Från mätt vind till vindklimat – Normalårskorrigering, Elforsk rapport 09:03
Författare: Erik Nilsson och Hans Bergström
Utgivare: Elforsk, Vindforsk
Årtal: 2009
Ämnesord: Vindmätning
Sökord: NCEP/NCAR, Näsudden, hPa, normalårskorrigering
Rapport
Sammanfattning: Metoder för normalårskorrigering har analyserats, d.v.s. att uppskatta den klimatologiska medelvinden på en plats utgående från uppmätt vind under en
kortare period tillsammans med en långtidsreferens. Dessutom har den osäkerhet som kvarstår i de erhållna normalårskorrigerade medelvindarna studerats.
Som långtidsreferens har NCEP/NCAR-återanalysdata använts. Mer precist den geostrofiska vinden beräknad utgående från höjden till 850 hPa tryckytan, vilket motsvarar den horisontella lufttrycksgradienten på ca 1300 m höjd. Även vindhastigheten på 850 hPa-nivån har använts vid analyserna. Återanaylsdata skapas av en global numerisk datormodell för atmosfären genom att assimilera alla tillgängliga meteorologiska observationer i modellen och köra den i 6 timmar, varefter nya data assimileras. Den databas som skapas är global med en rumslig upplösning på 2.5° i longitud och latitud och en tidsupplösning på 6 timmar.
Tre olika metoder för estimering av långtidsmedel baserat primärt på den geostrofiska vinden som långtidsreferens har utvärderats. Data från 8 platser med tillgång till mätningar av vind under 12-34 år har använts. En av platserna (Näsudden) har mätningar på 75 meters höjd och i allmänhet bör störst vikt läggas vid resultaten på den platsen i jämförelse med de andra platserna där mätningarna gjorts på 10 meters höjd vilket medför större risk för mycket lokala småskaliga effekter på mätningarna, svåra att fånga i korrektionerna. De olika metodernas svagheter och styrkor återspeglas dock ofta även i datamaterial från 10 m. Således kan dessa platser användas för att få ett jämförelsematerial att testa normalårskorrigeringsmetoderna på.
Resultaten visar att man bör använda minst ett års mätningar för att fånga åtminstone en naturlig årscykel på mätplatsen och därmed minska osäkerheten i normalårskorrigeringen. Att använda mer än ett års mätningar minskar naturligtvis osäkerheten ytterligare men inte lika kraftigt som under det första året. Vid utvärdering av hur bra vi kan estimera den klimatologiska medelvinden över 15 år för Näsudden utgående från en kortare period med mätningar kan det konstateras att de tre metoderna ger likartade resultat när man använder data från 1 år eller mer.
Den kvarvarande osäkerheten i estimaten är relativt stor med en 5 % risk att den normalårskorrigerade medelvinden ligger mer än 0.42 m/s ifrån den ’sanna’ klimatologiska medelvinden när man använder 1 års mätningar. Efter 2 års mätningar ligger motsvarande osäkerhet på 0.32 m/s. Man kan dock konstatera för Näsuddenmaterialet att normalårskorrigeringen har minskat osäkerheten till ungefär hälften jämfört med om vi endast medelvärdesbildar mätdata utan att tillämpa någon normalårskorrektion.
Betydelsen av val av långtidsreferens har undersökts för Näsudden, 75 m höjd, genom att istället för geostrofisk vind använda faktisk vind på 850 hPa-nivån i en eller flera av återanalysmodellens beräkningspunkter. Resultaten visar att vissa val av enskilda punkter med modellerad vind som referens visserligen kan ge mindre osäkerhet i estimeringen men att andra punkter samtidigt kan ge sämre resultat jämfört med valet av geostrofisk vind som referens. Korrelationen mellan mätplats och referens är inte vägledande.
Perioder med relativt god korrelation garanterar inte små medelfel. En period med lägre korrelationskoefficient kan ge mindre medelfel än en period med hög korrelation.
Genom att välja ut 4 till mätplatsen närbelägna punkter med modellerad vind i 850 hPa-ytan och bilda ett ytmedelvärde över dessa och på så vis skapa en ny långtidsreferens erhålls dock en referens som är likvärdig med den geostrofiska vinden.