山地地形下激光雷达风速的精度验证与模拟

摘要

山地地形的边界层风场与平坦地形有显著不同,其空间分布具有独特的特征。山地地形下风场的精细测量对气象预报、风能利用和环境保护等相关领域均非常重要。激光雷达因可移动和便捷性在山地地形下广泛使用,但山地复杂的风场状况会降低激光雷达对风速的测量精度。本文选取风速加速显著的山脊地形作为观测场地,评估了激光雷达在山地地形的风速测量误差,提出了基于计算流体力学数值模拟的风速误差评估方法,解释了地形对风速误差的产生机制。结果表明:(1)激光雷达实测的风速误差随着地形变化呈现显著对应的规律变化,地形坡度最大时误差达到最大值,激光雷达对风速有17.8%的低估;(2)不同激光束的结果表明风速低估是由于风场在空间上的差异造成的;(3)数值模拟的评估结果与实际观测结论一致,山地地形造成了风场的空间差异,通过激光雷达的风速反演算法产生计算误差。本文结论可以指导激光雷达在山地地形下的正确使用,对山地地形下激光雷达的风速误差修正有很好的参考价值。