激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范-編制說明

一、工作簡(jiǎn)況

1.項(xiàng)目來源

本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)氣象局提出，由全國(guó)氣候與氣候變化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC540)歸口，立

項(xiàng)編號(hào)為20213620-T-416，立項(xiàng)名稱為《激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》。

2.標(biāo)準(zhǔn)起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)氣象科學(xué)研究院負(fù)責(zé)起草，廣東省氣候中心、北京玖天氣象科技有限公司、深

圳市氣象局、北京敏視達(dá)雷達(dá)有限公司、北京觀詳光電技術(shù)有限公司、中國(guó)三峽新能源（集團(tuán)）

股份有限公司協(xié)作起草。

3.標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及任務(wù)分工

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：宋麗莉、陳雯超、全利紅、王丙蘭、植石群、袁春紅、張永山、肖擎

曜、王香云、高瑞泉、舒仕江、孫劍、王尚昆、王瑞明、張繼立、薛洋洋。

分工如下：

宋麗莉：負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的總體框架與具體編寫方案的制定、技術(shù)指導(dǎo)、負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的修改，標(biāo)準(zhǔn)文

本的最終審定；

陳雯超、全利紅：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、參數(shù)分析、標(biāo)準(zhǔn)的起草；

王丙蘭、植石群、袁春紅、張永山、肖擎曜、王香云：負(fù)責(zé)技術(shù)調(diào)研、征求意見等編制活動(dòng)

的組織及專家意見匯總。

高瑞泉、舒仕江、孫劍、王尚昆、王瑞明、張繼立、薛洋洋：現(xiàn)有激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)解讀、

調(diào)研，對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

4.主要工作過程

(1)2021年9月，成立了編寫小組，明確了目標(biāo)任務(wù)，并確定了編寫技術(shù)方案與分工，制定

了工作進(jìn)度計(jì)劃。

(2)2021年10月～11月，編寫組進(jìn)行了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研以及文獻(xiàn)查閱等工作。

(3)2021年12月～2022年1月，編寫組通過相關(guān)科研項(xiàng)目，搜集整理激光雷達(dá)對(duì)比試驗(yàn)資料，

技術(shù)參數(shù)，完成相關(guān)驗(yàn)證和分析。

(4)2022年2月～3月，編寫組進(jìn)行了討論分析，調(diào)整思路，在標(biāo)準(zhǔn)初稿基礎(chǔ)上進(jìn)行了細(xì)化、

修改，完成了本標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。

二、編制原則和確定主要內(nèi)容的依據(jù)

1.編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合業(yè)務(wù)需要，遵從科學(xué)性、適用性、可操作性的原則進(jìn)行編制。

1

（1）科學(xué)性原則

測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在全球氣候變化研究、風(fēng)能資源評(píng)估、強(qiáng)天氣過程氣象監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)賽事氣象保

障和軍事領(lǐng)域等工作中都發(fā)揮著越來越重要的作用。編制組通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范的研讀、相關(guān)

科技文獻(xiàn)查閱，基于近20年的外場(chǎng)測(cè)風(fēng)和數(shù)據(jù)處理分析經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C，編制了本

標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效地保障科學(xué)、可靠性。

（2）適用性原則

本標(biāo)準(zhǔn)參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范，在近10年來的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)和氣象觀測(cè)塔對(duì)比觀測(cè)項(xiàng)目實(shí)踐

經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，充分利用國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目的研究成果，充分了解、掌握在風(fēng)能資源開發(fā)、重大工程

建設(shè)、氣象防災(zāi)減災(zāi)的科學(xué)應(yīng)用中對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的可靠性要求，保證了本標(biāo)準(zhǔn)的適用性。

（3）可操作性原則

規(guī)范以大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，盡可能量化了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，明確了操作步驟，使實(shí)際

使用和操作更為簡(jiǎn)明、扼要。

2.主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)（觀測(cè)高度在10m-400m之間），規(guī)定利用測(cè)風(fēng)塔與測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)進(jìn)

行對(duì)比觀測(cè)分析、檢驗(yàn)激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法，以及激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)可靠性判斷依據(jù)。

主要內(nèi)容包括：

（1）標(biāo)準(zhǔn)適用范圍；

（2）規(guī)范性引用文件；

（3）術(shù)語和定義；

（4）對(duì)比試驗(yàn)設(shè)置要求；

（5）測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)結(jié)果對(duì)比分析；

（6）測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)質(zhì)量判斷依據(jù)。

本標(biāo)準(zhǔn)附帶附錄A，為規(guī)范性附錄。

本標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)圖見圖1。

2

圖1本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

3.主要內(nèi)容制定的依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)歸納地面氣象觀測(cè)和風(fēng)電觀測(cè)相關(guān)規(guī)范，同時(shí)

充分利用本單位承擔(dān)的多個(gè)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)對(duì)比觀測(cè)項(xiàng)目以及相關(guān)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目的研究成果，并

結(jié)合國(guó)外多次的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的對(duì)比試驗(yàn)分析結(jié)果，在科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)論證基礎(chǔ)上，編制了本標(biāo)準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研、參考的國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范及報(bào)告、科技文獻(xiàn)主要包括：

[1]IEC61400-12-1Windenergygenerationsystems-Part12-1:Powerperformance

measurementsofelectricityproducingwindturbines.

[2]GB/T35221—2017地面氣象觀測(cè)規(guī)范總則

[3]GB/T35227—2017地面氣象觀測(cè)規(guī)范風(fēng)向和風(fēng)速

[4]GB/T18709—2002風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)能資源測(cè)量方法

[5]QX/T449-2018氣候可行性論證規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)

[6]QX/T436-2018氣候可行性論證規(guī)范抗風(fēng)參數(shù)計(jì)算

[7]NBT31147—2018風(fēng)電場(chǎng)工程風(fēng)能資源測(cè)量與評(píng)估技術(shù)規(guī)范

[8]NB/T31079-2016風(fēng)電功率預(yù)測(cè)系統(tǒng)測(cè)風(fēng)塔數(shù)據(jù)測(cè)量技術(shù)要求

3

[9]陳雯超，宋麗莉，王志春，等.不同天氣條件下脈沖激光風(fēng)廓線儀測(cè)風(fēng)性能．應(yīng)用氣象學(xué)

報(bào)，2017，28（3）：327-339.

[10]王丙蘭，宋麗莉，陳雯超.測(cè)風(fēng)塔體對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的影響[A];第十六屆全國(guó)結(jié)構(gòu)風(fēng)工程會(huì)

議論文集[C]，2013.

[11]中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源中心.脈沖激光雷達(dá)WINDCUBEV2測(cè)風(fēng)性能對(duì)比觀測(cè)分析報(bào)

告[R]，2012.

[12]中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源中心.脈沖激光雷達(dá)WINDNJ測(cè)風(fēng)性能對(duì)比觀測(cè)分析報(bào)告[R]，

2017.

[13]中國(guó)氣象局風(fēng)能太陽能資源中心.脈沖激光雷達(dá)BLTLIDAR測(cè)風(fēng)性能對(duì)比觀測(cè)分析報(bào)告

[R]，2018.

[14]北京玖天氣象科技有限公司.脈沖激光雷達(dá)WINDSMARTER-10H測(cè)風(fēng)性能對(duì)比觀測(cè)分析報(bào)

告[R]，2019.

[15]DeutscheWindGuardConsultingGmbH.EvaluationofWindcube[R],2008.

[16]B.Ca?adillas,A.Westerhellweg,T.Neumann,etal.TestingthePerformanceof

aGround-basedWindLiDARSystemOneYearIntercomparisonattheOffshore

PlatformFINO1[R]，2011.

[17]JuliaGottschall,MichaelS.Courtney.Windcubev2WLS7-0091lidar

verificationtestatH?vs?retestsite[R]，2010.

[18]PaulaGómez,MikeCourtney.Calibrationofground-basedlidarinstrument:

WLS7-213[R],2012.

[19]DNVGL.LIDARPERFORMANCEVERIFICATIONOFWINDCUBEWLS7-469ATDNVGLTESTSIDE

INJANNEBY,GERMANY[R],2015.

（1）開展的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔對(duì)比試驗(yàn)

2012年，編制組成員利用設(shè)置在廣東省湛江市東海島的100米測(cè)風(fēng)塔常規(guī)梯度風(fēng)觀測(cè)系統(tǒng)以

及該國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)氣象站同步觀測(cè)的降水、氣溫、氣壓等地面觀測(cè)系統(tǒng)，與安裝在同一地點(diǎn)的第二代

脈沖激光雷達(dá)WindcubeV2進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)。對(duì)比觀測(cè)期間獲取了包括強(qiáng)風(fēng)、小風(fēng)、有雨和無雨天

氣過程的觀測(cè)數(shù)據(jù)。在對(duì)比觀測(cè)數(shù)據(jù)的有效性檢驗(yàn)和樣本篩選的基礎(chǔ)上，通過對(duì)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)和

常規(guī)杯式測(cè)風(fēng)儀觀測(cè)的風(fēng)速、風(fēng)向、最大陣風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差、湍流強(qiáng)度和風(fēng)垂直切變指數(shù)等

數(shù)據(jù)的全面對(duì)比、綜合分析，對(duì)第二代脈沖激光雷達(dá)WindcubeV2儀器的測(cè)風(fēng)性能進(jìn)行檢驗(yàn)分析，

以確認(rèn)該儀器在近地邊界層風(fēng)況測(cè)量的能力和主要風(fēng)參數(shù)指標(biāo)，為該儀器的使用提供基礎(chǔ)參考。

（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)1）

4

圖2對(duì)比試驗(yàn)觀測(cè)場(chǎng)位置

圖3對(duì)比試驗(yàn)觀測(cè)場(chǎng)儀器設(shè)備布局

5

圖4脈沖激光雷達(dá)WindcubeV2安裝位置

2017年，在鄰近黃海的江蘇省鹽城大豐港附近，對(duì)Windnj激光雷達(dá)、Windcube激光雷達(dá)和

150m高測(cè)風(fēng)塔上的杯式測(cè)風(fēng)儀之間的風(fēng)速、風(fēng)向、湍流強(qiáng)度、陣風(fēng)風(fēng)速等進(jìn)行了對(duì)比觀測(cè)。該對(duì)

比觀測(cè)試驗(yàn)場(chǎng)下墊面主要是農(nóng)田，激光雷達(dá)位于測(cè)風(fēng)塔南偏東約200m處。為了考核脈沖激光雷達(dá)

在各種天氣條件下的測(cè)風(fēng)性能，根據(jù)脈沖激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)原理和邊界層風(fēng)特性研究成果，對(duì)觀測(cè)數(shù)

據(jù)按風(fēng)速大小和是否有降雨進(jìn)行了樣本分類。（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)2）

6

圖5觀測(cè)位置

圖6儀器相對(duì)位置

7

2018年，在位于深圳市氣象局石巖觀測(cè)基地開展了BLTLidar激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔的對(duì)比觀測(cè)

（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)3）和WLS7_719激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔的對(duì)比觀測(cè)（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)4）。但該地下墊面

類型較為復(fù)雜，包含樹林、水庫及部分城市建成區(qū)。兩臺(tái)激光雷達(dá)在測(cè)風(fēng)塔正南方距測(cè)風(fēng)塔25米

左右。

圖7觀測(cè)場(chǎng)地和儀器相對(duì)位置

2019年，在深圳市氣象局石巖觀測(cè)基地開展了WindSmarter-10H激光雷達(dá)和測(cè)風(fēng)塔的對(duì)比觀

測(cè)，分析了風(fēng)速、風(fēng)向、陣風(fēng)風(fēng)速和垂直切變等的差異。（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)5）

8

圖8觀測(cè)場(chǎng)地和儀器相對(duì)位置

另外，國(guó)外也進(jìn)行了多次的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔的對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)。對(duì)比試驗(yàn)開展時(shí)間和試

驗(yàn)場(chǎng)地分別為：

2008年3月在德國(guó)北海海岸附近平坦的農(nóng)田（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)6）；

2009年8月在德國(guó)FINO1海上平臺(tái)上（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)7）；

2010年8月在丹麥國(guó)家大型風(fēng)力渦輪機(jī)試驗(yàn)站（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)8）；

2012年5月在丹麥國(guó)家大型風(fēng)力渦輪機(jī)試驗(yàn)站（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)9）；

2015年11月在德國(guó)北部農(nóng)業(yè)用地（設(shè)為對(duì)比試驗(yàn)10）。

（2）關(guān)于對(duì)比觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)的確定

收集整理了上述10個(gè)對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)的分析報(bào)告，表1統(tǒng)計(jì)給出各對(duì)比試驗(yàn)的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)。從表

中可見，對(duì)比觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)范圍在21-365d。對(duì)比觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)應(yīng)足夠長(zhǎng)以能獲取包括強(qiáng)風(fēng)、降雨等在內(nèi)

的具有典型代表性的觀測(cè)數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)，以便考察激光雷達(dá)在各種天氣下的測(cè)風(fēng)性能，且考慮到樣

本篩選造成的數(shù)據(jù)量的減少，本標(biāo)準(zhǔn)中建議對(duì)比觀測(cè)的最短觀測(cè)期不少于90天。

表1對(duì)比試驗(yàn)的觀測(cè)時(shí)長(zhǎng)信息表（單位:d）

對(duì)比試驗(yàn)

12345678910

編號(hào)

對(duì)比觀測(cè)持

87116961039121365574029

續(xù)天數(shù)

9

（3）關(guān)于測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔距離的確定

基于上述10個(gè)對(duì)比試驗(yàn)的報(bào)告，統(tǒng)計(jì)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔的距離見表2。從表中可見，對(duì)

比儀器的距離在3m到200m之間，主要集中在3-25m。對(duì)比觀測(cè)理論上應(yīng)該測(cè)量同一個(gè)地點(diǎn)垂直

方向的風(fēng)場(chǎng)，兩個(gè)測(cè)風(fēng)儀器的距離越近越好，但考慮到距離太近，激光雷達(dá)的光束容易被測(cè)風(fēng)塔

遮擋，且考慮塔影效應(yīng)，一般會(huì)相隔一定距離。參考已有對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)，本標(biāo)準(zhǔn)確定測(cè)風(fēng)激光雷

達(dá)與測(cè)風(fēng)塔的距離應(yīng)在3-12m為宜。

表2對(duì)比試驗(yàn)的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔距離信息表（單位:m）

對(duì)比試驗(yàn)

12345678910

編號(hào)

比對(duì)儀器之

5200252525/4531010-15114

間的距離

（4）根據(jù)大小風(fēng)進(jìn)行樣本分類的必要性

根據(jù)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)應(yīng)用場(chǎng)景的不同，需要關(guān)注的風(fēng)速段會(huì)有所差異，例如在污染天氣監(jiān)測(cè)中，

更關(guān)注靜小風(fēng)的情況；在臺(tái)風(fēng)監(jiān)測(cè)中，更關(guān)注破壞力最大的臺(tái)風(fēng)眼壁區(qū)的強(qiáng)風(fēng)情況；在風(fēng)能資源

評(píng)估中，更關(guān)注發(fā)電效率最佳的中風(fēng)速段的情況?；谏鲜?0個(gè)對(duì)比試驗(yàn)的報(bào)告，統(tǒng)計(jì)其分析樣

本的風(fēng)速范圍（表3）。從表中可見，國(guó)內(nèi)的對(duì)比試驗(yàn)分別對(duì)0-4m/s的小風(fēng)樣本和≥6m/s的大風(fēng)

樣本進(jìn)行了分析，國(guó)外的對(duì)比試驗(yàn)中，大部分只考慮了10min平均風(fēng)速在4-16m/s的樣本，且較

少進(jìn)一步根據(jù)風(fēng)速段進(jìn)行分類分析。只選取10min平均風(fēng)速在4-16m/s的樣本主要是因?yàn)檫@是杯

式測(cè)風(fēng)儀的標(biāo)準(zhǔn)校正范圍。但考慮到杯式測(cè)風(fēng)儀的高穩(wěn)定性和激光雷達(dá)的應(yīng)用范圍廣、對(duì)各風(fēng)速

段均有需求的特點(diǎn)，本規(guī)范規(guī)定在對(duì)比分析中，除了對(duì)樣本篩選后的全部數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析以外，

也需要對(duì)0-4m/s的小風(fēng)樣本和≥6m/s的所有大風(fēng)樣本進(jìn)行分析，用以評(píng)估測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在各風(fēng)

速段的測(cè)風(fēng)性能。

表3對(duì)比試驗(yàn)的風(fēng)速分類分析情況表

對(duì)比試驗(yàn)

12345678910

編號(hào)

剔除低于

只考慮風(fēng)只考慮只考慮只考慮2m/s的樣本

樣本分類：速≥4m/s4-16m/s4-16m/s4-16m/s后分別對(duì)

降雨樣本

小風(fēng)樣本：0-4m/s的樣本，的樣本，的樣本，的樣本，4-16m/s的樣

分析情況

大風(fēng)樣本：≥6m/s無大小風(fēng)無大小風(fēng)無大小風(fēng)無大小風(fēng)本和≥2m/s

分類分析分類分析分類分析分類分析的所有樣本

進(jìn)行分析

10

（5）根據(jù)有無降雨進(jìn)行樣本分類的必要性

有降雨時(shí)，雨滴的散射也是主要散射機(jī)制，可能對(duì)激光有較強(qiáng)的衰減作用?；谏鲜?0個(gè)對(duì)

比試驗(yàn)的報(bào)告，統(tǒng)計(jì)其分析樣本是否考慮降雨的情況（表4）。從表中可見，我國(guó)的試驗(yàn)中均對(duì)有

降雨和無降雨的樣本進(jìn)行了分析。國(guó)外的對(duì)比試驗(yàn)中，有不考慮降雨的影響，把數(shù)據(jù)一并分析的

情況，也有在分析樣本篩選階段就把降雨數(shù)據(jù)剔除的情況。當(dāng)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在臺(tái)風(fēng)、冷空氣等天

氣系統(tǒng)下測(cè)量時(shí)，經(jīng)常會(huì)遇上降雨的情況。因此，有必要在對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)中，對(duì)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在

降雨時(shí)的測(cè)風(fēng)性能進(jìn)行評(píng)估，給用戶參考。

表4對(duì)比試驗(yàn)中降雨樣本處理情況表

對(duì)比試驗(yàn)

12345678910

編號(hào)

沒有對(duì)降沒有對(duì)降

無對(duì)降雨樣本篩選樣本篩選

降雨樣本根據(jù)是否有降雨進(jìn)行雨樣本進(jìn)雨樣本進(jìn)

樣本進(jìn)行已剔除降已剔除降

分析情況了樣本分類分析行分類分行分類分

分類分析雨數(shù)據(jù)雨數(shù)據(jù)

析析

對(duì)比試驗(yàn)6的報(bào)告中提到測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在整個(gè)測(cè)試期間，即使在降雨的情況下測(cè)量精度也沒

有下降，但垂直風(fēng)速分量除外。氣流的垂直速度是大氣風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)研究的重要參數(shù)，編寫組在基于

測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與三維超聲風(fēng)速儀的對(duì)比觀測(cè)資料的分析也發(fā)現(xiàn)降雨對(duì)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的垂直速度測(cè)

量有影響。降雨情況下，當(dāng)雨強(qiáng)增加時(shí)，激光風(fēng)廓線儀測(cè)得的垂直速度顯著小于超聲風(fēng)速儀的測(cè)

量值，顯示較大的下沉氣流，當(dāng)10min降水量在2mm以上時(shí)，垂直速度的偏差基本集中在-3.2～

-1.4m/s。

下圖給出對(duì)比觀測(cè)期間2個(gè)較強(qiáng)降雨過程中三維超聲測(cè)風(fēng)儀和測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)觀測(cè)的1min平均

水平風(fēng)速和垂直速度的時(shí)程變化圖，并結(jié)合附近氣象站的５min降水量所插值得到的1min降水量

（假設(shè)5min內(nèi)降水量平均分布）進(jìn)行分析。由圖可見，在降雨前后，兩種儀器的垂直速度均具有

較好的一致性，但當(dāng)降雨出現(xiàn)時(shí)，激光風(fēng)廓線儀測(cè)得的垂直速度顯著減小，降水越強(qiáng)，垂直速度

下降越明顯，當(dāng)1min降水量達(dá)到0.5mm時(shí)，激光風(fēng)廓線儀的垂直速度較超聲風(fēng)速儀的測(cè)量值最大

下降4m/s左右，而此時(shí)對(duì)應(yīng)的水平風(fēng)速則受降雨影響不大，一致性較好。降雨時(shí)，風(fēng)廓線儀測(cè)得

的下沉垂直速度可能是大氣垂直運(yùn)動(dòng)和降水粒子下降速度的合成。綜上，激光風(fēng)廓線儀對(duì)垂直速

度的測(cè)量效果可能欠佳。若測(cè)風(fēng)塔上安裝有三維超聲風(fēng)速儀，建議基于測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)和三維超聲

風(fēng)速儀觀測(cè)的垂直速度進(jìn)行對(duì)比分析。

11

降雨量

1161

）0

0.80.8

m/s-1

4

-20.60.6

-30.40.4

2

-4降雨量(mm)

降雨量(mm)

垂直風(fēng)速(m/s)

垂直速度（

0.2水平風(fēng)速(m/s)

-50.2

-6000

17:4017:5018:0018:1018:2017:4017:5018:0018:1018:20

時(shí)間時(shí)間

2012-7-13降2012-7-13降雨

11.291.2

0

）11

-1

m/s0.860.8

-2

0.60.6

-3

0.430.4

降雨量(mm)

-4降雨量(mm)

垂直風(fēng)速(m/s)

水平風(fēng)速(m/s)

垂直速度（-50.20.2

-6000

14:1014:2014:3014:4014:5014:1014:2014:3014:4014:50

時(shí)間時(shí)間

2012-7-272012-7-27

超聲風(fēng)速儀測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)降雨量降雨量

sonicwindcube1min

圖9氣流1min垂直速度、水平風(fēng)速和降水量時(shí)程

（6）關(guān)于受測(cè)風(fēng)塔塔體影響的方位角范圍的確定

編寫組成員于2012年在遼寧省阜新建立了100m高的測(cè)風(fēng)塔開展測(cè)風(fēng)塔塔體對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的影

響的野外試驗(yàn)。阜新測(cè)風(fēng)塔下墊面較為平坦，常年以西南風(fēng)為主，安裝時(shí)遼寧阜新塔60m高的西

南方向（225°）安裝一條伸臂，用于安裝一臺(tái)Gill超聲風(fēng)速儀，標(biāo)記為Gill01；在其背風(fēng)面（即

東北方向，45°）60m高度處安裝一條伸臂，用于安裝另外一臺(tái)Gill超聲風(fēng)速儀，標(biāo)記為Gill02，

三個(gè)伸臂離開塔體長(zhǎng)度均為1.5米。阜新塔下墊面情況見圖10，儀器安裝示意圖見圖11。

12

圖10阜新測(cè)風(fēng)塔及周邊環(huán)境照片

圖11阜新測(cè)風(fēng)塔儀器安裝示意圖（俯視）

圖12給出阜新塔超聲風(fēng)速儀測(cè)量的水平風(fēng)速比值(Gill01/Gill02)隨風(fēng)向的變化。前期通過

風(fēng)洞試驗(yàn)的結(jié)果已知兩臺(tái)儀器之間存在系統(tǒng)誤差，且這種系統(tǒng)誤差可能隨風(fēng)速的變化而變化，故

兩臺(tái)儀器的比值在0.94～1.05的部分可視作儀器之間的系統(tǒng)誤差而引起?？傮w來看，阜新塔2

臺(tái)超聲風(fēng)速儀的風(fēng)速比值在0.7-1.4之間，風(fēng)向?yàn)?5°左右時(shí)，Gill01受測(cè)風(fēng)塔體的影響最大，

其風(fēng)速僅為Gill02風(fēng)速的0.7，風(fēng)向?yàn)?25°左右時(shí)，Gill02受測(cè)風(fēng)塔體影響最大，此時(shí)Gill01

風(fēng)速為Gill02風(fēng)速的1.4倍。

13

圖12阜新塔超聲風(fēng)速儀水平風(fēng)速比值隨風(fēng)向的變化

受塔影效應(yīng)影響，東北側(cè)和西南側(cè)來風(fēng)對(duì)背風(fēng)測(cè)儀器影響較大。圖13和圖14分別進(jìn)一步給

出東北來風(fēng)和西南來風(fēng)時(shí)的風(fēng)速比值和影響區(qū)域示意圖。從圖中可見，考慮兩個(gè)儀器0.94～1.05

的系統(tǒng)誤差的情況下。受12-66°東北面來風(fēng)影響時(shí)，背風(fēng)面測(cè)風(fēng)儀受到塔體的影響而風(fēng)速有明

顯的減少，該部分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)予以剔除。結(jié)合儀器安裝示意圖可見，即以測(cè)風(fēng)儀和塔體中心連線為標(biāo)

準(zhǔn)，向塔體側(cè)擴(kuò)大25°和向伸臂側(cè)擴(kuò)大29°范圍的數(shù)據(jù)誤差較大，該范圍數(shù)據(jù)應(yīng)該剔除。受

209-254°西南面來風(fēng)影響時(shí)，背風(fēng)面測(cè)風(fēng)儀受到塔體的影響而風(fēng)速也有明顯的減少，該部分?jǐn)?shù)據(jù)

應(yīng)予以剔除。結(jié)合儀器安裝示意圖可見，即以測(cè)風(fēng)儀和塔體中心連線為標(biāo)準(zhǔn)，向塔體側(cè)擴(kuò)大21°

和向伸臂側(cè)擴(kuò)大24°范圍的數(shù)據(jù)誤差較大，該范圍數(shù)據(jù)剔除。

(a)

14

(b)

圖13阜新塔東北向來風(fēng)塔影分析圖（a.風(fēng)速比值圖;b.影響范圍示意圖）

(a)

(b)

圖14阜新塔西南向來風(fēng)塔影分析圖（a.風(fēng)速比值圖;b.影響范圍示意圖）

15

綜合以上分析，從保守估計(jì)和實(shí)際應(yīng)用便利出發(fā)，認(rèn)為以測(cè)風(fēng)儀和塔體中心連線為標(biāo)準(zhǔn)，向

兩側(cè)擴(kuò)大30°范圍的數(shù)據(jù)樣本受塔影效應(yīng)影響較大，該范圍數(shù)據(jù)需要剔除。

三、主要試驗(yàn)（或驗(yàn)證）的分析，預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效果

近年來，測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)越來越多地在全球氣候變化研究、風(fēng)能資源評(píng)估、強(qiáng)天氣過程氣象監(jiān)

測(cè)、運(yùn)動(dòng)賽事氣象保障和軍事等領(lǐng)域使用。但測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)屬遙測(cè)系統(tǒng)，不同的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)采

用的遙測(cè)和反演手段不同，在使用前需要對(duì)其測(cè)風(fēng)性能進(jìn)行分析，對(duì)其觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)，

了解其測(cè)量的風(fēng)速、風(fēng)向等要素的可靠性。

近年已開展測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)和測(cè)風(fēng)塔的對(duì)比試驗(yàn)，檢驗(yàn)激光雷達(dá)的測(cè)風(fēng)性能，但缺乏統(tǒng)一的對(duì)

比觀測(cè)技術(shù)規(guī)范、樣本篩選與數(shù)據(jù)分析標(biāo)準(zhǔn)，因此獲得的評(píng)估結(jié)果也會(huì)有一定差異，從而降低測(cè)

風(fēng)激光雷達(dá)測(cè)試結(jié)果的可比性和準(zhǔn)確度。針對(duì)這些問題，急需制定相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定

利用測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)、檢驗(yàn)激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)可靠性的方法，以及激光雷達(dá)

測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)可靠性判斷依據(jù)。客觀科學(xué)地評(píng)估激光雷達(dá)的測(cè)風(fēng)性能能為測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在風(fēng)能資源開

發(fā)、重大工程建設(shè)、氣象防災(zāi)減災(zāi)的科學(xué)應(yīng)用提供技術(shù)保障。

因此，本標(biāo)準(zhǔn)給出測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)（觀測(cè)高度在10m-400m之間）和測(cè)風(fēng)塔的對(duì)比觀測(cè)與分析規(guī)

定，主要有如下內(nèi)容：①測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)設(shè)置要求，包括對(duì)觀測(cè)場(chǎng)地環(huán)境、

觀測(cè)高度、儀器設(shè)置、對(duì)比時(shí)長(zhǎng)、數(shù)據(jù)采集的要求等；②測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)結(jié)果對(duì)比分

析方法，包括分析樣本的篩選、樣本分類和統(tǒng)計(jì)值；③測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)可靠性判斷依據(jù)，給出測(cè)風(fēng)

激光雷達(dá)各高度層數(shù)據(jù)有效率的要求，以及測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔的觀測(cè)值與統(tǒng)計(jì)值，包括平均

風(fēng)速、平均風(fēng)向、陣風(fēng)風(fēng)速、風(fēng)速標(biāo)準(zhǔn)差、湍流強(qiáng)度和風(fēng)廓線指數(shù)等的差值標(biāo)準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的對(duì)比觀測(cè)方法，是參照相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合多年來的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)而采用的成

熟、可靠的方法，可客觀科學(xué)地評(píng)估激光雷達(dá)的測(cè)風(fēng)性能，為測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在風(fēng)能資源開發(fā)、重

大工程建設(shè)、氣象防災(zāi)減災(zāi)的科學(xué)應(yīng)用提供技術(shù)保障。

四、采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的程度

本標(biāo)準(zhǔn)的制定沒有引用國(guó)際和國(guó)外的同類標(biāo)準(zhǔn)。本標(biāo)準(zhǔn)制定中，參考了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC

61400-12-1Windenergygenerationsystems-Part12-1:Powerperformancemeasurements

ofelectricityproducingwindturbines中關(guān)于數(shù)據(jù)篩選的要求。

五、與現(xiàn)行有關(guān)法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)系

本標(biāo)準(zhǔn)沒有與現(xiàn)行有關(guān)法律、法規(guī)和強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生沖突的條款。

六、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù)

無。

16

七、標(biāo)準(zhǔn)作為強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)或推薦性標(biāo)準(zhǔn)的建議

建議本標(biāo)準(zhǔn)作為推薦性標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施。

八、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后，測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在與測(cè)風(fēng)塔的對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)中應(yīng)統(tǒng)一采用《激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)

可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定進(jìn)行觀測(cè)設(shè)置和數(shù)據(jù)分析。建議國(guó)務(wù)院其他有關(guān)部門和

省、自治區(qū)、直轄市人民政府其他有關(guān)部門所屬的氣象局、測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)制造公司、風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)公

司等推薦執(zhí)行。若業(yè)務(wù)上有何變動(dòng)，無法按該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施的，應(yīng)將變動(dòng)情況及時(shí)告知本標(biāo)準(zhǔn)研制單

位，以便下次修訂時(shí)加以考慮。

九、廢止現(xiàn)行有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無。

十、其他應(yīng)予說明的事項(xiàng)

無。

17

一、工作簡(jiǎn)況

1.項(xiàng)目來源

本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)氣象局提出，由全國(guó)氣候與氣候變化標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)(SAC/TC540)歸口，立

項(xiàng)編號(hào)為20213620-T-416，立項(xiàng)名稱為《激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)可靠性評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范》。

2.標(biāo)準(zhǔn)起草單位

本標(biāo)準(zhǔn)由中國(guó)氣象科學(xué)研究院負(fù)責(zé)起草，廣東省氣候中心、北京玖天氣象科技有限公司、深

圳市氣象局、北京敏視達(dá)雷達(dá)有限公司、北京觀詳光電技術(shù)有限公司、中國(guó)三峽新能源（集團(tuán)）

股份有限公司協(xié)作起草。

3.標(biāo)準(zhǔn)主要起草人及任務(wù)分工

本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：宋麗莉、陳雯超、全利紅、王丙蘭、植石群、袁春紅、張永山、肖擎

曜、王香云、高瑞泉、舒仕江、孫劍、王尚昆、王瑞明、張繼立、薛洋洋。

分工如下：

宋麗莉：負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的總體框架與具體編寫方案的制定、技術(shù)指導(dǎo)、負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)的修改，標(biāo)準(zhǔn)文

本的最終審定；

陳雯超、全利紅：負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、參數(shù)分析、標(biāo)準(zhǔn)的起草；

王丙蘭、植石群、袁春紅、張永山、肖擎曜、王香云：負(fù)責(zé)技術(shù)調(diào)研、征求意見等編制活動(dòng)

的組織及專家意見匯總。

高瑞泉、舒仕江、孫劍、王尚昆、王瑞明、張繼立、薛洋洋：現(xiàn)有激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)解讀、

調(diào)研，對(duì)比觀測(cè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

4.主要工作過程

(1)2021年9月，成立了編寫小組，明確了目標(biāo)任務(wù)，并確定了編寫技術(shù)方案與分工，制定

了工作進(jìn)度計(jì)劃。

(2)2021年10月～11月，編寫組進(jìn)行了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研以及文獻(xiàn)查閱等工作。

(3)2021年12月～2022年1月，編寫組通過相關(guān)科研項(xiàng)目，搜集整理激光雷達(dá)對(duì)比試驗(yàn)資料，

技術(shù)參數(shù)，完成相關(guān)驗(yàn)證和分析。

(4)2022年2月～3月，編寫組進(jìn)行了討論分析，調(diào)整思路，在標(biāo)準(zhǔn)初稿基礎(chǔ)上進(jìn)行了細(xì)化、

修改，完成了本標(biāo)準(zhǔn)的征求意見稿。

二、編制原則和確定主要內(nèi)容的依據(jù)

1.編制原則

本標(biāo)準(zhǔn)結(jié)合業(yè)務(wù)需要，遵從科學(xué)性、適用性、可操作性的原則進(jìn)行編制。

1

（1）科學(xué)性原則

測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)在全球氣候變化研究、風(fēng)能資源評(píng)估、強(qiáng)天氣過程氣象監(jiān)測(cè)、運(yùn)動(dòng)賽事氣象保

障和軍事領(lǐng)域等工作中都發(fā)揮著越來越重要的作用。編制組通過對(duì)國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范的研讀、相關(guān)

科技文獻(xiàn)查閱，基于近20年的外場(chǎng)測(cè)風(fēng)和數(shù)據(jù)處理分析經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼撟C，編制了本

標(biāo)準(zhǔn)，能夠有效地保障科學(xué)、可靠性。

（2）適用性原則

本標(biāo)準(zhǔn)參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范，在近10年來的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)和氣象觀測(cè)塔對(duì)比觀測(cè)項(xiàng)目實(shí)踐

經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，充分利用國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目的研究成果，充分了解、掌握在風(fēng)能資源開發(fā)、重大工程

建設(shè)、氣象防災(zāi)減災(zāi)的科學(xué)應(yīng)用中對(duì)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)的可靠性要求，保證了本標(biāo)準(zhǔn)的適用性。

（3）可操作性原則

規(guī)范以大量的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，盡可能量化了相關(guān)技術(shù)指標(biāo)，明確了操作步驟，使實(shí)際

使用和操作更為簡(jiǎn)明、扼要。

2.主要內(nèi)容

本標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)（觀測(cè)高度在10m-400m之間），規(guī)定利用測(cè)風(fēng)塔與測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)進(jìn)

行對(duì)比觀測(cè)分析、檢驗(yàn)激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的方法，以及激光雷達(dá)測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)可靠性判斷依據(jù)。

主要內(nèi)容包括：

（1）標(biāo)準(zhǔn)適用范圍；

（2）規(guī)范性引用文件；

（3）術(shù)語和定義；

（4）對(duì)比試驗(yàn)設(shè)置要求；

（5）測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)與測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)結(jié)果對(duì)比分析；

（6）測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)質(zhì)量判斷依據(jù)。

本標(biāo)準(zhǔn)附帶附錄A，為規(guī)范性附錄。

本標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)圖見圖1。

2

圖1本標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖

3.主要內(nèi)容制定的依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)廣泛調(diào)研國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，總結(jié)歸納地面氣象觀測(cè)和風(fēng)電觀測(cè)相關(guān)規(guī)范，同時(shí)

充分利用本單位承擔(dān)的多個(gè)測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)對(duì)比觀測(cè)項(xiàng)目以及相關(guān)國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目的研究成果，并

結(jié)合國(guó)外多次的測(cè)風(fēng)激光雷達(dá)的對(duì)比試驗(yàn)分析結(jié)果，在科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)論證基礎(chǔ)上，編制了本標(biāo)準(zhǔn)。

本標(biāo)準(zhǔn)調(diào)研、參考的國(guó)內(nèi)外相關(guān)規(guī)范及報(bào)告、科技文獻(xiàn)主要包括：

[1]IEC61400-12-1Windenergygenerationsystems-Part12-1:Powerperformance

measurementsofelectricityproducingwindturbines.

[2]GB/T35221—2017地面氣象觀測(cè)