Vindkorreksjon av nedbør.

Vindkorreksjon av nedbør. Prosjektpresentasjon Trondheim 17.11.2010 Ragnar Brækkan

Vindkorreksjon av nedbør Energi Norge prosjekt Prosjektledelse: Ragnar Brækkan (met.no), Eirik Ruud (Statkraft). Prosjektdeltakere dataanalyse: Mareile Wolff (met.no), Ketil Isaksen (met.no), Asgeir Petersen-Øverleir. Prosjektstart 13.05.2009. Planlagt avslutning sommer 2013. Hovedmål: Forbedre korreksjonsformler for nedbøroppfanging i sterk vind. Hovedtiltak: Etablere testfelt i høgfjellet for målinger med WMO anbefalt DFIR som referanse.

Behov Kraftselskapene og met.no er interessert i å korrigere nedbørdata for vindeffekter All nedbørmåling vil være påvirket av vindfeltet rundt nedbørmålerens åpning. Spesielt ved snønedbør i sterk vind er målte verdier til dels sterkt underestimerte. Høgfjellet og kysten er særlig utsatte steder mht kombinasjonen sterk vind og nedbør. Statkraft og met.no bruker skjermløsning rundt måleråpningen for reduksjon av vindeffekten. Tross dette har en betydelig underestimering av nedbør ved sterk vind og spesielt ved snønedbør. Med vår mest vanlige skjermtype (Alter) er dokumentert mer enn 50 % reduksjon i forhold til sann nedbør ved snø og vindstyrke over 7 m/s.

WMO prosjektet; alter og andre skjermer

Prosjekt-metode. Sammenligne målte verdier fra kombinasjonen Geonor + Alter skjerm mot måledata fra Geonor inne i DFIR skjerm (Double Fence Intercomparison Reference windshield). Vindmålinger ved topp av hver nedbørmåling. Vindmåling i 10 m. for input i korreksjon for std met.- stasjon. Div støttemålinger: temperatur, fuktighet, nedbørindikatorer (J/N) nedbørdetektor(presentweather; gir nedbørtyper, intensitet og varighet), kamera for teknisk overvåking og nedbørdetektering snødybdemålere

WMO anbefaling; DFIR referansen

DFIR

DFIR vs bush gauge. (10 år dataserier fra flatt krattbevokst område).

DFIR korreksjoner Tørr snø: BUSH/DFIR(%) = 100+1.89*FFs+6.54*10-4*FFs 3 +6.54*10-5*FFs 5 Våt snø: BUSH/DFIR(%) = exp(4.54+0.032*ffs) Fokk: BUSH/DFIR(%) = 100.62+0.897*FFs+0.067*FFs 3 Regn med snø: BUSH/DFIR(%) = 101.67+0.254*FFs 2 Snø med regn: BUSH/DFIR(%) = 98.97+2.30*FFs Regn: BUSH/DFIR(%) = 100.35+1.667*FFs -2.40E-3*FFs 3

Målebetingelser Område med flest mulig situasjoner med snønedbør og sterk vind. Homogene måleforhold for alle nedbørmålere i testfeltet mht vind og nedbør Tilstrekkelig avstand mellom målerne for å unngå gjensidig påvirking => Åpent område med tilstrekkelig avstand til forstyrrende elementer => Flatt landskap med stor avstand til fjell og åser => Ingen bygninger,trær eller lignende i umiddelbar nærhet (spesielle regler gjelder for forhold mellom høyder og avstander)

Krav til måledata Målsettingen er i løpet av 3 vintersesonger å måle tilstrekkelig antall situasjoner med tilfredsstillende (korttids) stabilitet mht RR og FF over ønsket skala: FF opp til >10, størst mulig variasjon av RR verdier. Interessant tilfelle er ennå ikke definert verken tidsmessig eller verdimessig for vind og nedbør. Generelle krav er relativt stabile målesituasjoner med vindstyrker over 10 m/s og målbar nedbør. Dette tilsier antakelig minimum 1 time intervall for tilstrekkelig sikker nedbørdetektering (moderat snøfall gir ca 1 mm/time). I prosjektsammenheng har datainnsamling hvert minutt som grunnlag for statistisk behandling av rådata.

Forprosjekt: Bestemme målested Prosjektgruppen foretok i 2009 befaringer på 7 ulike steder: 3 steder på Vikafjellet, to steder ved Blåsjø, Blåbergdalen ved Røldal og Haukeli (ved brøytestsjonen). Vi fant å utrede to steder videre: Beinlei på Blåsjø og Haukelifjellet. Begge steder ble der høsten 2009 montert 2 stk Geonor i vanlig skjerm for å analysere totale nedbørmengder, vindstyrker og ikke minst lokal homogenitet over et gitt areal. Settene ble montert ca 30 m fra hverandre på linje tvers av framherskende vinternedbør for å kunne gi svar på homogenitet.

Forprosjektet.

Homogenitet nedbør nord/sør Kun timeverdier større enn 0.5 mm nedbør. haukeli beinlei

Homogenitet vind nord/sør Haukeli Beinlei

Analyser resultater forprosjekt. Både for nedbør og vind ser en klart større spredning i måleverdier for beinlei enn for Haukeli. Den relativt store spredningen i måledata (nedbør og vind) på Beinlei er vanskelig å forklare fullt og helt. Noe skyldes at vi på Beinlei hadde batteridrift og ikke oppvarmede vindsensorer. Men detaljerte analyser (rapport fra Mareile Wolff) viser at dette alene ikke forklarer avvikene. Det synes klart at inhomogenitet i måleområdet er større på Beinlei enn for Haukeli.

Valg av Haukeli. Bedre homogenitet på Haukeli. Haukeli er vesentlig lettere tilgjengelig. Infrastruktur som kraft og kommunikasjon forelå på Haukeli, mens tilsvarende utbygging for Beinlei ville medført store kostnader.

Statistikk Haukeli brøytestasjon. Værobservasjoner foreligger fra 1984 til 1995 fra Haukeli brøytestasjon. Vinterobservasjoner med 12 t tidsoppløsning på nedbør og 3 timer for vind. 06 og 18 obser 4460 RR>= 0.1 mm og TT <= 0 (snø) 2508 56% Total målt nedbørmengde i 11 vintersesonger (a 6 mnd) : ca 5200 mm. I snitt ca 470 mm pr vinter. Pga vindtap er korrekt snønedbør nedbør anslagsvis 30-40 % større.

Met.-data Haukeli forts. Antall tilfeller med observert snøvær vs maksvind i obsperioden Totalt 4460 obser over 11 vintersesonger. FX >= 6 1900 43 % FX >= 8 1540 35 % FX >= 10 1180 27 % FX >= 12 833 19 % FX >= 14 545 12 % FX >= 16 330 7 % FX >= 20 116 2.5 %

Brøytestasjonen: Vind i snøvær.

Brøytestasjonen: Vind i snøvær.

Haukeli februar mai 2010. Vind i nedbør.

Fokk Haukeli Totalt antall obser med fokk 1495 33% Fokk og nedbør 1044 23% Fokk uten målt nedbør i måletidspunktet: Lavt bakkefokk (ww=36) 86 Fokk over øyehøyde (ww= 38) 33 Gjennomsnittlig vindhastighet ved snøfokk direkte observert er 10,5 m/s Det ble aldri observert tett fokk, kun lett eller middels.

Eksempel på fokk og gjenfyking. Beinlei. 18.03-23.03 ; fokk? 80,0 30,0 70,0 25,0 dra 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 20,0 15,0 10,0 5,0 TT,FX RA_N dra_s dra_stk FX_stk TT 10,0 0,0 0,0 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 6 12 18 0 Tid, timer -5,0

Haukeli testfelt. Layout testfelt Haukeli. 220 V AC til vindmast. Lavspentkabler for signaler, drift og varme til sensorer (12 og 24V DC). LAN kommunikasjon fra AVS skap i mast. Hoved-vindretning v/sterk vind og nedbør 220 V AC LAN via fiber fra stolpenett Geonor 3 Ts_3 Vind_3 (Young) Geonor 1 Ts_1; Vind_1 (GILL) SA_1 J/N_1 Geonor 2 Ts_2 Vind_2 (Young) Pluvio 2011 15 m 15 m 10 m 10 m gittermast: Vind_4 (GILL) J/N_2 (10m) 2 stk kamera, PWS TA UU SA_2 2 x skap for SM5049 Strømskap Koplingsskap Lyskaster

Systemløsning Data innhentes via bredbånd og LAN. Alle måledata beregnes og lagres lokalt og overføres til server ved Statkraft hvert minutt. Vinddata beregnes etter WMO spesifikasjoner (10 minutter intervaller). PW data er sensoravhengig (1, 10 og 60 minutter integreringstider). Alle andre beregninger utføres som middelverdier pr minutt. Bilder fra kamera overføres hver 30 eller 60 minutt. Master logger vil ha GSM/GPRS modem for oppkopling via mobilnettet fra kontor-pc for div sjekk.

Begrensing av problemet fokk. Fokk antas å oppstå ved vindstyrker over visse grenser avhengig av snøens konsistens og om der er nedbør i sterk vind. For å kunne eliminere de fleste fokksituasjoner skal vi montere nedbørindikatorer i målehøyde (4 m) og i tilstrekkelig høyde over vanlig bakkefokk ; ca 9 m. I tillegg får vi data fra PW-sensor (partikkelanalysator), i ca 7 m høyde. Kamerainformasjon vil også gi info om bakkefokk.

Spesielle kvalitetstiltak. Spesiell god kvalitet på jording og støyskjerming. 3 stk strenger på hver geonor. 2 primære vindsensorer er akustiske med oppvarming. Geonoråpningene har regulert oppvarming. Videoovervåking med innsending av ca 10 faste motiver hver 30/60 min for overvåking av rim, is, snø dannelse på geonoråpninger og vindsensorer. Fortløpende kvalitetssjekk med ukentlige rapporter for eksistens og konsistens i måledata.

Målestedet.

Gravearbeider august 2010

Ca 3500 kvm i water

11.11.2010: Mot NØ

11.11.2010: mot SØ

DFIR bygging.

Sensorer.

Vaisala PWD21 værdetektor Videokamera acti cam-6630 35 opt. Zoom.