Forudsigelse af vedvarende kolde pool-begivenheder

Varm luft stiger op, kold luft synker. Det er et grundlæggende princip i naturen.

Fordi det synker, kold luft finder ofte lavninger eller lavtliggende terræn, som en dal eller et bassin, at samle i, især om natten, da temperaturen falder. Når solen står op og temperaturerne stiger, den kolde luft varmer og blander sig med den omgivende luft. Men om vinteren, og selv ind i foråret, denne kolde luft kan blive hængende - ofte i flere dage - i et fænomen, der er kendt som en "kold pool-begivenhed".

Kolde pools kan fange forurenende stoffer, der normalt ville blandes og spredes med større luftstrømme, forårsager alvorlige sundhedsrisici i tæt befolkede byområder. Kendt for at reducere vindhastigheder og producere iskaldt regn, de kan også påvirke vindmøller i området negativt, mindske elproduktionen på kort sigt og potentielt ødelægge turbiner.

Forskere ved U.S. Department of Energy's (DOE) Argonne National Laboratory samarbejdede for nylig på 18 måneder, multi-institutionel feltkampagne med National Oceanic and Atmospheric Administration og andre DOE-sponsorerede laboratorier for at studere kolde pool-begivenheder i Columbia River Gorge, langs grænsen mellem Oregon og Washington. Målet med forskningen er bedre at forstå og forudsige begivenheder i kolde pools, som en del af DOE's Wind Forecast Improvement Project. Deres resultater blev for nylig offentliggjort i Journal of Applied Meteorology and Climatology.

"Som det står, kolde pool-begivenheder er ikke godt karakteriseret for numeriske vejrudsigelsesmodeller (NWP), " forklarede assisterende atmosfærisk videnskabsmand Paytsar Muradyan fra Argonnes Environmental Science-afdeling. "Uden nøjagtige forudsigelser af disse begivenheder, det bliver meget svært at forberede sig på dem, især for energiproducenter."

Dårligt vejr forårsaget af kolde poolbegivenheder kan reducere levetiden af ​​vindmøller, især hvis møllerne stadig er aktive under disse dårlige forhold. Frysende regn, for eksempel, vil stadig beskadige turbiner i hvile, men vil forårsage mere skade, jo hurtigere de bevæger sig, fører til problemer med den samlede produktion af elektricitet og stabiliteten af ​​det elektriske net.

"Hvis du ikke kan forudsige disse begivenheder, du kan ikke planlægge og imødekomme ændringer i din produktion af elektricitet, " sagde Muradyan. "Du tror, ​​du vil producere en vis mængde elektricitet en dag, men med pludselig lav vind forårsaget af en kold poolbegivenhed, det bliver du ikke."

De uforudsigelige effekter af kolde pool-arrangementer på elproduktionen kan fortsætte, selv efter at begivenheden er aftaget. Når den kolde luft endelig blandes med og spredes i varmere luft, det kan forårsage pludselige og dramatiske skift i vindhastighed og retning, omtalt som "ramper" eller "vindramper".

"Forbedring af forudsigelsen af ​​disse vindramper kan føre til et mere stabilt elnet og en samlet lavere elpris, " forklarede Muradyan.

For at komme til disse forudsigelser, forskerne indsamlede store mængder data for at karakterisere kolde pool-begivenheder. Disse data kan derefter bruges til at forbedre parametriseringen i NWP-modeller. Forskerne var primært interesserede i sammenstillede vertikale profiler af vindhastighed, vindretning, temperatur og fugtighed for at udvikle kriterier for kold pool identifikation.

Argonne leverede to af radarvindprofilerne og to af sodarvindprofilerne; begge blev brugt til at analysere dybden af ​​de kolde bassiner og vindhastighedsfordelingen. To radioakustiske lydsystemer blev brugt til temperaturprofilering.

"Idéen var at bruge disse målinger, samlet i et komplekst terræn som Columbia River Gorge, at udvikle kriterier for at afgøre, om en kold pool-begivenhed finder sted, " sagde Muradyan. "Med hensyn til tidsmæssig kontinuitet, eller længden af ​​begivenhederne, vi udviklede en algoritme til at identificere alle de kolde pool-hændelser i løbet af de 18 måneder af undersøgelsen."

Algoritmen, Muradyan fortsatte, kunne potentielt anvendes til andre steder for at forbedre NWP-prognoser for dårligt vejr forårsaget af kolde poolbegivenheder.

"At få besked på forhånd til den gennemsnitlige borger, samt energiselskaber, er det vi stræber efter, " tilføjede hun, "fordi denne forskning har potentialet til at forbedre sundheden og reducere energiomkostningerne."

En artikel, der beskriver forskningen, "Identifikation og karakterisering af vedvarende kolde poolhændelser fra temperatur- og vindprofiler i Columbia River Basin" blev offentliggjort i Journal of Applied Meteorology and Climatology i november.