Disputation

Erik Janzon disputerar i meteorologi

Titel: "Local Effects On Icing Forecasts for Wind Power In Cold Climate".

Beskrivning: Processer som leder till atmosfärisk nedisning i det planetära gränsskiktet beror på interaktioner med landytan. Detaljerna för dessa interaktioner i de numeriska väderprognosmodeller som används idag är i stort sett okända och måste parametriseras. Denna avhandling undersöker hur representationen av markytan i dessa modeller påverkar meteorologiska variabler relaterade till isbildning på vindkraftverk. .

Datum: 10 februari 2023 10:00

Handledare: Anna Rutgersson

Opponent: Dr. Alfredo Peña, Senior Scientist, DTU

Plats: Hambergsalen, Geocentrum

Sammanfattning: 

Att ha en förståelse för risken för nedisning av vindkraftverk på grund av atmosfäriska förhållanden är avgörande för driften av vindkraftsparker i regioner med kallt klimat. Processer som leder till atmosfärisk nedisning i det planetära gränsskiktet beror på interaktioner med landytan. Detaljerna för dessa interaktioner i de numeriska väderprognosmodeller som används idag är i stort sett okända och måste parametriseras. Denna avhandling undersöker hur representationen av markytan i dessa modeller påverkar meteorologiska variabler relaterade till isbildning på vindkraftverk. Först genomförs en känslighetsanalys med en enkelkolumn-modell för att testa vegetationsandelens relativa påverkan på isbildning på de höjder som är relevanta för ett modernt kommersiellt vindkraftverk. Effekten av hur ytans skrovlighet representeras på grund av vegetationsandelen och parametriseringen av de processer som är kopplade till trädtopparna visar sig ha störst påverkan på isbildningen i simuleringarna. Denna effekt kombineras med en viktig sekundär faktor, ytans albedo, som framförallt påverkar isbildningsförloppet tidigt under säsongen då solinstrålningen fortfarande är viktig att ta i beaktande. Därefter genomförs stora virvelsimuleringar (large eddy simulations, LES) för att testa hur landtäckets heterogenitetslängdskala påverkar vindprofiler under en semi-idealiserad dygnscykel i torra, subarktiska förhållanden. Den effektiva ytjämnheten har visat sig minska som en funktion av landtäckets heterogenitetslängdskala och blandningshöjden har visat sig vara begränsad av höjden på det atmosfäriska gränsskiktet. Med hjälp av resultaten av denna studie i kombination med tidigare arbeten presenteras en dynamisk blandningshöjdmodell som en möjlig kopplingsstrategi för ytparameteriseringar. Baserat på resultaten från den tidigare nämnda studien används LES med olika heterogenitetslängdskalor för att validera en analytisk modell som används för att simulera medelvindprofiler och vindstress över godtyckliga mönster av ytojämnhet. Slutligen används semi-idealiserade LES av underkylda moln på låg nivå för att testa känsligheten hos meteorologiska variabler relaterade till isbildning på vindkraftverken kopplat till landtäckets heterogenitetslängdskalor. Här har förekomsten av ett snötäcke med fläckar av barmark en betydande effekt på isbildningsprognosen. Resultaten av denna avhandling visar att representationen av ytan kan ha en betydande inverkan på prognoser för isbildning på vindkraftverk och dessa fynd kommer vara till hjälp för att identifiera osäkerheter i dessa prognoser.