基于GIS技术对近地面风力大小的分析
摘 要：用2013年全国各气象站点风向、风速数据，结合分辨率为30m*30m的srtm的浙江省地形数据，通过克里金空间插值与方向插值以及WindEffect算法实现了对浙江省范围内四季近地面风力大小的模拟。
关键词：地形;风力;GIS;空间插值分析
0 引言
许多学者通过研究都认为地形对风具有一定的影响，史同广、闫业超等利用1：5万DEM数据，在确定冬季主风向的前提下，利用ARC/INFO软件，综合考虑海拔高度、坡度、坡向和坡位等地形要素对风速的影响，通过编写AML程序，实现了起伏地形条件下风速空间分布的模拟。唐矗和洪冠新提出了一种以地形高程数据为基础，进行三维复杂地形建模及其风场分布求解的数值仿真方法。为得到近地面风力大小数据，通过考虑地形对风力大小的影响，综合风向、风速得到最终结果。本文通过空间插值、WindEffect算法以及DEM算法对地形对近地面风的影响进行了分析。
1 研究样区与数据
（1）气象数据：全国气象站点2013年各个月份的风向和风速的月平均数据。风速以米每秒（m/s）为单位，风向以风向编码表示;
（2）全国各气象站的坐标、高程数据;
（3）浙江省的地形：分辨率为30m*30m的srtm的浙江省地形数据，每个栅格点的值代表对应点的高程值。
2 数据分析与处理
2.1 地形数据处理
由于在ASTER上下载的STRM数据是分区域的，通过ArcMap中的mosaic 工具将其拼接成一幅完整的地形数据。并将获得的气象站点数据与地形数据进行坐标的匹配和校正，并通过浙江省的轮廓将其裁剪，就获得了浙江DEM数据，如图1所示：。
2.2 气象数据的处理
为了获得浙江省风向和风速的情况，首先需要得到浙江省的气象站点，再收集各站点2013年各个月份的风向和风速数据。但由于位于浙江省内的气象站点太少，为了使得下一步得到的插值结果客观准确，采用了全国气象站点的数据。
风速：将各月风速数据链接到中国气象台站的属性表中，通过经验克里金插值法来计算出中国区域范围内的每个月份的风速，即全国各月风速的栅格数据，并裁剪出浙江省的风速栅格数据。
风向：由于风向由风向编码表示，无法准确得到每个站点区域范围内的具体数值。因此采取以该区域风向编码所代表风向角度的中值作为该地区的风向值。风向是一种矢量数据，无法直接通过一般的空间插值方法来计算出各个栅格的详细风向数据，需利用方向数据插值算法进行风向矢量数据的插值计算，得到全国各月风向的插值数据，并裁剪出浙江
省的风向矢量数据。
2.3 风力大小的计算
由于风力大小和三个因素有关——地形、风向、风速，且计算非常的复杂，通过J.Boehner，A.Ringeler，O.Conrad等人提出的WindEffect算法，利用开源软件SAGA GIS可以非常有效的计算出风力的大小。将准备好的三种数据，利用WindEffect算法，计算出风力大小分布栅格图，结果如图2所示。
3 结论与讨论
通过综合考虑风向、风速、地形高程等因素，利用SAGA中WindEffect算法计算风力大小。此方法综合考虑多种自然因素对近地面风力大小进行计算，且通过该算法得到了较高准确性的浙江省风力大小空间分布图。
参考文献：
[1]史同广，闫业超，王林林等.基于DEM的大尺度季风风速空间分布模拟研究[J].地理与地理信息科学，2007，23（02）：26-29.
[2]唐矗，洪冠新.基于地形高程数据的复杂地形风场建模方法[J].北京航空航天大学学报，2014（003）：360-3.
[3]林敬凡，胡秀英.河南省地形对风的影响[J].气象，1990（05）：6.
[4]孙武，王义明，王越雷等. 珠江三角洲地面风场的特征及其城市群风道的构建[J].
生态学报，2012，32（18）：5630-5636.
[5]房亮，刘学军，汤.方向数据插值方法研究[J].现代测绘，2006，29（01）：3-5.
