突破性激光雷达风场测量研究：三重系统精度验证与单点雷达应用拓展

发布时间：2026-01-13 打印

为满足复杂地形风场精细化监测需求，德国研究团队首次开发了一种基于中位绝对偏差（MAD）滤波的新型数据处理策略，通过对比三重激光雷达“虚拟塔台”系统、单点多普勒激光雷达与声波风速仪数据，系统性评估了单点雷达水平均匀性假设对测量精度的影响，旨在提升风廓线监测在风电、天气预报等领域的可靠性。

　　研究在2020年FESST@MOL实验期间，利用5台Halo Photonics激光雷达开展了50天连续观测。三重雷达系统采用“凝视”和“阶梯凝视”模式（90–500米六高度层），两台单点雷达分别以54.7°和28.0°天顶角执行VAD扫描。创新点在于设计MAD滤波器结合信噪比阈值（SNR+1=1.0），剔除异常值并解决高海拔“零值噪声”问题。同步以99米塔基90米高度声波风速仪为基准，进行2/10/30分钟多尺度平均数据比对，量化不同扫描策略的偏差与均方根误差（RMSD）

　　研究结果表明三重雷达与声波仪在90米高度呈现高度一致性。该研究证实单点激光雷达在平坦非均匀地形可提供可靠风场数据（尤其28°低天顶角配置），为风电场选址和气象网络建设提供高性价比方案。三重系统作为“基准验证平台”，为复杂地形（如山区、城市）风场监测奠定基础。未来需探索更高海拔（>500米）的雷达性能，优化滤波算法以适应强湍流条件，并推动单点雷达在城市边界层三维风场重构中的部署。成果已开源（Zenodo数据平台），支撑风能预报和气候模型精细化发展。相关研究成果以Comparing triple and single Doppler lidar wind measurements with sonic anemometer data based on a new filter strategy for virtual tower measurements为题发表在GEOSCIENTIFIC INSTRUMENTATION METHODS AND DATA SYSTEMS期刊上。

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