EMD-WRF On-demand Mesoscale service (DE)

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Mesoskalendaten von hoher Qualität werden zunehmend ein wichtiger Faktor bei Ertragsprognosen. Solche Daten haben ein breites Spektrum möglicher Anwendungen bei Windfarm-Planungen, z.B.

  • Langzeitkorrektur von Messungen
  • Erstabschätzungen
  • Produktionsanalyse
  • Abschätzung von Vereisungs-Verlusten
  • Evaluierungen der atmosphärischen Stabilität
Hier geht es zum Quick Guide EMD-WRF On-Demand.

windPRO bietet bereits seit vielen Jahren Zugriff auf Onlinedaten verschiedener Quellen, z.B. ERA5, MERRA2, NCAR, CFSR), die zur Langzeitkorrektur mit MCP verwendet werden. Die räumliche Auflösung dieser Daten bewegt sich im Bereich von 50 bis 250km. Trotz oftmals guter Korrelation der Windgeschwindigkeiten können sie deshalb mesoskalige Effekte des Windklimas nicht erfassen, die in Maßstäben von einigen Kilometern stattfinden.

In windPRO 2.9 wurde der Mesoskalen-Datensatz [EmdConWx] (Beschreibung auf Englisch) eingeführt, der Europa mit einer räumlichen Auflösung von 3 km abdeckt. Nach Einstellung von ERA-Interim wird nun für Europa nun der Mesoskalen-Datensatz EMD-WRF Europe+, basierend auf ERA5, angeboten. Wenn ein jährliches Abonnement abgeschlossen wird, können Daten für den abgedeckten Bereich sofort über ein METEO-Objekt heruntergeladen werden. Seitdem wurden von EMD Mesoskalen-Modellierungen von weiteren Regionen durchgeführt, die nun unter dem Produktnamen EMD-WRF angeboten werden.

Für Bereiche, in denen keine vorberechneten Mesoskalen-Datensätze verfügbar sind, können WRF-Modellierungen auf Anforderung (on-demand) durchgeführt werden. Neben der weltweiten Verfügbarkeit hat die on-demand-Lösung weitere Vorteile gegenüber den vorberechneten Mesoskalen-Datensätzen:

  • Es wird eine neuere Version des WRF-Modells verwendet
  • Verbessertes Modell der Hintergrundrauigkeit
  • Bessere Ergebnisse zur Solarstrahlung
  • Turbulenzdaten sind für alle modellierten Jahre verfügbar
  • Mehr Klimaparameter verfügbar


Berechnungsüberblick

Das WRF-Modell besteht aus zwei Hauptkomponenten, WPS nd WRF. WPS ist das Preprocessing-Werkzeug, das Gelände- und meteorologische Daten für WRF vorbereitet. In EMD-WRF werden die folgenden Daten für WPS verwendet:

  • Geländedaten von SRTM (Orographie) und GlobCover (Landnutzung)
  • Meteorologische Daten können derzeit von ERA-interim, MERRA2, CFSR oder ERA5 verwendet werden

Nach Vorbereitung der Daten wird das WRF-Modell für den Bereich eingerichtet, der vom Anwender vorgegeben wird. Das Modell simuliert dann die vom Anwender vorgegebene Periode. Die räumliche Auflösung ist 3 km und die zeitliche Auflösung des Modells 9 Sekunden. Für jede Stunde wird der aktulle Zustand des Modells extrahiert und in eine Zeitreihe umgewandelt. Die Ergebnisse umfassen neben der Zeitreihe auch die Geländedaten (Orographie und Rauigkeit) der Mesoskalen-Simulation, die für Downscaling-Berechnungen in windPRO verwendet werden können (z.B. zur Erstellung einer Windstatistik oder für das Gelände-Scaling im Rahmen der Scaler-Anwendung).

Der gesamte Prozess findet vollständig automatisiert auf dem EMD-Hochleistungscluster statt und benötigt vom Anwender lediglich die Eingabe der zu berechnenden Position.


Parameter der Ausgabe-Zeitreihe

Die Zeitreihen, die von EMD-WRF on-demand ausgegeben werden, enthalten dieselben Signale, die auf der Wikiseite zu den EmdConWx-Daten beschrieben sind.


Preisstruktur und Meso-Credits

Um EMD-WRF on-demand-Berechnungen zu starten, werden seitens windPRO keine Berechnungsmodule benötigt (um die Ergebnisse zu verwenden, wird aber das Modul METEO benötigt). Es fallen Kosten pro Berechnung an, die von der Länge der berechneten Zeitreihe abhängen. Die Abrechnung erfolgt über vorab zu erwerbende Meso-Credits, wobei ein Meso-Credit die Berechnung für eine 1-Monats-Zeitreihe ermöglicht. Für eine 10-Jahres-Zeitreihe werden also z.B. 120 Credits benötigt (12 Monate * 10 Jahre). Meso-Credits können via Email an sales-de@emd.dk oder Online auf www.emd.dk erworben werden.


Vorbereiten einer Berechnung in windPRO

Eine EMD-WRF on-demand-Berechnung einzurichten ist einfach. Es muss definiert werden:

  • die Position, für die die Zeitreihe benötigt wird
  • der Zeitraum
  • Die Reanalyse-Datenbasis (derzeit ERA-Interim oder MERRA2)


Starten Sie eine Berechnung:

Modulfenster → Cluster services (am Ende der Modulliste) → EMD WRF Meso on-demand


DE ClServ1.PNG


Die Berechnungseinstellungen öffnen sich:


DE ClServ2.PNG


Der Login am Hochleistungs-Cluster erfolgt automatisch.

Name: Geben Sie einen Namen für die Berechnung an. Dies ist hier besonders wichtig, damit sie die Ergebnisse auch zu einem späteren Zeitpunkt noch identifizieren können, wenn Sie sie später erneut vom Server herunterladen müssen.

Position: Je nachdem was für Objekte bereits im Projekt verfügbar sind können Sie hier aus einigen vordefinierten Objektpositionen auswählen. Alternativ können Sie Benutzerdefinierte Koordinaten ("User defined" im Ausklappmenü) wählen oder eine Position über die Karte auswählen.

Anzahl Punkte: Derzeit kann nur ein einzelner Punkt berechnet werden.

Modellierung: Dafür stehen mehrere Winddatengrundlagen zur Verfügung: ERA-Interim und MERRA2 (beide bis August 2019), ERA5 und CSFR/CFSv2. Erfahrungsgemäß werden mit den ERA5 die besten Ergebnisse erzielt, deshalb empfehlen wir diese. Nichtsdestotrotz kann es Positionen geben, an denen ein anderer Datensatz besser performt.

Info: Über diesen Button können Sie die Details der Datengrundlagen anzeigen lassen, wie die räumliche Auflösung und den maximal verfügbaren Datenzeitraum.

Zeitraum: Geben Sie die Länge der zu erstellenden Zeitreihe (Anfang und Ende) ein. Wenn eine Standortmessung vorliegt, können Sie zunächst den Messzeitraum berechnen lassen, um die Korrelation zu prüfen, und dann zu einem späteren Zeitpunkt einen Langzeitraum berechnen lassen.

Nach den Eingaben klicken Sie auf den Knopf Start on Server. Vor Start der Berechnung auf dem Server wird eine Zusammenfassung der verfügbaren und benötigten Meso-Credits angezeigt:

DE ClServ3.PNG

Bestätigen Sie mit Ok wird eine finale Bestätigung abgefragt:

DE ClServ4.PNG

Nach Bestätigung mit Ok startet die Berechnung auf dem Server. windPRO wechselt auf das Register Berechnungen und zeigt nach kurzer Zeit den erwarteten Zeitpunkt der Fertigstellung. Verlassen Sie das Berechnungsfenster mit Ok und speichern Sie das Projekt.


Ergebnisse

Sie können windPRO schließen oder mit anderen Projekten arbeiten, während die WRF-Modellierung auf dem Cluster läuft.

Sie können jederzeit, auch wenn ein anderes Projekt geöffnet ist, den Fortschritt der Berechnung prüfen: Menü OptionenFortschritt Clusterberechnungen .

Wenn die Berechnung abgeschlossen ist, erhalten Sie eine Email. Diese wird an dieselbe Mailadresse gesendet, die Sie auch bei der Aktivierung von windPRO verwendet haben (siehe Menü OptionenOptionen → Register Anwender ).

Öffnen Sie das Projekt, von dem aus Sie die Berechnung gestartet haben. Doppelklicken Sie dort auf die EMD-WRF-Berechnung im Berechnungsfenster. Auf dem Register Berechnungen wird die fertige Berechnung angezeigt und Sie können das Ergebnis herunterladen. Nach dem Herunterladen wird es automatisch in ein METEO-Objekt umgewandelt.

Wenn Sie dieselbe Zeitreihe in einem anderen Projekt benötigen oder zu einem späteren Zeitpunkt noch einmal herunterladen möchten:
  • Menü OptionenFortschritt Clusterberechnungen
  • Herunterladen → die Zeitreihe wird erneut vom Cluster geladen. Das Dateiformat ist *.mesores.
  • METEO-Analyzer → Register Daten → Knopf .mesores-Import erzeugt daraus ein METEO-Objekt