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Downscaling ERA5 wind speed data: a machine learning approach considering topographic influences

Hu, Wenxuan und Scholz, Yvonne und Yeligeti, Madhura und von Bremen, Lueder und Deng, Ying (2023) Downscaling ERA5 wind speed data: a machine learning approach considering topographic influences. Environmental Research Letters, 18 (9). Institute of Physics (IOP) Publishing. doi: 10.1088/1748-9326/aceb0a. ISSN 1748-9326.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aceb0a/meta

Kurzfassung

Energy system modeling and analysis can provide comprehensive guidelines to integrate renewable energy sources into the energy system. Modeling renewable energy potential, such as wind energy, typically involves the use of wind speed time series in the modeling process. One of the most widely utilized datasets in this regard is ERA5, which provides global meteorological information. Despite its broad coverage, the coarse spatial resolution of ERA5 data presents challenges in examining local-scale effects on energy systems, such as battery storage for small-scale wind farms or community energy systems. In this study, we introduce a robust statistical downscaling approach that utilizes a machine learning approach to improve the resolution of ERA5 wind speed data from around 31 km × 31 km to 1 km × 1 km. To ensure optimal results, a comprehensive preprocessing step is performed to classify regions into three classes based on the quality of ERA5 wind speed estimates. Subsequently, a regression method is applied to each class to downscale the ERA5 wind speed time series by considering the relationship between ERA5 data, observations from weather stations, and topographic metrics. Our results indicate that this approach significantly improves the performance of ERA5 wind speed data in complex terrain. To ensure the effectiveness and robustness of our approach, we also perform thorough evaluations by comparing our results with the reference dataset COSMO-REA6 and validating with independent datasets.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/196694/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Downscaling ERA5 wind speed data: a machine learning approach considering topographic influences
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Hu, WenxuanWenxuan.Hu (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Scholz, YvonneYvonne.Scholz (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-1633-3825NICHT SPEZIFIZIERT
Yeligeti, MadhuraMadhura.Yeligeti (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9643-465XNICHT SPEZIFIZIERT
von Bremen, Luederlueder.von.bremen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7072-0738NICHT SPEZIFIZIERT
Deng, YingNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:10 August 2023
Erschienen in:Environmental Research Letters
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:18
DOI:10.1088/1748-9326/aceb0a
Verlag:Institute of Physics (IOP) Publishing
ISSN:1748-9326
Status:veröffentlicht
Stichwörter:downscaling, wind speed, time series, machine learning, reanalysis, ERA5
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Energiesystemdesign
HGF - Programmthema:Energiesystemtransformation
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SY - Energiesystemtechnologie und -analyse
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Systemanalyse und Technologiebewertung
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Vernetzte Energiesysteme > Energiesystemanalyse, ST
Hinterlegt von: Yeligeti, Madhura
Hinterlegt am:25 Sep 2023 15:31
Letzte Änderung:19 Okt 2023 09:45

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