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Wind profile prediction in an urban canyon: a machine learning approach

Résumé

Resolving the wind profile in an urban canyon environment means dealing with the turbulent nature of the stream and the presence of non-negligible flux exchanges with the atmosphere inside the canopy, making any deterministic model solution computationally very intensive. In this paper, a learning-from-data method is explored, which is able to predict the wind speed in an urban canyon at different heights, given a minimal set of input features. The experimental location is provided by a street canyon located at the Swiss Federal Institute of Technology campus in Lausanne, equipped with several measuring stations to record data at high temporal resolution. Different machine learning approaches are compared in order to predict the wind speed in two directions and at different heights inside the urban canyon: an optimized Ridge Regression outperforms the Random Forest algorithm. We find particularly high accuracy in predicting the wind speed in the highest part of the canyon. None of the proposed algorithms however is able to model in an accurate way the variation of the wind speed close to the ground.

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Concepts associés (32)
Vent
Le vent est le mouvement d'une partie du gaz constituant une atmosphère planétaire située à la surface d'une planète. Les vents sont globalement provoqués par un réchauffement inégalement réparti à la surface de la planète provenant du rayonnement stellaire (énergie solaire) et par la rotation de la planète. Sur Terre, ce déplacement est essentiel à l'explication de tous les phénomènes météorologiques. Le vent est mécaniquement décrit par les lois de la dynamique des fluides, comme les courants marins.
Wind gradient
In common usage, wind gradient, more specifically wind speed gradient or wind velocity gradient, or alternatively shear wind, is the vertical component of the gradient of the mean horizontal wind speed in the lower atmosphere. It is the rate of increase of wind strength with unit increase in height above ground level. In metric units, it is often measured in units of meters per second of speed, per kilometer of height (m/s/km), which reduces to the standard unit of shear rate, inverse seconds (s−1).
Cisaillement (météorologie)
vignette|upright=1.5|alt=Ciel bleu comportant quelques nuages épars|Nuages de type cirrus avec des signes de vents cisaillants en haute altitude Le cisaillement du vent est une différence de la vitesse ou de la direction du vent entre deux points suffisamment proches dans l'atmosphère. Selon que les deux points de référence sont à des altitudes différentes ou à des coordonnées géographiques différentes, le cisaillement est dit vertical ou horizontal.
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