[發(fā)明專利]一種復(fù)雜山地下墊面大風(fēng)的模擬方法及裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710588312.2
• 申請(qǐng)日: 2017-07-19
• 公開（公告）號(hào): CN107390298B
• 公開（公告）日: 2019-10-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 申元;馬儀;王科;徐肖偉;張其林;潘浩;楊明昆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
• 主分類號(hào): G01W1/10
• 分類號(hào): G01W1/10
• 代理公司: 北京弘權(quán)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11363
• 代理人: 逯長(zhǎng)明;許偉群

本發(fā)明公開了一種復(fù)雜山地下墊面大風(fēng)的模擬方法及裝置，采用WRF模式模擬和大渦模式模擬相結(jié)合的方法。將復(fù)雜下墊面隨時(shí)間演變的地表特征參數(shù)引入中尺度天氣預(yù)報(bào)系統(tǒng)WRF，結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步同化和訂正，再進(jìn)行降尺度處理，輸出高精度時(shí)空分辨率的風(fēng)場(chǎng)。再利用大渦模擬方法，將復(fù)雜下墊面地表數(shù)據(jù)輸入大渦模式，以高分辨率的風(fēng)場(chǎng)作為初始場(chǎng)進(jìn)行模擬，給出概念模型。將WRF模式模擬和大渦模式模擬的輸出結(jié)果進(jìn)行比較，建立風(fēng)場(chǎng)精細(xì)化預(yù)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明提供的方法及裝置，數(shù)據(jù)獲取更加可靠，可以實(shí)現(xiàn)復(fù)雜山地地貌近地層風(fēng)的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。本發(fā)明提供的方法及裝置適用于有地形影響下、復(fù)雜下墊面、中、大尺度近地層和高層風(fēng)的模擬和統(tǒng)計(jì)分析。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)的模擬和統(tǒng)計(jì)分析技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種復(fù)雜山地下墊面大風(fēng)的模擬方法及裝置。

背景技術(shù)

風(fēng)害是造成輸電線路運(yùn)行故障的主要因素之一，防風(fēng)工作一直受電網(wǎng)運(yùn)行部門重視。研究電網(wǎng)風(fēng)害的首要前提是對(duì)近地層風(fēng)的精準(zhǔn)預(yù)報(bào)。然而近地層風(fēng)速受地形、地表狀況、植被覆蓋、近地層大氣中的湍流以及近地層大氣和混合層、殘留層、穩(wěn)定邊界層之間夾卷過(guò)程等因素的影響，其風(fēng)速具有較強(qiáng)的波動(dòng)性、瞬變性和間歇性特點(diǎn)，其時(shí)間尺度可以到分鐘甚至秒的量級(jí)，在短時(shí)間內(nèi)可以發(fā)生劇烈的風(fēng)速風(fēng)向變化；此外，不同地形、不同下墊面和不同季節(jié)對(duì)近地層大氣的熱動(dòng)力作用有顯著的差異，使得近地層風(fēng)速具有較強(qiáng)的局地性和短時(shí)間尺度特點(diǎn)，常產(chǎn)生局地風(fēng)和陣風(fēng)。

近地層是大氣邊界層的最下層，其上界離地面約幾十米至一百米。對(duì)近地層影響最直接的是下墊面。下墊面是指與大氣下層直接接觸的地球表面，即大氣圈。大氣圈以地球的水陸表面為其下界，稱為大氣層的下墊面。它包括地形、山地、地質(zhì)、土壤、河流和植被等。下墊面的性質(zhì)和形狀，對(duì)大氣的熱量、水分、干潔度和運(yùn)動(dòng)狀況有明顯的影響，在氣候的形成過(guò)程中起著重要的影響。

現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)近地層風(fēng)速的預(yù)報(bào)的方法包括兩類，一種是基于氣象臺(tái)歷史常規(guī)觀測(cè)資料的統(tǒng)計(jì)方法，即運(yùn)用氣象臺(tái)站10m高度處一天4次或24次的常規(guī)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)速預(yù)報(bào)。但是，其對(duì)歷史觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性、樣本個(gè)數(shù)以及時(shí)效性較差，很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)未來(lái)時(shí)刻的大風(fēng)風(fēng)速，從而導(dǎo)致預(yù)測(cè)水平的降低，因此該方法不適合用于復(fù)雜下墊面條件下的風(fēng)場(chǎng)風(fēng)災(zāi)預(yù)測(cè)和評(píng)估。第二種是基于測(cè)風(fēng)塔觀測(cè)資料對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)報(bào)，即運(yùn)用測(cè)風(fēng)塔至少一年以上的測(cè)風(fēng)數(shù)據(jù)進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)預(yù)測(cè)。建立測(cè)風(fēng)塔對(duì)風(fēng)場(chǎng)進(jìn)行預(yù)報(bào)需要對(duì)不同高度處的風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量，且由于復(fù)雜下墊面的影響，需布局多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)進(jìn)行多處風(fēng)速監(jiān)測(cè)，需要耗費(fèi)大量的人力、物力，一般很難通過(guò)高密度布塔測(cè)風(fēng)來(lái)進(jìn)行區(qū)域風(fēng)場(chǎng)預(yù)報(bào)和監(jiān)測(cè)。因此測(cè)風(fēng)塔監(jiān)測(cè)一般僅用于風(fēng)電場(chǎng)尺度的風(fēng)場(chǎng)預(yù)測(cè)和評(píng)估。

由以上可見，上述方法并不能適用于復(fù)雜山地環(huán)境，且預(yù)報(bào)方法中的觀測(cè)數(shù)據(jù)的可靠性、時(shí)效性很難保證，觀測(cè)數(shù)據(jù)的獲取也較難，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)模擬，使模擬結(jié)果不準(zhǔn)確，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)近地層風(fēng)的預(yù)報(bào)結(jié)果不精準(zhǔn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種復(fù)雜山地下墊面大風(fēng)的模擬方法及裝置，以解決現(xiàn)有的模擬方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)模擬，使模擬結(jié)果不準(zhǔn)確，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)近地層風(fēng)的預(yù)報(bào)結(jié)果不精準(zhǔn)的問(wèn)題。

第一方面，本發(fā)明提供了一種復(fù)雜山地下墊面大風(fēng)的模擬方法，該方法包括：

建立高分辨率地表數(shù)據(jù)集，根據(jù)所述高分辨率地表數(shù)據(jù)集確定下邊界參數(shù)；

根據(jù)所述下邊界參數(shù)，確定下墊面動(dòng)力學(xué)粗糙度參數(shù)和熱力學(xué)粗糙度參數(shù)；

獲取觀測(cè)數(shù)據(jù)；以及，根據(jù)所述觀測(cè)數(shù)據(jù)、高分辨率地表數(shù)據(jù)集、下邊界參數(shù)、下墊面動(dòng)力學(xué)粗糙度參數(shù)和熱力學(xué)粗糙度參數(shù)，利用WRF模式進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)模擬，建立WRF模擬預(yù)報(bào)系統(tǒng)；其中，所述觀測(cè)數(shù)據(jù)包括：觀測(cè)風(fēng)場(chǎng)、氣象數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)；

根據(jù)所述觀測(cè)數(shù)據(jù)、高分辨率地表數(shù)據(jù)集、下邊界參數(shù)、下墊面動(dòng)力學(xué)粗糙度參數(shù)和熱力學(xué)粗糙度參數(shù)，利用大渦模式進(jìn)行湍流模擬，建立大渦模擬預(yù)報(bào)系統(tǒng)；

根據(jù)所述WRF模擬預(yù)報(bào)系統(tǒng)和大渦模擬預(yù)報(bào)系統(tǒng)，建立風(fēng)場(chǎng)精細(xì)化預(yù)測(cè)系統(tǒng)；