[發明專利]一種基于非均勻下墊面的臺風建模方法及相關裝置

有效

• 申請號: 202011015523.5
• 申請日: 2020-09-24
• 公開（公告）號: CN112149302B
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發明（設計）人: 聶銘;羅嘯宇;劉小璐;謝文平;黃正;肖凱
• 申請（專利權）人: 廣東電網有限責任公司電力科學研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/14
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 楊小紅

本申請公開了一種基于非均勻下墊面的臺風建模方法及相關裝置，方法包括：計算非均勻下墊面的總地表粗糙長度，總地表粗糙長度包括基于地形的第一地表粗糙長度和基于地表覆蓋的第二地表粗糙長度；根據總地表粗糙長度計算非均勻下墊面情況下的摩阻力系數；根據摩阻力系數構建預置臺風風場模型，預置臺風風場模型包括預置邊界條件，預置邊界條件根據摩阻力系數配置。本申請能夠解決現有臺風風場模型沒有針對非均勻下墊面進行模型設計，無法準確反映臺風風場結構，導致模型的適用性和準確度較低的技術問題。

技術領域

本申請涉及氣象監測領域，尤其涉及一種基于非均勻下墊面的臺風建模方法及相關裝置。

背景技術

臺風是一種發生在熱帶海洋上具有強烈旋渦的中尺度天氣現象。成熟臺風中心區域近似成軸對稱，并由強風環繞中心低風速區。臺風的影響范圍高達上百公里，在其移動發展過程中伴隨著大風大浪和強降雨，可對沿海地區重大工程、基礎設施、輸電線路及農業等造成重大損失。

由于地面氣象觀測站點大部分都建立在陸地上，而且站點分布很稀疏；導致實測臺風數據較為有限，很難反映臺風風場的全貌。因此，根據動力學和熱力學方程，眾多學者和研究人員建起了各自的臺風風場模型。目前，常用的臺風風場模型有中尺度氣象模式WRF(Weather Research and Forecast)；和梯度風臺風風場場模型。中尺度氣象模式WRF為三維模型，可以同時考慮熱力學和動力學過程，內含了眾多湍流閉合方案；但該模式要求輸入參數多、計算耗時久、操作復雜，并不適合于大量模擬臺風案例。梯度風臺風風場模型為二維模型，通過梯度平衡方程，計算出臺風梯度風速，然后通過風速折減系數把梯度風速折算到近地面，從而估算出近地面臺風風速；該模型計算過程過于簡化無法反映三維臺風風場結構。而且，這些參數化臺風風場模型通常都是假設下墊面是水平均勻分布，但是實際場景中，只有在海面上移動的臺風才符合這一設定，當臺風登陸后會在陸地特性的影響下發生變化，均勻下墊面情況下的參數不再適用，從而影響了臺風風場模型的準確度和模擬效率。

發明內容

本申請提供了一種基于非均勻下墊面的臺風建模方法及相關裝置，用于解決現有臺風風場模型沒有針對非均勻下墊面進行模型設計，無法準確反映臺風風場結構，導致模型的適用性和準確度較低的技術問題。

有鑒于此，本申請第一方面提供了一種基于非均勻下墊面的臺風建模方法，包括：

計算非均勻下墊面的總地表粗糙長度，所述總地表粗糙長度包括基于地形的第一地表粗糙長度和基于地表覆蓋的第二地表粗糙長度；

根據所述總地表粗糙長度計算非均勻下墊面情況下的摩阻力系數；

根據所述摩阻力系數構建預置臺風風場模型，所述預置臺風風場模型包括預置邊界條件，所述預置邊界條件根據所述摩阻力系數配置。

可選的，所述計算非均勻下墊面的總地表粗糙長度，所述總地表粗糙長度包括基于地形的第一地表粗糙長度和基于地表覆蓋的第二地表粗糙長度，包括：

根據預置計算公式計算基于地形的第一地表粗糙長度，所述預置計算公式為：

其中，z_DX為所述第一地表粗糙長度，為山峰與山谷之間的平均垂直距離，為山峰與山谷之間的平均水平距離；

根據不同地表覆蓋類型與地表粗糙長度之間的映射關系獲取基于地表覆蓋的第二地表粗糙長度；

將所述第一地表粗糙長度與所述第二地表粗糙長度求和得到非均勻下墊面的總地表粗糙長度。

可選的，所述根據所述總地表粗糙長度計算非均勻下墊面情況下的摩阻力系數，包括：

采用預置摩阻力公式根據所述總地表粗糙長度計算非均勻下墊面情況下的摩阻力系數，所述預置摩阻力公式為：