[發明專利]一種用于風暴潮模擬的新型臺風場模式

在審

• 申請號: 202011097925.4
• 申請日: 2020-10-14
• 公開（公告）號: CN112257240A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 孫志林;李宗宇;丁凱旋;向文罡
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/10
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明提供了一種用于風暴潮模擬的新型臺風場模式，包括：臺風的氣壓公式、梯度風速公式、合成風速公式和最大風速半徑公式，構建了用于風暴潮模擬的新型參數化臺風場模式，以提高臺風暴潮模擬和預報精度。根據臺風剖面特性提出氣壓公式，考慮海面阻力以修正梯度風控制方程，導出新型梯度風場公式，并確立了最大風速半徑與中心氣壓的關系，從而提出了新型臺風場參數化模式，改進了臺風暴潮數值模擬中臺風場的計算方法。采用臺風剖面資料對新模式進行驗證，與著名的藤田?高橋和Holland模式對比，結果顯示本發明臺風場模式為臺風暴潮預報提供的風速場精度最高。

技術領域

本發明屬于海洋防災減災領域，尤其涉及一種用于風暴潮模擬的新型臺風場模式。

背景技術

臺風暴潮數值模擬精度與臺風場計算精度密切相關。臺風暴潮模擬中臺風場的計算方法與氣象學中臺風計算顯著不同。由于臺風暴潮影響范圍極大和臺風移動速度快，現有技術條件下無法對臺風場和風暴潮同步采用數值模式，為此臺風暴潮數值模擬需要參數化臺風場模式。

參數化臺風場由氣壓場與風速場構成，分別影響風暴潮模擬中潮位及流速變化。在臺風影響區域內，準確的氣壓場和風速場對于高精度模擬臺風暴潮至關重要。國際上參數化臺風場模式以Holland和藤田-高橋模式最為著名，我國規范推薦Jelesnianski模式(J65)，其他模式如V.Bjerknes和Myers模式。這些模式可較為準確描述氣壓場，但仍有些不足，如V.Bjerknes模式對臺風外層區域的氣壓計算不適用，藤田-高橋和Myers模式難以準確表達近臺風中心的氣壓。Holland模式雖能準確描述氣壓場，但由于縮放參數a、b的存在，增加了模式調試的難度。此外，考慮風速場時，現有參數化臺風場模式通常將氣壓公式代入梯度風方程得到風速場，這些模式常乘以系數來解決梯度風公式中缺乏阻力項的問題，即使在模擬氣壓場與實測值相差較小的情況下，仍存在計算風速偏大的問題，由此造成風暴潮流速的模擬精度不足，不能很好地描述風速場。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種用于風暴潮模擬的新型臺風場模式。本發明利用參數化風場模式結構簡單易于計算的優點，考慮海面阻力對臺風梯度風速的影響，彌補現有參數化臺風場模式風速場計算精度低的不足。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：一種用于風暴潮模擬的新型臺風場模式，由臺風的氣壓公式、梯度風速公式、合成風速公式、最大風速半徑與中心氣壓關系，構建用于風暴潮模擬的新型參數化臺風場模式；

根據臺風剖面特性提出氣壓公式：

式中，P為距離臺風中心r處的氣壓，P_c為臺風中心的氣壓，P_n為外圍氣壓，R為臺風最大風速半徑均值。

考慮海面阻力項以修正梯度風方程，導出新型梯度風速公式：

式中，V_g為在距離臺風中心r處的梯度風速，υ為空氣運動粘滯系數，海面層流底層厚度δ_a，ρ_a為大氣密度，f為柯氏力系數。

由梯度風速疊加移行風速得合成風速公式：

式中，為合成風速，為臺風中心移動速度；x₀,y₀為臺風中心坐標，θ為梯度風吹入角；

同時提出最大風速半徑與中心氣壓關系：

式中，P_min為最低中心氣壓，R_min是P_min對應的最大風速半徑均值，k為率定參數。