[發明專利]一種基于相似理論的地面站點風速預報偏差訂正的方法

有效

• 申請號: 202011358601.1
• 申請日: 2020-11-27
• 公開（公告）號: CN112731568B
• 公開（公告）日: 2022-06-17
• 發明（設計）人: 張鑫宇
• 申請（專利權）人: 北京城市氣象研究院
• 主分類號: G01W1/18
• 分類號: G01W1/18;G06F17/10
• 代理公司: 北京化育知識產權代理有限公司 11833
• 代理人: 涂琪順

1.一種基于相似理論的地面站點風速預報偏差訂正的方法，其特征在于：包括以下步驟，

(1)基于Monin-Obukhov莫寧-奧布霍夫相似理論建立地面站點風速預報偏差訂正方案；

(2)通過將Monin-Obukhov莫寧-奧布霍夫相似理論公式變形，將代表站點位置的大氣穩定度的相關項帶入相似理論公式，得出偏差訂正方案的核心算法，即位于不同高度h₁和h₂的風速U₁與U₂的比值看作對應高度的函數，即得出偏差訂正方案的核心算法1：

當大氣處于穩定或者不穩定狀態下需要加入和大氣穩定度相關的數值對核心算法1進行校正，根據數值模式的預報結果，通過數值模式的預報場信息計算得出大氣穩定度值，根據Monin-Obukhov莫寧-奧布霍夫相似理論將模式預報的未來地面風速由模式地形訂正到實際地形上，減小地形差異帶來的預報偏差，核心算法2如下：

其中U_m為模式插值到站點的地面風速預報值，h_m為模式插值到站點的地形高度，h_o為對應站點的實際地形高度，z_o為地面粗糙度，Ψ(τ)為模式計算所得大氣穩定度值，通過計算站點位置的理查森數得出代表該點大氣穩定度的值，U_correct即為訂正后的模式預報值；

(3)根據地面站點風速預報偏差訂正方案和偏差訂正方案的核心算法搭建相應的自動化運行訂正系統，所述步驟(3)中的搭建相應的自動化運行訂正系統，包括以下步驟，

(A1)在window或linux系統中安裝NCL工具包，并將數值模式氣象數據預報文件放置在設置好的文件夾中，使用Shell編寫腳本調用NCL工具并設置預報文件的輸入輸出路徑；

(A2)使用NCL工具讀取數值模式的預報文件和觀測站點信息，預報文件為NETCDF或GRIB格式，提取三維氣象要素場并調用雙線性插值函數將氣象要素預報量插值到所需的地面站點；

(A3)計算出對應點邊界層高度，通過位于邊界層高度的模式要素量和地面要素量計算出理查森數rib，根據rib的正負值來計算出大氣穩定度數值，即得Ψ(τ)值；

(A4)通過核心代碼以及Ψ(τ)的值，得出不同大氣層結條件下的訂正系數correc，訂正系數中包含模式地形和觀測地形信息以及大氣穩定度信息；

(A5)大氣邊界層理論中,當rib0時,即大氣層結處于不穩定狀態時,風速在近十分之一的邊界層高度有明顯變化，選取不穩定大氣層結條件下的訂正系數correc對風速進行高度差訂正；

(A6)當rib≥0時,即大氣層結處于穩定或中性狀態時,風速在邊界層高度內有明顯變化,選取穩定大氣層結條件下的訂正系數correc對風速進行高度差訂正，而中性大氣層結條件下的訂正系數為穩定大氣層結條件下訂正系數的特殊情況，Ψ(τ)計算公式相同；

(A7)得到偏差訂正后的預報值，以文本格式輸出，并標明時間和站點經緯度的信息，放置于輸出文件中。

2.根據權利要求1所述的一種基于相似理論的地面站點風速預報偏差訂正的方法，其特征在于：所述步驟(1)中，基于Monin-Obukhov莫寧-奧布霍夫相似理論建立地面站點風速預報，用于近地面風速即得出如下公式：

其中U為位于高度h處的風速，U_*為地面摩擦速度，z_o為地面粗糙度，k為無量綱常數，即已知U_*和z_o推算出任意高度上風速。

3.根據權利要求1所述的一種基于相似理論的地面站點風速預報偏差訂正的方法，其特征在于：所述步驟(A2)中，讀取數值模式高度h_m、站點信息的經緯度和高度h_o。

4.根據權利要求1所述的一種基于相似理論的地面站點風速預報偏差訂正的方法，其特征在于：所述步驟(A4)中，訂正系數主代碼如下：

其中，correc為訂正系數。