[发明专利]基于气象站实测数据的台风近地面风眼半径辨识方法

说明书

技术领域

本发明是一种基于气象站实测数据的台风近地面风眼半径辨识方法。

背景技术

台风是一种可以给电网造成巨大结构性破坏的自然灾害。受强台风影响，美国墨西哥湾地区电网、东部地区电网及我国东南沿海地区电网是全世界最容易遭受台风侵袭破坏的电网。对于强台风环境下的某个地区电网，台风的极高风速与大范围降雨可轻易导致电网中的电气设备元件永久失效。对台风而言，台风风眼是台风风力最强的区域，台风风速在风眼边缘达到最大值，因此台风风眼的结构破坏力最强，对电网危害也最为明显。在电网众多元件设备中，输电杆塔及架空线是最易被台风破坏的电气元件。从我国东南沿海电网历史台风灾损统计结果来看，绝大多数的输电线路倒塔均发生在风眼区域内。由于输电杆塔与架空线仅在地表数十米高度处，因此对台风的近地面风场尤其是最具破坏力的近地面风眼进行建模就显得极为重要。

目前常见的台风风眼建模方式分为以下几种：(1)静态风场模型。在气象学研究中，热带气旋风场的物理模型可以较为合理的分析台风灾害的关键物理特征—热带气旋风场分布，具体包括计算台风的移行风速分量与环流风速分量。目前，典型经验模型主要有宫崎正卫模型、上野武夫模型、Jelesnianki模型、陈孔沫模型等。(2)二维或三维动态风场模型。这类台风模型多以复杂的偏微分方程组形式表达。

以上两类模型在强台风环境下的电网灾损评估中进行应用存在以下缺点：

(1)对静态模型而言，这些模型参数辨识过度依赖于7级风圈及10级风圈数据。而由气象部门提供的7级风圈及10级风圈数据本身与实际偏差较大，这也导致此类模型无法准确辨识出台风最具破坏力的风眼半径大小。

(2)对动态模型而言，虽然对动态模型考虑了空气动力学方程，相比静态模型更能体现台风多个维度的空气动力学特性，然而此类模型中需要提前设定的参数较多，模型很难精确建模。此外，动态模型的空气动力学方程组计算极为复杂。对于在线时间级别(15-30分钟)的强台风环境下电网灾害实时评估而言，模型难以快速给出结果，这也限制了这类模型的在线应用。

(3)静态模型与动态模型所计算的台风风场往往为地面以上数百米甚至数公里高度的风场。这样的风场模型折算到地面后往往误差较大，无法直接应用于输电线路与铁塔的灾损评估。

考虑到输电网电气元件均在地表数十米高度这一关键特征，为有效评估台风对输电线路的破坏，电网调度运行部门需要借助气象部门提供数据对台风的近地面风场——尤其是风速最大、对电网元件最具破坏力的风眼半径进行有效辨识。而如何有效利用台风期间自动气象站的风速数据变化快速得出不同时间段的台风风眼变化特征，将是关键所在。

发明内容

基于以上问题，本发明的目的在于提供一种基于气象站实测数据的台风近地面风眼半径辨识方法，该方法可有效辨识出强台风在近地面(海拔100以下)最具破坏力的风眼半径大小，能够应用于强台风环境下输电网中输电塔与输电线路的安全风险评估，或者应用于强台风环境下其它可能存在结构性破坏的建筑、桥梁结构等安全评估领域。

本发明的目的是这样实现的：一种基于气象站实测数据的台风近地面风眼半径辨识方法，包括以下步骤：

步骤一：在台风中心距陆地最近距离小于100公里时，启动风眼半径辨识功能；

步骤二：对台风半径150公里内的地面气象站进行筛选，以用于台风近地面风眼辨识，所筛选出的地面自动气象站i应同时满足以下四个特征：

a)、地面自动气象站i与台风中心距离L_i在所有地面气象站中排前30％；

b)、地面自动气象站i海拔应低于100米；

c)、地面自动气象站i应位于内地，以避免海风影响；

d)、地面自动气象站i的实测极大风速应大于10m/s；

步骤三：设按步骤二所筛选出的n个地面气象站构成集合Ω_mea，

t时段对某个地面自动气象站i∈Ω_mea，计算该地面气象站对应权重ρ_i为：

式中：L_i,t是t时段地面自动气象站距台风中心的直线距离，t时段所有权重满足由式(1)得出地面气象站离台风中心距离越近，则其权值越重；

步骤四：已知t时段由气象预报部门所提供的风眼风速参数为V_eye,t，则在该时段，根据Ω_mea集合内的n个地面气象站实测极大风速得到台风的近地面风眼半径为：