[发明专利]一种基于城市冠层人为热的数值天气预报模式的计算模块

说明书

本发明公开了基于城市冠层人为热的数值天气预报模式的计算模块，该模块包括测量单元和计算单元，根据测量得到的城市街谷的建筑物平均高度和街谷平均宽度计算建筑物密度，根据得到的建筑物密度值确定人为热的极大值，根据人为热的极大值和一比例系数得到人为热量，根据人为热量和一可调函数、测试点垂直于地表的高度、测试点的空气密度及热传导率，计算得到人为热通量，将得到的人为热通量添加到数值天气预报模式中的能力平衡方程热量项中。本发明通过将人为热通量添加到数值天气预报模式中的能力平衡方程热量项中，有效改善了数值天气预报模式对城市气温的模拟能力较差，大多数情况下会低估城市气温的问题，使得数值天气预报模式能够更加准确的模拟城市气温。

技术领域

本发明涉及数值天气预报模式领域，具体而言涉及一种基于城市冠层人为热的数值天气预报模式的计算模块。

背景技术

随着全球城市化的加剧，地表土地利用类型发生着深刻的改变。城市是人类生产生活活动高度集中的地区，在这些活动中，大量的能源被消耗，随之产生大量的热排放，即城市冠层的人为热排放。在热量平衡物理过程中，人为热的份额大到不可忽略，以空调排热为例，假设有一座200m×50m的10层建筑，每个房间(20m×10m)安装一部1500W的空调，在额定功率下假定热机效率为40％，在盛夏的傍晚平均开机率50％，则折合到地面的能量通量约55W/m²,与城市地表能量平衡过程的其他分量几乎相当。

数值天气预报模式已经广泛应用于天气相关的电力负荷预测和新能源功率预测等研究领域，然而现有技术中，数值天气预报模式的计算模块中缺乏对城市冠层人为热的描述，因此对城市气温的模拟能力较差，大多数情况下会低估城市气温。

因此，有必要提出一种基于城市冠层人为热的数值天气预报模式的计算模块，以解决上述问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于城市冠层人为热的数值天气预报模式的计算模块，

该模块包括测量单元和计算单元，测量单元与计算单元相连，计算单元包括：建筑物密度计算单元、人为热极大值计算单元、比例系数计算单元、人为热量计算单元、人为热通量计算单元以及能力平衡方程热量项计算单元。

优选的，测量单元，与人为热通量计算单元和建筑物密度计算单元相连，用于测量确定城市街谷的建筑物平均高度H、街谷平均宽度W、采样点垂直于地表的高度Z、采样点空气密度ρ，采样点热传导率Cp。

优选的，建筑物密度计算单元，与测量单元以及人为热极大值计算单元相连，用于根据测量单元测得的城市街谷的建筑物平均高度H和街谷平均宽度W计算建筑物密度D。

优选的，人为热极大值计算单元，与建筑物密度计算单元相连，用于根据建筑物密度D值计算人为热的极大值Anmax。

优选的，比例系数计算单元，与人为热量计算单元相连，用于根据当前处于一天中的时刻，描述人为热量日变化。

优选的，人为热量计算单元，与比例系数计算单元、人为热极大值计算单元以及人为热通量计算单元相连，用于根据比例系数计算单元得到的比例系数和人为热极大值计算单元得到的人为热的极大值Anmax，计算得到人为热量An。

优选的，人为热通量计算单元，与人为热量计算单元、测量单元和能力平衡方程热量项计算单元相连，用于根据测量单元测得的城市街谷的建筑物平均高度H、采样点垂直于地表的高度Z、采样点空气密度ρ、采样点热传导率Cp，以及人为热量计算单元计算得到的人为热量An，计算人为热通量FQ。

优选的，能力平衡方程热量项计算单元，与人为热通量计算单元相连，用于根据人为热通量计算单元得到的人为热通量FQ计算能力平衡方程热量项。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：将城市冠层人为热的数据加入到数值天气预报模式的计算中，使得数值天气预报模式能够更加准确的模拟城市气温。