[发明专利]一种改进运动学效应的台风近地面风场模拟方法

说明书

本发明提出一种改进运动学效应的台风近地面风场模拟方法，该方法包含如下步骤，基于近地面的中尺度风场获取所述中尺度风场风量的第一坐标分布；将所述第一坐标分布转换至地形跟随坐标系中，进行迭代计算获得地形跟随坐标系中风量的风场分布；将所述地形跟随坐标系中风量的风场分布转换为风量的第二坐标分布，基于所述第二坐标分布进行计算获得水平风场分布。通过本发明的改进运动学效应的台风近地面风场模拟方法，能够显著提升对登陆台风影响下的复杂地形近地面风场的模拟能力。

技术领域

本发明属于气象计算技术领域，具体涉及一种改进运动学效应的台风近地面风场模拟方法。

背景技术

虽然台风是一种重大自然灾害，通常会造成经济损失和人员伤亡，但伴随台风而来的强风和降水对风能开发、干旱缓解等具有积极正面的影响。近地面台风风场的预测和研究在风资源评估、大气污染物扩散和土木工程等方面具有重要的应用价值。因此，准确计算登陆台风的近地面风场，尤其是复杂地形条件下的高分辨率风场，对台风防灾减灾和工程应用具有重要的参考意义。

采用中尺度数值天气预报模式，是研究复杂地形条件下台风近地面风场的重要方法之一。著名的中尺度天气预报模式有：区域大气模式系统(RAMS)、Eta模式(Eta)、第五代宾夕法尼亚州立大学/美国国家大气研究中心中尺度模式(MM5、天气研究与预报模式WRF等。然而，由于物理机制上的简化，以及初始状态、侧边边界条件和表面特征的不确定性，这些中尺度预报模式具有较大的局限性。近年来，将中尺度预报模式与诊断模式相结合的方法越来越多地用于高分辨率风场的模拟研究。通常，中尺度模式求解水平网格间距为几公里的大气原始方程组，诊断模式基于连续性方程来考虑更高分辨率的局部地形影响。其中，加利福尼亚气象模式(California Meteorological Model，CALMET)是目前相关研究中较为常用的诊断模式之一，它主要为三维非稳态拉格朗日扩散模式(California PuffModel,CALPUFF)提供三维气象场，其中风场通过质量守恒定律进行诊断。

现有技术中利用WRF/CALMET模式模拟西班牙西北部复杂地形和海岸区域，发现CALMET模式能比WRF模式提供更精确的行星边界层(PBL)高度，但存在的问题是，CALMET 对边界层高分辨气象场的有效模拟是基于稳定大气状况，是否适用在极端天气条件下需要进一步研究。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种改进运动学效应的台风近地面风场模拟方法，显著提升对登陆台风影响下的复杂地形近地面风场的模拟能力。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种改进运动学效应的台风近地面风场模拟方法，该方法包含如下步骤，

基于近地面的中尺度风场获取所述中尺度风场风量的第一坐标分布；

将所述第一坐标分布转换至地形跟随坐标系中，进行迭代计算获得地形跟随坐标系中风量的风场分布；

将所述地形跟随坐标系中风量的风场分布转换为风量的第二坐标分布，基于所述第二坐标分布进行计算获得水平风场分布。

可选的，所述中尺度风场风量的第一坐标分布为笛卡尔坐标系下的风量三维速度分布。

可选的，所述基于近地面的中尺度风场获取所述中尺度风场风量的第一坐标分布，包括：

获取中尺度天气研究与预测WRF模式的水平风场数据；

以所述WRF模式的水平风场数据作为加利福尼亚气象模式CALMET的初始水平风场分布；

计算地形强迫垂直风速，满足：

其中，为水平风矢量，h_t为地形高度，N为维萨拉频率，z为离地高度，g为重力加速度，θ为位温；