[发明专利]一种用于风暴潮模拟的新型台风场模式

说明书

本发明提供了一种用于风暴潮模拟的新型台风场模式，包括：台风的气压公式、梯度风速公式、合成风速公式和最大风速半径公式，构建了用于风暴潮模拟的新型参数化台风场模式，以提高台风暴潮模拟和预报精度。根据台风剖面特性提出气压公式，考虑海面阻力以修正梯度风控制方程，导出新型梯度风场公式，并确立了最大风速半径与中心气压的关系，从而提出了新型台风场参数化模式，改进了台风暴潮数值模拟中台风场的计算方法。采用台风剖面资料对新模式进行验证，与著名的藤田‑高桥和Holland模式对比，结果显示本发明台风场模式为台风暴潮预报提供的风速场精度最高。

技术领域

本发明属于海洋防灾减灾领域，尤其涉及一种用于风暴潮模拟的新型台风场模式。

背景技术

台风暴潮数值模拟精度与台风场计算精度密切相关。台风暴潮模拟中台风场的计算方法与气象学中台风计算显著不同。由于台风暴潮影响范围极大和台风移动速度快，现有技术条件下无法对台风场和风暴潮同步采用数值模式，为此台风暴潮数值模拟需要参数化台风场模式。

参数化台风场由气压场与风速场构成，分别影响风暴潮模拟中潮位及流速变化。在台风影响区域内，准确的气压场和风速场对于高精度模拟台风暴潮至关重要。国际上参数化台风场模式以Holland和藤田-高桥模式最为著名，我国规范推荐Jelesnianski模式(J65)，其他模式如V.Bjerknes和Myers模式。这些模式可较为准确描述气压场，但仍有些不足，如V.Bjerknes模式对台风外层区域的气压计算不适用，藤田-高桥和Myers模式难以准确表达近台风中心的气压。Holland模式虽能准确描述气压场，但由于缩放参数a、b的存在，增加了模式调试的难度。此外，考虑风速场时，现有参数化台风场模式通常将气压公式代入梯度风方程得到风速场，这些模式常乘以系数来解决梯度风公式中缺乏阻力项的问题，即使在模拟气压场与实测值相差较小的情况下，仍存在计算风速偏大的问题，由此造成风暴潮流速的模拟精度不足，不能很好地描述风速场。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用于风暴潮模拟的新型台风场模式。本发明利用参数化风场模式结构简单易于计算的优点，考虑海面阻力对台风梯度风速的影响，弥补现有参数化台风场模式风速场计算精度低的不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种用于风暴潮模拟的新型台风场模式，由台风的气压公式、梯度风速公式、合成风速公式、最大风速半径与中心气压关系，构建用于风暴潮模拟的新型参数化台风场模式；

根据台风剖面特性提出气压公式：

式中，P为距离台风中心r处的气压，P_c为台风中心的气压，P_n为外围气压，R为台风最大风速半径均值。

考虑海面阻力项以修正梯度风方程，导出新型梯度风速公式：

式中，V_g为在距离台风中心r处的梯度风速，υ为空气运动粘滞系数，海面层流底层厚度δ_a，ρ_a为大气密度，f为柯氏力系数。

由梯度风速叠加移行风速得合成风速公式：

式中，为合成风速，为台风中心移动速度；x₀,y₀为台风中心坐标，θ为梯度风吹入角；

同时提出最大风速半径与中心气压关系：

式中，P_min为最低中心气压，R_min是P_min对应的最大风速半径均值，k为率定参数。