[发明专利]一种基于空间相关性和监测数据的精细风场模拟方法

说明书

本发明公开一种基于空间相关性和监测数据的精细风场模拟方法。步骤1：获得空间相关性系数场，其通过不结合观测资料的WRF模拟获得；步骤2：获得传统观测及非传统观测得到的观测资料；步骤3：结合步骤2的观测资料的数值模拟模块考虑流体力学控制方程和多物理过程，通过运行步骤1的WRF核心模块ARW进而求得准确的空间场资料。本发明对现有方法中忽略地形、风向和大气环流等因素的影响的表述，其精度不准确的问题。

技术领域

本发明属于气象学和风工程领域；具体涉及一种基于空间相关性和监测数据的精细风场模拟方法。

背景技术

如何获得准确的风场信息对于评估大土木工程重大基础设施的风效应具有重要的影响。中尺度数值模式WRF可以考虑多物理过程(风、温度、湿度、水蒸气等)来模拟真实大气和地形下的区域风场。WRF模型的优点是多物理场，可以获取局部空间风场；缺点是风速的模拟结果与观测数据存在一定偏差。相反，观测数据的优点是可靠性高；但观测点位数量有限。如果将WRF模型与观测数据各自的优势相结合，则可以更准确的改善模拟风场。

WRF中的observation-nudging方法具有实现观测资料与中尺度数值模式相结合的功能。但是，WRF中原始observation-nudging方法的主要缺点是，观测点对周围空间计算点的影响在时间和空间上是完全数学表达的。此外，它忽略了地形、风向和大气环流等因素的影响，这在物理上是不合理的且精度不准确。

发明内容

本发明提供一种基于空间相关性和监测数据的精细风场模拟方法，针对现有方法中忽略地形、风向和大气环流等因素的影响的表述，其精度不准确的问题。

既可以提高单点的风速准确度，也可显著改善空间风场模拟结果。

更具物理意义的结合观测资料以使得数值模拟结果更准确、更适用于工程领域。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于空间相关性和监测数据的精细风场模拟方法，所述精细风场模拟方法包括以下步骤：

步骤1：获得空间相关性系数场，其通过不结合观测资料的WRF模拟获得；

步骤2：获得传统观测及非传统观测得到的观测资料；

步骤3：结合步骤2的观测资料的数值模拟模块考虑流体力学控制方程和多物理过程，通过运行步骤1的WRF核心模块ARW进而求得准确的空间场资料。

进一步的，所述步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1：WRF前处理模块WPS，进行地形和初始资料场的处理；

步骤1.2：WRF核心计算模块ARW数值模拟，包含时间相关项、区域相关项、物理模型相关项、动力模型相关项和边界条件的设置。

进一步的，所述步骤1.1地形和初始资料场具体包含嵌套层数、模拟起始和结束时间、数据存储时间间隔、Netcdf数据存储格式、母区域编号、母区域水平网络间距比值、子区域水平网络间距比值、各区域起始坐标、各区域结束坐标、地形数据精度、地表数据精度、最外层区域水平网格尺度投影坐标系、参考坐标、地形数据存储位置和地表数据存储位置。

进一步的，所述步骤1.2时间相关项具体为：模拟的天、小时、分钟和秒数；模拟起始的年、月、日、小时；模拟结束的年、月、日、小时及模拟数据存储时间间隔；

所述步骤1.2区域相关项具体为：最外层时间步长；嵌套层数；内层嵌套起始和结束坐标；竖向层数；计算域顶层气压；对应于WPS最终生成文件的大气层熟和土壤层数；隔层水平网格间距；嵌套隔层编号；母区域编号；各层起始坐标；母区域空间和时间比例及子区域对母区域是否有反馈；