一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法技术

本发明专利技术公开了一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，该方法包括：以核设施为中心确定核设施事故的模拟区范围，获取模拟区范围内的气象数据和地理环境数据，并根据获取到的气象数据和地理环境数据建立起三维初始风场；之后根据数值天气预报数据和地理环境数据进行三维初始风场的初步调整，根据观测气象数据对初步调整后的风场进行再次调整，得到最终的三维风场。采用该方法能够在获取到的气象数据和环境信息数据的基础上，构造出较精细可反映复杂局地地形条件的局地气象场，为后续核设施事故释放后环境大气放射性物质的影响评估提供气象场数据。

【技术实现步骤摘要】
一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法
本专利技术涉及核设施事故后果分析
，具体涉及一种核设施事故场外后果评价中数据预处理方法。
技术介绍
核设施或其他核设施在严重偏离正常运行工况、发生事故时，放射性物质的释放可能或已经失去应有的控制，达到不可接受的水平，将会造成严重的后果。因此，对核设施事故危害的防范控制及分析，具有重要的战略意义。核设施事故后果评价系统是通过将区域气象数据和放射性污染物迁移模式和后果评价集成为一体的评价系统，用于估计、评价和显示在特定范围内的事故后果，该系统是核设施或其他核设施应急准备和应急防护行动决策的重要组成部分。核设施事故后果评价系统，首先需要把类别与内容各异的源项、气象、环境信息等数据进行预处理，能够对上述各数据实现有效的处理对后续事故后果的分析结果有着至关重要的影响，本专利技术正是针对该问题而提出了一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种能够构造出局地气象场的核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，包括以下步骤：步骤一、以核设施为中心，确定核设施事故的模拟区范围，获取模拟区的气象数据和地理环境数据，并根据获取的气象数据和地理位置数据建立模拟区的三维初始风场；所述气象数据包括模拟区的气象观测站的观测气象数据和气象部门的数值天气预报数据；所述地理环境数据包括模拟区的经纬度信息、下垫面高程、植被、水体分布特征和土地利用；三维初始风场为多层网格风场；步骤二、根据所述气象部门的数值天气预报数据和地理环境数据对所述三维三维初始风场进行初步调整，得到初步调整后的风场；所述初步调整包括根据地形运动学效应对三维初始风场三维初始风场进行调整、根据坡流效应对三维初始风场三维初始风场进行调整和根据地形热动力学对风场的阻塞效应对三维初始风场三维初始风场进行调整；步骤三、根据所述观测气象数据对初步调整后的风场进行处理，得到最终风场；所述处理包括对初步调整后的风场依次进行插值处理、平滑处理和垂直风速分量的调整。进一步，如上所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，步骤二中，所述根据地形运动学效应对三维初始风场三维初始风场进行调整包括：根据地形运动学效应对垂直方向风速分量进行调整和根据地形运动学效应对水平方向风速分量进行调整；根据地形运动学效应对垂直方向风速分量进行调整的方式为：2.1)计算笛卡尔坐标系中风速的垂直分量w，计算公式为：其中，V为模拟区区域平均风速，ht为地形高度，为ht的梯度，表示随地高度差，k为与大气稳定度有关的指数衰减系数，z为笛卡尔坐标系下的垂直坐标，N为布伦特-维萨拉频率，|V|为区域平均风速的绝对值，g为重力加速度，θ为环境位温；2.2)计算地形跟踪坐标系下风速的垂直分量W，计算公式为：其中，u、v分别为笛卡尔坐标系下风速在x轴水平方向的分量和在y轴水平方向的分量，为地形高度在x轴方向的梯度，为地形高度在y轴方向的梯度；x轴水平方向为东西走向，y轴水平方向为南北走向；根据地形运动学效应对水平方向风场分量进行修正的方式为：采用偏差最小化方法对水平风场分量采用迭代法进行调整，直至调整后的三维偏差小于设定值。进一步，如上所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，步骤二中，根据坡流效应对三维初始风场进行调整的方式为：1)计算坡流效应产生的坡流风速；坡流风速S的计算公式为：S＝{[Qhgxsinα/[(ρcpT)(CD+k)]}1/3[1-exp(-x/Le)]1/3Le＝h/(CD+k)其中，Qh为显热通量，g为重力加速度，x为坡流距离坡顶的距离，α为坡流水平角度，ρ为空气密度，cp为空气热容，T为空气温度，CD为地面阻力系数，k为坡流层顶部的夹带系数，Le为平衡长度尺度，h为坡流高度；2)根据坡流风速和坡流水平角度α计算出x轴水平方向的坡流风速us和y轴水平方向的坡流风速vs；3)将坡流风速加入到三维初始风场，对三维初始风场的水平风速进行调整，调整的公式为：u1′＝u1+usv1′＝v1+vs其中，u1′和v1′分别为根据坡流效应对三维初始风场进行修正后的x轴水平方向的风速分量和y轴水平方向的风速分量，u1和v1分别为三维初始风场中x轴水平方向的风速分量和y轴水平方向的风速分量。进一步，如上所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，步骤1)中，当坡流为下坡流时，CD＝K＝4×10-2h＝0.05ΔZsinα＝minimum(sinα，ΔZ/x)当坡流为上坡流时，(CD+k)～1，xsinα＝ΔZ。其中，ΔZ为坡流高度。进一步，如上所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，步骤二中，所述根据地形热动力学对风场的阻塞效应对三维初始风场进行调整包括：计算三维初始风场中每个网格点的局地弗洛德数Fr，计算公式为：Δht＝(hmax)ij-(z)ijk其中，V为网格点的风速，N为布伦特-维萨拉频率，Δht为有效障碍高度，(hmax)ij为网格点(i,j)影响半径内的最大地形高度，(z)ijk为高空层k中网格点(i,j)的高度；判断网格点局地弗洛德数Fr是否小于设定的临界弗洛德数，若否，则不对三维初始风场进行调整，若是，则判断网格点的风场是否有向上的分量，若是，则将网格点的风向调整为与地形相切的方向，若否，则不对三维初始风场进行调整。进一步，如上所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，步骤三中，根据观测气象数据对初步调整后的风场进行插值处理的插值公式为：其中，(u,v)′2为插值处理后的风场中网格点的水平方向的初始风速分量，(u,v)1为所述初步调整后的风场中网格点的水平方向的风速分量，k为气象观测站的标识序号，(uobs,vobs)k为第k个气象观测站的水平方向的观测风速分量，R为预设的初步调整后的风场的权重数；Rk为第k个气象观测站到网格点的距离；根据观测气象数据对插值处理后风场进行平滑处理，平滑处理公式为：(ui,j)2″＝0.5ui,j+0.125(ui-1,j+ui+1,j+ui,j-1+ui,j+1)(vi,j)2″＝0.5vi,j+0.125(vi-1,j+vi+1,j+vi,j-1+vi,j+1)其，(ui,j)2″、(vi,j)2″分别为平滑处理后在网格点(i,j)处的水平方向中x轴方向的风速分量和y轴方向的风速分量；ui,j、vi,j分别为平滑处理前插值处理后在网格点(i,j)处的水平方向中x轴方向的风速分量和y轴方向的风速分量；根据观测气象数据对平滑处理后的风场进行垂直风速调整的方式包括：根据不压缩质量守恒方程从平滑处理后的水平风场分量中计算出垂直风速分量，计算出的垂直风速分量为最终的垂直风速分量，平滑处理后的水平风场为最终的水平风场，或者，在根据不压缩质量守恒方程从平滑处理后的水平风场分量中计算出垂直风速分量后，对计算出的垂直风速进行调整，调整后的垂直风速分量为最终的垂直风速分量。进一步，如上所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，根据不压缩质量守恒方程从平滑处理后的水平风场分量中计算出垂直风速分量W1(z)的公式为：其中，u″、v″分别为平滑处理后的水平方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，包括以下步骤：步骤一、以核设施为中心，确定核设施事故的模拟区范围，获取模拟区的气象数据和地理环境数据，并根据获取的气象数据和地理位置数据建立模拟区的三维初始风场；所述气象数据包括模拟区的气象观测站的观测气象数据和气象部门的数值天气预报数据；所述地理环境数据包括模拟区的经纬度信息、下垫面高程、植被、水体分布特征和土地利用；三维初始风场为多层网格风场；步骤二、根据所述气象部门的数值天气预报数据和地理环境数据对所述三维初始风场进行初步调整，得到初步调整后的风场；所述初步调整包括根据地形运动学效应对三维初始风场进行调整、根据坡流效应对三维初始风场进行调整和根据地形热动力学对风场的阻塞效应对三维初始风场进行调整；步骤三、根据所述观测气象数据对初步调整后的风场进行处理，得到最终风场；所述处理包括对初步调整后的风场依次进行插值处理、平滑处理和垂直风速分量的调整。

【技术特征摘要】
1.一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，包括以下步骤：步骤一、以核设施为中心，确定核设施事故的模拟区范围，获取模拟区的气象数据和地理环境数据，并根据获取的气象数据和地理位置数据建立模拟区的三维初始风场；所述气象数据包括模拟区的气象观测站的观测气象数据和气象部门的数值天气预报数据；所述地理环境数据包括模拟区的经纬度信息、下垫面高程、植被、水体分布特征和土地利用；三维初始风场为多层网格风场；步骤二、根据所述气象部门的数值天气预报数据和地理环境数据对所述三维初始风场进行初步调整，得到初步调整后的风场；所述初步调整包括根据地形运动学效应对三维初始风场进行调整、根据坡流效应对三维初始风场进行调整和根据地形热动力学对风场的阻塞效应对三维初始风场进行调整；步骤三、根据所述观测气象数据对初步调整后的风场进行处理，得到最终风场；所述处理包括对初步调整后的风场依次进行插值处理、平滑处理和垂直风速分量的调整。2.根据权利要求1所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，步骤二中，所述根据地形运动学效应对三维初始风场进行调整包括：根据地形运动学效应对垂直方向风速分量进行调整和根据地形运动学效应对水平方向风速分量进行调整；根据地形运动学效应对垂直方向风速分量进行调整的方式为：2.1)计算笛卡尔坐标系中风速的垂直分量w，计算公式为：其中，V为模拟区域平均风速，ht为地形高度，为ht的梯度，表示随地高度差，k为与大气稳定度有关的指数衰减系数，z为笛卡尔坐标系下的垂直坐标，N为布伦特-维萨拉频率，|V|为区域平均风速的绝对值，g为重力加速度，θ为环境位温；2.2)计算地形跟踪坐标系下风速的垂直分量W，计算公式为：其中，u、v分别为笛卡尔坐标系下风速在x轴水平方向的分量和在y轴水平方向的分量，为地形高度在x轴方向的梯度，为地形高度在y轴方向的梯度；x轴水平方向为东西走向，y轴水平方向为南北走向；根据地形运动学效应对水平方向风场分量进行修正的方式为：采用偏差最小化方法对水平风场分量采用迭代法进行调整，直至调整后的三维偏差小于设定值。3.根据权利要求1所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，步骤二中，根据坡流效应对三维初始风场进行调整的方式为：1)计算坡流效应产生的坡流风速；坡流风速S的计算公式为：S＝{[Qhgxsinα/[(ρcpT)(CD+k)]}1/3[1-exp(-x/Le)]1/3Le＝h/(CD+k)其中，Qh为显热通量，g为重力加速度，x为坡流距离坡顶的距离，α为坡流水平角度，ρ为空气密度，cp为空气热容，T为空气温度，CD为地面阻力系数，k为坡流层顶部的夹带系数，Le为平衡长度尺度，h为坡流高度；2)根据坡流风速和坡流水平角度α计算出x轴水平方向的坡流风速us和y轴水平方向的坡流风速vs；3)将坡流风速加入到三维初始风场，对三维初始风场的水平风速进行调整，调整的公式为：uZ′＝u1+usv1′＝v1+vs其中，u1′和v1′分别为根据坡流效应对三维初始风场进行修正后的x轴水平方向的风速分量和y轴水平方向的风速分量，u1和v1分别为三维初始风场中x轴水平方向的风速分量和y轴水平方向的风速分量。4.根据权利要求3所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，步骤1)中，当坡流为下坡流时，CD＝K＝4×10-2h＝0.05ΔZsinα＝minimum(sinα，ΔZ/x)当坡流为上坡流时，(CD+k)～1，xsinα＝ΔZ；其中，ΔZ为坡流高度。5.根据权利要求1所述的一种核设施事故场外后果评价中的风场诊断方法，步骤二中，所述根据地形热动力学对风场的阻塞效应对三维初始风场进行调整包括：计算三维初始风场中每个网格点的局地弗洛德数Fr，计算公式为：Δht＝(hmax)ij-(z)ijk其中，V为网格点的风速，N为布伦特-维萨拉频率，Δht为有效障碍高度，(hmax)ij为网格点(i,j)影响半径内的最大地形高度，(z)ijk为高空层k中网格点(i,j)的高度；判断网格点局地弗洛德数Fr是否小于设定的临界弗洛德数，若否，则不对三维初始风场进行调整，若是，则判断网格点的风场是否有向上的分量，若是，则将网格点的风向调整为与地形相切的方向，若否，则不对三维初始风场进行调整。6.根据权利要求1所述的一种核设施事...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐向军，赵多新，姚仁太，郝宏伟，黄杰，张俊芳，吕明华，黄莎，胡继民，张芳，高卫华，杨彪，韩旻晨，
申请(专利权)人：中国辐射防护研究院，
类型：发明
国别省市：山西,14