考虑复杂下垫面的台风风场模型装置及构建方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及考虑复杂下垫面的台风风场模型构建方法，其将预置台风风场模型输出切向风速或地转风速V

【技术实现步骤摘要】
考虑复杂下垫面的台风风场模型装置及构建方法


[0001]本专利技术属于利用计算机程序进行巨灾模型的设计优化、验证或模拟领域，特别涉及考虑复杂下垫面的台风风场模型装置及构建方法。

技术介绍

[0002]典型的台风风场模型包括两部分：第一部分描述基于梯度/地转平衡的台风涡旋风场，第二部分将台风涡旋的梯度风速转化到边界层内10米或任意高度。台风涡旋风场的描述方法又可进一步分为两类：第一类基于台风涡旋的运动学平衡方程，主要优点是节省计算时间[Russell,1969；1971；Batts et al.,1980； Georgiou,1985；Lee and Rosowsky,2007]。第二类基于台风涡旋的动力学平衡方程，即雷诺平均Navier
‑
Stokes方程[Chow,1971]。然而这些台风风场模型没有解决复杂下垫面对近地风场的影响。

技术实现思路

[0003]本专利技术一方面涉及了考虑复杂下垫面的台风风场模型构建方法，在这些方法的实施例中，将预置台风风场模型输出切向风速或地转风速V
g
(r,α)至少进行如下构建步骤得到考虑复杂下垫面的台风风场模型：
[0004]根据式I把所述切向风速或地转风速V
g
(r,α)转化为下垫面10米高度的风速 V
g,10m
(r,α)，
[0005]V
g,10m
(r,α)＝R
10m
·
V
g
(r,α)
ꢀꢀ/>式1
[0006]其中，R
10m
表示不同地貌条件下的风速比；
[0007]根据式II把所述V
g,10m
(r,α)转化为考虑地形起伏的用于陆地的风速 V
g,10m,topography
(r,α)：
[0008]V
g,10m,topography
(r，α)＝R
topography
·
V
g，10m
(r，α)
ꢀꢀ
式II
[0009]其中：R
topography
表示地形起伏干扰系数。
[0010]本专利技术另一方面涉及了考虑复杂下垫面的台风风场模型装置，所述装置包括至少一个处理器；以及
[0011]存储器，其存储有指令，当通过至少一个处理器来执行该指令时，实施按照本专利技术实施例所述的方法的步骤。
[0012]本专利技术另一方面涉及了计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现本专利技术实施例所述方法的步骤。
[0013]本专利技术另一方面涉及了计算机程序产品，包括计算机程序/指令，其特征在于，该计算机程序/指令被处理器执行时实现本专利技术实施例所述方法的步骤。
[0014]本专利技术的有益效果在于，提供了一种考虑复杂下垫面的台风风场建模方法以及模型装置。利用本专利技术模型的验证实验结果表明：基于气象站的风速时程验证，说明台风模型有一定的可靠性，可以用来重现历史台风的最大风速。通过比较历史台风的时程可知，该模型不仅能够用户复杂地形，同样也适用于高纬度区域。通过台风登陆后的强度验证，强度模
拟结果比观测结果高约21％。通过台风登陆前的强度验证，强度模拟结果与观测结果比较吻合，模拟结果比观测结果高约 5％，明显优于风速时程的验证结果。基于历史台风影响范围的最大风速验证，过程最大风速的模拟结合和观测结果接近。通过我国沿海的重现期风速验证，荷载规范给出的沿海50年重现期基本风速和基于10000年、网格分辨率为0.01
°ꢀ
*0.01
°
基本风速的数值模拟结果基本一致。通过台风登陆时刻垂直风场的验证，模型读取和计算过程正确。
附图说明
[0015]图1风场模型中各角度含义示意图；
[0016]图2
‑
1沿海地形示意图；
[0017]图2
‑
2沿海城市地貌示意图；
[0018]图3各风向定义及代码示意图；
[0019]图4地物覆盖类型提取和细分类示意图(左图为高分辨率遥感影像，右图为对应区域的地物类型提取和分类)；
[0020]图5垂直风速简化计算示意图；
[0021]图6各气象站观测风速和模拟风速时程的比较(横坐标的时次基于台风最佳路径集的记录顺序)；
[0022]图7台风登陆或影响期间各气象站观测风速和模拟风速最大值的比较；
[0023]图8各台风登陆后强度的模拟结果和观测结果比较(横坐标的时次基于台风最佳路径集的记录顺序)；
[0024]图9台风登陆后强度的模拟结果和观测结果比较；
[0025]图10各台风登陆前强度的模拟结果和观测结果比较(横坐标的时次基于台风最佳路径集的记录顺序)；
[0026]图11台风登陆前强度的模拟结果和观测结果比较；
[0027]图12莫兰蒂台风；
[0028]图13黑格比台风；
[0029]图14沿海50年重现期风压(GB50009
‑
12,2012)；
[0030]图15沿海50年重现期风压(模拟结果)；
[0031]图16台风威马逊路径；
[0032]图17考察垂直风速的示例区域(图中上方红色点为该时次的台风中心)；
[0033]图18区域A垂直风场分布图(蓝白线为50米间隔的渐变地形等高线，黑线为50cm/s的垂直风速等值线)；
[0034]图19示例点A1和A2预先计算并存储的DEM和LCLU处理中间参数(8个方向的坡度，地形修正系数Ri，地貌综合修正系数Ci和平均粗糙度Z0)；
[0035]图20区域B垂直风场分布图(蓝白线为50米间隔的渐变地形等高线，黑线为50cm/s的垂直风速等值线)；
[0036]图21示例点B2预先计算并存储的DEM和LCLU处理中间参数(8个方向的坡度，地形修正系数Ri，地貌综合修正系数Ci和平均粗糙度Z0)；
[0037]图22风暴潮分区示意图；
[0038]图23数据说明示意图
[0039]图24威马逊台风2014071806时刻风场输出数据说明示意图；
[0040]图25表头信息展示；
[0041]图26数据行信息展示；
[0042]图27附加版输出信息展示；
具体实施方式
[0043]本专利技术的不同实施例的技术特征可以在符合本专利技术主旨的情况下进行任意组合，因此，任何具体实施例不应被理解为对本专利技术保护范围的限制。
[0044]在一些实施例中，提供的考虑复杂下垫面的台风风场模型构建方法，是将预置台风风场模型输出切向风速或地转风速V
g
(r，α)至少进行如下构建步骤得到考虑复杂下垫面的台风风场模型：
[0045]根据式I把所述切向风速或地转风速V
g
(r，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑复杂下垫面的台风风场模型构建方法，其特征在于，将预置台风风场模型输出切向风速或地转风速V
g
(r，α)至少进行如下构建步骤得到考虑复杂下垫面的台风风场模型：根据式I把所述切向风速或地转风速V
g
(r，α)转化为下垫面10米高度的风速V
g，10m
(r，α)，V
g，10m
(r，α)＝R
10m
·
V
g
(r，α)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式I其中，R
10m
表示不同地貌条件下的风速比；根据式II把所述V
g，10m
(r，α)转化为考虑地形起伏的用于陆地的风速V
g，10m，topography
(r，α)：V
g，10m，topography
(r，α)＝R
topography
·
V
g，10m
(r，α)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式II其中：R
topography
表示地形起伏干扰系数。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述R
10m
的计算方法为：R
10m
＝U
10
/U
H
＝(10/H)
α
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式III其中：U
10
为10m高度的风速；U
H
为边界层高度的梯度风速，H表示各地貌类型对应的边界层高度，α表示风廓线幂指数。3.根据权利要求1所述方法，所述地形起伏干扰系数R
topography
的取值如下：1)迎风坡时：tan(β)≥0，s的取值为0.3；且：当0≤tan(β)＜0.58时，地形起伏干扰系数R
topography
：R
topography
＝1+2s
×
tan(β)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式IV当tan(β)≥0.58时，取tan(β)＝0.58。2)背风坡时：tan(β)＜0，s的取值仍为0.3；且：当
‑
0.58＜tan(β)＜0时，地形起伏干扰系数R
topography
：当tan(β)≤
‑
0.58时，取tan(β)＝
‑
0.58；其中，β表示坡度，s表示风速加速系数。4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括构建时距风速步骤：根据式III将1小时平均风速V
g，10m，topography
(r，α)转化为10min平均风速或2min平均风速V
g，10m，t...

【专利技术属性】
技术研发人员：方平治，熊政辉，宫婷，宋圣楠，王小东，
申请(专利权)人：中再巨灾风险管理股份有限公司，
类型：发明
国别省市：