一种考虑起伏地形气动效应的台风风场模拟方法技术

本发明专利技术涉及一种考虑起伏地形气动效应的台风风场模拟方法，将地形简化为二维理想地形，通过CFD数值模拟计算出上坡和下坡不同坡度下的风压系数；由梯度风场模型中的气压模型通过梯度平衡公式得到初始台风梯度风场，结合地形高程数据得到台风风场影响下的风压系数；基于起伏地形的气动效应理论计算得到地形阻力系数，进而得到地形阻力；在原始梯度风场模型的基础上增加地形阻力项得到考虑起伏地形气动效应的风场模型；不断迭代计算，得到考虑起伏地形气动效应的台风梯度平衡风场；最后通过边界层模型将台风梯度平衡风场转换至近地面10m高度平衡风场；解决现有台风风场模型未考虑起伏地形对台风风场结构的影响，导致模拟结果与实际偏差较大的问题。结果与实际偏差较大的问题。结果与实际偏差较大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑起伏地形气动效应的台风风场模拟方法


[0001]本专利技术属于气象监测
，涉及一种考虑起伏地形气动效应的台风风场模拟方法，尤其涉及一种采用理论方法考虑起伏地形气动效应的台风风场模拟方法。

技术介绍

[0002]参数化台风风场模型以台风中心位置(经度、纬度)和强度(最大风速、中心最低气压)作为输入，可快速并较准确地模拟出台风近地面风场，是气象预报和灾害风险评估便捷有用的工具。
[0003]参数化台风风场模型包括两部分：第一部分是梯度风场模型；第二部分是将梯度风速转换至边界层10米高度的边界层模型。已有梯度风场模型包括Batts风场模型(1980)、Georgiou风场模型(1985)、Shapiro风场模型(1983)、Yan Meng风场模型(1995)、CE风场模型(1996)等。其中Batts和Georgiou风场模型是经验模型，其余则基于Navier
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Stokes运动平衡方程。然而除Yan Meng风场模型之外的风场模型均未考虑陆面的非均匀性，Yan Meng风场模型则未考虑地形的起伏性影响。近年本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑起伏地形气动效应的台风风场模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将地形简化为二维地形，通过计算流体力学(Computational fluid dynamic，简称CFD)数值模拟，分别计算出理想地形上坡和下坡不同坡度下的风压系数；S2、以台风最佳路径集资料作为输入，由梯度风场模型中的气压模型通过梯度平衡公式得到初始台风梯度风场；S3、根据S2的初始台风梯度风场，结合实际地形高程数据得到台风风场影响下模型网格点的上下坡情况及坡度，由步骤S1中不同坡度下的风压系数进而求得实际地形的风压系数；基于起伏地形的气动效应理论，计算得到地形阻力系数，进而求得空气柱受到的地形阻力；S4、在原始梯度风场模型的基础上增加步骤S3获得的地形阻力，得到考虑起伏地形气动效应的风场模型；S5、采用S4中的考虑起伏地形气动效应的风场模型，不断迭代计算步骤S3和步骤S4，得到考虑起伏地形气动效应的台风梯度平衡风场；S6、通过台风风场模型中的边界层模型将步骤S5获得的台风梯度平衡风场转换至近地面10m平衡风场。2.如权利要求1所述的台风风场模拟方法，其特征在于，步骤S1中CFD数值模拟计算中的湍流模型采用Realizable k
‑
ε模型；压力和速度的耦合方式为SIMPLEC算法；控制方程的对流项采用二阶迎风格式，梯度项采用格林
‑
高斯基于节点插值方案；计算收敛准则取残差值为10
‑3；CFD数值模拟的入流面采用速度入口边界条件，入流风速为7m/s，出流面采用压力出口边界条件，顶面采用对称边界条件；计算域底面和研究对象表面采用无滑移壁面；CFD数值模拟计算得到上坡和下坡情况下不同坡度下的风压系数为理想地形坡面中点的风压系数，风压系数定义为：式中，P
i
为测点i的平均压力，P
H
为测点位置处的静压，U
H
为参考高度处来流平均风速，ρ为空气密度。3.如权利要求2所述的台风风场模拟方法，其特征在于，步骤S2中气压模型采用的是Holland气压模型：式中p(r)是距离台风中心r处的气压(hPa)；p0为台风中心气压(hPa)；
△
p＝P
∞
‑
P0是环境气压与台风中心气压的差值(hPa)；环境气压P
∞
取为1010hPa；R
max
为最大风速半径(km)，B为Holland B参数，R
max
和B的计算公式分别为ln(R
...

【专利技术属性】
技术研发人员：方平治，叶庚姣，余晖，
申请(专利权)人：中国气象局上海台风研究所上海市气象科学研究所，
类型：发明
国别省市：