山谷风模型的生成方法、装置、介质及电子设备制造方法及图纸

本申请提供一种山谷风模型的生成方法、装置、介质及电子设备。所述山谷风模型的生成方法包括：基于再分析资料和地形数据建立初始数值天气预报模型，所述地形数据的分辨率高于所述初始数值天气预报模型自身具备的默认地形数据的分辨率；对所述初始数值天气预报模型进行参数优化以获取优化后的数值天气预报模型，所述优化后的数值天气预报模型具有预设层数的嵌套网格；基于所述优化后的数值天气预报模型获取模拟区域的内部子区域的扰动风场；基于所述扰动风场生成所述内部子区域的山谷风模型。所述山谷风模型的生成方法生成的山谷风模型精度更高，误差更小，可以剔除大尺度背景天气环流特征的影响，更真实的展现出复杂地形条件下局地山谷风环流的特征及演变。件下局地山谷风环流的特征及演变。件下局地山谷风环流的特征及演变。

【技术实现步骤摘要】
山谷风模型的生成方法、装置、介质及电子设备


[0001]本申请属于天气数值预测领域，涉及一种山谷风模型的生成方法，特别是涉及一种山谷风模型的生成方法、装置、介质及电子设备。

技术介绍

[0002]数值天气预报，或称数值天气预测、天气数值预测、数值预报，就是给定初始和边界条件，利用当前天气状况作为输入并通过数值方法求解大气运动方程组，从而由已知初始时刻的大气状态预报未来时刻的大气状态做出天气预报的方式。依靠数值天气预报，目前气象业务能做到无缝隙时间尺度天气预报：短时(0
‑
几小时)、短期(1
‑
3天)、中期(4
‑
9天)和延伸期(10
‑
30天)。在空间分辨率上，区域中尺度数值模式目前已可达到百米级别，通过与其他模型(如LES)的耦合，甚至可以达到百米以内，实现超高分辨率精细化模拟。
[0003]数值天气预报从20世纪50年代试验成功以来，经过70年的发展，已经成为一个跨学科的复杂而严格的系统性工程，使得天气预报从传统的以统计和经验为主的天气图方法转变成为客观定量的科学。数值天气预报从100年前概念的提出到70年的发展应用历史表明，数值天气预报的进步是建立在多年稳步持续的科学认知和技术进步的积累之上，被认为是物理学科各领域中最具影响的成就之一。可以说，数值天气预报是气象科技水平的综合体现，是保障国计民生和国防安全的核心科技的重要组成部分。数值模式受可计算模型影响，初始场、边界条件、参数化方案等都会引入误差，混沌理论又导致数值模式很难进行长时间精准预报，因此数值模式的预报数据往往和实况观测存在系统性偏差。但由于我们每天都可以将预报和实际发生的天气加以比较，因此天气预报水平可以客观、定量的加以评估，也就使得数值天气预报的能力可以不断的得到优化和提升。
[0004]在复杂地形条件下，地形下垫面的热力强迫效应会形成局地山谷风环流，其受背景天气环流影响较大，由于当前全球/区域数值天气预报模型普遍使用的模拟分辨率较粗，对复杂地形下低层风场的模拟能力不足，误差较大，因此目前的山谷风模型的生成方法存在着精度差、山谷风特征不明显的问题。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种山谷风模型的生成方法、装置、介质及电子设备，用于解决目前的山谷风模型的生成方法存在着的精度差、山谷风特征不明显的问题。
[0006]第一方面，本申请提供一种山谷风模型的生成方法，所述山谷风模型的生成方法包括：基于再分析资料和地形数据建立初始数值天气预报模型，所述地形数据的分辨率高于所述初始数值天气预报模型自身具备的默认地形数据的分辨率；对所述初始数值天气预报模型进行参数优化以获取优化后的数值天气预报模型，所述优化后的数值天气预报模型具有预设层数的嵌套网格；基于所述优化后的数值天气预报模型获取模拟区域的内部子区域的扰动风场，所述模拟区域的中心位于所述嵌套网格最内层的网格区域中；基于所述扰动风场生成所述内部子区域的山谷风模型。
[0007]在所述山谷风模型的生成方法中，通过获取优化后的数值天气预报模型以及获取模拟区域的内部子区域的扰动风场生成的山谷风模型，相比于通过现有的数值天气预报模型生成的山谷风模型精度更高，误差更小，并且可以剔除大尺度背景天气环流特征的影响，更真实的展现出复杂地形条件下局地山谷风环流的特征及演变。
[0008]于本申请的一实施例中，基于所述优化后的数值天气预报模型获取模拟区域的内部子区域的扰动风场的实现方法包括：基于所述优化后的数值天气预报模型，获取预设时间段内各时刻所述内部子区域中纬向预设高度的风分量和经向预设高度的风分量；基于所述纬向预设高度的风分量和所述经向预设高度的风分量获取所述预设时间段内各时刻的模拟风场；基于所述模拟风场获取所述预设时间段内的平均风场；基于所述模拟风场和所述平均风场，获取所述扰动风场，所述扰动风场为所述模拟风场与所述平均风场的差。
[0009]于本申请的一实施例中，所述嵌套网格为四层嵌套网格，所述四层嵌套网格包括第一网格区域、第二网格区域、第三网格区域和第四网格区域，所述模拟区域为所述第一网格区域，所述内部子区域为所述第四网格区域，所述山谷风模型包括所述第四网格区域的所述扰动风场的分布。
[0010]于本申请的一实施例中，对所述初始数值天气预报模型进行参数优化以获取优化后的数值天气预报模型的实现方法包括：基于云微物理参数化方案库、边界层参数化方案库和积云对流参数化方案库，同时长波辐射参数化方案、短波辐射参数化方案、陆面过程参数化方案和表面层参数化方案保持不变，获取在不同的参数化方案组合下的模拟结果，所述模拟结果的个数由所述云微物理参数化方案库中的方案数、所述边界层参数化方案库中的方案数以及所述积云对流参数化方案库三者的乘积决定；基于所述模拟结果和实际观测结果，获取所述优化后的数值天气预报模型，所述优化后的数值天气预报模型的模拟结果为所述模拟结果中与所述实际观测结果误差最小的模拟结果。
[0011]于本申请的一实施例中，所述云微物理参数化方案库包括第一云微物理参数化方案，所述第一云微物理参数化方案中的粒子谱表示为：
[0012][0013]其中，N1(D)表示所述第一云微物理参数化方案中的粒子谱，D表示粒子直径，N表示粒子数密度，α1表示所述第一云微物理参数化方案中的谱型参数，λ表示斜率参数，Γ(v)表示Γ分布函数，v表示所述第一云微物理参数化方案中的第一控制参数，所述第一云微物理参数化方案中的粒子下落末速度表示为：
[0014]γ1＝(ρ0/ρ
a
)
0.5
[0015]其中，V1(D)表示所述第一云微物理参数化方案中的粒子下落末速度，ρ0表示海平面标准空气密度，ρ
a
表示空气密度，c1表示所述第一云微物理参数化方案中的第二控制参数，d1表示所述第一云微物理参数化方案中的第三控制参数，所述第一云微物理参数化方案中的粒子质量表示为：
[0016][0017]其中，m1表示所述第一云微物理参数化方案中粒子质量，a1表示所述第一云微物理参数化方案中的第四控制参数，b1表示所述第一云微物理参数化方案中的第五控制参数。
[0018]于本申请的一实施例中，所述云微物理参数化方案库包括第二云微物理参数化方
案，所述第二云微物理参数化方案中的粒子谱表示为：
[0019][0020]其中，N2(D)表示为所述第二云微物理参数化方案中的粒子谱，N0表示截距参数，D表示粒子直径，α2表示所述第二云微物理参数化方案中的谱型参数，λ表示斜率参数，所述第二云微物理参数化方案中的粒子下落末速度表示为：
[0021]γ2＝(ρ0/ρ
a
)
0.5
[0022]其中，V2(D)表示粒子下落末速度，ρ0表示海平面标准空气密度，ρ
a
表示空气密度，c2表示所述第二云微物理参数化方案中的第二控制参数，d2表示所述第二云微物理参数化方案中的第三控制参数，f表示所述第二云微物理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种山谷风模型的生成方法，其特征在于，所述山谷风模型的生成方法包括：基于再分析资料和地形数据建立初始数值天气预报模型，所述地形数据的分辨率高于所述初始数值天气预报模型自身具备的默认地形数据的分辨率；对所述初始数值天气预报模型进行参数优化以获取优化后的数值天气预报模型，所述优化后的数值天气预报模型具有预设层数的嵌套网格；基于所述优化后的数值天气预报模型获取模拟区域的内部子区域的扰动风场，所述模拟区域的中心位于所述嵌套网格最内层的网格区域中；基于所述扰动风场生成所述内部子区域的山谷风模型。2.根据权利要求1所述的山谷风模型的生成方法，其特征在于，基于所述优化后的数值天气预报模型获取模拟区域的内部子区域的扰动风场的实现方法包括：基于所述优化后的数值天气预报模型，获取预设时间段内各时刻所述内部子区域中纬向预设高度的风分量和经向预设高度的风分量；基于所述纬向预设高度的风分量和所述经向预设高度的风分量获取所述预设时间段内各时刻的模拟风场；基于所述模拟风场获取所述预设时间段内的平均风场；基于所述模拟风场和所述平均风场，获取所述扰动风场，所述扰动风场为所述模拟风场与所述平均风场的差。3.根据权利要求2所述的山谷风模型的生成方法，其特征在于，所述嵌套网格为四层嵌套网格，所述四层嵌套网格包括第一网格区域、第二网格区域、第三网格区域和第四网格区域，所述模拟区域为所述第一网格区域，所述内部子区域为所述第四网格区域，所述山谷风模型包括所述第四网格区域的所述扰动风场的分布。4.根据权利要求1所述的山谷风模型的生成方法，其特征在于，对所述初始数值天气预报模型进行参数优化以获取优化后的数值天气预报模型的实现方法包括：基于云微物理参数化方案库、边界层参数化方案库和积云对流参数化方案库，获取在不同的参数化方案组合下的模拟结果，所述模拟结果的个数由所述云微物理参数化方案库中的方案数、所述边界层参数化方案库中的方案数以及所述积云对流参数化方案库三者的乘积决定；基于所述模拟结果和实际观测结果，获取所述优化后的数值天气预报模型，所述优化后的数值天气预报模型的模拟结果为所述模拟结果中与所述实际观测结果误差最小的模拟结果。5.根据权利要求4所述的山谷风模型的生成方法，其特征在于，所述云微物理参数化方案库包括第一云微物理参数化方案，所述第一云微物理参数化方案中的粒子谱表示为：其中，N1(D)表示所述第一云微物理参数化方案中的粒子谱，D表示粒子直径，N表示粒子数密度，α1表示所述第一云微物理参数化方案中的谱型参数，λ表示斜率参数，Γ(v)表示Γ分布函数，v表示所述第一云微物理参数化方案中的第一控制参数，所述第一云微物理参数化方案中的粒子下落末速度表示为：γ1＝(ρ0/ρ
a
)
0.5
其中，V1(D)表示所述第一云微物理参数化方案中的粒子下落末速度，ρ0表示海平面标准空气密度，ρ
a
表示空气密度，c1表示所述第一云微物理参数化方案中的第二控制参数，d1表示所述第一云微物理参数化方案中的第三控制参数，所述第一云微物理参数化方案中的粒子质量表示为：其中，m1表示所述第一云微物理参数化方案中粒子质量，a1表示所述第一云微物理参数化方案中的第四控制参数，b1表示所述第一云微物理参数化方案中的第五控制参数。6.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：李嗣源，李矜霄，颜子翔，臧钰歆，张晓祺，
申请(专利权)人：上海勘测设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：