[发明专利]基于中尺度模式的工程台风精细化数值模拟系统及方法

说明书

本发明提供一种基于中尺度模式的工程台风精细化数值模拟系统及方法，该系统，包括：目标台风添加模块，用于接收并将目标台风参数添加至中尺度模式中；目标区域设置模块，用于根据目标台风的位置和工程点的位置设置目标区域；台风模拟模块，用于接收目标台风参数，根据需要对目标台风参数进行调整，以生成模拟目标台风；距离计算模块，用于计算工程点与模拟目标台风路径之间的距离参数；目标区域调整模块，用于根据计算的距离参数调整目标区域，使模拟目标台风路径穿过工程点。本发明的方法和系统从中尺度模式入手，通过位移模式地形实现工程地与台风路径相交，以实现模式重现台风精确打击工程地危险情景的目的。

技术领域

本发明涉及风工程和气象数值预报的交叉技术领域，尤其涉及基于中尺度模式的工程台风精细化数值模拟系统及方法。

背景技术

台风(指西北太平洋上的热带气旋)是一种强烈旋转的涡旋系统，其强风、暴雨和风暴潮常带来严重灾害。台风大风就是我国沿海的一个主要致灾因子，不仅对航海运输安全造成威胁，还会给陆上风电站、核电站、跨海大桥、港口工程等近岸工程以及海上风电场、油气工程等海洋工程带来致命的破坏。因此，沿海重大工程建筑设计都必须首先考虑台风潜在的最大威胁。台风影响下工程地的地表风环境，包括风速、风向、温度、湿度等气象要素，是了解台风影响下工程风环境特性的重要参数，是评估台风风险、进行工程抗风设计、合理投资预算的科学参考。

风工程的问题可以采用现场监测或数值模拟两种方式进行研究。而现有历史观测数据分辨率粗且时空分布不均，不足以分析某一指定地点，尤其是海上某点在台风影响下的风环境特性。现场观测十分困难且成本高昂，采用观测资料定量评估某一工程地的台风风况和影响不太可行。如今气象中尺度数值模式日益发展，对大气运动、热力过程、下垫面影响、边界层物理过程等的描述日趋成熟和完善，可较好地模拟出台风的中小尺度精细结构特征，在气象领域内已广泛应用，并推广到台风风工程、风电资源和污染扩散等领域。目前气象中尺度数值模式能较好地模拟出高层大气、边界层、近地层等不同垂直层以及不同尺度的大气环流特征，并输出精细的格点化预报产品，成为分析工程风环境、获取抗风参数的重要手段。风工程是指与风场相关的工程问题，譬如结构物的风力荷载、建筑物通风、空气污染、风力发电、环境风场、风吹砂、防风设施等。台风风工程是指与台风风场相关的工程问题。

然而，工程台风在使用中尺度模式实施精细化数值模拟时，通常要求台风路径“精确打击”即登陆到工程点。一方面是因为地形对风环境要素的影响很大，若台风路径与指定工程点位置有所偏离，工程地的气象要素变化就会出现明显差异，难以反映工程地的风环境特性。另一方面是为了再现最危险路径台风影响情景的风险评估需求。尽管目前中尺度数值模式对台风路径的预测水平已经显著提高，位置误差可控制在50km以内，但这对于工程台风“精确打击”目的地的要求还是不够。这是因为台风尺度一般是1000公里，几公里的工程点相对来说十分微小，要使模拟台风中心触碰目标点(即路径通过工程地)的可能性较小。因此，使台风路径与工程地的合理配置问题成为工程台风模拟中的一项关键技术需求。工程台风是指路径和强度以及模拟精度达到工程需求的目标台风。

台风移动主要受其环境气流的引导，而在模式中控制环境流十分困难，依靠改变模式大气环流背景或初始场、侧边条件把台风路径校准到目标位置上也不可行。而地形对台风移动的影响是个小量，在模式中不大的地形位移不会影响台风路径的模拟结果。

因此，需要一种能够基于模式中的地形数据，通过适当位移模式地形与台风路径进行配置，以达到“精确打击”工程台风要求的基于中尺度模式的工程台风精细化数值模拟系统及方法。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于中尺度模式的工程台风精细化数值模拟系统及方法。

本发明的一个方面，提供了一种基于中尺度模式的工程台风精细化数值模拟系统，包括：