[发明专利]一种将实际地形数据转化为微尺度数值计算网格的方法

说明书

本发明涉及一种将实际地形数据转化为微尺度数值计算网格的方法，该方法从开源网站获取目标区域经纬度区间内的TIFF格式的地形DEM数据；然后用MATLAB程序将所述DEM数据转换为散点数据；再将散点数据导入SOLIDWORKS软件，生成计算域的下垫面形状；使用网格划分软件ANSYS ICEMCFD读取该下垫面形状，并添加侧面和顶面，生成整个计算域；再利用ANSYS ICEMCFD将整个计算域切割成若干计算块；最后对于每个切割后的计算块进行网格划分，从而生成整个计算域的网格，该方法可减少制作微尺度数值计算网格的工作量，提高效率。

技术领域

本发明涉及一种将实际地形数据转化为微尺度数值计算网格的方法，属于数值模式计算领域。

背景技术

由于边界层与下垫面直接接触，因此地形变化对于大气边界层的结构、边界层内的空气流动和湍流混合以及污染物的分布有很大影响。首先，地形的高低起伏会导致与地形变化高度相当的大尺度涡旋的产生，而该大尺度涡旋的存在会改变大气边界层中的垂直对流以及水平流动，从而影响低浓度污染区域与高浓度污染区域之间的空气混合。其次，我国的下垫面具有其复杂性，包括了山地、丘陵、峡谷等不同类型。当风吹过具有复杂地形的区域时，通常会产生很多不稳定的空气流动现象，例如背风面的流动分离等，从而对边界层结构以及对流层内污染产生很大影响。因此，考虑地形的高低起伏对于边界层结构以及边界层内污染物的时空分布是非常有必要的。

但是在已有的关于大气边界层微尺度模式研究中，由于无法将开源网站获得的地形DEM数据直接导入数值模式，现有研究的通常做法有两种，一种方法是将实际的地形用理想的孤立的山的廓线或者用理想的群山轮廓来代替，例如三维钟型、三维椭圆形和准二维形。而这样做的结果是得到的数值解一般为理想状态下的近似解。另一种方法则是将少量的地形散点手动连成线、面和体，进而生成计算域和网格，该种方法的问题在于网格生成的工作量过大，30x30个地形散点的网格生成流程即需要6-8小时。因此，研究如何将开源网站所获得的空间高分辨率的地形数据直接转换为微尺度模式中可用的计算网格，是非常有意义的。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种可以保持原地形数据的空间分辨率，且可大幅减少工作量的将实际地形数据转化为微尺度数值计算网格的方法。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种将实际地形数据转化为微尺度数值计算网格的方法，包括如下步骤：

步骤一、从开源网站获取目标区域经纬度区间内的TIFF格式的地形DEM数据；

步骤二、然后用MATLAB程序将所述DEM数据转换为散点数据；

步骤三、将散点数据导入SOLIDWORKS软件，生成该地形数据所对应的下垫面形状；

步骤四、使用网格划分软件ANSYS ICEMCFD读取该下垫面形状，并添加侧面和顶面，生成待研究区域在数值计算中所对应的六面体计算域；

步骤五、利用ANSYS ICEMCFD将整个计算域切割成若干计算块；

步骤六、对于每个切割后的计算块进行网格划分，从而生成整个计算域的网格。

对上述技术方案的进一步设计为：所述步骤二中利用MATLAB程序，对DEM数据进行水平范围的坐标旋转和尺度变换，从而生成SOLIDWORKS所能读取的可代表该区域地形的散点数据。

所述坐标旋转的方法为，建立空间坐标系，并将下垫面旋转至以自西向东为X轴正方向，自南向北为Y轴正方向，海拔方向为Z轴。

所述尺度变换方法为利用MATLAB程序对DEM数据对应的坐标进行尺度的变换，将次序值转换为以米为单位的坐标值：

x_i=(i-1)×90m,