[发明专利]一种水域上空风拖曳系数测算方法

说明书

本发明公开了一种水域上空风拖曳系数测算方法，包括：在待测水域选取监测点放置可随水漂流的位置采集装置，根据预设的时间步长进行位置信息采集；根据采集的位置信息，获得测试时间段内待测水域的流场数据；根据在位置采集装置漂流期间待测水域周边各风站的风场信息，得到测试时间段内待测水域的风场数据；根据流场数据、风场数据以及待测水域周边边界条件，计算待测水域的风拖曳系数。本申请的水域上空风拖曳系数测算方法降低了监测成本，通过扩大监测范围，减小采集误差，提高测算的精确度。

技术领域

本发明涉及地理水文，具体涉及一种水域上空风拖曳系数测算方法。

背景技术

随着对地理水文模型研究的深入，对模型参数的精度要求不断提高，尤其对大型湖面上的风拖曳系数的研究。对风拖曳系数的监测，由于当前风沾分布较为分散，无法对区域内各个具体点进行检测，传统检测方法多采用固定点测速，容易受固定点周边条件的影响，导致流速检测不准确；而且固定点的检测数据仅能解释固定点周围小区域的参数，不具有普适性。通过固定点测速来获取大范围区域的参数需要耗费大量资源和人力成本，而单纯通过数学模型的预测容易导致较大误差，无法为后续精细化的地理水文研究提供可靠的基础。

发明内容

发明目的：本申请的目的在于提供一种水域上空风拖曳系数测算方法，解决现有方法成本高、误差大的缺陷。

技术方案：本发明提供了一种水域上空风拖曳系数测算方法，包括：

(1)在待测水域选取监测点放置可随水漂流的位置采集装置，根据预设的时间步长进行位置信息采集；

(2)根据采集的位置信息，获得测试时间段内待测水域的流场数据；

(3)根据在位置采集装置漂流期间待测水域周边各风站的风场信息，得到测试时间段内待测水域的风场数据；

(4)根据流场数据、风场数据以及待测水域周边边界条件，计算待测水域的风拖曳系数。

进一步地，位置信息采集装置包括GPS定位模块和防水浮球，通过GPS定位模块采集并传输防水浮球的位置信息。

进一步地，流场数据包括待测水域的水流速度及水流方向。

进一步地，步骤(2)中采用Haversine公式计算水流速度，具体为：

haversin(θ)＝sin²(θ/2)＝(1-cos(θ))/2 (2)

其中，A、B分别为测试时间段内位置采集装置的起点和终点，S_AB为A、B两点之间的距离；R为地球半径；分别为A、B两点的纬度；δ₁，δ₂分别为A、B两点的经度；Δλ表示两点经度的差值；表示平均速度；t表示时间。

进一步地，测试时间段内待测水域的风场数据包括水面预设高度处的风速和风向。

进一步地，步骤(3)包括采用自然临点插值法将待测水域周边的多远风场分量信息耦合，得到测试时间段内待测水域的风场数据，具体公式如下：

其中，w_i(x)为参与插值的样本点i(i＝1,....,n)关于插值点x的权重，a_i为参与插值的样本点所处泰森多边形的面积，a(x)为待插值点x所处泰森多边形的面积，a_i∩a(x)为两者相交的面积；