一种中-微尺度风场预报模式的耦合方法技术

本发明专利技术涉及一种中

【技术实现步骤摘要】
一种中
‑
微尺度风场预报模式的耦合方法


[0001]本专利技术属于精细风场预报领域，涉及一种中
‑
微尺度风场预报模式的耦合方法。

技术介绍

[0002]随着城市化快速发展和城市人口密度不断加大，城市对风灾的脆弱性也逐渐增强。城市中形态各异、分布密集的建筑群使得城市下垫面呈现出明显的非均一性和高度复杂性，由此形成的“狭管效应”、“角隅效应”等局地风速增强效应导致强风天气对城市安全的威胁更加严重，因此，开展城市地区精细风场预报对城市的安全运行具有重要意义。
[0003]传统的中尺度数值天气预报模式由于对复杂的城市下垫面处理能力有限，导致对城市风场预报不准确，无法提供高精度的城市风场预报产品。中尺度数值天气预报模式和微尺度气象模式的耦合是目前复杂下垫面风场预报的主要技术之一。中尺度数值天气预报模式输出包含天气系统背景信息的格点风速产品，在微尺度气象模式中以边界条件的形式进行输入，然后启动微尺度气象模式进行计算。而微尺度气象模式中预先建立待预报区域的三维网格模型，完成精细刻画复杂下垫面建筑群的任务。中尺度数值天气预报模式输出的格点预报数据在微尺度气象模式中的准确输入对于微尺度风场预报技术的准确性至关重要。
[0004]目前广泛采用耦合方法是基于中尺度数值天气预报模式格点风速产品的非线性拟合方法。然而，由于风场的随机特性，中尺度数值天气预报模式中每个时刻输出的地面至高空的风速差别较大且没有特定的规律，非线性拟合方法难以完全刻画其变化特征，势必会带来一定的拟合误差，进而造成微尺度气象模式计算的不准确性，严重影响微尺度风场的模拟结果。因此，亟需开发高准确率的中尺度数值天气预报模式和微尺度气象模式耦合技术，以解决两者之间包含天气系统背景信息的数据传输问题。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术为了解决中尺度数值天气预报模式输出的格点预报数据在微尺度气象模式中的准确输入问题，提供一种中
‑
微尺度风场预报模式的耦合方法，有效提高中尺度天气数值预报模式和微尺度气象模式之间的数据传输精度。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种中
‑
微尺度风场预报模式的耦合方法，包括以下步骤：
[0008]S1、在中尺度数值天气预报模式中，输出覆盖待精细预报区域的3km水平空间分辨率格点坐标信息；
[0009]S2、在微尺度气象模式中，输出计算域水平方向所有边界上所有网格点的三维坐标信息；
[0010]S3、在中尺度数值天气预报模式中实时获取覆盖待模拟预报区域的3km水平空间分辨率的多层风速u、v分量预报数据，并计算平均风向WD
mean
。
[0011]S4、在微尺度气象模式中，选取与平均风向WD
mean
的夹角小于等于90度的所有水平
边界S；
[0012]S5、采用三维线性插值方法，对中尺度数值天气预报模式中的多层风速预报数据进行插值，获得微尺度气象模式中边界S上所有网格点风速的u、v分量值，插值公式为：
[0013]V[x,y,z]＝V[x0,y0,z0](1
‑
x
d
)(1
‑
y
d
)(1
‑
z
d
)+V[x1,y1,z1]x
d
y
d
z
d
+V[x1,y0,z0]x
d
(1
‑
y
d
)(1
‑
z
d
)+V[x0,y1,z0](1
‑
x
d
)y
d
(1
‑
z
d
)+V[x0,y0,z1](1
‑
x
d
)(1
‑
y
d
)z
d
+V[x1,y1,z0]x
d
y
d
(1
‑
z
d
)+V[x1,y0,z1]x
d
(1
‑
y
d
)z
d
+V[x0,y1,z1](1
‑
x
d
)y
d
z
d
[0014]式中V[]表示风速的u或者v分量值，x,y,z为微尺度气象模式中边界S上待插值网格点的坐标值，x0,x1为中尺度数值天气预报模式提供的x轴方向前后格点，y0,y1为中尺度数值天气预报模式提供的y轴方向前后格点，z0,z1为中尺度数值天气预报模式提供的z轴方向前后格点。x
d
,y
d
,z
d
的计算公式为：
[0015][0016]S6、在微尺度气象模式中，为计算域边界S上所有网格点的u、v分量赋值，以此精确获得中尺度数值天气预报模式中的天气背景信息；
[0017]S7、在上述风速边界条件输入方式下，启动微尺度气象模式对待模拟区域进行模拟分析，得到分辨率更高的风场信息。
[0018]进一步，步骤S1中采用matlab编程语言实现中尺度数值天气预报模式的格点坐标信息的读取。
[0019]进一步，步骤S2中采用matlab编程语言实现微尺度气象模式中所有边界网格点信息的读取。
[0020]进一步，步骤S3中采用matlab编程语言实现中尺度数值天气预报模式中3km水平空间分辨率的多层风速的u、v分量预报数据的实时读取以及平均风向WDmean的计算。
[0021]进一步，步骤S4中采用matlab编程语言实现微尺度气象模式中与平均风向WDmean的夹角小于等于90度的所有水平边界S的选取。
[0022]进一步，步骤S5中采用matlab编程语言实现中尺度数值天气预报模式中的多层风速预报数据的三维线性插值，获得微尺度气象模式中边界S上所有网格点风速的u、v分量值，并生成微尺度气象模式中可运行的GUI脚本。
[0023]进一步，步骤S6至S7中采用matlab编程语言启动微尺度气象模式并运行GUI脚本，实现S边界网格点风速的u、v分量值读取、其他边界条件和相关参数的设置、计算运行及结果输出。
[0024]本专利技术的有益效果在于：
[0025]1、本专利技术所公开的中
‑
微尺度风场预报模式的耦合方法，是一种适用于中尺度数值天气预报模式和微尺度气象模式耦合技术的非拟合的格点数据传输技术，可是实现中尺度数值天气预报模式格点预报数据在微尺度气象模式中的准确输入，避免传统的非线性拟合方式带了的输入误差，有效提高精细风场预报精度，对城市风场的预报业务的提高及城市安全运行有重大意义。
[0026]2、本专利技术所公开的中
‑
微尺度风场预报模式的耦合方法，采用三维线性插值技术实现中尺度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种中
‑
微尺度风场预报模式的耦合方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、在中尺度数值天气预报模式中，输出覆盖待精细预报区域的3km水平空间分辨率格点坐标信息；S2、在微尺度气象模式中，输出计算域水平方向所有边界上所有网格点的三维坐标信息；S3、在中尺度数值天气预报模式中实时获取覆盖待模拟预报区域的3km水平空间分辨率的多层风速u、v分量预报数据，并计算平均风向WD
mean
。S4、在微尺度气象模式中，选取与平均风向WD
mean
的夹角小于等于90度的所有水平边界S；S5、采用三维线性插值方法，对中尺度数值天气预报模式中的多层风速预报数据进行插值，获得微尺度气象模式中边界S上所有网格点风速的u、v分量值，插值公式为：V[x,y,z]＝V[x0,y0,z0](1
‑
x
d
)(1
‑
y
d
)(1
‑
z
d
)+V[x1,y1,z1]x
d
y
d
z
d
+V[x1,y0,z0]x
d
(1
‑
y
d
)(1
‑
z
d
)+V[x0,y1,z0](1
‑
x
d
)y
d
(1
‑
z
d
)+V[x0,y0,z1](1
‑
x
d
)(1
‑
y
d
)z
d
+V[x1,y1,z0]x
d
y
d
(1
‑
z
d
)+V[x1,y0,z1]x
d
(1
‑
y
d
)z...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩志惠，王晓峰，张赟程，
申请(专利权)人：上海市生态气象和卫星遥感中心，
类型：发明
国别省市：