[发明专利]一种基于简化地形气动参数的风场动力降尺度方法

权利要求书

1.一种基于简化地形气动参数的风场动力降尺度方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

基于计算流体力学对简化地形进行数值模拟得到简化地形的气动参数；

基于地形高程数据、土地利用类型数据和所述气动参数对中尺度网格角点位置的风速在降尺度网格内进行再分配以实现风场降尺度计算；

基于地形高程数据、土地利用类型数据和所述气动参数对中尺度网格角点位置的风速在降尺度网格内进行再分配以实现风场降尺度计算之前，该方法还包括：基于区域数值天气预报模式获取区域的中尺度风场；

所述简化地形的气动参数包括坡面中点的平均风速比，所述平均风速比满足：

其中，R_ix、R_iz分别为被测点i在顺风向和竖直方向的平均风速比，U_ix、U_iz分别为被测点i在顺风向和竖直方向的平均风速，U_f为均匀来流的平均风速；

基于地形高程数据、土地利用类型数据和所述气动参数对中尺度网格角点位置的风速在降尺度网格内进行再分配以实现风场降尺度计算，包括：

将中尺度网格角点位置的风速赋值给降尺度网格；

基于被赋值的降尺度网格计算中尺度网格中点位置的风速；

基于所述中尺度网格中点位置的风速计算中尺度网格中心点的风速；

基于所述中尺度网格中心点的风速完成第一次降尺度计算；

所述中尺度网格中心点的风速包括中尺度网格中心点的纬向风速和中尺度网格中心点的经向风速；

所述中尺度网格中心点的纬向风速满足：

其中，u_m+1,n+1表示中尺度网格中心点的纬向风速，u_m,n+1、u_m+2,n+1分别表示中尺度网格沿纬向两条对边中点位置的纬向风速，Ri_m+1,n+1表示中尺度网格中心点的平均风速比；

所述中尺度网格中心点的经向风速满足：

其中，v_m+1,n+1表示中尺度网格中心点的经向风速，v_m,n+1、v_m+2,n+1分别表示中尺度网格沿经向两条对边中点位置的经向风速。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述简化地形为二维简化地形，且所述二维简化地形包括二维风速来流上坡和二维风速来流下坡两种基本形态。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于计算流体力学对简化地形进行数值模拟得到简化地形的气动参数之后，该方法还包含：进行风洞试验验证数值模拟得到的简化地形的气动参数。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：基于所述中尺度网格中心点的风速完成第一次降尺度计算之后，所述基于地形高程数据、土地利用类型数据和所述气动参数对中尺度网格角点位置的风速在降尺度网格内进行再分配以实现风场降尺度计算，还包括：

基于第一次降尺度计算之后的降尺度网格，重复赋值并进行降尺度计算，直到降尺度网格分辨率达到要求，并基于分辨率达到要求的降尺度网格计算降尺度风场的平均风速。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在网格分辨率达到降尺度要求之后，所述基于地形高程数据、土地利用类型数据和所述气动参数对中尺度网格角点位置的风速在降尺度网格内进行再分配以实现风场降尺度计算，还包括：

根据垂直风廓线的对数率形式，将降尺度风场的平均风速沿垂直高度的变化表示为：

式中，v_z为高度z处的平均风速，u_*为摩擦速度，κ为卡曼常数，z₀为地表粗糙长度，ψ_m为平均风速对数廓线的稳定度修正函数，L_m为奥布霍夫长度。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述高度z的取值范围为0～150m。