[发明专利]全球台风浪数值模拟方法及系统

权利要求书

1.全球台风浪数值模拟方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

(1)通过搜集历史台风资料，历史台风信息数据包括台风路径数据，将不同来源的时间间隔的台风路径数据统一至1小时的精度，建立历史台风信息数据库，作为台风计算的基础资料；

(2)基于全球浮标、全球卫星及工程实测获取气象波浪数据，建立全球实测气象及海浪数据库；

(3)全球台风高发海域的地形制作；利用MIKE-CMAP的基础岸线及地形数据制作区域地形，作为全球非对称台风场数学模型及SWAN海浪模型的地形输入数据；全球台风高发海域包含四个分别为西北太平洋海域、北印度洋海域、东非海域及墨西哥湾海域；地形数据包含区域的岸线信息及海洋的水深信息；

(4)利用非对称台风场数学模型，结合步骤(1)中搜集的历史台风信息数据，推算得到海域任意时刻的台风风速与风向数值，并将推算得到的结果与实测结果对比，对非对称台风场数学模型进行验证优化，形成全球台风数据库；

(5)将步骤(2)中搜集的实测气象波浪数据，利用SWAN海浪模型，计算过去历史台风浪形成过程，得到海域任意时刻的台风浪波高、波周期与波浪数值参数，并得到相应的波谱参数，对SWAN海浪模型进行优化，得到各个海域的所有台风浪形成过程，形成全球台风浪数据库。

2.根据权利要求1所述的全球台风浪数值模拟方法，其特征在于：步骤(2)中，全球实测气象海浪数据库所包含的数据包括深海海域海浪数据和近岸海域海浪数据；

深海海域海浪数据包括风速、风向、波高、波周期及波向参数；

近岸海域海浪数据包括风速、风向、波高、波周期及波向参数。

3.根据权利要求1所述的全球台风浪数值模拟方法，其特征在于：步骤(4)中的非对称台风场数学模型包括气压分布模型、环流风速模型和移行风速模型；

移行风速模型的创建公式如下：

式中：V_x和V_y为台风移速在x和y方向的分量；R为最大风速半径；r为空气质点距台风中心点的距离；

若将坐标原点取在固定计算域，则台风域中的中心对称风场分布选取方法如下：

当0≤r≤2R时，

当2R＜r＜∞时，

式中：W_x和W_y分别代表风速在x和y方向的分量；ΔP＝P_∞-P₀代表台风外围气压和中心气压的压差；x_c、y_c代表台风中心位置；为质点到台风中心的距离；ρ_a为空气密度；θ为流入角；C₁、C₂为常数；f是地转科氏系数；

气压分布模型创建方法如下：

公式中引入了环境气压与台风中心气压的压差修正系数α，故Rmax公式如下式所示：

环流风速模型创建方法如下：

利用改进的藤田公式，确定最大风速半径，改进的藤田公式为：

P＝P_∞-(P_∞-P_C)[1+2(r/R)²]^-1/2[1-(r/R_∞)²]

式中：R_∞为P＝P_∞时距台风中心的距离，即环境气压半径，

将上式对r求导：

式中：P_∞和R_∞可由海平面气压场资料确定；P_C代表中心气压，台风报文提供；R为未知数，表示最大风速半径。

4.根据权利要求1所述的全球台风浪数值模拟方法，其特征在于：步骤(4)中，全球台风数据库根据步骤(1)中搜集的历史台风信息数据，采用非对称台风参数模型并结合步骤(3)中制作的区域地形推算区域中各节点的风速及风向。