动力降尺度与系统集成技术在精细化风场预报上的应用研究
发布时间：2020-09-09 12:56
风场的预报紧密联系着人们的生产生活,风能资源的高效利用,大风天气导致的对电力设备、交通与建筑的破坏,台风登陆带来的重大灾害,污染物的传输与扩散等都对风场预报的精细度提出更高的需求。基于中尺度模式WRF(Weather Research and Forecast)结合动力降尺度模式 CALMET (California Meteorology)的方法是有效提高风场预报精细度的方法之一。目前,此方法虽在国内外被广泛应用于资源评估与气候模拟等领域,但在预报领域的应用则不多见,同时数据格式不统一及繁杂的人机交互等问题,进一步阻碍方法的应用与实现。针对以上提出的研究问题,本文将利用WRF-CALMET方法对预报数据中的风场数据进行模拟,经过复杂地形因素的修订以提升风场预报的精细度,并应用多系统集成技术解决数据格式不统一问题的同时也减少了大量人机交互操作,从而形成一套完整的业务流程以达到业务应用的需求。取得的主要研究成果如下:1.使用WRF模式对预报初始场进行模拟,再将结果用CALMET模式进行进一步精细化并进行前后对比分析。预报初始场数据为GFS (Global Forecast System)数据。利用WRF模式将逐6小时的GFS数据进行模拟得到逐时的结果预报数据;同时结合高分辨率的地形高程数据(Terrain Height)与土地类型(Landuse Category)数据利用CALMET模式将由WRF模拟的数据再进行进一步精细化,最终得到高分辨率逐时的风场预报数据,并将精细化前后结果进行对比。结果表明经CALMET模式精细化后的风场较WRF模拟的风场更为精细,能够较好地体现出与局地地形相符的特征。2.使用站点数据与陆面同化系统CLDAS (CMA Land Data Assimilation System)数据进一步验证WRF-CALMET方法的模拟效果。一方面,在与站点的逐日数据对比中,WRF的模拟结果与CALMET的模拟结果总体呈现出较好的相关性与吻合度;WRF模拟结果的相关系数均值为0.8,均方根误差多数站点也低于1,而CALMET的对比结果较WRF总体上小幅提升,相关系数均值0.85,均方根误差均低于1。另一方面,在与CLDAS逐时数据的对比中,WRF与CALMET的模拟结果均与CLDAS数据呈现同一趋势,并且在趋势同步的前提下,CALMET的模拟结果较WRF的模拟结果更接近CLDAS数据。总之,与两种数据的对比均显示出WRF-CALMET方法对于风场有出色的模拟与修正能力,可运用于业务中。3.针对方法运用过程中数据格式异构与人机交互操作过多的问题,以WRF-CALMET方法为核心,运用系统集成技术将方法中涉及的多个系统与软件的功能形成一套完整的业务流程,解决了系统之间数据格式异构与接口不统一的问题,同时也通过计算机智能将大部分运行中存在的人机交互操作实现自动化执行与计算,大幅提高了运行效率,充分发挥了交叉学科的优势。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P457.5
【部分图文】：
宁、高要、清远、广州、东竞、河源、增城、惠阳、五华、资金、揭西、丰顺、逡逑汕头、惠来、南澳、信宜、罗定、台山、中山、珠海、深圳、汕尾、湛江、阳逡逑江、电白、上川岛、徐闻。其分布如图２－１。逡逑连州逦？韶关逡逑．英德．捯厂．龙川逡逑？Ｔ邋ＺＴ逦逡逑１０９逦１１０逦１１１逦１１２逦１１３逦Ｈ４逦１１５逦１１６逦Ｊ１７逦ｌｉｂ逡逑图２－１广东省观测站点分布图逡逑另外一个校验数据是陆面同化系统（ＣＬＤＡＳ）数据，是国家气象信息中心逡逑发布的亚洲Ｅ域逐时的大气驱动场产品，产品包含气温、气压、湿度、风速、逡逑降水、短波辐射六个要素。覆盖区域为亚洲区域（０°－６５°Ｎ，６０°－１６０°Ｅ），时间分辨逡逑率为逐时，空间分辨率为０．０６２５°ｘ０．０６２５。（约６ｋｍ）。逡逑此外热带气旋的数据来自中国气象局热带气旋资料中心的最佳路径数据集，逡逑包括１９４９年以来西北太平洋（含南海，赤道以北，东经１８０邋°以西）海域热带气逡逑旋每６小时的位置和强度。逡逑８逡逑
赤溪镇沿海登陆广东省，登陆时中心附近最大风力达１３级（４０ｍ／ｓ），途径恩平逡逑市、阳春市，到达信宜市附近时削弱为热带风暴并移出广东省边界。台风路径逡逑如图３－１所示。逡逑Ｔｒａｃｋ邋ｏｆ邋ｔｙｐｈｏｏｎ邋Ｕｓａｇｉ逦Ｔｒａｃｋ邋ｏｆ邋ｔｙｐｈｏｏｎ邋Ｖｉｃｅｎｔｅ逡逑３０Ｎ逦逦逦逦１￣Ｊ￣￣１逦ｒ邋３0ｎ逦ｗ邋１邋Ｉｌｉｉｌｌｌ邋ｌｌｉｌｌｉｌｉｉｉｉｌｌｌｉｉｆ逦逦——Ｊ逦－ｒ逡逑：；邋Ｗｉｎｄｓ＾ｄ（ｋｔｎ逦）逦．）？、／邋Ｗｉｎｄ邋ｓｐｅｅｄｉｋ：＇，逡逑逦逦ｌＯＯｆｃｔｏ．邋ｍｏ．．逦．逦＿邋ｌＯＯｔｎｏｒｎｗｅ逡逑逦逦逦ＢＭＣ．９ＷＭ逦逦逦逦８１ｌ0９９？逡逑，０Ｎ邋－＾５＾逦邋＾１逦，邋，邋，邋，１逦，０Ｎ逦＿＿＞，－Ｗ，逦ｉ邋，［逡逑１１０Ｅ逦１２０Ｅ逦１３０Ｅ逦１００Ｅ逦１１０Ｅ逦１２０Ｅ逦１３０Ｅ逡逑图３－１台风路径图（左为天兔，右为韦森特）逡逑据事后统计，受‘天兔’影响，汕头、汕尾、揭阳等１１市６５县（区、市）逡逑９７９万人受灾，３０人死亡，造成经济损失２０８亿元；受‘韦森特’影响，广东逡逑河源、梅州、揭阳、汕尾、深圳等１３市７０个县（市、区）受灾
最外层格点数为１００ｘ９０，水平格距为２７ｋｍ，次内层格点数为２１４ｘ１７２，水平格逡逑距为９ｋｍ，最内层格点数为４２７ｘ３６１，水平格局为３ｋｍ，垂直层分为３０层。区逡逑域示意图如图３－２。逡逑ＷＰＳ邋Ｄｏｍａｉｎ邋Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ逡逑１０８＊＊ｅ逦１１０＊Ｂ逦１１Ｂ＊Ｂ逦１２０＊Ｅ逦１ＳＳ＊Ｂ逡逑图３－２邋ＷＲＦ模式区域图逡逑微物理过程采用ＷＳＭ５方案，长玻辐射方案采用ＲＲＴＭ方案，短波辐射采逡逑用Ｄｕｄｈｉａ方案，边界层方案为ＹＳＵ方案，积云参数化方案为Ｋａｉｎ－Ｆｒｉｔｓｃｈ（ｎｅｗ邋Ｅｔａ）逡逑方案。逡逑ＣＡＬＭＥＴ模式将广东省分为４个区，格点数共为６０３ｘ７８５，垂直方向共有逡逑１０层，以ＷＲＦ最内层（３ｋｍ）的输出结果作为初始场，经诊断风场，微气象模逡逑块等处理后，最终输出ｌｋｍ的精细化风场。其中ＣＡＬＭＥＴ模式的核心参数设逡逑置如表３－１所示。逡逑表３－１邋ＣＡＬＭＥＴ模式核心参数设置表逡逑胃参数逦值逦备注逡逑ＮＰＳＴＡ邋－１逦－１代表无降水观测站，降水数据利用模式数据插值而成逡逑ＩＷＦＣＯＤ逦１逦１代表使用诊
本文编号：2815002
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：P457.5
【部分图文】：
宁、高要、清远、广州、东竞、河源、增城、惠阳、五华、资金、揭西、丰顺、逡逑汕头、惠来、南澳、信宜、罗定、台山、中山、珠海、深圳、汕尾、湛江、阳逡逑江、电白、上川岛、徐闻。其分布如图２－１。逡逑连州逦？韶关逡逑．英德．捯厂．龙川逡逑？Ｔ邋ＺＴ逦逡逑１０９逦１１０逦１１１逦１１２逦１１３逦Ｈ４逦１１５逦１１６逦Ｊ１７逦ｌｉｂ逡逑图２－１广东省观测站点分布图逡逑另外一个校验数据是陆面同化系统（ＣＬＤＡＳ）数据，是国家气象信息中心逡逑发布的亚洲Ｅ域逐时的大气驱动场产品，产品包含气温、气压、湿度、风速、逡逑降水、短波辐射六个要素。覆盖区域为亚洲区域（０°－６５°Ｎ，６０°－１６０°Ｅ），时间分辨逡逑率为逐时，空间分辨率为０．０６２５°ｘ０．０６２５。（约６ｋｍ）。逡逑此外热带气旋的数据来自中国气象局热带气旋资料中心的最佳路径数据集，逡逑包括１９４９年以来西北太平洋（含南海，赤道以北，东经１８０邋°以西）海域热带气逡逑旋每６小时的位置和强度。逡逑８逡逑
赤溪镇沿海登陆广东省，登陆时中心附近最大风力达１３级（４０ｍ／ｓ），途径恩平逡逑市、阳春市，到达信宜市附近时削弱为热带风暴并移出广东省边界。台风路径逡逑如图３－１所示。逡逑Ｔｒａｃｋ邋ｏｆ邋ｔｙｐｈｏｏｎ邋Ｕｓａｇｉ逦Ｔｒａｃｋ邋ｏｆ邋ｔｙｐｈｏｏｎ邋Ｖｉｃｅｎｔｅ逡逑３０Ｎ逦逦逦逦１￣Ｊ￣￣１逦ｒ邋３0ｎ逦ｗ邋１邋Ｉｌｉｉｌｌｌ邋ｌｌｉｌｌｉｌｉｉｉｉｌｌｌｉｉｆ逦逦——Ｊ逦－ｒ逡逑：；邋Ｗｉｎｄｓ＾ｄ（ｋｔｎ逦）逦．）？、／邋Ｗｉｎｄ邋ｓｐｅｅｄｉｋ：＇，逡逑逦逦ｌＯＯｆｃｔｏ．邋ｍｏ．．逦．逦＿邋ｌＯＯｔｎｏｒｎｗｅ逡逑逦逦逦ＢＭＣ．９ＷＭ逦逦逦逦８１ｌ0９９？逡逑，０Ｎ邋－＾５＾逦邋＾１逦，邋，邋，邋，１逦，０Ｎ逦＿＿＞，－Ｗ，逦ｉ邋，［逡逑１１０Ｅ逦１２０Ｅ逦１３０Ｅ逦１００Ｅ逦１１０Ｅ逦１２０Ｅ逦１３０Ｅ逡逑图３－１台风路径图（左为天兔，右为韦森特）逡逑据事后统计，受‘天兔’影响，汕头、汕尾、揭阳等１１市６５县（区、市）逡逑９７９万人受灾，３０人死亡，造成经济损失２０８亿元；受‘韦森特’影响，广东逡逑河源、梅州、揭阳、汕尾、深圳等１３市７０个县（市、区）受灾
最外层格点数为１００ｘ９０，水平格距为２７ｋｍ，次内层格点数为２１４ｘ１７２，水平格逡逑距为９ｋｍ，最内层格点数为４２７ｘ３６１，水平格局为３ｋｍ，垂直层分为３０层。区逡逑域示意图如图３－２。逡逑ＷＰＳ邋Ｄｏｍａｉｎ邋Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ逡逑１０８＊＊ｅ逦１１０＊Ｂ逦１１Ｂ＊Ｂ逦１２０＊Ｅ逦１ＳＳ＊Ｂ逡逑图３－２邋ＷＲＦ模式区域图逡逑微物理过程采用ＷＳＭ５方案，长玻辐射方案采用ＲＲＴＭ方案，短波辐射采逡逑用Ｄｕｄｈｉａ方案，边界层方案为ＹＳＵ方案，积云参数化方案为Ｋａｉｎ－Ｆｒｉｔｓｃｈ（ｎｅｗ邋Ｅｔａ）逡逑方案。逡逑ＣＡＬＭＥＴ模式将广东省分为４个区，格点数共为６０３ｘ７８５，垂直方向共有逡逑１０层，以ＷＲＦ最内层（３ｋｍ）的输出结果作为初始场，经诊断风场，微气象模逡逑块等处理后，最终输出ｌｋｍ的精细化风场。其中ＣＡＬＭＥＴ模式的核心参数设逡逑置如表３－１所示。逡逑表３－１邋ＣＡＬＭＥＴ模式核心参数设置表逡逑胃参数逦值逦备注逡逑ＮＰＳＴＡ邋－１逦－１代表无降水观测站，降水数据利用模式数据插值而成逡逑ＩＷＦＣＯＤ逦１逦１代表使用诊
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