地形与地表类型对台风近地风场多尺度模拟的影响研究
发布时间：2020-12-17 11:04
台风是影响我国沿海地区的重要灾害之一,复原近地面台风风场,研究台风作用下结构的致灾机理,为建筑物选址及抗风设计提供参考具有重要意义。台风登陆后风向和风速主要受地形及地表类型的影响,由于实测仪器的限制,实测台风风场资料非常稀少,数值模拟成为台风研究的重要方法。目前土木工程领域常用WRF(Weather Research and Forecast)对台风进行数值模拟,其侧重中尺度台风模拟,而CFD(Computation Fluid Dynamics)在近地风场的精细模拟上更有优越性。因此本文基于这两种方法,旨在提高台风近地面风场的模拟精度,系统研究了地形、地表类型等因素对台风模拟精度的影响。本文使用5种分辨率的地形数据对台风“彩虹”、“天鸽”进行模拟,用以研究地形分辨率对WRF模拟台风风场的影响。分析了不同分辨率的地形数据在WRF中的高程差异,及其对台风路径、强度的影响。对比了不同分辨率地形数据站点高程、站点10 m高度风速及台风“天鸽”深圳站点近地面风速和风向与实测值的差异。结果表明,高分辨率地形数据能更准确代表复杂地形的高程,对台风路径和10 m高度风速模拟效果有改善;相同条件下,地...
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三层嵌套模拟域示意图
4（SRTM3 s） GMTED2010/30″ GMTED2010/30″ SRTM/3″5（ASTER1 s） GMTED2010/30″ GMTED2010/30″ ASTER/1″检验模式模拟结果的各台风的强度、路径位置、10 m 高的近中心最大风速等数据来自中国气象局热带气旋资料中心[47]，站点数据来自国家站点实测数据。为了分析不同地形数据集对台风路径和强度的影响，主要模拟得到各台风路径、10 m 高度近中心最大风速、近中心最低气压以及 10 m 高度风速，通过比较其误差以验证模型结果是否有明显不同。“彩虹”，“天鸽”的 10 m高度风速间隔为逐小时，为 2 分钟平均风速。2.3.2 地形分析“彩虹”最内层范围为 18.99°~22.46°N，108.99°~112.68°E。“天鸽”最内层范围为 20.73°~23.68°N，111.21°~114.39°E。从 WRF 输出文件中提取出第三层模拟域的海拔高度，图 2-2 a)、b)分别为使用 GMTED30 s 模拟的“彩虹”和“天鸽”最内层嵌套域的地形。图 2-3 以及图 2-4 分别为“彩虹”和“天鸽”各分辨率与 GMTED30 s 的地形高程分布差异。
c) SRTM-GMTED30s d) ASTER-GMTED30s图 2-4 “天鸽”不同分辨率下 D03 高程差从图 2-3、图 2-4 可知随着地形分辨率的增加与 GMTED30s 地形的差异逐渐减小。在地形较平坦的地方（高程小于 100 m），不同分辨率的地形高差在-10~10 m，当海拔高于 100 m 地形高差主要在-（10~30）m 和 10~30 m，当地形高程较高时（1000 m 以上），低分辨率地形数据之间的差异比高分辨率地形数据差异范围大，低分辨率地形数据之间的差异可达上百米。
【参考文献】：
期刊论文
[1]台风“凡亚比”的诊断分析和数值模拟研究[J]. 李妍君,陈耀登. 气象研究与应用. 2017(03)
[2]NUMERICAL SIMULATION STUDY ON THE RAPID INTENSIFICATION OF TYPHOON HAIKUI(1211) OFF THE SHORE OF CHINA[J]. 张胜军,钱燕珍,黄奕武,郭建民. Journal of Tropical Meteorology. 2017(03)
[3]基于CFD技术的陡峭山体风场模拟方法研究[J]. 李磊,张立杰,陈柏纬. 气象学报. 2016(04)
[4]基于卫星亮温资料同化对2009年热带风暴“浪卡”的数值研究[J]. 邹力,王云峰,姜勇强,吕梅,邹勋. 气象科学. 2016(03)
[5]次网格地形参数化对WRF模式在复杂地形区风场模拟的影响[J]. 马晨晨,余晔,何建军,陈星,解晋. 干旱气象. 2016(01)
[6]基于CFD动力降尺度的复杂地形风电场风电功率短期预测方法研究[J]. 马文通,朱蓉,李泽椿,龚玺. 气象学报. 2016(01)
[7]基于集合变分混合同化方法的双台风数值模拟[J]. 张晓慧,张立凤,熊春晖,彭军. 热带气象学报. 2015(04)
[8]从天气尺度到风力机尺度大气运动的动力模拟[J]. 李军,宋晓萍,程雪玲,胡非,朱蓉. 太阳能学报. 2015(04)
[9]三种地形数据下WRF模式风场模拟对比试验研究[J]. 邹振操,邓院昌. 水电能源科学. 2015(01)
[10]复杂地形风场的精细数值模拟[J]. 程雪玲,胡非,曾庆存. 气候与环境研究. 2015(01)
硕士论文
[1]河谷型城市风场及污染物扩散数值仿真研究[D]. 张金贵.兰州大学 2017
本文编号：2921931
【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：92 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
三层嵌套模拟域示意图
4（SRTM3 s） GMTED2010/30″ GMTED2010/30″ SRTM/3″5（ASTER1 s） GMTED2010/30″ GMTED2010/30″ ASTER/1″检验模式模拟结果的各台风的强度、路径位置、10 m 高的近中心最大风速等数据来自中国气象局热带气旋资料中心[47]，站点数据来自国家站点实测数据。为了分析不同地形数据集对台风路径和强度的影响，主要模拟得到各台风路径、10 m 高度近中心最大风速、近中心最低气压以及 10 m 高度风速，通过比较其误差以验证模型结果是否有明显不同。“彩虹”，“天鸽”的 10 m高度风速间隔为逐小时，为 2 分钟平均风速。2.3.2 地形分析“彩虹”最内层范围为 18.99°~22.46°N，108.99°~112.68°E。“天鸽”最内层范围为 20.73°~23.68°N，111.21°~114.39°E。从 WRF 输出文件中提取出第三层模拟域的海拔高度，图 2-2 a)、b)分别为使用 GMTED30 s 模拟的“彩虹”和“天鸽”最内层嵌套域的地形。图 2-3 以及图 2-4 分别为“彩虹”和“天鸽”各分辨率与 GMTED30 s 的地形高程分布差异。
c) SRTM-GMTED30s d) ASTER-GMTED30s图 2-4 “天鸽”不同分辨率下 D03 高程差从图 2-3、图 2-4 可知随着地形分辨率的增加与 GMTED30s 地形的差异逐渐减小。在地形较平坦的地方（高程小于 100 m），不同分辨率的地形高差在-10~10 m，当海拔高于 100 m 地形高差主要在-（10~30）m 和 10~30 m，当地形高程较高时（1000 m 以上），低分辨率地形数据之间的差异比高分辨率地形数据差异范围大，低分辨率地形数据之间的差异可达上百米。
【参考文献】：
期刊论文
[1]台风“凡亚比”的诊断分析和数值模拟研究[J]. 李妍君,陈耀登. 气象研究与应用. 2017(03)
[2]NUMERICAL SIMULATION STUDY ON THE RAPID INTENSIFICATION OF TYPHOON HAIKUI(1211) OFF THE SHORE OF CHINA[J]. 张胜军,钱燕珍,黄奕武,郭建民. Journal of Tropical Meteorology. 2017(03)
[3]基于CFD技术的陡峭山体风场模拟方法研究[J]. 李磊,张立杰,陈柏纬. 气象学报. 2016(04)
[4]基于卫星亮温资料同化对2009年热带风暴“浪卡”的数值研究[J]. 邹力,王云峰,姜勇强,吕梅,邹勋. 气象科学. 2016(03)
[5]次网格地形参数化对WRF模式在复杂地形区风场模拟的影响[J]. 马晨晨,余晔,何建军,陈星,解晋. 干旱气象. 2016(01)
[6]基于CFD动力降尺度的复杂地形风电场风电功率短期预测方法研究[J]. 马文通,朱蓉,李泽椿,龚玺. 气象学报. 2016(01)
[7]基于集合变分混合同化方法的双台风数值模拟[J]. 张晓慧,张立凤,熊春晖,彭军. 热带气象学报. 2015(04)
[8]从天气尺度到风力机尺度大气运动的动力模拟[J]. 李军,宋晓萍,程雪玲,胡非,朱蓉. 太阳能学报. 2015(04)
[9]三种地形数据下WRF模式风场模拟对比试验研究[J]. 邹振操,邓院昌. 水电能源科学. 2015(01)
[10]复杂地形风场的精细数值模拟[J]. 程雪玲,胡非,曾庆存. 气候与环境研究. 2015(01)
硕士论文
[1]河谷型城市风场及污染物扩散数值仿真研究[D]. 张金贵.兰州大学 2017
本文编号：2921931
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