一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法与流程

本发明涉及地面站点风速预报技术领域，具体为一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法。

背景技术：

气象站根据用途、安装及精确度可分为：便携式气象站、高精度气象站、高速公路气象站、森林火险气象站及校园气象站、电力气象站、光伏气象站、景区气象站、社区气象站。

气象站可观测的气象要素有：环境温度、环境湿度、露点温度、风速、风向、气压、太阳总辐射、降雨量、地温、土壤湿度、土壤水势、土壤热通量、蒸发、二氧化碳、日照时数、太阳直接辐射、紫外辐射、地球辐射、净全辐射、环境气体共二十项数据指标，也可根据用户科研需要进行灵活配置，同时可还可与gps定位系统、qse101天气报文编码器、gprs、gsm通信和modem等设备连接，具有性能稳定，检测精度高，无人值守等特点，可满足专业气象观测的业务要求。大中专院校、科研机构或组网于气象、机场、环境监测、交通运输、军事、农林、水文、极地考察等诸多领域

在气象站对风速进行测量时，地面站的实际地形高度和插值后对应点的数值模式的地形高度存在差异，而数值模式预报的地面风速是基于模式地形高度的诊断量，由于两者地形差异的影响，模式的地面风速预报值与实际观测值存在一定差异，因此，我们设计了一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法，解决了地面站的实际地形高度和插值后对应点的数值模式的地形高度存在差异，而数值模式预报的地面风速是基于模式地形高度的诊断量，由于两者地形差异的影响，模式的地面风速预报值与实际观测值存在一定差异的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法，包括以下步骤，

(1)基于monin-obukhov莫宁-奥布霍夫相似理论建立地面站点风速预报偏差订正方案；

(2)通过将monin-obukhov莫宁-奥布霍夫相似理论公式变形，将代表站点位置的大气稳定度的相关项带入相似理论公式，得出偏差订正方案的核心算法；

(3)根据地面站点风速预报偏差订正方案和偏差订正方案的核心算法搭建相应的自动化运行订正系统。

前述的一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法，所述步骤(1)中，基于monin-obukhov莫宁-奥布霍夫相似理论建立地面站点风速预报，该方法用于近地面风速即可得出如下公式：

其中u为位于高度h处的风速，u*为地面摩擦速度，zo为地面粗糙长度，k为无量纲常数。即已知u*和zo可以推算出任意高度上风速。

前述的一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法，所述步骤(2)中，通过将相似理论公式变形可得出，位于不同高度h1和h2的风速u1与u2的比值可看作对应高度的函数，相似理论方法是大气层结处于中性条件下研究所得，当大气处理稳定或者不稳定状态下需要加入和大气稳定度相关的数值进行校正，将代表站点位置的大气稳定度的相关项带入以下的公式中，即可以得出偏差订正方案的核心算法：

根据数值模式的预报结果，通过数值模式的预报场信息计算得出大气稳定度值，根据monin-obukhov莫宁-奥布霍夫相似理论方法可以将模式预报的未来地面风速由模式地形订正到实际地形上，减小地形差异带来的预报偏差，核心算法如下：

其中um为模式插值到站点的地面风速预报值，hm为模式插值到站点的地形高度，ho为对应站点的实际地形高度，zo为地面粗糙度，ψ(τ)为模式计算所得大气稳定度的相关项，通过计算站点位置的理查森数得出代表该点大气稳定度的值，ucorrect即为订正后的模式预报值。

前述的一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法，所述步骤(3)中的自动化运行订正系统，包括以下步骤，

(a1)在window或linux系统中安装ncl工具包，并将数值模式气象数据预报文件放置在设置好的文件夹中，使用shell编写脚本调用ncl工具并设置预报文件的输入输出路径；

(a2)使用ncl语言工具读取数值模式的预报文件和观测站点信息，预报文件为netcdf或grib格式，提取三维气象要素场并调用双线性插值函数将气象要素预报量插值到所需的地面站点；

(a3)计算出对应点边界层高度，通过位于边界层高度的模式要素量和地面要素量可以计算出理查森数rib，根据rib的正负值来计算出大气稳定度数值af，即的ψ(τ)值；

(a4)通过核心代码以及ψ(τ)的值，得出不同大气层结条件下的订正系数correc，订正系数中包含模式地形和观测地形信息以及大气稳定度信息；

(a5)大气边界层理论中,当rib<0时,即大气层结处于不稳定状态时,风速在近十分之一的边界层高度有明显变化，选取不稳定大气层结条件下的订正系数correc对风速进行高度差订正；

(a6)当rib≥0时,即大气层结处于稳定或中性状态时,风速在边界层高度内有明显变化,选取稳定大气层结条件下的订正系数correc对风速进行高度差订正，而中性层结下的订正系数为稳定大气层结下订正系数的特殊情况，ψ(τ)计算公式相同；

(a7)得到偏差订正后的预报值，以文本格式输出，并标明时间和站点经纬度的信息，放置于输出文件中。

前述的一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法，所述所述步骤(a2)中，读取数值模式高度hm、站点信息的经纬度和高度ho。

前述的一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法，所述步骤(a4)中，订正系数主代码如下：

其中，correc为订正系数。

本发明的有益效果为：本发明基于monin-obukhov莫宁-奥布霍夫相似理论，将其应用到数值模式中，利用数值模式预报场信息可以对未来3天或更长时间的风速预报偏差进行订正，可以提供更准确的风速预报值，同时设计了自动化运行订正系统，系统主要以shell脚本作为控制脚本，以ncl语音编写核心代码程序，实现各个预报时次不同站点的风速预报偏差订正的自动化运行，并将订正后的预报数据以文本格式输出。同时ncl还兼具绘图功能，根据订正前后的风速预报值和观测要素值可以自动绘制折线图，条形图等，将订正效果可视化，自动化运行订正系统。

附图说明

图1为本发明的流程图；

图2为本发明的自动化运行订正系统流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参看图1：一种基于相似理论的地面站点风速预报偏差订正的方法，其特征在于：包括以下步骤，

(1)基于monin-obukhov莫宁-奥布霍夫相似理论建立地面站点风速预报偏差订正方案；

(2)通过将monin-obukhov莫宁-奥布霍夫相似理论公式变形，将代表站点位置的大气稳定度的相关项带入相似理论公式，得出偏差订正方案的核心算法；

(3)根据地面站点风速预报偏差订正方案和偏差订正方案的核心算法搭建相应的自动化运行订正系统。

优选的，步骤(1)中，基于monin-obukhov莫宁-奥布霍夫相似理论建立地面站点风速预报，该方法用于近地面风速即可得出如下公式：

其中u为位于高度h处的风速，u*为地面摩擦速度，zo为地面粗糙长度，k为无量纲常数，即已知u*和zo可以推算出任意高度上风速。

优选的，步骤(2)中，通过将相似理论公式变形可得出，位于不同高度h1和h2的风速u1与u2的比值可看作对应高度的函数，相似理论方法是大气层结处于中性条件下研究所得，当大气处理稳定或者不稳定状态下需要加入和大气稳定度相关的数值进行校正，将代表站点位置的大气稳定度的相关项带入以下的公式中，即可以得出偏差订正方案的核心算法：

根据数值模式的预报结果，通过数值模式的预报场信息计算得出大气稳定度值，根据monin-obukhov莫宁-奥布霍夫相似理论方法可以将模式预报的未来地面风速由模式地形订正到实际地形上，减小地形差异带来的预报偏差，核心算法如下：

其中um为模式插值到站点的地面风速预报值，hm为模式插值到站点的地形高度，ho为对应站点的实际地形高度，zo为地面粗糙度，ψ(τ)为模式计算所得大气稳定度的相关项，通过计算站点位置的理查森数得出代表该点大气稳定度的值，ucorrect即为订正后的模式预报值。

优选的，步骤(3)中的自动化运行订正系统，包括以下步骤，

(a1)在window或linux系统中安装ncl工具包，并将数值模式气象数据预报文件放置在设置好的文件夹中，使用shell编写脚本调用ncl工具并设置预报文件的输入输出路径；

(a2)使用ncl语言工具读取数值模式的预报文件和观测站点信息，预报文件为netcdf或grib格式，提取三维气象要素场并调用双线性插值函数将气象要素预报量插值到所需的地面站点；

(a3)计算出对应点边界层高度，通过位于边界层高度的模式要素量和地面要素量可以计算出理查森数rib，根据rib的正负值来计算出大气稳定度数值af，即的ψ(τ)值；

(a4)通过核心代码以及ψ(τ)的值，得出不同大气层结条件下的订正系数correc，订正系数中包含模式地形和观测地形信息以及大气稳定度信息，从而可以将地面风速预报值由模式地形订正到观测地形，减小地形差所造成的模式预报偏差问题；

(a5)大气边界层理论中,当rib<0时,即大气层结处于不稳定状态时,风速在近十分之一的边界层高度有明显变化，选取不稳定大气层结条件下的订正系数correc对风速进行高度差订正；

(a6)当rib≥0时,即大气层结处于稳定或中性状态时,风速在边界层高度内有明显变化,选取稳定大气层结条件下的订正系数correc对风速进行高度差订正，而中性层结下的订正系数为稳定大气层结下订正系数的特殊情况，ψ(τ)计算公式相同；

(a7)得到偏差订正后的预报值，以文本格式输出，并标明时间和站点经纬度的信息，放置于输出文件中。

优选的，步骤(a2)中，读取数值模式高度hm、站点信息的经纬度和高度ho。

优选的，步骤(a4)中，订正系数主代码如下：

其中，correc为订正系数。

综上，本发明结构设计合理，将需要复合的到模具上的金属熔融后进行浇筑，在浇筑前需要对模具进行预热防止熔液遇到冷模发生爆炸，同时需要进行，修包、烘干，对配好的型腔全面检查，确保型腔内清洁无砂粒，保证复合后的铸件的强度高，在浇筑的过程中，熔融的液态倒入铸造模具中，由于高速旋转的状态，会瞬间将熔融的液态铺摊开，复合到模具上，然后间歇一分钟，待液态凝固成固体，再进行倒入下一复合金属，复合的粘合度高，使用过程中不会错位，解决了在传统的金属复合的过程中，常常将材料熔融后浇筑到另一个材料上进行复合，此时，材料见可能存在间隙，复合的效果不佳，容易脱落的问题。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。