(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210947562.1 (22)申请日 2022.08.09 (71)申请人 湖南国天电子科技有限公司 地址 410000 湖南省长 沙市岳麓西大道芯 城科技园3 栋12层1201号 申请人 湖南国天气象科技有限公司 (72)发明人 钟奕飞　毛科峰　黄兵　刘瑞良　 (74)专利代理 机构 长沙大珂知识产权代理事务 所(普通合伙) 4323 6 专利代理师 伍志祥 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G06F 17/13(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种非对称热 带气旋海面 风场的构造方法 (57)摘要 本发明公开了一种非对称热带气旋海面风 场的构造方法， 包括以下步骤： 步骤一， 将藤田公 式中的风廓线约束进行推广， 采用拟合特征等压 线， 建立热带气旋气压场模型； 步骤二， 通过求解 基于非对称气压场的热带气旋空气质点水平运 动方程， 建立热带气旋海面风场模型； 步骤三， 采 用的VAM变分思想， 与普通背景海面风场合成热 带气旋海面风场。 本发明合成得出的风场与CCMP 海风资料比较逼近， 风场过渡比较光滑， 保持了 模型风场资料的强风速特性。 权利要求书3页 说明书9页 附图2页 CN 115392073 A 2022.11.25 CN 115392073 A 1.一种非对称热 带气旋海面 风场的构造方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： 步骤一， 将藤田公式中的风廓线约束进行推广， 采用拟合特征等压线， 建立热带气旋气 压场模型； 步骤二， 通过求解基于非对称气压场的热带气旋空气质点水平运动方程， 建立热带气 旋海面风场模型； 步骤三， 采用的V AM变分思想， 与普通背景海面 风场合成热 带气旋海面 风场。 2.根据权利要求1所述的非对称热带气旋海面风场的构造方法， 其特征在于， 步骤一具 体包括： 藤田公式的推广： 根据经典的藤田公式形式， 将其中的风廓线约束推广为下式： 式中， Pm为台风外围的环境气压， Δp＝pm‑pc， Pc为台风中心气压， a为最大风速半径位置 参数， b为 最大梯度风控制参数， r0为台风常数r0＝R( θ )； 特征等压线的自动化选取： 收集某时刻热带气旋所在海域的海面气压格点化数据， 选 定一条闭合 等压线L( θ )， 将闭合 等压线进行拟合； 环境参数的选取： 对pm采用如下 方法估算： pm( θ )＝p∞‑pasin[ θ‑( α0+β1)] 式中： pa为pm沿θ呈正弦波振荡的振幅， p∞为平均环境气压， α0为热带气旋移向内力方向 的角度， β1为风向内偏角。 3.根据权利要求2所述的非对称热带气旋海面风场的构造方法， 其特征在于， 步骤二具 体包括： 根据热带气旋域内海面任意空气质点(r， θ )的水平运动方程： 其中， p为海面气压； d＝RdTv/p； vs为台风移速； α为台风移向和所述空气质点与台风中 心连线的夹角； vθ和vr分别为移动台风的切向和径向风速， v ′θ和v′r为静止台风的切向和径 向速度， vθ＝v′θ‑vssinα， vr＝v′r‑vscosα； Rd为干空气气体常数， 由分析场提供温度 T和水汽 混合比qv后有虚温Tv＝T(0.622+qv)/[0.622(1+qv)]； Fr和Fθ分别为r方向和 θ方向摩擦力； k 为摩擦系 数， 风速 海面摩擦为kV； 令风向内偏角为β， 摩擦阻力偏离实际风 矢量反方向的夹角为 cosβ ＝vθ/V， sinβ ＝vr/V， 由 求得 上式中的p为热带气旋的海面气压， 由步骤一中计算得到， 将Fr和Vr代入所述水平运动 方程中， 合并得到关于vθ的一元三次方程： 权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115392073 A 2令vθ＝x‑a1/3， 将所述 一元三次方程变形为 卡当方程： x3+3 ηx+2 ξ ＝0， 其中各参数为： 采用经典卡当方程的解法求 解。 4.根据权利要求3所述的非对称热带气旋海面风场的构造方法， 其特征在于， 步骤三具 体包括： 将上述模型构造的热带气旋海面风场与常规的海面风场资料合成， 将一个经纬网格点 上热带气旋合成风场的总体目标函数J定义 为： J＝J1+J2 其中J1表示合成风场分量与非对称台风模型风场资料之间的偏差， J2为常规的海面风 场资料与合成风场分量的偏差， 具体表达式如下： 其中上标T表示矩阵转置， ‑1表示求逆， 下标符号i表示计算格点， u(i)、 v(i)和uo(i)、 vo (i)分别代表合成风场和台风模型的海平面风速的u， v分量， uc， vc为常规的海面风场资料的 u， v分量； Wu， Wv分别为合成风场的u， v风速分量权重系数， Wcu， Wcv分别为常规的海面风场对 应的权重系数； 在大风半径内台风模型风场的可信度远大于常规的海面风场资料， 即Wcu， Wcv取值大于Wu， Wv， 在大风半径外则相反。 5.根据权利要求4所述的非对称热带气旋海面风场的构造方法， 其特征在于， 所述的将 闭合等压线进行拟合采用下列方法如下： 把闭合等压线圆周kL等分， 并令h＝2π/kL， l＝kL‑ 1， 搜索得出Li＝L(ih)， i＝0， 1， 2， ...， l， 采用五点滑动平滑消除不连续性， 并对L( θ )进行 傅立叶级数插值拟合， 令 g( θ )＝L( θ )‑(c1+c2θ )， 0≤θ ≤2 π‑h 式中： c1， c2为常数， 由g(0)＝g(lh)＝0 得出c1＝L(0)， c2＝[L(lh) ‑L(0)]/(lh)， 对g( θ )作奇函数拓展， 即g( θ )＝ ‑g(‑θ )， 则作 傅立叶级数展开得正弦级数 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115392073 A 3