CN105224714A - 气象数据的处理方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种气象数据的处理方法及装置。其中，该处理方法包括：获取中尺度气象数据，其中，中尺度气象数据是通过对实测数据进行同化和数值模拟得到的；基于中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域，其中，模拟区域包括中尺度气象数据中的多个格点数据；按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合；统计每个格点集合对应的大气边界层参数，其中，大气边界层参数包括：行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度中的至少之一。本发明解决了目前CFD风资源评估技术中生成边界条件的参数仅靠主观设定不准确的技术问题。

Description

气象数据的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及建模领域，具体而言，涉及一种气象数据的处理方法及装置。

背景技术

国内国外都是采用基于线性模型的算法或基于CFD(计算流体动力学)非线性模型数值模拟技术进行风资源评估，基于CFD(计算流体动力学)非线性模型数值模拟技术也被称为基于CFD数值模拟的风资源评估技术。相对于基于线性模型的算法，基于CFD数值模拟的风资源评估技术理论更严谨、误差更小、精度更高。在运用CFD进行数值模拟中，生成接近真实层结状态的边界条件是保证模拟精度，进而保证风资源评估质量的关键环节。

目前,国际上主流基于CFD数值模拟的风资源评估技术采用如下方法生成某风向扇区的边界条件进而进行数值模拟：假定或主观设定行星边界层(又称为大气边界层，以下简称边界层)高度以及边界层顶部风速；根据测量值或主观判断值设定地表粗糙度长度(以下简称粗糙度)；并根据对数率半经验公式计算风廓线。

现有技术方案生成的边界条件以及大气层边界参数的不足之处是：相关参量多为缺省值或主观设定值，没有测量数据基础，实践证明，由这样生成的边界条件在复杂地形下误差较大。

针对上述的目前CFD风资源评估技术中生成边界条件的参数仅靠主观设定不准确的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明实施例提供了一种气象数据的处理方法及装置，以至少解决目前CFD风资源评估技术中生成边界条件的参数仅靠主观设定不准确的技术问题。

根据本发明实施例的一个方面，提供了一种气象数据的处理方法，该处理方法包括：获取中尺度气象数据，其中，中尺度气象数据是通过对实测数据进行同化和数值模拟得到的；基于中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域，其中，模拟区域包括中尺度气象数据中的多个格点数据；按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合；统计每个格点集合对应的大气边界层参数，其中，大气边界层参数包括：行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度中的至少之一。

进一步地，基于中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域包括：基于中尺度气象数据的格点分布的地图上确定覆盖目标区域的模拟区域，其中，模拟区域为水平矩形区域，水平矩形区域的边界线与经线或纬线平行。

进一步地，按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合包括：计算每个时间点对应的格点数据的平均风向角度；按照平均风向角度设置各个时间点对应的格点数据的集合标识，其中，集合标识用于标识格点数据的属性数据所属的格点集合，格点集合具有属于预设角度范围的平均风向角度。

进一步地，格点数据包括至少三个层的气象数据，每层的层格点数据包括层位温参数、层水平风速以及层垂直风速，其中，统计每个格点集合对应的大气边界层参数包括：基于格点集合中各个格点数据的层位温参数、层水平风速、垂直风速获取各个格点集合在不同预设时间段的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度；分别计算每个格点集合的各个预设时间段的行星边界层高度平均值、行星边界层风速平均值和莫宁-奥布霍夫长度平均值，得到各个格点集合的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度。

进一步地，基于格点集合中各个格点数据的层位温参数、层水平风速、垂直风速获取格点集合在不同预设时间段的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度包括：获取基于格点数据在预设时间段的层位温参数确定的平均虚拟位温、基于格点数据在预设时间段的层水平风速确定的平均水平风速以及基于格点数据在预设时间段的层垂直风速确定的平均垂直风速；基于确定的平均虚拟位温和平均垂直风速分别获取格点数据在预设时间段的脉动虚拟位温和脉动垂直位温，并基于脉动虚拟位温和脉动垂直位温获取格点数据在预设时间段的摩擦速度和虚拟位温通量；计算平均虚拟位温、摩擦速度以及虚拟位温通量对应的莫宁-奥布霍夫长度、计算平均水平风速对应的行星边界层高度、以及计算行星边界层高度和平均水平风速对应的行星边界层风速。

根据本发明实施例的另一方面，还提供了一种气象数据的处理装置，该处理装置包括：第一获取模块，用于获取中尺度气象数据，其中，中尺度气象数据是通过对实测数据进行同化和数值模拟得到的；确定模块，用于基于中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域，其中，模拟区域包括中尺度气象数据中的多个格点数据；分组模块，用于按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合；统计模块，用于统计每个格点集合对应的大气边界层参数，其中，大气边界层参数包括：行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度中的至少之一。

进一步地，确定模块包括：确定子模块，用于基于中尺度气象数据的格点分布的地图上确定覆盖目标区域的模拟区域，其中，模拟区域为水平矩形区域，水平矩形区域的边界线与经线或纬线平行。

进一步地，分组模块包括：计算模块，用于计算每个时间点对应的格点数据的平均风向角度；设置模块，用于按照平均风向角度设置各个时间点对应的格点数据的集合标识，其中，集合标识用于标识格点数据的属性数据所属的格点集合，格点集合具有属于预设角度范围的平均风向角度。

进一步地，格点数据包括至少三个层的气象数据，每层的层格点数据包括层位温参数、层水平风速以及层垂直风速，其中，统计模块包括：第二获取模块，用于基于格点集合中各个格点数据的层位温参数、层水平风速、垂直风速获取各个格点集合在不同预设时间段的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度；第三获取模块，用于分别计算每个格点集合的各个预设时间段的行星边界层高度平均值、行星边界层风速平均值和莫宁-奥布霍夫长度平均值，得到各个格点集合的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度。

进一步地，第二获取模块包括：第一获取子模块，用于获取基于格点数据在预设时间段的层位温参数确定的平均虚拟位温、基于格点数据在预设时间段的层水平风速确定的平均水平风速以及基于格点数据在预设时间段的层垂直风速确定的平均垂直风速；第二获取子模块，用于基于确定的平均虚拟位温和平均垂直风速分别获取格点数据在预设时间段的脉动虚拟位温和脉动垂直位温，并基于脉动虚拟位温和脉动垂直位温获取格点数据在预设时间段的摩擦速度和虚拟位温通量；计算子模块，用于计算平均虚拟位温、摩擦速度以及虚拟位温通量对应的莫宁-奥布霍夫长度、计算平均水平风速对应的行星边界层高度、以及计算行星边界层高度和平均水平风速对应的行星边界层风速。

采用本发明，在获取到基于实时测量的数据得到的中尺度气象数据后，基于具有测量数据基础的中尺度气象数据的格点分布确定模拟区域，该模拟区域覆盖预进行风资源评估的目标区域，并且模拟区域包括中尺度气象数据中的多个格点数据。然后按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合，并统计每个格点集合对应的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度等大气边界层参数。通过上述实施例，由于大气边界层参数是基于实际测量的数据获得的，能够客观的反映目标区域的气象情况，从而解决了目前CFD风资源评估技术中生成边界条件的参数仅靠主观设定不准确的问题，实现了准确获取大气边界层参数和边界条件的效果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的气象数据的处理方法的流程图；

图2是根据本发明实施例的模拟区域的示意图；以及

图3是根据本发明实施例的气象数据的处理装置的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

术语解释：

中尺度气象分析数据，即采用同化技术将测量数据转换为数值化分析数据，然后通过中尺度数值模拟技术对上述分析数据进行降尺度处理，实现时间分辨率和空间分辨率的提高，这样得到的数值化的气象数据为中尺度气象分析数据。

格点及格点数据，即数值化数据，是按空间位置划分的数据集，一个离散化的空间位置是一个格点，每个格点有一组与这一空间位置相关的数据，及格点数据。本发明所涉及的格点数据是通过中尺度分析数据转换而来。

水平格点组，是指水平位置相同的一组格点，水平格点组中的格点数与垂直网格层数相同。

位置，指由经纬度确定的一组格点的水平地理标识。

目标区域，是指风资源评估的目标区域，即要运用基于CFD数值模拟的风资源评估技术进行数值模拟的区域。

根据本发明实施例，提供了一种气象数据的处理方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1是根据本发明实施例的气象数据的处理方法的流程图，如图1所示，该处理方法包括如下步骤：

步骤S102，获取中尺度气象数据，其中，中尺度气象数据是通过对实测数据进行同化和数值模拟得到的。

步骤S104，基于中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域，其中，模拟区域包括中尺度气象数据中的多个格点数据。

步骤S106，按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合。

步骤S108，统计每个格点集合对应的大气边界层参数，其中，大气边界层参数包括：行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度中的至少之一。

采用本发明，在获取到基于实时测量的数据得到的中尺度气象数据后，基于具有测量数据基础的中尺度气象数据的格点分布确定模拟区域，该模拟区域覆盖预进行风资源评估的目标区域，并且模拟区域包括中尺度气象数据中的多个格点数据；然后按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合，通过以上格点数据统计与计算每个时点集合(每个时刻的格点数据的集合)对应的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度等大气边界层参数，最终通过统计方法获得全年适用的大气边界层参数。通过上述实施例，由于大气边界层参数是基于实际测量的数据获得的，能够客观的反映目标区域的气象情况，从而解决了目前CFD风资源评估技术中生成边界条件的参数仅靠主观设定不准确的问题，实现了准确获取大气边界层参数和边界条件的效果。

本申请实施例中的行星边界层风速均可以为：行星边界层顶部风速。

具体地，可以获取一个完整年的中尺度气象分析数据，在获取实测数据之后，采用同化技术将测量的实测数据转换为数值化分析数据，然后通过中尺度数值模拟技术对上述数值化分析数据进行降尺度处理，实现时间分辨率和空间分辨率的提高，这样得到的数值化的气象数据为中尺度气象分析数据。这些数据可以以netCDF文件的形式存储。在netCDF文件中，每组格点数据包含并不限于如下数据项(以下命名与WRF模式中的netCDF文件一致)，如下是数据项的英文名和对应的中文解释：

Time：日期与时间；bottom_top：层级序号；south_north：格点的南北序号；west_east：格点的东西序号；U：东西方向的风速分量；V：南北方向的风速分量；W：垂直方向的风速分量；XLAT：纬度；XLONG：经度；PH：扰动位势；PHB：基态位势；HGT：地面高度；T：扰动位温；P：扰动气压；PB：基态气压；QVAPOR：水汽混合比；以及TH2：地面2米高度位温。

netCDF(networkCommonDataForm)是网络通用数据格式，是一种面向数组型并适于网络共享的数据的描述和编码标准。

可选地，基于中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域可以包括：基于中尺度气象数据的格点分布的地图上确定覆盖目标区域的模拟区域，其中，模拟区域为水平矩形区域，水平矩形区域的边界线与经线或纬线平行。

按照中尺度的格点分布确定CFD数值模拟的模拟区域，具体方法可以为如下所述：

(1)在分布有中尺度气象数据的格点的地图上选定个水平矩形区域，该水平矩形区域覆盖要进行风资源评估的区域(即目标区域)。

(2)该目标区域的左右两条边由东西序号相等的中尺度气象数据的格点连接而成。

(3)该目标区域的上下两条边由南北序号相等的中尺度气象数据的格点连接而成。

这样，模拟区域中(含边界)包括若干个中尺度格点(即中尺度气象数据的格点)。

如图2所示，不规则的封闭区域表示目标区域，空心的圆点表示中尺度气象数据的格点，实心的黑色圆点表示中尺度气象数据的格点，同时该格点也是模拟区域的格点，图2所示的虚线矩形框为模拟区域。

在确定CFD数值模拟的模拟区域之后，可以根据中尺度气象数据生成格点数据，中尺度气象数据格点位置与中尺度的格点位置相同，位置坐标的序号不同，每个格点数据包括多个数据项，数据项的英文名称和对应的中文解释如下：

具体地，t：期时间；i：格点的南北方向序号；j：格点的东西方向序号；k：格点的垂直方向序号；sec：扇区号，1≤sec≤32；m：扇区内位置序号，保留至扇区划分时使用；u：南北方向水平风速分量；v：东西方向水平风速分量；u_h：水平最大风速分量；p：气压；θ：位温；θ_v：虚拟位温；h：地面。该实施例中的格点即为格点数据。

上述数据项具体可以通过如下的方法获得：

t＝time；

i＝south_north-(min(south_north))，其中min(south_north)是模拟区域中格点的south_north最小的一个值，1≤i≤I；

j＝west_east-(min(west_east))，其中min(west_east)是模拟区域中格点的west_east最小的一个值，1≤j≤J；

k＝bottom_top，1≤k≤K；

u＝U，v＝V，w＝W；

$u_h=\sqrt{u^2+v^2};$

p＝PB+P；

θ＝T+TH2；

θ_v＝θ(1+0.61(QVAPOR/(QVAPOR+1)))；

h＝PHB+PH-HGT(此处用位势高度代替几何高度)。

可选地，按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合可以包括：计算每个时间点对应的格点数据的平均风向角度；按照平均风向角度设置各个时间点对应的格点数据的集合标识，其中，集合标识用于标识格点数据的属性数据所属的格点集合，格点集合具有属于预设角度范围的平均风向角度。

上述实施例中的格点集合为预设的具有不同风向角度范围的风向扇区。

具体地，可以对格点数据按照其时间参数和风向参数分组，具体方法可以为：

将风向(即平均风向角度)分为32个(或16个，或自定义的扇区数，此处以32个扇区为例，下同)扇区(即风向扇区)，每个扇区(即风向扇区)为从0°到11.25°。

计算每个时间点的所有格点的平均风向角度具体方法可以为：

其中，u_ijk表示南北序号为i，东西序号为j，层级为k的格点的风速u，v_ijk表示南北序号为i，东西序号为j，层级为k的格点的风速v。

再根据平均风向角度的值按照风向扇区分组。这样分成32个格点组(即格点集合)，每个格点组(即格点集合)中的所有格点数据为同一时间，并且其属性数据处在同一风向扇区(即格点集合)。每在某风向扇区加入一个格点数据，则将该格点数据的数据项sec设置为该扇区序号(即集合标识)，将格点数据的数据项m设为该扇区上一个加入格点数据的数据项m再加1，该扇区第一个加入格点的m设为1。

可选地，格点数据包括至少三个层的气象数据，每层的层格点数据包括层位温参数、层水平风速以及层垂直风速，其中，统计每个格点集合对应的大气边界层参数可以包括：基于格点集合中各个格点数据的层位温参数、层水平风速、垂直风速获取各个格点集合在不同预设时间段的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度；分别计算每个格点集合的各个预设时间段的行星边界层高度平均值、行星边界层风速平均值和莫宁-奥布霍夫长度平均值，得到各个格点集合的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度。

上述实施例中的基于格点集合中各个格点数据的层位温参数、层水平风速、垂直风速获取格点集合在不同预设时间段的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度可以包括：分别获取基于层位温参数确定的平均虚拟位温、基于层水平风速确定的平均水平风速以及基于层垂直风速确定的平均垂直风速；分别基于平均虚拟位温获取脉动虚拟位温，基于平均垂直风速获取脉动垂直位温；以及基于脉动虚拟位温和脉动垂直位温获取摩擦速度和虚拟位温通量；分别基于平均虚拟位温、摩擦速度以及虚拟位温通量获取莫宁-奥布霍夫长度，基于平均水平风速获取行星边界层高度，以及基于行星边界层高度和平均水平风速获取行星边界层风速。

具体地，对所有格点数据的数据项进行统计与计算，分别得到32个方向的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度。对于每个格点组，具体统计步骤如下：

首先，将整个数据周期(如1年)划分为以2小时为间隔的时间段(即预设时间段)，计算每一个风向扇区的每个位置的格点若干数据项在这些时间段(即预设时间段)中的平均值、脉动值及脉动平均值，该平均值、脉动值及脉动平均值可以包括：平均虚拟位温平均水平风速平均垂直风速脉动虚拟位温θ′_v、脉动垂直风速w′，摩擦摩擦u_*及虚拟位温通量

(1)计算每个位置每2小时(即预设时间段)中的平均虚拟位温，

$\stackrel{\‾}{{\mathrm{\θ}}_v}=\frac{1}{36}{\Σ}_{k=1}^3{\Σ}_{t=1}^{12}{\mathrm{\θ}}_{vkt},$

其中，下标t表示每2小时中该项数值的序号，这样每2小时中有12个值，即1≤t≤12。k表示层序号，共有3层，从地面层开始计，即取离地面最近的3层。θ_vkt代表每个水平格点的第k层的，每2小时中第t个十分钟的虚拟位温θ_v值。

(2)计算每个位置每2小时中的平均水平风速

$\stackrel{\‾}{u}=\frac{1}{36}{\Σ}_{k=1}^3{\Σ}_{t=1}^{12}{u}_{hkt},$

其中，下标含义同上，在此不再赘述。

(3)计算每个位置每2小时中的平均垂直风速

$\stackrel{\‾}{w}=\frac{1}{36}{\Σ}_{k=1}^3{\Σ}_{t=1}^{12}{w}_{kt},$

其中，下标含义同上，在此不再赘述。

(4)计算每个位置每2小时中的脉动虚拟位温θ′_v，

${\mathrm{\θ}}_v^{\′}=\frac{1}{3}{\Σ}_{k=1}^3{\mathrm{\θ}}_{vk}-\stackrel{\‾}{{\mathrm{\θ}}_v},$

其中，下标k代表层序号。每2小时中的脉动虚拟位温θ′_v有12个值，每10分钟1个。

(5)计算每个位置每2小时中的脉动垂直风速w′，

$w^{\′}=\frac{1}{3}{\Σ}_{k=1}^3{w}_k-\stackrel{\‾}{w},$

其中，下标k代表层序号。每2小时中的脉动垂直风速w′有12个值，每10分钟1个。

(6)计算每个位置每2小时中的摩擦速度u_*，

$u_{*}=\sqrt{\left|\frac{1}{12}{\Σ}_{t=1}^{12}{w}_t^{\′}{\mathrm{\θ}}_{vt}^{\′}\right|}.$

(7)计算每个水平格点每2小时中的虚拟位温通量

$\stackrel{\‾}{w^{\′}{\mathrm{\θ}}_v^{\′}}=\frac{1}{12}{\Σ}_{t=1}^{12}{w}_t^{\′}{\mathrm{\θ}}_{vt}^{\′},$

其中下标t表示每2小时中该项数值的序号，w′_t代表每2小时中第t个脉动垂直风速w′。

其次，计算莫宁-奥布霍夫长度及其它有关参量。

(1)计算每个位置每个2小时的莫宁-奥布霍夫长度(Monin-ObukhovLength)，该莫宁-奥布霍夫长度的计算公式可以为如下所示：

$L=-\frac{u_{*}^3{\stackrel{\‾}{\mathrm{\θ}}}_v}{kg\left(\stackrel{\‾}{w^{\′}{\mathrm{\θ}}_v^{\′}}\right)}$

其中，k为冯开曼常数，在此取k＝0.4；g为重力加速度，在此取g＝9.8m/s²。

(2)计算每个位置每个2小时边界层高度H_m和边界层最高风速u_m。

具体地，计算每个位置每2小时的平均水平风速该平均水平风速的计算公式如下所示：

$\stackrel{\‾}{u_h}=\frac{1}{12K}{\Σ}_{k=1}^K{\Σ}_{t=1}^{12}{u}_{hkt}$

其中，K为最高层级。设u_hk第k层的水平风速u_h，Δu_hk为层间水平风速差，u_hk-u_hk-1,2≤k≤K，在每个位置上按照层级序号的升序查询，找到连续3个层间水平风速差Δu_hk、Δu_hk+1、Δu_hk+2小于的层级，则第k层的高度h就是边界层高度H_m，本层风速u_h就是边界层最高风速u_m。

(3)计算全年适用的莫宁-奥布霍夫长度及其它有关参量。

此处取各个扇区全年与各位置平均的莫宁-奥布霍夫长度及其它有关参量为全年适用莫宁-奥布霍夫长度及其他参量。

计算莫宁-奥布霍夫长度的方法可以如下：

设L_nt为某扇区第n个位置，第t个2小时时间段的莫宁-奥布霍夫长度，共有T个时间段和N个位置。则全年适用的奥布霍夫长度L为：

$L=\frac{1}{TN}{\Σ}_{t=1}^T{\Σ}_{n=1}^T{L}_{nt}.$

计算边界层高度的方法可以如下：

设H_mnt为某扇区第n个位置，第t个2小时时间段的边界层高度，共有T个时间段和N个位置。则全年适用的边界层高度H_m为：

$H_m=\frac{1}{TN}{\Σ}_{t=1}^T{H}_{mnt}.$

计算边界层最高风速的方法可以如下：

设u_mnt为某扇区第n个位置，第t个2小时时间段的边界层高度，共有T个时间段和N个位置。则全年适用的边界层高度H_m为：

$u_m=\frac{1}{TN}{\Σ}_{t=1}^T{u}_{mnt}.$

至此，非中性层结的风廓线公式可以为如下所示：

$u\left(z\right)=\frac{u_0}{k}\[ln\left(\frac{z}{z_0}\right)-{\mathrm{\Ψ}}_m\left(\frac{z}{L}\right)\],$

其中，各项参数都已计算出来，经验函数Ψ_m定义为：

${\mathrm{\&Psi;}}_m\left(x\right)=\{\begin{array}{cc}1+4.7x& x<0\\ {(1-15x)}^{-\frac{1}{4}}& x>0\end{array}.$

上述公式中的u是风速，z是距地面高度(即上述实施例中的行星边界层高度H_m)，u₀是摩擦速度(即上述实施例中的摩擦速度u_*)，z₀是粗糙度长度(奥布霍夫长度L)，k是冯开曼常数，通常取0.4，X代表(z/L)。

具体地，非中性层结的风廓线公式是通过如下过程得到的，由于根据对数率半经验公式计算风廓线为：以此作为CFD数值模拟的边界条件。式中u是风速，z是距地面高度，u₀是摩擦速度，z₀是粗糙度长度，k是冯开曼常数，通常取0.4。在边界层高度、边界层顶部风速、粗糙度长度确定的情况下，摩擦速度可以计算出来。

以上方法仅适用于中性层结。对于非中性层结，即稳定或非稳定层结，需要考虑莫宁-奥布霍夫长度(Monin-ObukhovLength)对风廓线的影响，上式修改为：

$u\left(z\right)=\frac{u_0}{k}\&lsqb;ln\left(\frac{z}{z_0}\right)-{\mathrm{\&Psi;}}_m\left(\frac{z}{L}\right)\&rsqb;,$

其中Ψ_m为经验函数，L为莫宁-奥布霍夫长度。本发明实施例中的L为基于实际检测的气象数据计算得到，从而避免了在国际上主流基于CFD数值模拟的风资源评估技术中，L值通过主观设定赋值所导致的计算不准确的问题。

根据本发明实施例，还提供了一种气象数据的处理装置的实施例，如图3所示，该处理装置包括：第一获取模块20、确定模块40、分组模块60以及统计模块80。

其中，第一获取模块20，用于获取中尺度气象数据，其中，中尺度气象数据是通过对实测数据进行同化和数值模拟得到的。

确定模块40，用于基于中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域，其中，模拟区域包括中尺度气象数据中的多个格点数据。

分组模块60，用于按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合。

统计模块80，用于统计每个格点集合对应的大气边界层参数，其中，大气边界层参数包括：行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度中的至少之一。

采用本发明，在获取到基于实时测量的数据得到的中尺度气象数据后，基于具有测量数据基础的中尺度气象数据的格点分布确定模拟区域，该模拟区域覆盖预进行风资源评估的目标区域，并且模拟区域包括中尺度气象数据中的多个格点数据。然后按照多个格点数据的时间参数和风向参数对多个格点数据进行分组，得到多个格点集合，并统计每个格点集合对应的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度等大气边界层参数。通过上述实施例，由于大气边界层参数是基于实际测量的数据获得的，能够客观的反映目标区域的气象情况，从而解决了获取的边界条件的参数不准确的问题，实现了准确获取大气边界层参数和边界条件的效果。

可选地，确定模块可以包括：确定子模块，用于基于中尺度气象数据的格点分布的地图上确定覆盖目标区域的模拟区域，其中，模拟区域为水平矩形区域，水平矩形区域的边界线与经线或纬线平行。

可选地，分组模块可以包括：计算模块以及设置模块。

其中，计算模块，用于计算每个时间点对应的格点数据的平均风向角度；

设置模块，用于按照平均风向角度将各个时间点对应的格点数据划分至不同的格点集合中，其中，多个格点集合为预设的具有不同风向角度范围的风向扇区。

可选地，格点数据包括至少三个层的气象数据，每层的层格点数据包括层位温参数、层水平风速以及层垂直风速，其中，统计模块可以包括：第二获取模块以及第三获取模块。

其中，第二获取模块，用于基于格点集合中各个格点数据的层位温参数、层水平风速、垂直风速获取格点集合在不同预设时间段的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度。

第三获取模块，用于分别计算每个格点集合的各个预设时间段的行星边界层高度平均值、行星边界层风速平均值和莫宁-奥布霍夫长度平均值，得到各个格点集合的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度。

可选地，第二获取模块可以包括：第一获取子模块、第二获取子模块以及计算子模块。

其中，第一获取子模块，用于获取基于所述格点数据在所述预设时间段的所述层位温参数确定的平均虚拟位温、基于所述格点数据在所述预设时间段的所述层水平风速确定的平均水平风速以及基于所述格点数据在所述预设时间段的所述层垂直风速确定的平均垂直风速。

第二获取子模块，用于基于确定的所述平均虚拟位温和所述平均垂直风速分别获取所述格点数据在所述预设时间段的脉动虚拟位温和脉动垂直位温，并基于所述脉动虚拟位温和所述脉动垂直位温获取所述格点数据在所述预设时间段的摩擦速度和虚拟位温通量。

计算子模块，用于计算所述平均虚拟位温、所述摩擦速度以及所述虚拟位温通量对应的所述莫宁-奥布霍夫长度、计算所述平均水平风速对应的所述行星边界层高度、以及计算所述行星边界层高度和所述平均水平风速对应的所述行星边界层风速。

具体地，本发明涉及一种为CFD风资源模拟生成边界条件所需参量的方法，该方法可以采用如下步骤实现：获取一个完整年的中尺度气象分析数据；按照中尺度的格点分布确定在目标区域CFD数值模拟的模拟区域；对格点按照时间和风向分组；对格点组成的数据集(即格点集合)进行统计与计算，得到为CFD风资源模拟生成边界条件所需参量。

上述方法还可以包括以下步骤：根据中尺度气象分析数据的各格点数据产生物理量的平均量和脉动量的统计方法；根据不同高度格点的平均风速变化计算边界层高度。根据莫宁-奥布霍夫长度的计算方法。

本发明的目的是利用中尺度数值气象分析数据生成具有测量数据依据的参量，用来生成全年适用的边界条件。中尺度气象分析数据是通过对实测数据的同化和数值模拟得到的，更具有客观性。但是，若由于中尺度气象分析数据(即上述实施例中的中尺度气象数据)由不同离散时点的数据组成，不能直接作为国际上主流基于CFD数值模拟的风资源评估技术使用，本发明解决了通过对中尺度气象分析数据进行统计、处理和计算，得到国际上主流基于CFD数值模拟的风资源评估技术所使用的生成边界条件的各个参量。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种气象数据的处理方法，其特征在于，包括：

获取中尺度气象数据，其中，所述中尺度气象数据是通过对实测数据进行同化和数值模拟得到的；

基于所述中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域，其中，所述模拟区域包括所述中尺度气象数据中的多个格点数据；

按照所述多个格点数据的时间参数和风向参数对所述多个格点数据进行分组，得到多个格点集合；

统计每个所述格点集合对应的大气边界层参数，其中，所述大气边界层参数包括：行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度中的至少之一。

2.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，基于所述中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域包括：

基于所述中尺度气象数据的格点分布的地图上确定覆盖所述目标区域的模拟区域，其中，所述模拟区域为水平矩形区域，所述水平矩形区域的边界线与经线或纬线平行。

3.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，按照所述多个格点数据的时间参数和风向参数对所述多个格点数据进行分组，得到多个格点集合包括：

计算每个时间点对应的格点数据的平均风向角度；

按照所述平均风向角度设置各个所述时间点对应的格点数据的集合标识，其中，所述集合标识用于标识所述格点数据的属性数据所属的格点集合，所述格点集合具有属于预设角度范围的平均风向角度。

4.根据权利要求1所述的处理方法，其特征在于，所述格点数据包括至少三个层的气象数据，每层的层格点数据包括层位温参数、层水平风速以及层垂直风速，其中，统计每个所述格点集合对应的大气边界层参数包括：

基于所述格点集合中各个所述格点数据的层位温参数、层水平风速、垂直风速获取各个所述格点集合在不同预设时间段的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度；

分别计算每个所述格点集合的各个所述预设时间段的行星边界层高度平均值、行星边界层风速平均值和莫宁-奥布霍夫长度平均值，得到各个所述格点集合的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度。

5.根据权利要求4所述的处理方法，其特征在于，基于所述格点集合中各个所述格点数据的层位温参数、层水平风速、垂直风速获取所述格点集合在不同预设时间段的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度包括：

获取基于所述格点数据在所述预设时间段的所述层位温参数确定的平均虚拟位温、基于所述格点数据在所述预设时间段的所述层水平风速确定的平均水平风速以及基于所述格点数据在所述预设时间段的所述层垂直风速确定的平均垂直风速；

基于确定的所述平均虚拟位温和所述平均垂直风速分别获取所述格点数据在所述预设时间段的脉动虚拟位温和脉动垂直位温，并基于所述脉动虚拟位温和所述脉动垂直位温获取所述格点数据在所述预设时间段的摩擦速度和虚拟位温通量；

计算所述平均虚拟位温、所述摩擦速度以及所述虚拟位温通量对应的所述莫宁-奥布霍夫长度、计算所述平均水平风速对应的所述行星边界层高度、以及计算所述行星边界层高度和所述平均水平风速对应的所述行星边界层风速。

6.一种气象数据的处理装置，其特征在于，包括：

第一获取模块，用于获取中尺度气象数据，其中，所述中尺度气象数据是通过对实测数据进行同化和数值模拟得到的；

确定模块，用于基于所述中尺度气象数据的格点分布确定与目标区域对应的模拟区域，其中，所述模拟区域包括所述中尺度气象数据中的多个格点数据；

分组模块，用于按照所述多个格点数据的时间参数和风向参数对所述多个格点数据进行分组，得到多个格点集合；

统计模块，用于统计每个所述格点集合对应的大气边界层参数，其中，所述大气边界层参数包括：行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度中的至少之一。

7.根据权利要求6所述的处理装置，其特征在于，所述确定模块包括：

确定子模块，用于基于所述中尺度气象数据的格点分布的地图上确定覆盖所述目标区域的模拟区域，其中，所述模拟区域为水平矩形区域，所述水平矩形区域的边界线与经线或纬线平行。

8.根据权利要求6所述的处理装置，其特征在于，所述分组模块包括：

计算模块，用于计算每个时间点对应的格点数据的平均风向角度；

设置模块，用于按照所述平均风向角度设置各个所述时间点对应的格点数据的集合标识，其中，所述集合标识用于标识所述格点数据的属性数据所属的格点集合，所述格点集合具有属于预设角度范围的平均风向角度。

9.根据权利要求6所述的处理装置，其特征在于，所述格点数据包括至少三个层的气象数据，每层的层格点数据包括层位温参数、层水平风速以及层垂直风速，其中，所述统计模块包括：

第二获取模块，用于基于所述格点集合中各个所述格点数据的层位温参数、层水平风速、垂直风速获取各个所述格点集合在不同预设时间段的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度；

第三获取模块，用于分别计算每个所述格点集合的各个所述预设时间段的行星边界层高度平均值、行星边界层风速平均值和莫宁-奥布霍夫长度平均值，得到各个所述格点集合的行星边界层高度、行星边界层风速和莫宁-奥布霍夫长度。

10.根据权利要求9所述的处理装置，其特征在于，所述第二获取模块包括：

第一获取子模块，用于获取基于所述格点数据在所述预设时间段的所述层位温参数确定的平均虚拟位温、基于所述格点数据在所述预设时间段的所述层水平风速确定的平均水平风速以及基于所述格点数据在所述预设时间段的所述层垂直风速确定的平均垂直风速；

第二获取子模块，用于基于确定的所述平均虚拟位温和所述平均垂直风速分别获取所述格点数据在所述预设时间段的脉动虚拟位温和脉动垂直位温，并基于所述脉动虚拟位温和所述脉动垂直位温获取所述格点数据在所述预设时间段的摩擦速度和虚拟位温通量；

计算子模块，用于计算所述平均虚拟位温、所述摩擦速度以及所述虚拟位温通量对应的所述莫宁-奥布霍夫长度、计算所述平均水平风速对应的所述行星边界层高度、以及计算所述行星边界层高度和所述平均水平风速对应的所述行星边界层风速。