(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 202211396203.8 (22)申请日 2022.11.09 (71)申请人 中国人民解 放军国防科技大 学 地址 410073 湖南省长 沙市开福区德雅路 109号 (72)发明人 李昀英　周星旭　张潮　 (74)专利代理 机构 长沙国科天河知识产权代理 有限公司 432 25 专利代理师 赵小龙 (51)Int.Cl. G06F 17/18(2006.01) G06F 16/215(2019.01) G06F 16/2458(2019.01) G01W 1/10(2006.01) G01S 17/95(2006.01) (54)发明名称 一种基于湍流强度和平均风速的对流层低 层阵风计算方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于湍流强度和平均风 速的对流层低层阵风计算方法， 包括如下步骤： 对预报区域进行长时间观测， 得到原始数据集， 并对所述原始数据集进行数据质量控制， 得到优 化数据集； 基于优化数据集计算得到同一时段内 的大气湍流强度序列与阵风系数序列； 根据所述 大气湍流强度序列与所述阵风系数序列， 利用最 小二乘法得到大气湍流强度与阵风系数的相关 关系模型； 对 预报区域的瞬时水平 风速进行连续 观测， 并基于观测值与所述相关关系模型得到未 来数小时内的峰值阵风。 本发明涉及气象预报技 术领域， 在阵风计算过程中同时考虑了大气湍流 强度和平均风速， 实现了对流层低层不同高度上 阵风的精确定量计算， 对气象防灾减灾等工作具 有重要指示 意义。 权利要求书2页 说明书8页 附图2页 CN 115455368 A 2022.12.09 CN 115455368 A 1.一种基于湍流强度和平均风速的对流层低层阵风计算方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： 步骤1， 对预报区域进行长时间观测， 得到原始数据集， 并对所述原始数据集进行数据 质量控制， 得到优化数据集； 步骤2， 基于优化数据集计算得到同一时段内的大气湍流强度 序列与阵风系数序列； 步骤3， 根据所述大气湍流强度序列与所述阵风系数序列， 利用最小二乘法得到大气湍 流强度与阵风系数的相关 关系模型； 步骤4， 对预报区域的瞬时水平风速进行连续观测， 并基于观测值与所述相关关系模型 得到未来 一段时间内的阵风系数； 步骤5， 结合天气预报数值模式输出的平均风与步骤4中得到的阵风系数来计算未来一 段时间内的峰值阵风。 2.根据权利要求1所述的基于湍流强度和平均风速的对流层低层阵风计算方法， 其特 征在于， 步骤1中， 所述对预报区域进行长时间观测， 得到原 始数据集， 具体为： 利用激光测风雷达对预报区域的各高度层连续观测一个月以上得到原始数据集， 其 中， 所述原 始数据集 为预报区域内时间分辨 率为3s、 空间分辨 率为30m的瞬时水平风。 3.根据权利要求2所述的基于湍流强度和平均风速的对流层低层阵风计算方法， 其特 征在于， 步骤1中， 所述得到优化数据集的具体过程 为： 将原始数据集中的瞬时水平风分解到纬向和径向两个方向， 并分别记为u和v； 采用孤立森林算法对每个高度层上的u和v进行单独的机器学习， 剔除0.15%的孤立数 据， 即得到所述优化数据集。 4.根据权利要求2或3所述的基于湍流强度和平均风速的对流层低层阵风计算方法， 其 特征在于， 步骤2中， 所述基于优化数据集计算得到同一时段内的大气湍流 强度序列与阵风 系数序列， 具体为： 将优化数据集中的瞬时水平风按时间序列分成若干子数据集， 其中， 每个子数据集中 具有一连续时段内的所有瞬时水平风； 计算每个子数据集中瞬时水平风的平均风速与风速标准差； 基于平均风速与风速标准差计算各子数据集对应的大气湍流强度， 为： 式中， 为大气湍流强度， 为风速标准差， 为平均风速； 基于各子数据集中的最大瞬时水平风与对应的大气湍流强度， 得到各子数据集对应的 阵风系数， 为： 式中， 为阵风系数， 为最大瞬时水平风； 将每个子数据集对应的大气湍流强度、 阵风系数按 同一时间顺序排列， 即得到同一时 段内的大气湍流强度 序列与阵风系数序列。 5.根据权利要求4所述的基于湍流强度和平均风速的对流层低层阵风计算方法， 其特 征在于， 所述平均风速具体为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115455368 A 2式中， 为子数据集中的第 个瞬时水平风， 为子数据集中瞬时水平风的数量； 所述风速标准差具体为： 式中， 为子数据集中瞬时水平风的第 个滑动平均风速， 为子数据集中滑动 平均风 速的数量； 其中， 滑动平均风速具体为每5s~10s的滑动平均风速 。 6.根据权利要求1或2或3所述的基于湍流强度和平均风速的对流层低层阵风计算方 法， 其特征在于， 步骤3中， 在利用最小二乘法得到大气湍流强度与阵风系数 的相关关系模 型的过程中， 以高度400m与高度 1200m为界限对大气湍流强度与阵风系数之间的相关关系 区域分别进行拟合， 即所述相关 关系模型为： 式中， 和 分别为相关关系模型中的大气湍流强度与阵风系数， 、 为大气湍流强 度与阵风系数在高度400m以下的相关关系值， 、 为大气湍流强度与阵风系数在高度 400m~1200m的相关关系值， 、 为大气湍流强度与阵风系数在高度1200m以上的相关关系 值， 为高度。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115455368 A 3