一种台风灾害预测方法、装置及存储介质

技术领域

本发明涉及计算流体力学(CFD)技术在风工程和风力发电领域的工程应用，特别涉及一种台风灾害预测方法、装置及存储介质。

背景技术

利用计算流体力学(CFD)方法进行微尺度大气边界层流动仿真计算在风工程、风力发电特别是复杂地形地区风资源分析领域的应用比较普遍，是风电场微观选址所采用的主要技术手段。对于风电场风资源分析，大气边界层的CFD仿真计算需要考虑多个不同的风向或扇形区域，一般采用16～32个扇形区域，每个扇形区域的风向用扇形区域中心风向表示。通常选取的计算域为包括风电场在内、水平投影为矩形的区域，矩形的边长为数公里至数十公里。如图1A所示，计算域是空气流动的空间区域，计算域的底面是地形曲面，四个侧面均是垂直平面，顶面是水平平面。微尺度大气边界层流动计算假设选取的计算域周边是平坦地形，计算域入口的来流条件是平坦地形的来流，大气边界层来流即可以是任意风向的，也可以只考虑不同扇区的风向，对于特定扇形区域的风向，计算域入口的风向是一致的，不需要考虑风向沿高度的变化，只需要考虑风速沿高度的变化。如图1B所示，图中的图形边界实际上是计算域边界的垂直平面，在一般大气边界层来流条件下，来流的风向是确定的，不随高度变化，在来流风向不垂直于某个侧面的条件下，总有两个侧面是入口(大气流入计算域的界面)，相对的两个侧面是出口(大气流出计算域的界面)。对于任意来流风向，都是选择上游的两个侧面为入口，下游的两个侧面是出口，边界条件属性(流动入口或出口)易于设置。

但是在台风大气边界层微尺度CFD仿真计算中，上述边界条件设置方式会遇到问题。台风是一种热带气旋，其影响范围通常在方圆数百公里。风电场尺度的台风大气边界层CFD仿真计算是以台风过境为背景天气过程的微尺度流场计算。在我国东南沿海地区经常有台风登陆，是一种极具破坏力的天气系统和典型的灾害性天气过程，当然，未达到破坏级别的台风也可以是很好的发电资源。在风工程和风力发电领域，利用CFD仿真技术对台风过境复杂地形区域的大气边界层流动进行计算，对于建筑、设施、风电机组等的安全性评价和设计优化具有重要意义。台风大气边界层流动和一般风资源计算所考虑的大气边界层流动有显著的不同，特别是近地台风中心低压区具有很强的内吸作用，内吸作用的强度随高度变化，因此即使平坦地形或海面的条件下，风电场计算域边界的台风大气边界层来流不仅需要考虑风速沿高度的变化，也需要考虑风向沿高度的变化。在工程上关注的高度范围内台风大气边界层内不仅风速沿高度变化，风向沿高度也有显著的变化，计算模型和实测数据表明，在500米高度范围内，风向的变化可能达到30度，在1000米高度范围内，风向的变化可能达到45度，图1C显示了风向沿高度的变化。由于采用一般风电场流场CFD仿真计算的计算域水平矩形投影，在来流沿高度变化的情况下，计算域边界属性设置容易引起歧义，如图1D所示，计算域垂直边界平面的外法线方向分别指向东、南、西、北方向，其中东侧界面是纯入流，西部侧面是纯出流，北侧界面顶部是入流、底部是出流，南侧界面顶部是出流，底部是入流，如果仍然采用普通大气边界层来流的方式设置风电场流场CFD仿真计算域的入口和出口边界条件，则可能出现在同一侧面的不同高度处同时出现流入、流出的流动条件，难以按照入口或出口设置边界条件。计算域内的流场主要是由入口边界的流动条件确定的，入口边界有流出不利于CFD计算过程的收敛，也可能导致无法得到合理的结果。

发明内容

本方案的一个目的在于提供一种台风灾害预测方法，该方法通过对登陆台风过境风电场时大气边界层微尺度CFD仿真计算的计算域构造和垂直边界的属性设置，精确预报风电机组点位的风速风向，从而评价风电机组受到台风损害的风险。

本方案的第二个目的是提供一种台风灾害预测装置。

本方案的第三个目的是提供一种可读存储介质。

为达到上述目的，本方案如下：

一种台风灾害预测方法，该方法包括：

基于目标风电场及周边区域的地形高程数据及风电场中目标风电机组的位置坐标数据及台风来流的风向中心值确定进行CFD仿真计算的计算域；

基于已经确定的计算域进行台风CFD仿真计算，并基于计算结果对台风灾害进行评估；

所述进行CFD仿真计算的计算域的底面为计算域地形，顶面为计算域地形在其上方高于台风大气边界层厚度的水平面上的投影，侧面是四个垂直平面。

优选的，该方法进一步包括：

在所述目标风电场中基于所述目标风电机组的位置选择进行CFD仿真计算且水平投影为矩形的基础地形区域及选择多个水平投影为矩形的参考地形区域；

基于所述基础地形区域得到第一类计算域矩形，基于所述参考地形区域得到第二类计算域矩形；

基于所述第一类计算域矩形及获取的地形高程数据获得第一类计算域，基于所述第二类计算域矩形及获取的地形高程数据获得第二类计算域；

其中，所述基础地形区域经水平投影得到的矩形为基础矩形，所述基础矩形的中心线为东西和南北方向；

所述参考地形区域经水平投影后所得的矩形为参考矩形，所述参考矩形的两条中心线与所述基础矩形两条中心线具有一定角度的夹角。

优选的，将所述基础矩形的边界按照基础预设距离平行外延得到第一类计算域矩形；

将所述参考矩形的边界按照参考预设距离平行外延得到包括所述基础矩形在内的第二类计算域矩形。

优选的，该方法进一步包括：

以基础地形区域水平投影所得的矩形的中心为圆心，将围绕圆心的圆周空间区域分为角度相等的扇形空间区域；

基于台风来流的风向中心值选择与所述台风来流风向对应的扇形空间区域；

基于选择的扇形空间区域确定进行CFD仿真计算的第一类计算域和所述第二类计算域。

优选的，对所述扇形空间区域按顺时针的方向依次编号，所述编号为连续的正整数。

优选的，当所述基础地形区域和所述参考地形区域的区域数量总和为N，所述扇形空间区域的数量为4N，其中，N为2至8的正整数。

优选的，当所述计算域为多个时，每个计算域经水平投影得到的计算域矩形的两条中心线与相邻的计算域矩形的两条中心线之间的夹角皆为360/4N度，其中N为2至8的正整数。

优选的，在所述目标风电场中基于所述目标风电机组的位置选择进行CFD仿真计算且水平投影为矩形的基础地形区域，同时选择1个水平投影为矩形的参考地形区域；

基于所述基础地形区域得到的第一类计算域矩形为第一计算域矩形；基于第一类计算域矩形得到的第一类计算域为第一计算域；

基于所述参考地形区域得到的第二类计算域矩形为第二计算域矩形，基于第二类计算域矩形得到的第二类计算域为第二计算域；

所述第二计算域矩形的两条中心线与所述第一计算域矩形的两条中心线具有45°的夹角；

以基础地形区域水平投影所得的矩形的中心为圆心，将围绕圆心的圆周空间区域分为角度相等的8个扇形空间区域；

基于台风来流的风向中心值选择与所述台风来流风向对应的扇形空间区域；

当所述台风来流的风向中心值对应的扇形空间区域的编号为双数时，进行CFD仿真计算的计算域为第一计算域；

当所述台风来流的风向中心值对应的扇形空间区域的编号为单数时，进行CFD仿真计算的计算域为第二计算域。

第二方面，本申请提供一种台风灾害预测装置，该装置包括：

数据获取单元，用于获取包括目标风电场及周边区域的地形数据及风电场中目标风电机组的位置坐标数据及台风来流的风向数据；

数据分析单元，基于获取的目标风电场及周边区域的地形高程数据及风电场中目标风电机组的位置坐标数据及台风来流的风向中心值确定进行CFD仿真计算的计算域；

基于已经确定的计算域进行台风CFD仿真计算，并基于计算结果对台风灾害进行评估；

所述进行CFD仿真计算的计算域的底面为计算域地形，顶面为计算域地形在其上方高于台风大气边界层厚度的水平面上的投影，侧面是四个垂直平面。

第三方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上述权利要求任一项所述方法的步骤。

本方案的有益效果如下：

本发明提供了一种台风灾害预测方法，通过对登陆台风过境风电场时大气边界层微尺度CFD仿真计算的计算域构造和垂直边界的属性设置，在获取地形高程测绘数据和中尺度台风气象模式预报数据或台风测量数据的基础上，通过设置N个水平投影为矩形的计算域(简称矩形计算域)，对于任意一种考虑风向沿高度变化的台风来流风况，可以实现在台风来流风向沿高度变化在90°×(1-1/N)以内的条件下，总有一个矩形计算域满足有两个相邻侧面是纯入流、另两个相对的侧面是纯出流，解决了单个矩形计算域在来流沿风向变化时可能无法合理设置计算域侧面边界条件的问题，同时确保了多个计算域地形的核心关注区完全相同，核心关注区的流场分析不受所用计算域的影响。矩形计算域的数量N通常为2～8，最常用的情况为N＝2。

附图说明

为了更清楚地说明本方案的实施，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本方案的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A为一般风电场流场CFD仿真采用的计算域和普通大气边界层来流的示意图；

图1B为一般风电场流场CFD仿真采用的计算域的俯视图；

图1C为一般风电场流场CFD仿真采用的计算域和台风边界层来流的示意图；

图1D为采用一般风电场流场CFD仿真的计算域水平矩形投影，在来流沿高度变化的情况下，计算域边界属性设置引起歧义的示意图

图2为台风灾害预测方法流程图；

图3为台风灾害预测装置示意图；

图4A为风电场流场CFD仿真计算域采用双矩形计算域进行灾害预测的流程图；

图4B为风电场流场CFD仿真计算域的双矩形计算域地形的矩形水平投影和基础地形区域的矩形水平投影的关系示意图；

图4C为台风边界层来流条件下风电场流场CFD仿真计算域的选取方法示意图；

图5为台风风向中心值所属扇区的示意图；

图6为基础矩形和第一计算域矩形选取方式示意图；

图7为参考矩形、第二计算域矩形和全部地形区域矩形选取方式示意图；

图8为台风风向中心值为351°、10°和20°时的风向示意图；

图9为风电机组或其他关注点坐标、基础矩形P、基础矩形中心点C、第一计算域矩形G和第二计算域矩形Q之间的关系示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本方案的实施方式作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅是本方案的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本方案中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)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，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。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、系统、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。

本申请的发明人经研究发现，台风大气边界层流动和一般风资源计算所考虑的大气边界层流动有显著的不同，特别是近地台风中心低压区具有很强的内吸作用，内吸作用的强度随高度变化，因此即使平坦地形或海面的条件下，风电场计算域边界的台风大气边界层来流不仅需要考虑风速沿高度的变化，也需要考虑风向沿高度的变化。

因此，本申请的发明人提出在关注地形区域的基础上构造进行CFD仿真计算的计算域，构造的计算域的底面为水平投影为矩形的计算域地形，计算域的顶面为计算域地形在其上方高于台风大气边界层厚度的水平面上的投影，计算域的侧面是四个垂直平面。构造的计算域在地面上的水平投影、选取的计算域地形在地面上的水平投影以及计算域顶面在地面上的水平投影相同。本方案中除特别说明，所说的水平投影为在地面水平面上的正投影。

本方案为克服单个矩形计算域的不足，采用同时构造多个计算域进行仿真计算，并基于多个计算域的仿真计算的结果，对台风灾害进行预测和评估。

如图2A和图2B所示，一种台风灾害预测方法，包括如下步骤：

S100基于目标风电场及周边区域的地形高程数据及风电场中目标风电机组的位置坐标数据及台风来流的风向中心值确定进行CFD仿真计算的计算域；

其中进行CFD仿真计算的计算域的底面为计算域地形，顶面为计算域地形在其上方高于台风大气边界层厚度的水平面上的投影，侧面是四个垂直平面。S100进一步包括：

S111在所述目标风电场中基于所述目标风电机组的位置选择进行CFD仿真计算且水平投影为矩形的基础地形区域及选择多个水平投影为矩形的参考地形区域；

本方案中，选择的基础地形区域只有1个，参考地形区域可以选择多个；

S112基于所述基础地形区域得到第一类计算域矩形，基于所述参考地形区域得到第二类计算域矩形；

进一步的，将所述基础矩形的边界按照基础预设距离平行外延得到第一类计算域矩形；将所述参考矩形的边界按照参考预设距离平行外延得到包括所述基础矩形在内的第二类计算域矩形；

S113基于所述第一类计算域矩形及获取的地形高程数据获得第一类计算域，基于所述第二类计算域矩形及获取的地形高程数据获得第二类计算域；

其中，基础地形区域经水平投影得到的矩形为基础矩形，基础矩形的中心线为东西和南北方向；

参考地形区域经水平投影后所得的矩形为参考矩形，参考矩形的两条中心线与基础矩形两条中心线具有一定角度的夹角。

S114以基础地形区域水平投影所得的矩形的中心为圆心，将围绕圆心的圆周空间区域分为角度相等的扇形空间区域；

基于台风来流的风向中心值选择与所述台风来流风向对应的扇形空间区域；

基于选择的扇形空间区域确定进行CFD仿真计算的计算域；

所述计算域包括所述第一类计算域和所述第二类计算域。

在步骤S114中，对所述扇形空间区域按顺时针的方向依次编号，所述编号为连续的正整数；每个所述扇形空间区域的角平分线的方向具有相同的测量基准。

当所述基础地形区域和所述参考地形区域的区域数量总和为N，所述扇形空间区域的数量为4N，N为2至8的正整数。

当所述计算域为多个时，每个计算域经水平投影得到的计算域矩形的两条中心线与相邻的计算域矩形的两条中心线之间的夹角皆为360/4N度，其中N为2至8的正整数。

S200基于已经确定的计算域进行台风CFD仿真计算，并基于计算结果对台风灾害进行评估。

下面结合附图进一步说明本方法，以采用两个计算域为例进行说明。如果计划同时构造两个计算域，则这两个计算域的水平投影所得的矩形的各自的中心线与另一个矩形的中心线之间的夹角为45°。在台风来流风向沿高度变化在45°(极限值)以内的情况下，对于任意一种风向沿高度变化的台风来流风况，总有一个矩形计算域满足有两个相邻侧面是纯入流、另两个相对的侧面是纯出流，解决了单个矩形计算域在来流风向沿高度变化时可能无法合理设置计算域侧面边界条件的问题，同时确保了两个计算域地形的核心关注区完全相同，核心关注区的流场分析不受所用矩形计算域的影响。

在一种实施方式中，首先需要获得包括风电场在内的区域的较大范围(如全国或全球)的地形高程数据，这些数据可以通过卫星测绘或现场测绘的方式获取；获取的地形数据的水平分辨率应达到30m；对于单个确定的风电场流场计算，也可以只获取包括目标风电场及周边区域的地形数据，地形数据边界距离风电场的边界在10km以上；其次获得目标风电场中目标风电机组的位置坐标数据，目标风电场位置坐标是确定风电场范围的依据，目标风电机组的位置坐标是台风CFD流场计算所关注的目标；目标风电场和目标风电机组的位置坐标用经纬度表示。

在风电场尺度的地形范围内在已知目标风电机组的经纬度位置坐标和轮毂高度，或其它需要关注的地点，如测风塔或其他建筑物的位置的经纬度坐标的基础上，选择进行CFD仿真计算的基础地形区域。在选择基础地形区域后，确定参考地形区域，并基于选择的基础地形区域和参考地形区域确定第一计算域矩形和第二计算域矩形；同时基于中尺度台风预报模式(Weather Research and Forecasting Model，WRF模式)对风电场区域范围内某一水平输出节点给出的预报数据或在风电场范围内的测量数据选择进行CFD仿真计算的第一计算域和第二计算域。本方案中基于中尺度台风预报模式对风电场区域范围内某一水平输出节点给出的预报数据或在风电场范围内的测量数据都是沿一条垂直于水平面的直线上的多个离散空间点的风速和风向数据，计算这些离散空间点的风向中心值和风向变化范围；

被选为基础地形区域需满足该地形区域的水平投影是中心线为东西或南北方向的矩形，基础地形区域经水平投影后得到的矩形为基础矩形P，基础矩形P的中心线与风电场当地的经纬度线重合，为沿南北、东西方向延伸的线。基础矩形P对应的地形区域是风电场流场计算的核心关注区域。

在选取基础地形区域后，在风电场范围内再选取一个参考地形区域，参考地形区域经水平投影后形成的矩形称为参考矩形A，通过基础矩形P的中心点C做两条直线line1和line2，将line1向北平移到所有风电机组和关注点都在直线的东南侧；将line1向南平移到所有风电机组和关注点都在直线的西北侧；将line2向北平移到所有风电机组和关注点都住直线西南侧；将line2向南平移到所有风电机组和关注点都在直线的东北侧。平移之后四条直线围成的区域为参考矩形A。作为一种优选的实施方式，参考矩形A的中心线与风电场所在地的经纬度线，即与南北方向或东西方向分别成45°夹角。

如图4B和图4C所示，按照基础预设距离，将基础矩形P的边界平行外延得到第一计算域矩形G。将参考矩形A的边界向外延伸，延伸的距离大于等于参考预设距离，并且延伸后形成的矩形至少包括基础矩形P，则延伸后的矩形为第二计算域矩形Q。在风电场范围内选取水平投影为矩形的地形区域，这个地形区域的水平投影称为全部地形区域矩形，全部地形区域矩形是以基础矩形P的中心点C为中心、中心线与基础矩形P的中心线重合且包含第一计算域矩形和第二计算域矩形的最小矩形。基础预设距离包括东西方向外延距离δ

当采用两个计算域时，两个计算域一个是由根据基础地形区域得到的第一计算域，另一个是根据参考地形区域得到的第二计算域，计算域的总数为2，如图5所示，则将风向划分为8个扇形空间区域，8个扇形空间区域按顺时针的方向依次编号，以正北方向的扇形空间区域的编号为1。每个扇形空间区域的圆心角度为45°，扇形空间区域1至扇形空间区域8的角平分线的方向分别为0°、45°、90°、135°、180°、225°、270°、315°。这里的扇形空间区域角平分线的方向与台风来流的风向中心值对应的方向基准一致，如台风来流的风向中心值对应的方向为正北方向，则该台风来流的风向中心值对应的方向为0°，如台风来流的风向中心值对应的方向为正东方向，则该台风来流的风向中心值对应的方向为90°。对于一个具体的台风来流边界条件，根据风向沿高度的变化范围得到台风来流的风向中心值对应的方向，台风来流的风向中心值对应的方向是台风来流风向变化范围所形成的角度的角平分线的方向。例如，以正北方向为0°，如果台风来流的风向变化范围是10°到18°，则台风来流的风向中心值对应的是14°。如果台风来流风向的变化范围是358°到12°，则台风来流风向中心值对应的是5°。测得风向中心值后，按照风向中心值选择对应的扇形空间区域，例如，如果台风来流的风向中心值在67.5°～112.5°之间，则对应编号为3的扇形空间区域。对于风向中心值属于单数扇形空间区域的情况，使用以第二计算域矩形Q为底面的第二计算域；对于风向中心值属于双数扇形空间区域的情况，使用以第一计算域矩形G为底面的第一计算域。选择计算域还可以按下述方法进行：根据台风来流的风向中心值选择扇形空间区域，基于选择的扇形空间区域确定计算域，包括1.确定台风来流的风向中心值；2.选择扇形空间区域；3.根据计算域矩形的顶角所指的方向与扇形空间区域角平分线的方向的关系确定计算域；如在采用两个计算域时，台风来流的风向中心值在67.5°～112.5°之间，则对应编号为3的扇形空间区域；而第二计算域对应的第二计算域矩形Q的顶角所指的方向分别为0°、90°、180°和270°，第二计算域矩形Q的顶角所指的方向分别与编号为1、编号为3、编号为5和编号为7的扇形空间区域对应，台风来流的风向中心值的方向与第二计算域矩形Q的顶角所指的90°方向都在编号为3的扇形空间区域，而编号为3的扇形空间区域对应的计算域是第二计算域，因此，基于该台风来流的风向中心值选择的计算域为第二计算域。如有多个计算域，即有多个参考地形区域时，可根据上述的方法确定进行CFD仿真计算的计算域。

计算域垂直边界的入口或出口边界条件依据风向中心值来确定。如图4C所示，来流条件1的风向中心值属于第2扇区，使用第一计算域矩形G为底面的第一计算域，第一计算域的北侧、东侧垂直界面为流入边界，第一计算域的南侧、西侧垂直界面为流出边界。来流条件2的风向中心值属于第3扇区，使用第二计算域矩形为底面的第二计算域，第二计算域的东北、东南侧面为流入边界，第二计算域的西北、西南边界为流出边界。

在一个改进的实施方式中，本申请的方法可以叠加使用。例如，可以在关注地形区域的基础上使用4个矩形计算域，每个计算域水平投影形成的矩形的两条中心线与相邻矩形的两条中心线之间的夹角皆为22.5°，可将风向分为16个扇形区域，每一个矩形计算域对应一个台风边界层来流风向中心值属于其中4个扇形区域的情况。此时允许台风边界层来流沿高度变化范围的理想极限值是67.5°。

在使用两个矩形计算域的情况下，本申请的方法允许台风边界层来流沿高度变化范围的理想极限值是45°。实际上由于台风水平风向的变化，可允许的垂直风向变化范围会有所降低，具体降低的幅度和台风中心与风电场计算域的相对位置有关。对于工程上关注的风速范围，实地测量和理论模型都表明，500m高度以内台风边界层流动风向沿高度的变化范围在30°以内，因此本申请的方法可以满足一般台风边界层CFD计算的需要。如果需要扩大允许风向变化的范围，可以叠加使用本申请的方法。

边界条件属性的设置是风电场尺度的台风大气边界层微尺度CFD仿真计算的必要环节和技术，本申请的方法为实现计算域边界属性合理设置提供了实用的解决方案，易于编程实现。

如图3所示，本方案还提供一种台风灾害预测装置1，包括：

数据获取单元10，用于获取包括目标风电场及周边区域的地形数据及风电场中目标风电机组的位置坐标数据及台风来流的风向数据；

数据分析单元20，基于获取的目标风电场及周边区域的地形高程数据及风电场中目标风电机组的位置坐标数据及台风来流的风向中心值确定进行CFD仿真计算的计算域；

基于已经确定的计算域进行台风CFD仿真计算，并基于计算结果对台风灾害进行评估；

所述进行CFD仿真计算的计算域的底面为计算域地形，顶面为计算域地形在其上方高于台风大气边界层厚度的水平面上的投影，侧面是四个垂直平面。

本实施方式进一步提供一种计算机可读存储介质。该计算机可读存储介质用于实现上述识别方法的程序产品，其可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在设备，例如个人电脑上运行。然而，本实施例中的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

计算机可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本方案操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言-诸如JAvA、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言-诸如"C"语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

为了使本申请的目的和技术方案更加清晰和便于理解，以下结合具体实施例，对本申请进行进一步的详细说明。

步骤一：数据准备

首先获取包括风电场区域的地形高程数据，如全国或全球陆地的数字地形高程数据库，或测绘地形数据。对于风电场或其它需要考察台风过境影响的地区，要获取该地区内风电机组或其它关注目标(如建筑、桥梁等)的经纬度坐标和UTM坐标，以及中尺度台风预报模式数据中关于该地区的数据或该地区的某一地点的测风数据。为了叙述方便，后面的叙述中关注目标只说风电机组，第i台风电机组用Wti表示。风电场是包括所有风电机组的地形区域。根据风电场周围地形的实际情况，确定计算域边界和风电机组的最小距离，通常可以选择1～5km。用δ

图6中的圆点为风电场内风电机组的水平投影。基础矩形P的中心线和边分别为正南正北方向和正东正西方向，分别与风电场所在地的经度线和纬度线重合。基础矩形P是包括所有风电机组的最小矩形区域。风电场内的流场需要考虑基础矩形P周边地形的影响，在基础矩形P的基础上，将边界向东、向西延伸距离δ

步骤二：确定关注区域对应的基础矩形P

以风电机组为例，参见图6，根据风电机组的坐标，可以确定基础矩形P，矩形区域的中心点用C(★)表示，4个顶点分别用P

P

P

P

P

C(plat，plon)，

直角坐标系坐标采用如下规定：从西向东的水平方向为x轴，由南向北的水平方向为y轴，垂直方向为z轴。基础矩形P的4个顶点和中心点的z坐标为0表示该点是实际地形上地表一点在水平面的投影。

步骤三：确定第一计算域对应的第一计算域矩形G。

参见图6，在基础矩形P的基础上向东西分别扩展δ

第一计算域矩形G的边长分别为L

步骤四：确定参考矩形A

4.1参见图7。首先，通过中心点C做两条斜率分别为1和-1的直线line

line

line

4.2计算位于line

y

位于line

d

风电机组位于line

y

位于line

d

4.3计算位于line

y

位于line

d

风电机组位于line

y

位于line

d

4.4计算参考矩形A的4条边界线。

将直线line

A

将直线line

A

将直线line

A

将直线line

A

步骤五：确定第二计算域对应的第二计算域矩形Q

5.1参考矩形A是包括所有风电机组的最小矩形区域，实际计算域需要外延一定距离。根据指定的外延距离δ

5.2分别计算基础矩形P的4个顶点到直线line

点P

d

点P

d

点P

d

点P

d

5.3确定参考矩形A的边界沿坐标轴y的外延距离，确保外延距离不小于δ

边界线A

边界线A

边界线A

边界线A

5.4参见图7，确定第二计算域矩形Q。将参考矩形A的边界按照5.3所述的距离外延，得到第二计算域矩形Q的4条边界线为：

line

line

line

line

第二计算域矩形Q的4个顶点的坐标分别为：

步骤六：确定需要的地形数据范围

读取的地形数据必须包括第一计算域矩形G和第二计算域矩形Q。参见图7。选择一个以C点为中心、边长分别与坐标轴平行的矩形区域T，矩形区域T的边长分别为L

L

＝max((d

L

＝max((d

矩形区域T的4个顶点坐标分别为：

步骤七：确定计算域垂直边界的属性。

第一计算域矩形G和第二计算域矩形Q是计算域边界在水平面的投影，实际的计算域侧边界是垂直的平面，这里用矩形区域的边来指代相应的计算域垂直边界界面。根据台风边界层来流风向中心值的不同，选择第一计算域矩形G对应的第一计算域或第二计算域矩形Q对应的第二计算域作为计算域。这两个计算域都包含基础矩形P，基础矩形P是台风流场分析的关注区域。

7.1计算台风边界层来流风向中心值

台风边界层来流条件可能来自于风电场区域内某一点测风装置的实际测量或中尺度台风预报模式的数据输出，用沿垂直高度分布的离散空间点的风速、风向表示，空间点的数量用M表示，第i个空间点的风向为α

α

α

如果α

式中α′

α

参见图8，区分以下两种情况：

(1)α

(2)α

对于有效的台风边界层来流条件，α

7.2确定计算域垂直边界的属性

参见图5和图9，根据来流风向中心值的范围，选择第一计算域或第二计算域，设置相应的边界条件类型。

α

22.5°≤α

67.5°≤α

112.5°≤α

157.5°≤α

202.5°≤α

247.5°≤α

292.5°≤α

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。