一种地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法、系统及介质

1.一种地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，至少包括如下步骤：S100. 获取并融合多源观测与数值模式输出场数据，识别和判断目标台风是否已在洋面上生成双眼墙结构，若是则执行后续步骤；S200. 获取台风移动路径预报数据，判断双眼墙台风未来是否经过或已经经过岛屿地形影响区域，若是则执行后续步骤；S300. 针对受岛屿地形干扰的双眼墙台风建立数值模拟系统，配置物理参数化方案，并采用高精度地形数据和海表温度场初始化台风涡旋结构；S400. 基于数值模拟结果，计算台风环境垂直风切变矢量的方向和强度，将台风结构划分为四个风切变象限，识别有利于外眼墙重建的优势象限；S500. 识别快速涡丝化时间小于自适应阈值的区域，定位潜在外眼墙形成优势区域，当快速涡丝化集中在下风切变左象限时，确定外眼墙重建候选半径带；S600. 在内外眼墙之间的壕沟区域内检测下沉气流的强度、水平分布范围和时间持续性，当下沉气流覆盖比例及维持时间达到预设条件时，判定为有利于壕沟区域形成和维持的动力学条件；S700. 判断径向平流和垂直平流对内外眼墙区域切向风的增加的贡献，当检测到下风切变左象限以径向或垂直平流增强为主、上风切变左象限以切向平流增强为主且顺风端出现切向急流并导致边界层入流径向速度显著减弱时，判定为由内墙占优向外墙占优的结构转折发生；S800. 对候选外眼墙半径带计算能量增长率EGR，当EGR在预设时窗内保持为正且与对流非对称位相匹配时，预测双眼墙结构能够维持，并根据EGR的数值大小和变化趋势建立维持时长估算模型；S900. 当同时满足快速涡丝化区域在下风切变左象限主导、壕沟下沉环境成立、动量收支呈目标象限组合并出现切向急流触发及候选半径带EGR为正且持续的条件时，输出外眼墙再次形成的判定结果及维持时长区间。 2.根据权利要求1所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，步骤S100中，多源观测数据包括雷达观测资料、卫星观测资料、探空资料和/或地面气象站观测资料，数值模式输出数据场包括全球或区域气象模式的历史模拟或实时预报数据，通过数据融合将不同来源、不同分辨率的数据整合到统一的时空网格上，并采用客观分析方法或变分同化方法，对融合后的数据进行质量控制和误差订正，消除数据冗余和不一致性，建立覆盖台风完整生命周期的数据集。 3.根据权利要求1或2所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，步骤S100中，识别和判断目标台风是否已在洋面上生成双眼墙结构时，仅在台风中心完全位于洋面的时段与区域内，通过分析台风径向风速剖面中是否存在两个明显的风速极值区域，其中内眼墙对应最大风速半径，外眼墙位于内眼墙外侧2~3倍最大风速半径处；同时结合雷达反射率因子或卫星云图分析，检测是否出现内外两个清晰的眼墙环形结构特征，内外眼墙之间存在相对较弱的反射率或云量区域；当径向风速剖面和图像特征均满足双眼墙判别标准时，确认台风具有双眼墙结构。 4.根据权利要求1所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，步骤S200中，进行台风路径与地形影响评估时，首先获取已确认具有双眼墙结构的台风移动路径预报数据，分析台风中心移动轨迹与岛屿地形的空间位置关系，计算台风中心与岛屿地形的最小距离，当预测台风中心距离岛屿海岸线小于200公里或台风外围风圈将覆盖岛屿地形时，判定双眼墙台风未来将受到或已受到显著岛屿地形干扰。 5.根据权利要求1所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，步骤S300中，针对受岛屿地形干扰的双眼墙台风，建立高分辨率三重嵌套网格的数值模拟系统，设置最内层网格分辨率不大于2km，中间层网格分辨率6km，外层网格分辨率18km，最内层网格覆盖台风核心区域及周边300km范围，配置适用于台风精细结构模拟的物理参数化方案，包括微物理方案、积云对流方案和边界层方案，采用高精度地形数据和海表温度场初始化台风涡旋结构，确保能够准确模拟台风与地形相互作用过程。 6.根据权利要求1所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，步骤S400中，基于数值模拟输出的三维风场数据，计算台风环境垂直风切变矢量在200hPa与850hPa之间的方向和强度，以垂直风切变方向为基准建立相对坐标系，将台风周围360°范围划分为四个相对象限，分别为下切变左象限、下切变右象限、上切变左象限和上切变右象限，分析各象限内的动力学和热力学特征差异，至少包括涡度、散度、垂直速度和温度场，识别有利于外眼墙重建的优势象限。 7.根据权利要求1所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，步骤S500中，计算台风内部各高度层的涡度场与应变率张量分布，采用如下快速涡丝化时间判别公式进行量化评估：其中， τ fil 为快速涡丝化时间， S 1 和 S 2 分别为应变率张量的两个特征值， ζ 为相对涡度的垂直分量，识别快速涡丝化时间小于预设阈值三小时的区域，定位潜在的外眼墙形成优势区域，分析其空间分布特征与垂直风切变象限的对应关系，当快速涡丝化区域集中分布在下切变左象限时，预示外眼墙重建可能性较高，确定为外眼墙重建候选半径带。 8.根据权利要求1所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，步骤S600中，基于数值模拟的垂直速度场数据，在台风内外眼墙之间的环形壕沟区域内检测下沉气流的强度、水平分布范围和时间持续性，设定下沉气流强度阈值为-2 m/s，统计满足阈值条件的网格点占壕沟区域总网格点的百分比，当下沉气流覆盖比例持续超过60%且维持时间大于6小时，判定为有利于壕沟区域形成和维持的动力学条件成立。 9.根据权利要求1所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，步骤S700中，在包含壕沟与候选外眼墙半径带的环带内，采用切向风诊断分析方程分别计算径向平流项、垂直平流项、科氏力项和摩擦力项对内外眼墙区域切向风变化的贡献量：其中， u 、 v 、 w 分别为径向风速分量、切向风速分量和垂直速度分量； f 为科氏参数； 为相对涡度的垂直分量； ρ 为空气密度， t 为时间， p 为压力； F λ 表示包含表面摩擦的切向风垂直扩散项； x 、 y 、z分别表示直角坐标系中东西方向、南北方向、高度方向的坐标； r 、 λ 分别表示距台风中心的水平距离、相对于台风中心的角度位置；通过数值差分方法计算各诊断项大小，径向平流项采用中心差分格式计算径向切向风梯度，垂直平流项采用向前差分格式计算垂直切向风梯度，科氏力项基于当地纬度和径向风速直接计算，摩擦力项通过边界层参数化方案获得；在半径15-25km范围的内眼墙区域及半径40-80km范围的候选外眼墙区域分别统计各诊断项的环向平均值和时间演变特征，当外眼墙区域的径向平流项持续为正值且其贡献率超过总切向风倾向的50%，同时垂直平流项贡献率超过20%，科氏力项与径向平流项同号且贡献率大于15%时，判定外眼墙区域具备持续增强的动力学条件；当检测到下风切变左象限以径向或垂直平流增强为主、上风切变左象限以切向平流增强为主且顺风端出现切向急流并导致边界层入流径向速度显著减弱变化时，判定为由内墙占优向外墙占优的结构转折发生。 10.根据权利要求1所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法，其特征在于，步骤S800中，对候选外眼墙半径带计算EGR，建立基于表面焓通量与摩擦耗散平衡的能量收支诊断体系：其中， r i 和 r o 分别为候选外眼墙半径带的内、外边界半径， ρ 为空气密度， ε 为水汽分子量与干空气分子量的比值， 为近地层风速， C k 为焓交换系数， C D 为拖曳系数， 为海表饱和比湿， κ a 为边界层空气比湿， r 为半径；第一积分项表示海表焓通量产能项，第二积分项表示摩擦耗散项；分别计算候选外眼墙半径带中4个不同象限内的EGR分布特征，并在预设时间窗内进行时间平滑与持续性统计；当外眼墙候选半径带的象限化EGR呈与对流非对称位相匹配的正值持续，且其持续时长、幅度均超过基于近时段分位数设定的阈值时，判定该象限对外眼墙维持具有能量学支撑；将正EGR的持续时长与均值幅度、半径带内壕沟宽度与外眼墙宽度之比以及象限间相位一致性联合输入维持时长估算模型，输出外眼墙维持时长区间与可信度；为保证工程一致性，EGR数值积分采用与模式网格一致的有限体积实现，并设置能量收支残差约束以进行质量控制。 11.一种地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测系统，其特征在于，包括多个模块，用于执行权利要求1~10任一项所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法。 12.一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，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1~10任一项所述的地形干扰后台风双眼墙结构再建判定与维持时长的数值模拟预测方法。