一种全天候通用热气候指数计算方法、装置及设备与流程

本发明涉及气象遥感，尤其是涉及一种全天候通用热气候指数计算方法、装置及终端设备。

背景技术：

1、目前，随着人们对于热舒适度的需求提高，热舒适度的研究场景逐渐从室内场景发展至户外场景，热舒适度的研究对于室内小气候的控制、建筑设计、景区设计以及城市环境改善均具有重要的指导意义，其中，通用热气候指数是针对户外气候条件的热舒适度评价指标。在现有技术中，通用热气候指数通常通过点式小气候监测的方式进行计算，或者使用如envi-mat等工具模拟社区、街区级别的区域空间连续分布的通用热气候指数，其数据获取的分辨率可达到小时级别，但时间跨度相对较短，通常在几天之内，无法同时兼具较高的空间分辨率和时间分辨率，计算精度较低。

技术实现思路

1、本发明提供一种全天候通用热气候指数计算方法、装置及设备，通过利用modis卫星遥感数据、era5再分析数据和可调节的人体参数能够实现大范围区域的全天候通用热气候指数计算，同时兼具较高的空间分辨率和时间分辨率，计算精度高。

2、为了解决上述技术问题，本发明实施例第一方面提供一种全天候通用热气候指数计算方法，包括如下步骤：

3、基于modis卫星遥感数据，获取目标区域的气温廓线数据、地表气压数据和地表温度，并根据所述气温廓线数据、所述地表气压数据和所述地表温度，计算所述目标区域的全天候近地表气温；

4、基于所述modis卫星遥感数据，获取所述目标区域的露点温度廓线数据，根据所述露点温度廓线数据、所述地表气压数据和所述地表温度，计算所述目标区域的全天候近地表露点温度，并根据所述全天候近地表露点温度，确定所述目标区域的全天候近地表水汽压；

5、基于era5再分析数据，计算所述目标区域的近地表10米风速，并根据所述近地表10米风速计算所述目标区域的近地表2米风速；

6、根据所述全天候近地表气温、所述地表气压数据、预设的空气发射率、地面发射率和斯忒藩-玻耳兹曼常数，计算所述目标区域的大气辐射和地面辐射，并根据所述大气辐射、所述地面辐射和预设的人体表面发射率，获得人体吸收长波辐射；

7、根据所述全天候近地表气温、所述地表气压数据、所述近地表2米风速和预设的人体移动速度，计算对流传热系数和衣物导热系数，并根据所述对流传热系数、所述衣物导热系数、所述全天候近地表气温、所述斯忒藩-玻耳兹曼常数、所述人体吸收长波辐射、预设的发射率系数、从所述modis卫星遥感数据获取的太阳高度角和云量，利用solalt模型获得人体吸收短波辐射；

8、根据所述人体吸收长波辐射、所述人体吸收短波辐射、所述人体表面发射率和所述斯忒藩-玻耳兹曼常数，利用menex模型获得所述目标区域的辐射温度；

9、根据所述全天候近地表气温、所述全天候近地表水汽压、所述近地表10米风速和所述辐射温度，利用utci模型获得所述目标区域的全天候通用热气候指数，以利用所述全天候通用热气候指数进行所述目标区域的热舒适度评价。

10、作为优选方案，所述根据所述气温廓线数据、所述地表气压数据和所述地表温度，计算所述目标区域的全天候近地表气温，具体包括如下步骤：

11、根据所述气温廓线数据和所述地表气压数据，计算所述目标区域的晴天近地表气温；

12、基于预设的所述晴天近地表气温与所述地表温度之间的第一统计关系式：ta_sun＝a1*ts+b1，对所述第一统计关系式进行求解，获得第一统计系数和第二统计系数；其中，ta_sun表示所述晴天近地表气温，a1表示所述第一统计系数，ts表示所述地表温度，b1表示所述第二统计系数；

13、根据所述地表温度、所述第一统计系数和所述第二统计系数，计算所述目标区域的云覆盖像元近地表气温；

14、将所述晴天近地表气温与所述云覆盖像元近地表气温进行合并处理，获得所述目标区域的全天候近地表气温。

15、作为优选方案，所述根据所述露点温度廓线数据、所述地表气压数据和所述地表温度，计算所述目标区域的全天候近地表露点温度，具体包括如下步骤：

16、根据所述露点温度廓线数据和所述地表气压数据，计算所述目标区域的晴天近地表露点温度；

17、基于预设的所述晴天近地表露点温度与所述地表温度之间的第二统计关系式：td_sun＝a2*ts+b2，对所述第二统计关系式进行求解，获得第三统计系数和第四统计系数；其中，td_sun表示所述晴天近地表露点温度，a2表示所述第三统计系数，ts表示所述地表温度，b2表示所述第四统计系数；

18、根据所述地表温度、所述第三统计系数和所述第四统计系数，计算所述目标区域的云覆盖像元近地表露点气温；

19、将所述晴天近地表露点温度和所述云覆盖像元近地表露点气温进行合并处理，获得所述目标区域的全天候近地表露点温度。

20、作为优选方案，所述根据所述全天候近地表露点温度，确定所述目标区域的全天候近地表水汽压，具体包括如下步骤：

21、根据所述全天候近地表露点温度，通过如下表达式确定所述目标区域的全天候近地表水汽压：

22、

23、其中，vp表示所述全天候近地表水汽压，td表示所述全天候近地表露点温度。

24、作为优选方案，所述基于预设的era5再分析数据，计算所述目标区域的近地表10米风速，并根据所述近地表10米风速计算所述目标区域的近地表2米风速，具体包括如下步骤：

25、基于所述era5再分析数据，通过如下表达式计算所述目标区域的近地表10米风速：

26、

27、其中，v10表示所述近地表10米风速，v10和u10分别表示从所述era5再分析数据获取的10米北风风量和10米东风风量；

28、根据所述近地表10米风速，通过如下表达式计算所述目标区域的近地表2米风速：

29、v2＝0.667*v10

30、其中，v2表示所述近地表2米风速。

31、作为优选方案，所述根据所述全天候近地表气温、所述地表气压数据、预设的空气发射率、地面发射率和斯忒藩-玻耳兹曼常数，计算所述目标区域的大气辐射和地面辐射，并根据所述大气辐射、所述地面辐射和预设的人体表面发射率，获得人体吸收长波辐射，具体包括如下步骤：

32、根据所述地面发射率、所述斯忒藩-玻耳兹曼常数和所述全天候近地表气温，通过如下表达式计算所述目标区域的地面辐射：

33、lg＝εg*σ*ta4

34、其中，lg表示所述地面辐射，εg表示所述地面发射率，σ表示所述斯忒藩-玻耳兹曼常数，ta表示所述全天候近地表气温；

35、根据所述空气发射率和所述地表气压数据，通过如下表达式计算天空发射率：

36、εsky＝εa*(0.82-0.25*10-0.094pa)

37、其中，εsky表示所述天空发射率，εa表示所述空气发射率，pa表示所述地表气压数据；

38、根据所述天空发射率、所述斯忒藩-玻耳兹曼常数和所述全天候近地表气温，通过如下表达式计算所述目标区域的大气辐射：

39、la＝εsky*σ*ta4

40、其中，la表示所述大气辐射；

41、根据所述大气辐射、所述地面辐射和预设的人体表面发射率，通过如下表达式获得人体吸收长波辐射：

42、l＝0.5*εp*(lg+la)

43、其中，l表示所述人体吸收长波辐射，εp表示所述人体表面发射率。

44、作为优选方案，所述根据所述全天候近地表气温、所述地表气压数据、所述近地表2米风速和预设的人体移动速度，计算对流传热系数和衣物导热系数，并根据所述对流传热系数、所述衣物导热系数、所述全天候近地表气温、所述斯忒藩-玻耳兹曼常数、预设的发射率系数、从所述modis卫星遥感数据获取的太阳高度角和云量，利用solalt模型获得人体吸收短波辐射，具体包括如下步骤：

45、根据所述全天候近地表气温，通过如下表达式计算衣物保温系数：

46、icl＝1.691-0.0436ta

47、其中，icl表示所述衣物保温系数；

48、根据所述全天候近地表气温、所述地表气压数据、所述近地表2米风速和所述人体移动速度，通过如下表达式计算所述对流传热系数：

49、hc＝(0.013pa-0.04ta-0.503)*sqrt(v2+v′)

50、其中，hc表示所述对流传热系数，v2表示所述近地表2米风速，v′表示所述人体移动速度；

51、根据所述全天候近地表气温、所述地表气压数据、所述近地表2米风速、所述人体移动速度和所述衣物保温系数，通过如下表达式计算所述衣物导热系数：

52、hc′＝(0.013pa-0.04ta-0.503)0.53/{‎icl[1-0.27(v2+v′)0.4]}

53、其中，hc′表示所述衣物导热系数；

54、根据所述发射率系数、所述对流传热系数、所述衣物导热系数、所述斯忒藩-玻耳兹曼常数和所述全天候近地表气温，通过如下表达式计算衣物热传递降低系数：

55、irc＝hc′/(hc′+hc+4sσta3)

56、其中，irc表示所述衣物热传递降低系数，s表示所述发射率系数；

57、根据所述衣物热传递降低系数、所述太阳高度角和所述云量，利用solalt模型通过如下表达式获得人体吸收短波辐射：

58、

59、其中，r表示所述人体吸收短波辐射，h表示所述太阳高度角，n表示所述云量，ac＝30％。

60、作为优选方案，所述根据所述人体吸收长波辐射、所述人体吸收短波辐射、所述人体表面发射率和所述斯忒藩-玻耳兹曼常数，利用menex模型获得所述目标区域的辐射温度，具体包括如下步骤：

61、根据所述人体吸收长波辐射、所述人体吸收短波辐射、所述人体表面发射率和所述斯忒藩-玻耳兹曼常数，利用所述menex模型通过如下表达式获得所述目标区域的辐射温度：

62、

63、其中，tmrt表示所述辐射温度。

64、本发明实施例第二方面提供一种全天候通用热气候指数计算装置，包括：

65、全天候近地表气温获取模块，用于基于预设的modis卫星遥感数据，获取目标区域的气温廓线数据、地表气压数据和地表温度，并根据所述气温廓线数据、所述地表气压数据和所述地表温度，计算所述目标区域的全天候近地表气温；

66、全天候近地表水汽压获取模块，用于基于所述modis卫星遥感数据，获取所述目标区域的露点温度廓线数据，根据所述露点温度廓线数据、所述地表气压数据和所述地表温度，计算所述目标区域的全天候近地表露点温度，并根据所述全天候近地表露点温度，确定所述目标区域的全天候近地表水汽压；

67、近地表风速获取模块，用于基于预设的era5再分析数据，计算所述目标区域的近地表10米风速，并根据所述近地表10米风速计算所述目标区域的近地表2米风速；

68、人体吸收长波辐射获取模块，用于根据所述全天候近地表气温、所述地表气压数据、预设的空气发射率、地面发射率和斯忒藩-玻耳兹曼常数，计算所述目标区域的大气辐射和地面辐射，并根据所述大气辐射、所述地面辐射和预设的人体表面发射率，获得人体吸收长波辐射；

69、人体吸收短波辐射获取模块，用于根据所述全天候近地表气温、所述地表气压数据、所述近地表2米风速和预设的人体移动速度，计算对流传热系数和衣物导热系数，并根据所述对流传热系数、所述衣物导热系数、所述全天候近地表气温、所述斯忒藩-玻耳兹曼常数、所述人体吸收长波辐射、预设的发射率系数、从所述modis卫星遥感数据获取的太阳高度角和云量，利用solalt模型获得人体吸收短波辐射；

70、辐射温度获取模块，用于根据所述人体吸收长波辐射、所述人体吸收短波辐射、所述人体表面发射率和所述斯忒藩-玻耳兹曼常数，利用menex模型获得所述目标区域的辐射温度；

71、全天候通用热气候指数获取模块，用于根据所述全天候近地表气温、所述全天候近地表水汽压、所述近地表10米风速和所述辐射温度，利用utci模型获得所述目标区域的全天候通用热气候指数，以利用所述全天候通用热气候指数进行所述目标区域的热舒适度评价。

72、本发明实施例第三方面提供一种终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述的全天候通用热气候指数计算方法。

73、相比于现有技术，本发明实施例的有益效果在于，通过利用modis卫星遥感数据、era5再分析数据和可调节的人体参数能够实现大范围区域的全天候通用热气候指数计算，同时兼具较高的空间分辨率和时间分辨率，计算精度高。