[發(fā)明專利]一種基于北斗定位的單點(diǎn)氣象要素確定方法

在審

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• 申請日: 2017-03-14
• 公開（公告）號: CN107367773A
• 公開（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 姚智;唐千紅;劉曉旭;魏悟瑋;龔淑娟;龐濤;周率;王曉峰;李慧;王欣
• 申請（專利權(quán)）人: 北京維艾思?xì)庀笮畔⒖萍加邢薰?/a>
• 主分類號: G01W1/00
• 分類號: G01W1/00
• 代理公司: 北京易正達(dá)專利代理有限公司11518
• 代理人: 李清

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣象學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于北斗定位的單點(diǎn)氣象要素確定方法。

背景技術(shù)

單點(diǎn)氣象要素是指在無氣象觀測站點(diǎn)的某地點(diǎn)，開展搶險救災(zāi)、建設(shè)施工等行動時所需的站點(diǎn)氣象要素值。及時獲取該地點(diǎn)準(zhǔn)確的氣象要素值，對搶險救災(zāi)等活動具有重要影響，是指揮決策與計劃安排的關(guān)鍵因素之一。

目前在我國，非均勻地分布著覆蓋全國的氣象監(jiān)測網(wǎng)，包括：地面氣象觀測站2400余個、高空氣象探測站120個、天氣雷達(dá)站近400余個(其中新一代天氣雷達(dá)172部)、氣象衛(wèi)星6顆，此外還有近50000個無人自動氣象觀測站、近700個農(nóng)業(yè)氣象觀測站、數(shù)十部風(fēng)廓線雷達(dá)、數(shù)百個海島/海岸自動氣象站、400余個風(fēng)能觀測鐵塔、近500個大氣水汽觀測站……等等，構(gòu)成了多源氣象資料觀測網(wǎng)，能為相應(yīng)的站點(diǎn)提供精細(xì)觀測數(shù)據(jù)。

在以往的單點(diǎn)氣象要素確定中，常規(guī)是利用粗略的定位信息，尋找距離該地點(diǎn)最近的地面觀測站資料作為基本資料，再以附近的自動站、雷達(dá)、探空等多源氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。由于地面觀測站點(diǎn)分布并不均勻，對于站點(diǎn)分布較少的地區(qū)，尤其在山區(qū)、隧道、森林、礦區(qū)、沙漠、海洋、地鐵沿線等各種復(fù)雜環(huán)境中，以距離最近的氣象觀測值來作為該點(diǎn)的基本數(shù)據(jù)，存在明顯的誤差；同時這種方法也缺乏對天氣系統(tǒng)和天氣形勢的考慮，可能出現(xiàn)較大的誤差、甚至天氣現(xiàn)象(如降雨、雷電等)出現(xiàn)錯誤，這對于搶險救災(zāi)的指揮決策等，具有直接和重要的影響。如何及時準(zhǔn)確地提供精確的單點(diǎn)氣象要素值，成為氣象服務(wù)的一個關(guān)鍵難題。要解決這個難題，需要兩方面的技術(shù)，一是站點(diǎn)的精確定位，二是綜合考慮站點(diǎn)附近天氣實(shí)況、天氣系統(tǒng)和天氣形勢的氣象要素計算方法。

精確定位技術(shù)近年來在全球獲得了長足的發(fā)展，尤其是我國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(以下簡稱“北斗”)，作為世界三大全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)之一，2016年已經(jīng)覆蓋了全球1/3的陸地，使亞太地區(qū)40億人口受益，其精度與美國GPS相當(dāng)。2020年，北斗將具有全球服務(wù)能力，并且具備源導(dǎo)航定位和短報文功能，此功能是目前美國的GPS和俄羅斯的“格洛納斯”沒有的，將為全球用戶提供全天候、連續(xù)、實(shí)時的三維導(dǎo)航定位和測速，以及高精度的時間傳遞和精密定位。

衛(wèi)星導(dǎo)航已廣泛用于沙漠、山區(qū)、海洋等人煙稀少地區(qū)的搜索救援，在發(fā)生地震、洪災(zāi)等重大災(zāi)害時，救援成功的關(guān)鍵在于及時了解災(zāi)情并迅速到達(dá)救援地點(diǎn)。北斗所具備的導(dǎo)航定位和短報文通信功能，通過衛(wèi)星導(dǎo)航終端及時報告所處位置和受災(zāi)情況，能有效提高搶險救災(zāi)時效。

在考慮站點(diǎn)附近的天氣實(shí)況、天氣系統(tǒng)和天氣形勢方面，數(shù)值預(yù)報的發(fā)展已經(jīng)帶來持性的技術(shù)進(jìn)步，中國氣象局自主研發(fā)的我國全球/區(qū)域同化數(shù)值天氣預(yù)報系統(tǒng)GRAPES(Global/Regional Assimilation and PrEdiionct System)已在2015年具備業(yè)務(wù)化運(yùn)行能力，可提供10天的全球天氣形勢及降水預(yù)報，水平分辨率達(dá)0.25度，垂直層數(shù)達(dá)60層，各項(xiàng)性能指標(biāo)已總體超過T639模式。

雖然考慮到了精確確定單點(diǎn)氣象要素所必備的技術(shù)條件，并且所需要的技術(shù)條件也趨向成熟，但目前還未提出過具體利用多源氣象觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值預(yù)報模式GRAPES背景場，結(jié)合北斗精確定位，確定單點(diǎn)氣象要素的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種利用多源氣象觀測數(shù)據(jù)和數(shù)值預(yù)報模式GRAPES背景場，結(jié)合北斗精確定位，確定單點(diǎn)氣象要素的方法。以便提高氣象服務(wù)的精度和水平，進(jìn)一步為搶險救災(zāi)、重點(diǎn)工程等的氣象服務(wù)提供技術(shù)支持。

所述單點(diǎn)氣象要素V確定如下：

其中，V_kji為第k層第j個格點(diǎn)的4個格點(diǎn)的氣象要素值，i＝1,2,3,4，k＝1,2,……,n，j＝1,2,……,m；R_kji為4個格點(diǎn)與V點(diǎn)之間的距離，i＝1,2,3,4；V_kj為第k層第j個格點(diǎn)的氣象要素值；R_kj為第k層第j個格點(diǎn)與V點(diǎn)之間的距離，V_k為第k層格點(diǎn)的氣象要素值；m為每一層的格點(diǎn)數(shù)；n值具體確定的方法是以V點(diǎn)為中心，根據(jù)上述方程組從n取1開始計算,直到每增加1層，對氣象數(shù)據(jù)的影響小于設(shè)定閾值，則得到n的值。

進(jìn)一步，所述各格點(diǎn)的氣象要素值確定如下：

根據(jù)氣象數(shù)據(jù)密度、數(shù)據(jù)可用性的統(tǒng)計結(jié)果及計算機(jī)的計算能力，將區(qū)域進(jìn)行分區(qū)；

將區(qū)域分區(qū)后，基于數(shù)值預(yù)報模式，將多源氣象觀測數(shù)據(jù)采用氣象數(shù)據(jù)融合方法獲得分區(qū)后的格點(diǎn)氣象要素數(shù)據(jù)。