[發(fā)明專利]秒級探空資料的稀疏化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810158678.0
• 申請日: 2018-02-26
• 公開（公告）號: CN108415101B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李慶雷;周自江;廖捷;遠(yuǎn)芳;胡開喜
• 申請（專利權(quán)）人: 國家氣象信息中心
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08
• 代理公司: 北京冠榆知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11666
• 代理人: 朱永飛

本發(fā)明公開秒級探空資料的稀疏化方法，包括如下步驟：步驟P1：從秒級探空廓線中提取探空規(guī)定層數(shù)據(jù)；步驟P2：從秒級探空廓線中提取探空溫濕特性層數(shù)據(jù)；步驟P3：在所選取的溫濕度特性層中選取對流層頂；步驟P4：從秒級探空廓線中提取探空風(fēng)特性層數(shù)據(jù)；步驟P5：對提取的層次進(jìn)行排列整合。本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)從秒級探空資料中，提取溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素的垂直廓線的顯著拐點(diǎn)，并通過與各規(guī)定等壓面層、對流層頂?shù)戎匾娇諏哟芜M(jìn)行整合，得到大約有一兩百層的完整探空廓線。廓線層數(shù)較現(xiàn)有其他方法所得層數(shù)顯著增加，能更準(zhǔn)確描繪各個氣象要素垂直變化的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征，滿足數(shù)值預(yù)報模式、資料同化等應(yīng)用需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及探空資料處理應(yīng)用方法，特別涉及一種基于秒級探空資料的稀疏化方法。

背景技術(shù)

常規(guī)探空觀測資料因其質(zhì)量穩(wěn)定可靠、垂直層數(shù)多、能夠準(zhǔn)確描述大氣三維結(jié)構(gòu)，而成為提供陸地大氣狀態(tài)極其重要的信息來源。這使得探空資料在數(shù)值預(yù)報、天氣分析、氣候變化、衛(wèi)星資料校準(zhǔn)等研究中發(fā)揮著重要作用，尤其是在數(shù)值預(yù)報系統(tǒng)進(jìn)行資料同化過程中，探空資料更是成為改進(jìn)模式初始場質(zhì)量、提高預(yù)報精度所不可或缺的最重要的基本資料。

隨著探空技術(shù)的發(fā)展，我國自2011年已經(jīng)完成由59-701型探空系統(tǒng)向L波段電子探空儀系統(tǒng)的全面更新?lián)Q代，新一代探空系統(tǒng)可以提供秒級別的、高垂直分辨率的探空數(shù)據(jù)。另一方面，數(shù)值天氣模擬，資料同化及數(shù)值天氣預(yù)報均可受益于高分辨率探空數(shù)據(jù)的獲取和應(yīng)用，探空觀測系統(tǒng)越密，它對分析精確度的貢獻(xiàn)越大。然而，由于計算能力的限制，目前的氣象數(shù)值模式并不能將幾千層的秒級探空數(shù)據(jù)全部同化吸收應(yīng)用，為了適應(yīng)數(shù)值預(yù)報模式的資料同化能力，就必須對秒級探空資料進(jìn)行稀疏化處理。通過一定的技術(shù)方法選取特定的探空層次來代替幾千層的秒級探空廓線。可見稀疏化方法是高分辨率探空資料在數(shù)值預(yù)報、模式同化等應(yīng)用過程中非常重要的技術(shù)環(huán)節(jié)。

目前，通過整合氣象臺站現(xiàn)行業(yè)務(wù)軟件得到的探空規(guī)定層和特性層得到層數(shù)較少的探空廓線是一種常用的方法。但是這種方法提取的特性層數(shù)目偏少，得到的探空廓線不能精準(zhǔn)刻畫氣象要素的垂直變化規(guī)律，已經(jīng)難以滿足當(dāng)前數(shù)值模式、資料同化的發(fā)展要求。另一種方法是利用秒級探空資料在時間軸上的自然稀疏，如利用時間分辨率較低的半分鐘、整分鐘探空數(shù)據(jù)，但是這種方法并不能保證所選時刻都恰好是氣象要素垂直廓線的變化拐點(diǎn)，也就不能精準(zhǔn)地解析出氣象要素垂直變化的細(xì)致特征。因此，必須發(fā)展一種客觀、可靠的稀疏化方法從秒級探空資料中提取出層數(shù)適量的探空廓線，既能保證數(shù)值模式對探空資料的同化應(yīng)用需求，又能精準(zhǔn)刻畫氣象要素垂直變化的物理規(guī)律。

為解決上述問題，本發(fā)明提出一套針對中國探空L波段秒級資料的、自適應(yīng)的稀疏化技術(shù)方案，該方案可以實(shí)現(xiàn)從秒級探空資料中，提取溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素的垂直廓線的顯著拐點(diǎn)，并整合各規(guī)定等壓面層、對流層頂?shù)戎匾娇諏哟危瑥亩纬纱蠹s有一兩百層的完整探空廓線。所得廓線的層數(shù)與歐美發(fā)達(dá)國家水平相當(dāng)，并能更準(zhǔn)確描繪各個氣象要素垂直變化的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征。基于模式背景場(ERA-Interim再分析資料)的觀測資料偏差評估技術(shù)，對比分析不同方法得到探空廓線上氣象要素的數(shù)據(jù)量、偏差(Bias)和均方根誤差(RMSE)等定量指標(biāo)，對該稀疏化方案的效果進(jìn)行了系統(tǒng)的檢驗(yàn)。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)方法中的不足，本發(fā)明的目的在于提出一套針對秒級探空資料的、自適應(yīng)的稀疏化技術(shù)方法，該方法可以實(shí)現(xiàn)從秒級探空資料中，提取溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速等氣象要素的垂直廓線的顯著拐點(diǎn)，并通過與各規(guī)定等壓面層、對流層頂?shù)戎匾娇諏哟芜M(jìn)行整合，得到大約有一兩百層的完整探空廓線。廓線層數(shù)較現(xiàn)有其他方法所得層數(shù)顯著增加，能更準(zhǔn)確描繪各個氣象要素垂直變化的精細(xì)結(jié)構(gòu)特征，滿足數(shù)值預(yù)報模式、資料同化等應(yīng)用需求。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

秒級探空資料的稀疏化方法，包括如下步驟：

步驟P1：從秒級探空廓線中提取探空規(guī)定層數(shù)據(jù)；