[發(fā)明專利]一種天氣預(yù)報集合成員選取方法和系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811233867.6
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109325633A
• 公開（公告）日: 2019-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 靳雙龍;馮雙磊;王偉勝;劉曉琳;施貴榮;劉純;寧文元;孫榮富;王勃;宋宗朋;胡菊;馬振強(qiáng);王姝;滑申冰;張周祥;王靖然;王若陽;徐海翔
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電力科學(xué)研究院有限公司;國家電網(wǎng)有限公司;國網(wǎng)山東省電力公司;國網(wǎng)冀北電力有限公司
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

本發(fā)明提供了一種天氣預(yù)報集合成員選取方法和系統(tǒng)，包括：基于數(shù)模模式背景場、電力生產(chǎn)運(yùn)行情況和中尺度數(shù)值天氣預(yù)報模式選擇數(shù)據(jù)擾動方式；基于數(shù)據(jù)擾動方式確定天氣預(yù)報集合成員；基于天氣預(yù)報集合成員獲得的氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測值和氣象數(shù)據(jù)的實(shí)測值，按照預(yù)設(shè)預(yù)報效果標(biāo)準(zhǔn)評估集合預(yù)報效果；數(shù)據(jù)擾動方式包括：背景場數(shù)據(jù)擾動、數(shù)值模式物理過程方案擾動和數(shù)據(jù)同化方法擾動。本發(fā)明提出從背景場數(shù)據(jù)擾動、考慮電力應(yīng)用的數(shù)值模式物理過程方案擾動和數(shù)據(jù)同化方法擾動三個方面構(gòu)造集合預(yù)報成員，并按照預(yù)設(shè)預(yù)報效果標(biāo)準(zhǔn)評估集合預(yù)報效果，能夠選擇出預(yù)報效果滿足預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的集合預(yù)報成員，有效提升氣象預(yù)報對電力調(diào)度和運(yùn)檢的支撐能力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電力氣象技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種天氣預(yù)報集合成員選取方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)

傳統(tǒng)數(shù)值天氣預(yù)報是將觀測值作為初值，通過求解大氣動力學(xué)方程和熱力學(xué)方程組，從而客觀、定量地分析得到天氣預(yù)報。但大氣是一個混沌、復(fù)雜、高度非線性的系統(tǒng)，因此準(zhǔn)確地觀測、描述和預(yù)報大氣狀態(tài)及變化規(guī)律，從理論上講是不可能的，大氣探測的誤差非常大，使得數(shù)值預(yù)報模式的初值存在誤差，而數(shù)值模式對大氣初值非常敏感，這種誤差會隨著模式積分時間的延長而迅速增大。誤差的增長則會導(dǎo)致預(yù)報值發(fā)散，以致根據(jù)發(fā)散的預(yù)報值得到的預(yù)報誤差也較大。除此之外，數(shù)值天氣預(yù)報還存在以下不確定性：對地球大氣有限的了解、數(shù)值模式必要的近似和離散、大氣過程描述的不完整性、有限的觀測和初邊值誤差等。為減少不確定性對預(yù)報的影響，面向天氣尺度的集合預(yù)報在近年得到迅速發(fā)展。集合預(yù)報是通過多模式、多擾動、多強(qiáng)迫等方法從物理和數(shù)值方面構(gòu)造的多成員預(yù)報，和單一預(yù)報不同，集合預(yù)報在提供一個平均預(yù)報狀態(tài)的同時還提供預(yù)報的不確定性范圍或概率預(yù)報。

集合預(yù)報是提高數(shù)值天氣預(yù)報準(zhǔn)確率，提升氣象預(yù)報的服務(wù)水平的重要方法，但是集合成員的不同，會導(dǎo)致氣象預(yù)報的結(jié)果相差極大，而采用時間滯后平均法、奇異向量法等操作難度較大，無法提供合理的集合成員選擇辦法，因此如何選取滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用的集合預(yù)報成員成為亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

集合預(yù)報基于大氣初值的不確定，在初始場加上各種小擾動，使初始場成為某種概率密度函數(shù)(Probability Distribution Function，PDF)，有效解決了大氣初值的誤差問題，預(yù)報準(zhǔn)確率會大幅提高。集合預(yù)報在同一有效預(yù)報時間內(nèi)有一組不同的預(yù)報結(jié)果，各預(yù)報間的差異可提供有關(guān)被預(yù)報量的概率分布的信息，在集合預(yù)報中的各個預(yù)報可具有不同的初始條件、邊界條件、參數(shù)設(shè)定，甚至可用完全獨(dú)立的數(shù)值天氣預(yù)報模式生成。

為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種天氣預(yù)報集合成員選取方法和系統(tǒng)。該方法和系統(tǒng)以減少不確定性對數(shù)值預(yù)報的影響，提出從模式背景場數(shù)據(jù)擾動、考慮電力應(yīng)用的模式物理過程參數(shù)化方案擾動、數(shù)據(jù)同化方法擾動三個方面構(gòu)造集合預(yù)報成員，并基于一段時間的預(yù)報效果評估，判斷所選集合成員是否達(dá)到各具代表性和預(yù)報能力的目標(biāo)，最終研發(fā)面向電力生產(chǎn)的集合概率預(yù)報系統(tǒng)，提升氣象預(yù)報支撐電網(wǎng)生產(chǎn)運(yùn)行的能力。

實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的解決方案為：

一種天氣預(yù)報集合成員選取方法，其改進(jìn)之處在于，包括：

基于數(shù)模模式背景場、電力生產(chǎn)運(yùn)行情況和中尺度數(shù)值天氣預(yù)報模式選擇數(shù)據(jù)擾動方式；

基于所述數(shù)據(jù)擾動方式確定天氣預(yù)報集合成員；

基于所述天氣預(yù)報集合成員獲得的氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測值和氣象數(shù)據(jù)的實(shí)測值，按照預(yù)設(shè)預(yù)報效果標(biāo)準(zhǔn)評估集合預(yù)報效果；

其中，所述數(shù)據(jù)擾動方式包括：基于數(shù)模模式背景場收集的背景場數(shù)據(jù)擾動、基于電力運(yùn)行狀況的數(shù)值模式物理過程方案擾動和基于中尺度數(shù)值天氣預(yù)報模式的數(shù)據(jù)同化方法擾動。

本發(fā)明提供的第一優(yōu)選技術(shù)方案，其改進(jìn)之處在于，所述基于所述天氣預(yù)報集合成員獲得的氣象數(shù)據(jù)的預(yù)測值和氣象數(shù)據(jù)的實(shí)測值，按照預(yù)設(shè)預(yù)報效果標(biāo)準(zhǔn)評估集合預(yù)報效果，還包括：