[發明專利]基于生成對抗網絡和數值模式產品的仿真衛星云圖生成方法

有效

• 申請號: 201911339907.X
• 申請日: 2019-12-23
• 公開（公告）號: CN111210483B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發明（設計）人: 程文聰;張文軍;王志剛;邢平
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍研究院戰場環境研究所
• 主分類號: G06T11/00
• 分類號: G06T11/00;G06N3/0464;G06N3/0455;G06N3/0475;G06N3/094;G06N3/084;G06F30/27
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 王永芳

本發明提供了一種基于生成對抗網絡和數值模式產品的仿真衛星云圖生成方法，包括：收集并整理得到同一時次、同一區域的衛星云圖數據和數值模式分析場產品，構建訓練數據集；根據所述訓練數據集，構建基于深度生成對抗網絡的仿真衛星云圖生成模型并對模型進行訓練；根據仿真衛星云圖生成模型，以數值模式預報場產品作為模型輸入，重構對應預報時次的仿真衛星云圖并作為結果輸出。通過本發明實現了由數值模式產品生成仿真衛星云圖的目的。

技術領域

本發明屬于氣象技術領域，涉及一種仿真衛星云圖生成方法，尤其涉及一種基于生成對抗網絡(GAN)和數值模式產品的仿真衛星云圖生成方法。

背景技術

隨著衛星遙感技術的快速發展，衛星云圖在天氣分析和預報中的作用日益增大，利用衛星云圖可以分析不同尺度云系結構及其活動規律，而且云圖數據直觀性強，易于理解，是氣象預報員分析天氣現象的重要資料。然而，由于衛星云圖是一種實時監測數據，實際業務過程中只能獲取過去時次的衛星云圖，而獲取未來數小時或數十小時的衛星云圖對于預報員判明未來天氣演變具有重要的指導意義。數值天氣預報模式是能夠定量表述未來天氣變化的一種主要技術手段，通過在數值天氣預報模式產品基礎上通過深度學習的方法生成仿真衛星云圖，可獲取未來數小時至數十小時的衛星云圖仿真產品，對于氣象預報員直觀的掌握未來天氣形勢發展有很大的幫助，具有重要的實際使用價值。

在現有技術方法中，可以通過輻射傳輸模式(RTTOV模式或CRTM模式等)計算輻射亮溫，從而生成紅外通道的仿真衛星云圖，這種方法存在一定的不足和缺陷，具體表現為：(一)、無法仿真衛星云圖的可見光通道。由于基于輻射傳輸模式的仿真方法只能計算輻射亮溫，因而僅能模擬云圖的紅外通道數據，無法計算可見光通道的反照率數據，因此無法仿真衛星云圖的可見光通道；(二)、起始預報時次仿真效果不佳。基于輻射傳輸模式的方法需要經歷一個啟動過程后才能獲取穩定的輸出，在實際使用中一般模式起始預報時刻6時次后的產品才基本可用；(三)、輻射傳輸模式需要的基礎輸入數據的類別和相應高度層較多，且需要多個相關時次的邊界層數據，對輸入數據條件有較高的要求；(四)、輻射傳輸模式的計算過程需要大量的計算資源，在基層氣象臺站的實際業務工作中一般難以滿足計算資源條件要求。

發明內容

為了克服現有基于輻射傳輸模式的仿真衛星云圖生成技術的不足，本發明人進行了銳意研究，提供了一種基于生成對抗網絡和數值模式產品的仿真衛星云圖生成方法，旨在通過數值模式產品生成仿真衛星云圖產品，從而完成本發明。

本發明的目的在于提供以下技術方案：

一種基于生成對抗網絡和數值模式產品的仿真衛星云圖生成方法，該方法包括如下步驟：

步驟1，收集并整理得到同一時次、同一區域的衛星云圖數據和數值模式分析場產品，構建訓練數據集；

步驟2，根據所述訓練數據集，構建基于深度生成對抗網絡的仿真衛星云圖生成模型并對模型進行訓練；

步驟3，根據仿真衛星云圖生成模型，以數值模式預報場產品作為模型輸入，重構對應預報時次的仿真衛星云圖并作為結果輸出。

根據本發明提供的一種基于生成對抗網絡和數值模式產品的仿真衛星云圖生成方法，帶來了以下有益技術效果：

(1)常規的輻射傳輸模式僅計算輻射亮溫，一般不計算可見光通道的反照率數據，因而僅能模擬云圖的紅外通道，而本發明方法可以仿真合成云圖的可見光通道產品；

(2)基于輻射傳輸模式的方法需要經歷一個啟動過程后才能獲取穩定的輸出，在實際中通常使用模式起報時刻3～6時次后的產品，而本發明方法無此限制；

(3)輻射傳輸模式需要的基礎輸入數據的類別和相應高度層較多，對輸入數據條件有較高的要求，而本發明方法對輸入數據的要求較低；