[發(fā)明專利]對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)反演方法、裝置、存儲(chǔ)介質(zhì)及計(jì)算機(jī)設(shè)備

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010054145.5
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN111241698A
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 壽亦萱;陸風(fēng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家衛(wèi)星氣象中心
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G01W1/00;G06F111/10
• 代理公司: 北京聿宏知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;張杰

本發(fā)明公開了一種基于氣象衛(wèi)星的對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)反演方法、裝置、存儲(chǔ)介質(zhì)及計(jì)算機(jī)設(shè)備。其中方法包括以下步驟，基于氣象衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)反演獲得對(duì)流層頂氣壓數(shù)據(jù)，并將所述對(duì)流層頂氣壓數(shù)據(jù)從衛(wèi)星觀測(cè)投影模式轉(zhuǎn)換到等經(jīng)緯度投影模式；再計(jì)算各緯度的科里奧利力，采用差分法獲得所述對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速分量數(shù)值,并根據(jù)緯度值確定所述風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速分量方向；再獲得對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速；將反演得到的對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)輸出。本發(fā)明反演方法得到的對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)結(jié)果與現(xiàn)有技術(shù)反演的結(jié)果保持一致，具備有效性，且能夠獲得比現(xiàn)有反演方法更高的空間分辨率和時(shí)間分辨率的對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，有利于獲得對(duì)流層頂?shù)闹谐叨冉Y(jié)構(gòu)信息及天氣氣候特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣象遙感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種氣象衛(wèi)星的對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)反演方法、裝置、存儲(chǔ)介質(zhì)及計(jì)算機(jī)設(shè)備。

背景技術(shù)

大氣對(duì)流層頂是對(duì)流層的上邊界，是對(duì)流層和平流層之間的過渡層。在這個(gè)區(qū)域，大氣屬性，例如位渦、水汽、溫度，以及化學(xué)屬性含量，例如臭氧、二氧化硫、二氧化碳和很多氮氧化物濃度都會(huì)發(fā)生突變。大氣對(duì)流層頂不僅會(huì)受到天氣發(fā)展影響而具有日變化特征，還會(huì)隨緯度和季節(jié)變化發(fā)生改變。

大氣中的動(dòng)量主要集中在對(duì)流層中高層，特別是在對(duì)流層頂附近(10km左右)，它們通常以波(波長(zhǎng)約為6000km或更短)的形式向前傳播，在傳播過程中經(jīng)過數(shù)天到一周的能量耗散，逐漸減弱。從過去大量的觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，位于對(duì)流層頂?shù)母呖诊L(fēng)速量級(jí)通常為10～100m/s，并具有隨著高度逐漸增大，以及隨緯度和季節(jié)變化的特征。從流場(chǎng)的形式看，它們通常表現(xiàn)為平直氣流和旋轉(zhuǎn)氣流(帶有氣旋性或反氣旋性彎曲的氣流)。從一張對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)圖中，可以清楚地觀察中高緯度地區(qū)高空急流(風(fēng)速≥30m/s的強(qiáng)風(fēng)速帶)的位置和強(qiáng)度演變；而且還能追蹤氣旋和反氣旋的位置，以及氣流發(fā)生匯合和疏散的區(qū)域。這些在大氣動(dòng)力學(xué)中具有重要物理含義的特征和指標(biāo)對(duì)氣候變化以及天氣預(yù)報(bào)都具有非常關(guān)鍵的指示作用。

在過去幾十年中，對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)主要依賴于無線電探空測(cè)風(fēng)儀直接觀測(cè)獲得，這些資料空間分布非常稀疏，兩個(gè)觀測(cè)站點(diǎn)的距離平均在200km～300km。隨著高分辨率的數(shù)值模式的發(fā)展，例如ECMWF-Interim全球再分析數(shù)據(jù)，科學(xué)家可以借助三維風(fēng)場(chǎng)，通過垂直插值得到對(duì)流層頂高度上的風(fēng)場(chǎng)分布情況。這種基于數(shù)值預(yù)報(bào)資料的對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)的空間和時(shí)間分辨率分別約為75km和6小時(shí)，且該數(shù)值預(yù)報(bào)資料具有嚴(yán)重的時(shí)間滯后性，由于需要加入觀測(cè)資料進(jìn)行訂正，時(shí)間上通常會(huì)滯后3個(gè)月。目前全球數(shù)值模式的最高分辨率為0.25°，約為25km，時(shí)間分辨率最高為1小時(shí)，無法滿足天氣預(yù)報(bào)中實(shí)時(shí)獲取高時(shí)空分辨率資料要求。基于此，有必要反演得到一種實(shí)時(shí)的高時(shí)空分辨率的大氣對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)反演方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種基于氣象衛(wèi)星的對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)反演方法及裝置，該方法及裝置能夠基于氣象衛(wèi)星的觀測(cè)資料及有關(guān)信息，反演得到高分辨率的時(shí)間及空間對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)數(shù)據(jù)，便于深入認(rèn)識(shí)大氣對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)及其時(shí)空分布特征。

本發(fā)明提供了一種基于氣象衛(wèi)星的對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)反演方法，包括以下步驟：

基于氣象衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)反演獲得對(duì)流層頂氣壓數(shù)據(jù)；

計(jì)算各緯度的科里奧利力，基于所述各緯度的科里奧利力和所述對(duì)流層頂氣壓數(shù)據(jù)獲得所述對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速分量數(shù)值,并根據(jù)緯度值確定所述風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速分量方向；

基于所述風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速分量數(shù)值和方向反演出對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速；

將反演出的對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速數(shù)據(jù)輸出，以區(qū)分對(duì)流層頂風(fēng)場(chǎng)的風(fēng)速。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，所述基于氣象衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)反演獲得對(duì)流層頂氣壓數(shù)據(jù)，包括：

基于氣象衛(wèi)星反演的溫度廓線資料，計(jì)算溫度垂直遞減率最小值或溫度最低值所在高度的氣壓來獲得對(duì)流層頂氣壓；

或者利用氣象衛(wèi)星的臭氧探測(cè)儀的資料反演得到大氣臭氧總量，并基于大氣臭氧總量通過回歸計(jì)算式獲得臭氧對(duì)流層頂氣壓；