[發(fā)明專利]一種基于統(tǒng)計(jì)動(dòng)力的中長期降雨分級(jí)耦合預(yù)報(bào)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010463013.8
• 申請(qǐng)日: 2020-05-27
• 公開（公告）號(hào): CN111665575B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐高洪;邴建平;陳璐;王棟;徐長江;楊鑫;賈建偉;鄧鵬鑫;汪飛;李林娟;劉昕;何康潔;吳常運(yùn)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 長江水利委員會(huì)水文局;華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01W1/10
• 分類號(hào): G01W1/10;G01W1/14;G06K9/62;G06N3/08
• 代理公司: 華中科技大學(xué)專利中心 42201
• 代理人: 李智

1.一種基于統(tǒng)計(jì)動(dòng)力的中長期降雨分級(jí)耦合預(yù)報(bào)方法，其特征在于，包括：

模型訓(xùn)練階段：

搜集目標(biāo)區(qū)域和全球尺度的歷史水文氣象數(shù)據(jù)，并建立涵蓋統(tǒng)計(jì)學(xué)模型和動(dòng)力學(xué)模型的中長期降雨預(yù)報(bào)模型庫；所述中長期降雨預(yù)報(bào)模型庫中每個(gè)降雨預(yù)報(bào)模型都用于預(yù)報(bào)預(yù)見期內(nèi)任意一個(gè)時(shí)間段內(nèi)的降雨量；

對(duì)于所述中長期降雨預(yù)報(bào)模型庫中的每一個(gè)統(tǒng)計(jì)學(xué)模型，利用該模型根據(jù)所搜集的歷史水文氣象數(shù)據(jù)對(duì)不同歷史時(shí)間段的降雨量進(jìn)行預(yù)報(bào)，并通過聚類將預(yù)報(bào)結(jié)果劃分為k個(gè)降雨量等級(jí)；對(duì)于所述中長期降雨預(yù)報(bào)模型庫中的每一個(gè)動(dòng)力學(xué)模型，利用該模型對(duì)不同歷史時(shí)間段的降雨量進(jìn)行預(yù)報(bào)，并通過聚類將預(yù)報(bào)結(jié)果劃分為k個(gè)降雨量等級(jí)；其中，k≥1；

針對(duì)每一個(gè)降雨量等級(jí)，建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的耦合預(yù)報(bào)模型，用于耦合各降雨預(yù)報(bào)模型對(duì)于同一時(shí)間段的預(yù)報(bào)結(jié)果，作為相同時(shí)間段的最終預(yù)報(bào)結(jié)果；結(jié)合歷史同期實(shí)測(cè)的降雨量，對(duì)各耦合預(yù)報(bào)模型進(jìn)行訓(xùn)練，在訓(xùn)練完成后將各耦合預(yù)報(bào)模型作為各降雨量等級(jí)對(duì)應(yīng)的中長期降雨耦合預(yù)報(bào)模型；

降雨預(yù)報(bào)階段：

搜集所述目標(biāo)區(qū)域和全球尺度的歷史水文氣象數(shù)據(jù)后，利用所述中長期降雨預(yù)報(bào)模型庫中的各降雨預(yù)報(bào)模型分別預(yù)報(bào)目標(biāo)時(shí)間段的降雨量，根據(jù)預(yù)報(bào)結(jié)果確定相應(yīng)的降雨量等級(jí)，并選取對(duì)應(yīng)的中長期降雨耦合預(yù)報(bào)模型耦合各預(yù)報(bào)結(jié)果，從而得到所述目標(biāo)時(shí)間段內(nèi)降雨量的最終預(yù)報(bào)結(jié)果。

2.如權(quán)利要求1所述的基于統(tǒng)計(jì)動(dòng)力的中長期降雨分級(jí)耦合預(yù)報(bào)方法，其特征在于，對(duì)每一個(gè)降雨預(yù)報(bào)模型的預(yù)報(bào)結(jié)果都采用多種聚類算法進(jìn)行聚類，并綜合所有降雨預(yù)報(bào)模型對(duì)應(yīng)的聚類結(jié)果確定每一個(gè)降雨預(yù)報(bào)模型對(duì)應(yīng)的聚類結(jié)果，以使得不同降雨預(yù)報(bào)模型對(duì)同一時(shí)間段的降雨預(yù)報(bào)結(jié)果被劃分到相同的降雨量等級(jí)，

對(duì)不同降雨預(yù)報(bào)模型的預(yù)報(bào)結(jié)果進(jìn)行聚類時(shí)，保證對(duì)于同一時(shí)間段的降雨量預(yù)報(bào)結(jié)果被劃分到相同的降雨量等級(jí)。

3.如權(quán)利要求1所述的基于統(tǒng)計(jì)動(dòng)力的中長期降雨分級(jí)耦合預(yù)報(bào)方法，其特征在于，在任意時(shí)間段t的降雨量的最終預(yù)報(bào)結(jié)果為：

W_t^*＝f_i(W_t,1,W_t,2,…W_t,m,…W_t,M)；

其中，W_t,m為所述中長期降雨預(yù)報(bào)模型庫中第m個(gè)降雨預(yù)報(bào)模型對(duì)時(shí)間段t的降雨預(yù)報(bào)結(jié)果，1≤m≤M，M為所述中長期降雨預(yù)報(bào)模型庫中降雨預(yù)報(bào)模型的總數(shù)；i為各降雨預(yù)報(bào)模型對(duì)時(shí)間段t的降雨量預(yù)報(bào)結(jié)果所屬的降雨量等級(jí)，f_i()為第i個(gè)降雨量等級(jí)對(duì)應(yīng)的中長期降耦合預(yù)報(bào)模型。

4.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于統(tǒng)計(jì)動(dòng)力的中長期降雨分級(jí)耦合預(yù)報(bào)方法，其特征在于，所述中長期降雨預(yù)報(bào)模型庫中的降雨預(yù)報(bào)模型為：多元線性回歸模型、隨機(jī)森林模型、RegCM4模型和NCEP CFSv2；

其中，多元線性回歸模型以多種大氣-海洋-陸面過程物理因子為輸入；隨機(jī)森林以全球尺度下的多種大氣-海洋-陸面遙相關(guān)因子為輸入。

5.如權(quán)利要求4所述的基于統(tǒng)計(jì)動(dòng)力的中長期降雨分級(jí)耦合預(yù)報(bào)方法，其特征在于，所述多元線性回歸模型為：

W＝αA+βO+γL+ε；

其中，W為多元線性回歸模型的預(yù)報(bào)結(jié)果，A為大氣因子集，O為海洋因子集，L為陸面因子集，α為大氣因子的回歸系數(shù)，β為海洋因子的回歸系數(shù)，γ為陸面因子的回歸系數(shù)，ε為殘差項(xiàng)。

6.如權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的基于統(tǒng)計(jì)動(dòng)力的中長期降雨分級(jí)耦合預(yù)報(bào)方法，其特征在于，在搜集目標(biāo)區(qū)域的歷史水文氣象數(shù)據(jù)后，還包括：

計(jì)算所搜集的歷史水文氣象數(shù)據(jù)中各大氣-海洋-陸面過程物理因子與所述目標(biāo)區(qū)域內(nèi)歷史同期實(shí)測(cè)的降雨量之間的相關(guān)系數(shù)，并篩選出其中相關(guān)系數(shù)最大的topK個(gè)物理因子作為預(yù)報(bào)因子；

利用降雨預(yù)報(bào)模型進(jìn)行降雨預(yù)報(bào)時(shí)，僅利用篩選出的預(yù)報(bào)因子進(jìn)行預(yù)報(bào)；

其中，topK為正整數(shù)。