[發(fā)明專利]基于相對坡長的近地面風(fēng)速統(tǒng)計降尺度訂正方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011250358.1
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112364300B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 余暉;薛文博;湯勝茗
• 申請（專利權(quán)）人: 中國氣象局上海臺風(fēng)研究所（上海市氣象科學(xué)研究所）
• 主分類號: G06F17/18
• 分類號: G06F17/18;G01P5/00
• 代理公司: 北京中北知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11253
• 代理人: 許建

本發(fā)明公開了一種基于相對坡長的近地面風(fēng)速統(tǒng)計降尺度訂正方法，包括如下步驟：步驟一，實時下載WARMS模式資料，并結(jié)合模式所用地形數(shù)據(jù)，定義并計算相對坡長和其他地形參數(shù)，輸出地形參數(shù)文件，步驟二，實時下載CIMISS實測氣象數(shù)據(jù)，然后查找實測資料對應(yīng)的WARMS模式預(yù)報資料，將分辨率為9km的模式高低空預(yù)報產(chǎn)品和地形參數(shù)文件插值到實測資料中的各站點；步驟三，每月整合一次本月內(nèi)各預(yù)報時效的插值文件；步驟四，用步驟三中獲得的訂正模型對本月模式預(yù)報的10m風(fēng)速進行訂正。本發(fā)明的基于相對坡長的近地面風(fēng)速統(tǒng)計降尺度訂正方法，采用了相對坡長的方式，既考慮了地形高程和地形形態(tài)，又能夠體現(xiàn)網(wǎng)格點在山地相對位置的概念，定量描述地形特征。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及氣象計算技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說是涉及一種基于相對坡長的近地面風(fēng)速統(tǒng)計降尺度訂正方法。

背景技術(shù)

模式預(yù)報風(fēng)速的訂正方法可以分為動力訂正與統(tǒng)計訂正兩種。動力訂正方案是建立在對大氣物理機制進一步認識的基礎(chǔ)上，通過對物理參數(shù)化方案的改進來提高預(yù)報準(zhǔn)確率。比如Jiménez等(2013)引入與地形高度的算子Δ²h等，使模式對次網(wǎng)格的地形效應(yīng)考慮更加完善。統(tǒng)計訂正方案主要采用線性的數(shù)理統(tǒng)計方法，基于大量的歷史數(shù)據(jù)，建立包含各訂正因子的統(tǒng)計訂正模型，進行實時的預(yù)報風(fēng)速訂正。

近地面風(fēng)速的訂正效果主要在于如何將地形影響引入模式或者后續(xù)訂正模型中(黃穗，2019)，故如何定量地描述復(fù)雜地形特征是訂正模式預(yù)報風(fēng)速的關(guān)鍵所在。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻和專利檢索發(fā)現(xiàn)可知，目前的模式風(fēng)速的訂正方法往往計算量大、參數(shù)過少，比如楊程等(2019)提出的訂正方法僅考慮了溫度、氣壓、濕度等環(huán)境影響因子，未考慮地形影響。其他考慮地形的訂正方法也有一定缺陷，比如引入“有效粗糙長度”的概念會影響模式其他預(yù)報結(jié)果。王姝等(2019)提出的基于地形的風(fēng)速訂正方法中提出了新的地形因子ct來區(qū)分山地和谷地，主要取決于地形高程，對地形形態(tài)的考慮不足。黃俊杰等(2015)提出了一種“基于氣象和地形因子的輸變電設(shè)備覆冰災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)報方法”，該專利中包含了坡角和坡向，分別描述坡面傾斜程度和坡面朝向。雖然該專利方法中對地形的描述更加準(zhǔn)確了，但同時也增加了訂正模型中的回歸因子數(shù)，增加了訂正模型的不穩(wěn)定性。除了坡度和坡向，眾多研究表明山地的加速效應(yīng)對近地面風(fēng)速有明顯影響，且在山體的不同位置，加速效應(yīng)的影響也不盡相同(李正良等，2010；沈國輝等，2020)，但目前眾多的研究及專利并沒有將這一影響機制引入近地面風(fēng)速的訂正工作中。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出了“相對坡長”的概念，既能夠同時描述地形坡度及坡向，又能夠體現(xiàn)網(wǎng)格點在山地相對位置的概念。在此基礎(chǔ)上結(jié)合模式和實測資料中的要素，提供了一種基于相對坡長的近地面風(fēng)速統(tǒng)計降尺度訂正方法。該方法的優(yōu)勢在于在定量描述地形特征的基礎(chǔ)上，簡化統(tǒng)計訂正的計算過程，并能夠明顯減小模式的預(yù)報風(fēng)速誤差，提高風(fēng)速預(yù)報準(zhǔn)確率。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：一種基于相對坡長的近地面風(fēng)速統(tǒng)計降尺度訂正方法，包括如下步驟：

步驟一，實時下載WARMS模式資料，并結(jié)合模式所用地形數(shù)據(jù)，定義并計算相對坡長和其他地形參數(shù)，輸出地形參數(shù)文件，

步驟二，實時下載CIMISS實測氣象數(shù)據(jù)，然后查找實測資料對應(yīng)的WARMS模式預(yù)報資料，將分辨率為9km的模式高低空預(yù)報產(chǎn)品和地形參數(shù)文件插值到實測資料中的各站點；

步驟三，每月整合一次本月內(nèi)各預(yù)報時效的插值文件，作為最新訂正模型的訓(xùn)練樣本，利用一個月內(nèi)的模式預(yù)報和實測資料，建立統(tǒng)計訂正模型；

步驟四，用步驟三中獲得的訂正模型對本月模式預(yù)報的10m風(fēng)速進行訂正。其中，步驟一中定義相對坡長，在氣流上坡時，坡底網(wǎng)格點的相對坡長為0，坡頂?shù)南鄬ζ麻L為1；氣流下坡時，坡頂網(wǎng)格點的相對坡長為0，坡底的相對坡長為1。

作為本發(fā)明的進一步改進，所述步驟一中定義計算相對坡長的具體步驟如下：

步驟一一，判斷點A坡角大于閾值a，即非平地；