[發明專利]一種利用氣象衛星資料計算云底高度的方法

在審

• 申請號: 202111223184.4
• 申請日: 2021-10-20
• 公開（公告）號: CN114111705A
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 覃丹宇;劉瑞霞;吳曉;惠雯;楊冰韻;王富
• 申請（專利權）人: 國家衛星氣象中心（國家空間天氣監測預警中心）
• 主分類號: G01C5/00
• 分類號: G01C5/00;G01W1/10;G06F30/27;G06K9/62
• 代理公司: 北京紐樂康知識產權代理事務所(普通合伙) 11210
• 代理人: 劉艷艷

本發明公開了一種利用氣象衛星資料計算云底高度的方法，該方法為：獲取FY?2衛星云區濕度廓線產品和云分類產品，對FY?2衛星云區濕度廓線數據和云分類數據、地表類型數據進行時間和空間上的匹配，得到配準的兩種產品和地表類型數據；統計建立不同云類型和不同云區濕度廓線的云底高度特征值模型；建立不同云分類與云區濕度廓線的計算模型，分析得出云的垂直結構和云類，根據不同云類所具有的云底高度特征值以及云的垂直結構特征，綜合估計出云底高度。本發明利用氣象衛星資料計算云底高度的方法可實現云底高度的實時計算，獲得15分鐘時間頻次、5公里空間分辨率、全覆蓋的云底高度，計算效率高，并且在有數據環境的地方能夠實時計算。

技術領域

本發明涉及氣象衛星計算云底高度技術領域，具體來說，涉及一種利用氣象衛星資料計算云底高度的方法。

背景技術

云底高度是氣象上非常重要的參數，一直以來以人眼觀測為主，人眼觀測主觀性較大，造成數據有很大不確定性，并且觀測次數和分布均很有限，近些年中國開始部署一些云高儀，也可以得到云底的觀測，但是同樣地基站點為散點數據，很多地方覆蓋不到。為了得到空間和空間分辨率更高的云底高度資料，人們也采用通過氣象因子診斷和計算的方法來得到云底高度，主要方法包括：

(1)MOS方法，即模式輸出后處理方法，1972年Bocchieri等首次基于有限區域嵌套網格模式(NGM)的模式輸出結果，利用MOS回歸方法用于云高預報(Bocchierri J.R.，GlahnH.R.Use of model output statistics for prediction ceiling height[J].MonthlyWeather Review，1972，100(12):869-879)。MOS回歸方法計算云高的思路是建立目標變量云底高和從模式輸出變量中遴選的多個自變量建立多元線性回歸方程；

(2)人工神經網絡方法，云底高與各個預報因子之間并非是線性關系，而往往呈現為非線性關系，而神經網絡方法是構建云底高和預報因子之間非線性關系的有力工具，人工神經網絡方法的基本思想為對應訓練矢量的理想輸出矢量與實際輸出矢量的誤差反向傳播，改變調整各層神經元權值，直至輸出誤差在一定范圍之內；

(3)支持向量機方法，基于支持向量理論的支持向量機方法是一種新穎的小樣本機器學習方法,該方法建模不必知道因變量和自變量之間的關系,通過對樣本的學習即可獲得因變量和自變量之間非常復雜的映射關系,它具有從海量的信息中,自動識別并提取關鍵信息的特點,適合處理本質上的非線性問題，通過對歷史實況資料進行統計分析基礎上，以每日模式輸出產品的基本物理量為主要參考因子，基于支持向量機的方法進行預報因子篩選和核參數優化,得到云底高。

(4)基于探空觀測的計算抬升凝結高度近似估計云底高：

1)溫度露點差計算方法，目前最常用的方法是通過計算地面溫度露點差(Ts-Td)，從而估計抬升凝結高度H,具體計算公式為：

H＝a*(Ts-Td) (1)

其中，即a與露點的垂直遞減率有關，目前不同的作者將a取值為121,122,123和124不等，a的取值無確切原則；不同的a值只適用于不同的Ts和Ta-Td的范圍內做近似計算之用，超出這個范圍就有較大誤差。

2)由氣壓表示抬升凝結高度的計算方法，Barnes(1986)利用(2)、(3)式計算得到抬升凝結高度上的溫度，并得到了氣壓形式的凝結高度。

t_LCL＝t_d-(0.001296t_d+0.1963(t-t_d)) (2)

其中，T、T_LCL為開爾文形式的地面氣溫和凝結高度上的氣溫，t、t_LCL為攝氏度形式的地面氣溫和凝結高度上的氣溫。