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一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法及系统

更新时间:2024-07-01
一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法及系统 专利申请类型:发明专利;
地区:湖北-武汉;
源自:武汉高价值专利检索信息库;

专利名称:一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法及系统

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202210926155.2

专利申请(专利权)人:中国气象局武汉暴雨研究所,武汉中心气象台(长江流域水文气象预报台、湖北省决策气象服务中心)
权利人地址:湖北省武汉市东湖新技术开发区金融港二路6号

专利发明(设计)人:郭英莲,王明欢,钟敏,赖安伟,李俊,周志敏,万蓉,彭涛,王继竹

专利摘要:本发明公开了一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法及系统,该方法包括:根据灾害性天气业务需求,确定指定范围的经纬度区域,作为分钟级循环同化数值预报运行的定位区域,即用于计算质心的定位区域;选取全球或区域数值模式实时预报产品或衍生产品,并确定用于计算区域质心的定位区域内格点质量权重;利用非均匀质心法计算定位区域内质心所在经纬度;将不同预报时刻资料计算得到的区域质心经纬度作为分钟级循环同化数值预报模式的区域中心,实现实时自动移动分钟级循环同化预报区域中心,本发明通过分钟级循环同化预报系统的移动定位方法和系统的构建,缩小高精度计算区域,缩短计算时间,实现强天气的快速分析和及时预警。

主权利要求:
1.一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法,包括以下步骤:根据灾害性天气业务需求,确定指定范围的经纬度区域,作为分钟级循环同化数值预报系统运行的定位区域,用于计算区域质心的定位区域范围;
选取全球或区域数值模式实时预报产品或其衍生产品,并确定所述用于计算区域质心的定位区域范围内格点的质量权重,以实时预报产品直接输出的格点预报值或经过二次计算的衍生格点预报产品值的线性函数或非线性函数作为所述定位区域范围内格点的质量权重,其中,确定所述用于计算区域质心的定位区域范围内格点的质量权重中,选择如下函数之一作为所述定位区域范围内格点的质量权重weight(i,j)=C*p(i,j)
C
weight(i,j)=p(i,j)
其中,weight(i,j)为格点质量权重,p(i,j)为所选取的数值预报产品直接输出的格点预报值或经过二次计算的衍生格点预报产品值,C为系数,i,j分别表示定位区域的经向、纬向格点值;
根据确定的格点质量权重,利用非均匀质心法计算所述定位区域的质心经纬度;
将不同预报时刻资料计算得到的区域质心经纬度作为分钟级循环同化数值预报模式的区域中心,实现实时自动移动分钟级循环同化数值预报区域中心。
2.如权利要求1所述的一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法,其特征在于,所选取的水平分辨率较粗的全球或区域数值模式实时预报产品的资料范围需覆盖所选择的定位区域,且要求为等经纬度格点数据。
3.如权利要求1所述的一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法,其特征在于,所述利用非均匀质心法计算所述定位区域范围的区域质心经纬度的步骤中,利用如下质心计算公式获得所述定位区域的质心位置:其中,weight(i,j)表示格点质量权重, 为质心位置,n、m分别为区域内纬向和经向格点点数量,(x(i,j),y(i,j))为区域内格点坐标。
4.一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位系统,包括:
定位区域范围确定模块,用于根据灾害性天气业务需求,确定指定范围的经纬度区域,作为分钟级循环同化数值预报系统运行的定位区域,用于计算区域质心的定位区域范围;
格点质量权重确定模块,用于选取全球或区域数值模式实时预报产品或其衍生产品,并确定所述用于计算区域质心的定位区域范围内格点的质量权重,以实时预报产品直接输出的格点预报值或经过二次计算的衍生格点预报产品值的线性函数或非线性函数作为所述定位区域范围的格点质量权重,其中,确定所述用于计算区域质心的定位区域范围内格点的质量权重中,选择如下函数之一作为所述定位区域范围内格点的质量权重weight(i,j)=C*p(i,j)C
weight(i,j)=P(i,j)
其中,weight(i,j)为格点质量权重,p(i,j)为所选取的数值预报产品直接输出的格点预报值或经过二次计算的衍生格点预报产品值,C为系数,i,j分别表示定位区域的经向、纬向格点值;
质心计算模块,用于根据确定的格点质量权重,利用非均匀质心法计算所述定位区域的质心经纬度;
移动定位模块,用于将不同预报时刻资料计算得到的区域质心经纬度作为分钟级循环同化数值预报模式的区域中心,实现循环同化数值预报实时自动移动区域中心。 说明书 : 一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法及
系统技术领域[0001] 本发明涉及分钟级循环同化数值预报业务系统,尤其是一种面向高时空精度的分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法和系统。背景技术[0002] 随着精细化数值预报的需求,目前对数值预报模式空间分辨率和时间分辨率的要求都越来越高,随着时间分辨率的提高,为了满足业务应用的需求,对计算耗用的时间的要求也越来越短。[0003] 目前业务数值天气预报的移动定位技术主要集中在沿海区域的台风预报中,在内陆区域的数值预报应用中尚不多见,尤其是结合了实况观测数据同化技术的快速循环同化更新数值预报并未出现移动定位。这主要是由于基于数据同化技术的快速循环同化更新预报的计算量巨大,尤其是空间分辨率达到1km、时间分辨率达到分钟级的高时空精度的运算。[0004] 在不降低时空分辨率的情况下,目前解决业务数值预报计算量大、计算耗时长的问题主要是通过缩小计算区域来解决,但较小的、固定的数值预报区域必然不利于偏离区域外的天气预测,同时当强天气(如强降水区域)出现在数值预报区域边界附近时,会造成数据估测的严重失真。[0005] 因此,为了解决以上固定预报区域的问题,提出了使用移动数值预报区域的方法。当前气象数值预报中使用的移动区域技术,主要有两种:指定移动路径和涡旋自跟随技术。然而,指定移动路径技术仅适用于已知移动路径下的研究分析,不适用于业务实时预报中对路径不明确的情况下使用;涡旋自跟随技术是基于数值模式实时计算出的流场和低压中心来判断移动区域的定位,但由于内陆区域的强天气中心与涡旋中心并非一一对应,甚至在没有涡旋中心的区域也会出现强天气,因此,涡旋自跟随技术并不适用内陆区域的强天气定位。发明内容[0006] 为克服上述现有技术存在的不足,本发明之目的在于提供一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法和系统,采用较粗分辨率数值模式实时预报产品或衍生产品和非均匀质心法相结合的移动定位技术,确定分钟级循环同化数值预报系统适应强天气发生区域的可移动预报区域定位技术,建立实时分钟级循环同化预报系统的移动定位系统。通过适应强天气发生区域的预报区域定位技术,缩小了分钟级循环同化数值预报系统的计算区域、减少计算量,同时缩短模式计算时间,以更快的速度将产品提供给预报平台,实现强天气的快速分析和及时预警。[0007] 为达上述目的,本发明实施例提供一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法,包括以下步骤:[0008] 根据灾害性天气业务需求,确定指定范围的经纬度区域,作为分钟级循环同化数值预报系统运行的定位区域,即用于计算质心的定位区域范围;[0009] 选取水平分辨率较粗的全球或区域数值模式实时预报产品或其衍生产品,并确定所述用于计算区域质心的定位区域范围格点的质量权重;[0010] 根据确定的格点质量权重,利用非均匀质心法计算所述定位区域的质心经纬度;[0011] 将不同预报时刻资料计算得到的区域质心经纬度作为分钟级循环同化数值预报模式的区域中心,实现实时自动移动分钟级循环同化数值预报区域中心。[0012] 可选地,所选取的水平分辨率较粗的全球或区域数值模式实时预报产品的预测资料的范围需覆盖所选择的定位区域范围,且要求为等经纬度格点数据。[0013] 可选地,确定所述用于计算质心的定位区域范围内格点的质量权重,以实时预报产品直接输出的格点预报值或经过二次计算的衍生格点预报产品值的线性函数或非线性函数作为所述定位区域范围的格点质量权重。[0014] 可选地,确定所述用于计算质心的定位区域范围的格点质量权重中,选择如下函数之一作为所述定位区域范围的格点质量权重[0015] weight(i,j)=C*p(i,j)[0016] weight(i,j)=p(i,j)C[0017][0018] 其中,weight(i,j)为格点质量权重,pi(i,j)为所选取的数值预报产品直接输出的格点预报值或经过二次计算的衍生格点预报产品值,C为系数,i,j分别表示定位区域的经向、纬向格点值。[0019] 可选地,所述格点质量权重计算所述定位区域范围的区域质心的步骤中,利用如下质心计算公式获得所述定位区域范围的区域质心位置:[0020][0021][0022] 其中,weight(i,j)表示格点质量权重, 为质心位置,n、m分别为区域内纬向和经向格点点数量,(x(i,j),y(i,j))为区域内格点坐标。[0023] 为达到上述目的,本发明还提供一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位系统,包括:[0024] 定位区域范围确定模块,用于根据灾害性天气业务需求,确定指定范围的经纬度区域,作为分钟级循环同化数值预报系统运行的定位区域,即用于计算区域质心的定位区域范围;[0025] 格点质量权重确定模块,用于选取全球或区域数值模式实时预报产品或其衍生产品,并确定所述用于计算区域质心的定位区域范围格点的质量权重;[0026] 质心计算模块,用于根据确定的格点质量权重,利用非均匀质心法计算所述定位区域的质心经纬度;[0027] 移动定位模块,用于将不同预报时刻资料计算得到的区域质心经纬度作为分钟级循环同化数值预报模式的区域中心,实现实时自动移动分钟级循环同化数值预报区域中心。[0028] 与现有技术相比,本发明一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法及系统,通过较粗分辨率数值模式的全球或区域数值模式实时预报产品或其衍生产品与非均匀质心法相结合,建立分钟级循环同化数值预报系统适应强天气发生区域的的可移动预报区域定位技术和系统。通过适应强天气发生区域的预报区域定位技术,缩小了分钟级循环同化数值预报的计算区域,减少了计算量,同时缩短模式计算时间,以更快的速度将产品提供给预报平台,实现强天气的快速分析和及时预警。[0029] 下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。附图说明[0030] 通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述,本发明的上述以及其他目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,并且构成说明书的一部分,与本发明实施例一起用于解释本发明,并不构成对本发明的限制。在附图中,相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。[0031] 图1是本发明一示例性实施例提供的一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法的流程示意图;[0032] 图2a、图2b、图2c分别为本发明实施例中2021年8月24日20时起报的12、18、24三个预报时次的短时强降水概率分布及一般质心法(黑三角)和幂级质心法(黑圆点)确定的短时强降水质心;[0033] 图3为一般质心法和幂级质心法的质量与短时强降水概率的关系示意图;[0034] 图4a‑图4c为本发明实施例中不同时间短时强降水概率分布(填色)对应的一般质心法(黑三角)和幂级质心法(黑圆点)确定的短时强降水质心(图左上角为数值模式起报时间,右上角为预报时间);[0035] 图5是本发明一示例性实施例提供的一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位系统的结构示意图。具体实施方式[0036] 下面,将参考附图详细地描述根据本发明的示例实施例。显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是本发明的全部实施例,应理解,本发明不受这里描述的示例实施例的限制。[0037] 应注意到:除非另外具体说明,否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。[0038] 本领域技术人员可以理解,本发明实施例中的“第一”、“第二”等术语仅用于区别不同步骤、设备或模块等,既不代表任何特定技术含义,也不表示它们之间的必然逻辑顺序。[0039] 还应理解,在本发明实施例中,“多个”可以指两个或两个以上,“至少一个”可以指一个、两个或两个以上。[0040] 还应理解,对于本发明实施例中提及的任一部件、数据或结构,在没有明确限定或者在前后文给出相反启示的情况下,一般可以理解为一个或多个。[0041] 另外,本发明中术语“和/或”,仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如,A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本发明中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。[0042] 还应理解,本发明对各个实施例的描述着重强调各个实施例之间的不同之处,其相同或相似之处可以相互参考,为了简洁,不再一一赘述。[0043] 同时,应当明白,为了便于描述,附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。[0044] 以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的,决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。[0045] 对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论,但在适当情况下,技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。[0046] 应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。[0047] 本发明实施例可以应用于终端设备、计算机系统、服务器等电子设备,其可与众多其它通用或专用计算系统环境或配置一起操作。适于与终端设备、计算机系统、服务器等电子设备一起使用的众所周知的终端设备、计算系统、环境和/或配置的例子包括但不限于:个人计算机系统、服务器计算机系统、瘦客户机、厚客户机、手持或膝上设备、基于微处理器的系统、机顶盒、可编程消费电子产品、网络个人电脑、小型计算机系统﹑大型计算机系统和包括上述任何系统的分布式云计算技术环境,等等。[0048] 终端设备、计算机系统、服务器等电子设备可以在由计算机系统执行的计算机系统可执行指令(诸如程序模块)的一般语境下描述。通常,程序模块可以包括例程、程序、目标程序、组件、逻辑、数据结构等等,它们执行特定的任务或者实现特定的抽象数据类型。计算机系统/服务器可以在分布式云计算环境中实施,分布式云计算环境中,任务是由通过通信网络链接的远程处理设备执行的。在分布式云计算环境中,程序模块可以位于包括存储设备的本地或远程计算系统存储介质上。[0049] 示例性方法[0050] 图1是本发明一示例性实施例提供的一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法的流程示意图。如图1所示,本发明一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位方法,包括以下步骤:[0051] 步骤101,根据灾害性天气业务需求,确定指定范围的经纬度区域,作为分钟级循环同化数值预报系统运行的定位区域,即用于计算质心的定位区域范围。[0052] 本发明可适用于各种不同类型强天气,如冰雹、雷暴、大风、暴雨、短时强降水等灾害性天气的移动定位,在本发明实施例中,以短时强降水预报为例,根据业务需求的短时强降水预测范围,确定用于计算质心的区域范围,一般来说,短时强降水指3小时降水量达到50毫米以上的降水,在本实施例中,根据业务需求,假设确定用于计算质心的定位区域范围为纬度25°N~35°N,经度104°E~118°E,即起始纬度startlat=25°,结束纬度endlat=35°,起始经度startlon=104°,结束经度endlon=118°,格距为0.25°。[0053] 步骤102,选取全球或区域数值模式实时预报产品或其衍生产品,并确定所述用于计算区域质心的定位区域范围格点的质量权重。[0054] 在本发明中,区域质心计算是在假设格点质量权重不同的条件下进行的,即采用非均匀质量的平面质心算法,格点质量权重的确定需要依赖所选取的全球或区域数值模式预报产品,以短时强降水为例,格点质量权重的确定依赖降水量预报产品或短时强降水概率预报产品。[0055] 一般来说,所选取的全球或区域数值模式预报产品的预测资料的范围需要覆盖步骤101中选择的区域范围,且要求为等经纬度格点资料,所选取的全球数值模式预报产品可以是NCEP(NationalCentersforEnvironmentalPrediction,美国国家环境预报中心)、ECMWF(EuropeanCentreforMedium‑RangeWeatherForecasts,欧洲中期天气预报中心)、CMA(ChinaMeteorologicalAdministration,中国气象局)等数值预报模式预报的格点降水量产品,或者是利用全球或区域数值模式资料开发的衍生产品,本发明不以此为限。在本发明实施例中,选取A中心气象台利用全球数值模式预报多要素产品,基于客观分型和连续概率法开发的衍生产品短时强降水概率格点预报产品作为格点质量权重函数,计算所述区域范围内不同预报时间的短时强降水区域质心。[0056] 质心识别与计算质心的区域范围大小和短时强降水概率高低有着密切关系,本发明首先考虑采用一般非均匀质量的平面质心算法,根据短时强降水概率值确定所述用于计算质心的区域范围的格点质量权重(weight):[0057] weight(i,j)=p(i,j)(1)[0058] 其中weight(i,j)为格点质量权重,p(i,j)指所选取的数值预报产品直接输出的格点预报值或经过二次计算的衍生格点预报产品值,i,j分别表示定位区域的经向、纬向格点值。[0059] 然而,实际运行中发现,基于一般非均匀质量平面质心算法(以下简称:一般质心法)计算的质心位置存在变化不显著的问题,如图2a,图2b,图2c所示中黑三角的质心为基于一般质心法2021年8月24日20时起报的12、18、24三个预报时次的质心位置示意,可见基于一般质心法的三个预报时次的质心(黑三角)始终稳定在(110.6E,28.6N)附近,变化不显著。[0060] 对此,在本发明实施例中,设计多种短时强降水概率值pi的线性函数或非线性函数作为格点质量权重,如下公式(2)‑公式(4),[0061] weight(i,j)=C*p(i,j)(2)[0062] weight(i,j)=p(i,j)C(3)[0063][0064] 其中系数C为任意数值,可根据检验结果调整。[0065] 用户可以根据需求选择相应的公式确定格点质量权重,例如在不确定质心识别效果的情况下,可通过人工检验上述公式以确定哪个格点质量权重的效果更好,且系数C取多少更合适,从而确定格点质量权重。经实验检验,为了质心较准确地集中到强降水中心,本发明使用公式(4)的基于幂级非均匀质量权重,且C>1的效果较好;但若对分钟级循环同化系统区域中心的稳定性要求较高,则使用公式(2)的效果较好。在本发明实施例中,采用基于幂级非均匀质量权重,即公式(4),较佳地,系数C取值1.1,即确定格点质量权重为:[0066][0067] 步骤103,根据确定的格点质量权重,利用非均匀质心法计算所述定位区域的质心经纬度。[0068] 在本发明实施例中,当确定了格点质量权重weight(i,j)后,利用如下质心计算公式获得所述定位区域范围的区域质心位置:[0069][0070][0071] 其中,weight(i,j)指格点质量权重, 为质心位置,n,m分别为区域内纬向和经向格点点数量,(x(i,j),y(i,j))为区域内格点坐标。[0072] 在本发明实施例中,以起始纬度startlat=25°,结束纬度endlat=35°,起始经度startlon=104°,结束经度endlon=118°,格距为0.25°为例,定位区域范围的区域质心位置计算如下:[0073][0074][0075] 其中 为质心位置(依次为纬度和经度),weight(i,j)指格点(i,j)上的质量权重,i为定位区域的经向格点值,j为定位区域的纬向格点值, 为定位区域的经向总格点数, 为定位区域的纬向总格点数,startlat为定位区域的起始纬度,startlon为定位区域的起始经度,space为格距。[0076] 在本发明中,质心的计算解决了涡旋中心与降水中心不一致的问题,改进了现有数值预报移动区域技术的指定移动路径技术,将人为的指定移动路径改为基于数值模式实时计算出的区域短时强降水质心的移动路径。[0077] 需说明的是,由于质心计算不涉及预报时效,因此不同预报时次短时强降水预测区域的质心,则分别计算。[0078] 步骤104,将不同预报时刻资料计算得到的区域质心经纬度作为分钟级循环同化数值预报模式的区域中心,实现实时自动移动循环同化数值预报区域中心,即将不同预报时刻资料计算得到的区域质心经纬度分别写入所述分钟级循环同化数值预报系统对应时间的启动程序,开展实时自动移动定位的系统运行,从而实现实时自动移动循环同化数值预报区域定位。[0079] 在本发明实施例中,根据快速循环更新同化模式启动时间频率(可人为调整启动时间间隔),选择对应时间的短时强降水预测区域质心,自动写入区域数值模式的启动程序,即实现移动定位。所述快速更新循环同化系统是针对短时临近预报应用而发展的预报技术,通过同化高频率的观测资料,不断更新模式背景场,形成更准确的初始场并进行短时预报。所述移动定位是指根据未来24小时短时强降水发生的概率,变化数值预报模式的计算中心和区域。移动定位数据与数值模式预测资料更新时间保持同步。本发明使用的格点天气预报产品(包括短时强降水概率预报产品)每12小时更新一次,因此,移动定位中心的计算也每12小时更新一次,每更新一次可得到预报场12‑24小时之间的3小时间隔5个时次的定位中心。[0080] 实验证明,本发明基于幂级质心法计算的质心可以更有效地定位到短时强降水中心区域,如图2中黑圆点的质心位置为基于幂级质心法2021年8月24日20时起报的12、18、24三个预报时次的质心示意,从图2b中可以看出,2021年8月24日20时起预报的第18预报时次的短时强降水概率明显加大,基于幂级质心法计算的质心(黑原点)很准确地定位到了强降水中心,同时其他时次的质心也比一般质心法更接近短时强降水高概率区中心。[0081] 经过实验证明,一般质心法和幂级质心法的质点质量权重与短时强降水概率的关系如图3所示,短时强降水概率达到45%以上后,随着概率的增加,幂级质心法的质点质量迅速上升。高短时强降水概率值对应的质点质量增加可以使质心更精准、快速的移动到强降水区域,而低短时强降水概率值对应的质点质量减小可以在无强降水天气时使质心更稳定,如图4所示对应了不同短时强降水概率分布对应的一般质心法(黑三角)和幂级质心法(黑圆点)确定的短时强降水质心,可见,在发生强降水概率较小时质心基本稳定在区域中心(图4b),且两种质心计算法的质心几乎重叠在一起,而在强降水概率较大时质心迅速移动到靠近强降水的区域,如图4a,短时强降水高概率中心在西南侧,幂级质心法的质心明显偏向西南强降水中心;图4c中短时强降水高概率中心在东南侧,幂级质心法的质心明显偏向东南强降水中心。[0082] 示例性系统[0083] 图5是本发明一示例性实施例提供的一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位系统的结构示意图。如图5所示,本发明一种面向分钟级循环同化数值预报系统的移动定位系统,包括:[0084] 定位区域范围确定模块501,用于根据灾害性天气业务需求,确定指定范围的经纬度区域,作为分钟级循环同化数值预报系统运行的定位区域,即用于计算质心的定位区域范围。[0085] 本发明可适用于各种不同类型强天气,如冰雹、雷暴、大风、暴雨和短时强降水等数值预报的移动定位,在本发明实施例中,以短时强降水数值预报为例,根据业务需求的短时强降水预测范围,确定用于计算质心的区域范围,一般来说,短时强降水指3小时降水量达到50毫米以上的降水,在本实施例中,根据业务需求,假设确定用于计算质心的定位区域范围为纬度25°N~35°N,经度104°E~118°E,即起始纬度startlat=25°,结束纬度endlat=35°,起始经度startlon=104°,结束经度endlon=118°,格距为0.25°。[0086] 格点质量权重确定模块502,用于选取全球或区域数值模式实时预报产品或其衍生产品,并确定所述用于计算区域质心的定位区域范围格点的质量权重。[0087] 在本发明中,区域质心计算是在假设格点质量权重不同的条件下进行的,即采用非均匀质量的平面质心算法,格点质量权重的确定需要依赖所选取的天气预报产品,以短时强降水为例,格点质量权重的确定则依赖降水量预报产品或短时强降水概率预报产品。一般来说,所选取的数值预报产品的预测资料的范围需要覆盖定位区域范围确定模块501中选择的区域范围,且要求为等经纬度格点资料,所选取的天气预报产品可以是NCEP(NationalCentersforEnvironmentalPrediction,美国国家环境预报中心)、ECMWF(EuropeanCentreforMedium‑RangeWeatherForecasts,欧洲中期天气预报中心)、CMA(ChinaMeteorologicalAdministration,中国气象局)等数值预报模式预报的格点降水量产品,或者是利用数值模式资料开发的短时强降水概率格点预报产品等,本发明不以此为限。在本发明实施例中,选取A中心气象台开发的短时强降水概率格点预报产品,即利用A中心气象台开发的短时强降水概率预报结果,计算所述区域范围内不同时间的短时强降水区域质心。[0088] 在本发明实施例中,设计多种短时强降水概率值pi的线性函数或非线性函数作为格点质量权重:[0089] weight(i,j)=C*p(i,j)[0090] weight(i,j)=p(i,j)C[0091][0092] 其中,weight(i,j)为格点质量权重,p(i,j)指所选取的数值预报产品直接输出的格点预报值或经过二次计算的衍生格点预报产品值,i,j分别表示定位区域的经向、纬向格点值,系数C为为任意数值,可根据检验结果调整。[0093] 用户可以根据需求选择相应的公式确定格点质量权重,例如在不确定质心识别效果的情况下,可通过人工检验上述公式以确定哪个格点质量权重的效果更好,且系数C取多少更合适,从而确定格点质量权重。经实验检验,为了质心较准确地集中到强降水点,使用基于幂级非均匀质量权重,且C>1的效果较好;但若对区域质心的稳定性要求较高,则使用weighti=C*pi的效果较好。在本发明实施例中,采用基于幂级非均匀质量权重,即公式(4),较佳地,系数C取值1.1,即确定格点质量权重为:[0094][0095] 质心计算模块503,用于根据确定的格点质量权重,利用非均匀质心法计算所述定位区域范围的区域质心经纬度。[0096] 在本发明实施例中,当确定了格点质量权重weight(i,j)后,利用如下质心计算公式获得所述定位区域范围的区域质心位置:[0097][0098][0099] 其中,weight(i,j)指格点质量权重, 为质心位置,n,m分别为区域内纬向和经向格点点数量,(x(i,j),y(i,j))为区域内格点坐标。[0100] 移动定位模块504,用于将不同预报时刻资料计算得到的区域质心经纬度作为分钟级循环同化数值预报模式的中心,实现实时自动移动循环同化数值预报区域中心,即移动定位模块504将不同预报时刻资料计算得到的区域质心经纬度分别写入所述分钟级循环同化数值预报系统对应时间的启动程序,开展实时自动移动定位的系统运行,从而实现实时自动移动循环同化数值预报区域中心。[0101] 实施例[0102] 实施例1,如图2a‑图2c,2021年8月24日20时起报的12、18、24三个预报时次的质心(黑三角)始终稳定在(110.6E,28.6N)附近。2021年8月24日20时起报预报的第18预报时次的短时强降水概率明显加大,基于幂级质心法计算的质心(黑原点)很准确的定位到了强降水中心,同时其他时次的质心也比一般质心法更接近短时强降水高概率区中心。[0103] 实施例2,如图4a,2022年4月23日20时预报24日08时的短时强降水高概率中心在区域西南侧,幂级质心法的质心明显偏向西南强降水中心,一般质心法则在短时强降水概率中心东北侧约200km以外,对于约200km半径的小区域快速更新循环数值预报系统,一般质心法的定位中心很容易使强降水中心位于模式边界附近,从而产生虚假预报。[0104] 实施例3,如图4c,2022年4月24日08时预报25日08时的短时强降水高概率中心在区域东南侧,幂级质心法的质心明显偏向东南强降水中心,一般质心法则在短时强降水概率中心西北侧约200km以外,更接近当前区域的质心。[0105] 以上结合具体实施例描述了本公开的基本原理,但是,需要指出的是,在本公开中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制,不能认为这些优点、优势、效果等是本公开的各个实施例必须具备的。另外,上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用,而非限制,上述细节并不限制本公开为必须采用上述具体的细节来实现。[0106] 本说明书中各个实施例均采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处,各个实施例之间相同或相似的部分相互参见即可。对于系统实施例而言,由于其与方法实施例基本对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。[0107] 本公开中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的,可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。诸如“包括”、“包含”、“具有”等等的词语是开放性词汇,指“包括但不限于”,且可与其互换使用。这里所使用的词汇“或”和“和”指词汇“和/或”,且可与其互换使用,除非上下文明确指示不是如此。这里所使用的词汇“诸如”指词组“诸如但不限于”,且可与其互换使用。[0108] 可能以许多方式来实现本公开的方法和装置。例如,可通过软件、硬件、固件或者软件、硬件、固件的任何组合来实现本公开的方法和装置。用于所述方法的步骤的上述顺序仅是为了进行说明,本公开的方法的步骤不限于以上具体描述的顺序,除非以其它方式特别说明。此外,在一些实施例中,还可将本公开实施为记录在记录介质中的程序,这些程序包括用于实现根据本公开的方法的机器可读指令。因而,本公开还覆盖存储用于执行根据本公开的方法的程序的记录介质。[0109] 还需要指出的是,在本公开的装置、设备和方法中,各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本公开的等效方案。提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本公开。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的,并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本公开的范围。因此,本公开不意图被限制到在此示出的方面,而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。[0110] 为了例示和描述的目的已经给出了以上描述。此外,此描述不意图将本公开的实施例限制到在此公开的形式。尽管以上已经讨论了多个示例方面和实施例,但是本领域技术人员将认识到其某些变型、修改、改变、添加和子组合。

专利地区:湖北

专利申请日期:2022-08-03

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN115314840B

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