用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，包括以下步骤：步骤S1：获取地闪资料数据；步骤S2：处理地闪资料数据，并对其进行质量控制；步骤S3：将地闪资料数据转换为三维代理回波；步骤S4：将代理回波同化入三维变分系统，实现对地闪资料数据的同化。所述步骤S1中的获取地闪资料数据的步骤为：步骤S11：选择对流系统开始发生的时刻进行同化时间的设定；步骤S12：提取同化时间段内的地闪资料数据；本发明专利技术提供的一种用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，可以将地闪资料同化入三维变分系统，提高了对强对流系统的临近预报，并可运用于现有三维变分业务系统中。

【技术实现步骤摘要】
用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法
本专利技术属于通信领域，具体的是涉及一种用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法。
技术介绍
在中小尺度数值预报中，气象工作者们通过资料同化手段将分析资料与观测资料融合来为模式提供初始场，由于计算方法的限制，早期同化的观测资料普遍为常规观测，例如风、温、压、湿等。然而大量研究表明，由于观测资料的单一，用再分析资料和常规观测模拟得到的初始场中所包含的中小尺度信息往往非常有限。随着大气探测的手段越来越丰富，出现了很多非常规观测资料，例如多普勒雷达资料、卫星资料、闪电资料等。这些探测手段得到的探测数据包含有比常规数据更丰富的天气信息，但其中部分并不是常规的气象数据。因此气象工作者们开始大胆尝试着将非常规观测资料同化到模式中，来改善模式的初始场。20世纪70年代中期，由于航天发射遭到雷击，美国率先展开了对雷电信息监测的研究，到目前已经在全国范围内建立了国家闪电定位网(NationalLightningDetectionNetwork，NLDN)。其能够实时提供高精度的闪电探测资料，对地闪的监测效率在70％以上。由于闪电监测起步较晚，因而相对于其它大气资料而言，同化闪电定位网资料的相关研究结论也较少。闪电资料的同化难点在于：闪电定位网资料的观测量并不是模式变量，因此在同化前需要建立它与模式变量或相关模式诊断量的联系。目前已有的闪电数据同化方法大致包括两种：(1)将闪电数据作为控制积云对流参数化方案的开关，触发或抑制积云对流参数化方案；(2)通过统计关系将闪电数据转化为模式相关变量，然后间接同化。目前变分同化方法作为资料同化的主流方法，迅速兴起并成功运用于业务中。目前所应用的四维变分资料同化虽然在一定程度上解决了三维变分中的时间窗和模式约束问题，但其目标函数梯度的计算需要花费巨大的计算量，这使得四维变分资料同化在业务方面的应用受到很大限制。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术旨在提供一种用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，可以在三维变分系统中实现对地闪资料快速有效的同化，可有效改善强对流天气系统的短临预报。本专利技术的技术方案如下：本专利技术提供了一种用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，包括以下步骤：步骤S1：获取地闪资料数据；步骤S2：处理地闪资料数据，并对其进行质量控制；步骤S3：将地闪资料数据转换为三维代理回波；步骤S4：将代理回波同化入三维变分系统，实现对地闪资料数据的同化。进一步地，所述步骤S1中的获取地闪资料数据的步骤为：步骤S11：选择对流系统开始发生的时刻进行同化时间的设定；步骤S12：提取规定时间段内的地闪资料数据；进一步地，所述步骤S2中处理地闪资料数据并对其进行质量控制的步骤为：步骤S21：设定需要转换的地闪资料数据的模拟参数；步骤S22：将需要转换的地闪资料数据插值到13.5Km网格中。进一步地，所述步骤S3中将地闪资料数据转换为代理回波的步骤为：步骤S31：依照公式REFL＝min[40,15+2.5×LTG]，得到垂直柱最大代理回波REFL；其中REFL代表垂直柱最大代理回波，LTG代表所述13.5KM网格中的闪电频数；步骤S32：将垂直柱最大代理回波分别插值到0.2至16Km的垂直坐标高度上；步骤S33：将不同垂直坐标高度上的垂直柱最大代理回波乘以季节廓线因子，得到不同高度上的垂直反射廓线，即三维代理雷达回波。进一步地，步骤S32中所述的垂直坐标高度包括0.2,0.5,0.75,1,1.25,1.5,1.75,2,2.25,2.5,2.75,3,3.5,4,4.5,5,5.5,6,6.5,7,7.5,8,8.5,9,10,11,12,13,14,15,16。单位Km，共31层。进一步地，所述步骤S11中同化时刻设定对流系统刚开始发展的时刻。进一步地，所述步骤S12中提取规定时间段内的地闪资料数据包括闪电编号、闪电发生日期、闪电发生时间以及闪电位置信息；规定时间为同化时刻向前30分钟，向后10分钟，共40分钟。进一步地，步骤S21中所述的需要转换的地闪资料数据的模拟参数包括模拟区域、水平格距以及垂直层数。进一步地，步骤S31中所述的闪电频数为40分钟内的闪电次数的累计量。进一步地，步骤S32中所述的季节廓线因子包括冬季廓线因子和夏季廓线因子。进一步地，所述冬季廓线因子和所述夏季廓线因子是根据垂直最大代理回波所对应的量级而确定。本专利技术提供的一种用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，可将闪电频数先转换成柱最大代理回波而后再转换为代理回波的垂直廓线；可以将代理回波同化入WRFDA三维变分系统，从而实现对地闪资料的同化。本专利技术提供的技术方案提高了对强对流系统的临近预报，并可运用于现有三维变分业务系统中。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。图1示出了本专利技术实施例用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法的流程图；图2示出了本专利技术实施例用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法的同化实验(Exp.Lghtn)与控制实验(Exp.CTL)在不同回波阙值dBZ下的ETS评分对比图；图3示出了本专利技术实施例用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法的观测降水图(OBS)、控制试验将水图(Exp.CTL)、同化试验累计预报降水图(Exp.Lghtn)的对比示意图。具体实施方式下面结合具体实施方式对本专利技术的用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法做进一步说明：参见附图1所示，本专利技术实施例提供了一种用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，包括以下步骤：步骤S1：获取地闪资料数据；步骤S2：处理地闪资料数据，并对其进行质量控制；步骤S3：将地闪资料数据转换为三维代理回波；步骤S4：将代理回波同化入三维变分系统，实现对地闪资料数据的同化。本实施例中，所述步骤S1中的获取地闪资料数据的步骤为：步骤S11：选择对流系统开始发生的时刻进行同化时间的设定；步骤S12：提取同化时间段内的地闪资料数据；本实施例中，所述步骤S2中处理地闪资料数据并对其进行质量控制的步骤为：步骤S21：设定需要转换的地闪资料数据的模拟参数；步骤S22：将需要转换的地闪资料数据插入到13.5Km网格中。本实施例中，所述步骤S3中将地闪资料数据转换为代理回波的步骤为：步骤S31：依照公式REFL＝min[40,15+2.5×LTG]，得到垂直柱最大代理回波REFL；其中REFL代表垂直柱最大代理回波，LTG代表所述13.5Km网格中的闪电频数；步骤S32：通过垂直柱最大代理回波与垂直反射廓线的比例关系得到垂直反射廓线，即三维代理雷达回波。本实施例中，所述步骤S11中同化时刻设定为对流系统刚开始发展的时刻本实施例中，所述步骤S12中提取规定时间段内的地闪资料数据包括闪电编号、闪电发生日期、闪电发生时间以及闪电位置信息；规定时间为同化时刻向前30分钟，向后10分钟，共40分钟。本实施例中，步骤S21中所本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：获取地闪资料数据；步骤S2：处理地闪资料数据，并对其进行质量控制；步骤S3：将地闪资料数据转换为三维代理回波；步骤S4：将代理回波同化入三维变分系统，实现对地闪资料数据的同化。

【技术特征摘要】
1.用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤S1：获取地闪资料数据；步骤S2：处理地闪资料数据，并对其进行质量控制；步骤S3：将地闪资料数据转换为三维代理回波；步骤S4：将代理回波同化入三维变分系统，实现对地闪资料数据的同化。2.根据权利要求1所述的用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，其特征在于，所述步骤S1中的获取地闪资料数据的步骤为：步骤S11：选择对流系统开始发生的时刻进行同化时间的设定；步骤S12：提取规定时间段内的地闪资料数据。3.根据权利要求1所述的用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，其特征在于，所述步骤S2中处理地闪资料数据并对其进行质量控制的步骤为：步骤S21：设定需要转换的地闪资料数据的模拟参数；步骤S22：将需要转换的地闪资料数据插值到13.5Km网格中。4.根据权利要求1所述的用于强对流天气预报的同化地闪转换代理雷达回波的方法，其特征在于，所述步骤S3中将地闪资料数据转换为三维代理回波的步骤为：步骤S31：依照公式REFL＝min[40,15+2.5×LTG]，得到垂直柱最大代理回波REFL；其中REFL代表垂直柱最大代理回波，LTG代表所述13.5Km网格中的闪电频数；步骤S32：将垂直柱最大代理回波分别插值到0.2至16Km的垂直...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，韩文宇，王莹，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62