NRIET气象多源探测资料融合分析系统技术方案

本发明专利技术公开了一种NRIET气象多源探测资料融合分析系统，包括数据采集：获取地面、高空常规观测、卫星、雷达的遥感观测及模式背景场的各种气象数据。数据质量控制：将采集到的多种观探测资料进行质量控制处理。数据归一处理：将进行质控化的资料进行归一化处理，提供统一的标准数据接口，供后续模块调用。背景场网格插值：将模式输入作为背景场插值到三维格点上，获得三维背景资料。多源资料融合：利用观测资料进行融合，修正三维背景资料。融合分析：在融合资料的基础上进一步利用地面分析、温度分析、云分析、水汽分析和平衡分析，进一步订正并进行诊断分析。三维气象信息显示分析：将融合分析的三维格点数据进行展示，并提供交互分析功能。

NRIET meteorological multi-source data fusion analysis system

The invention discloses a NRIET meteorological multi-source detection data fusion and analysis system, including data acquisition: acquiring various meteorological data of ground, high altitude conventional observation, satellite, radar remote sensing observation and model background field. Data quality control: quality control and processing of a variety of observation data collected. Data normalization processing: the data of quality control will be normalized to provide a unified standard data interface for subsequent modules to call. Background field mesh interpolation: Interpolate the pattern input as the background field to the three-dimensional grid point to obtain the three-dimensional background data. Multi source data fusion: using the observed data to fuse and modify the three-dimensional background data. Fusion analysis: On the basis of fused data, ground analysis, temperature analysis, cloud analysis, water vapor analysis and balance analysis are further used to further revise and diagnose. Display and analysis of three-dimensional meteorological information: display the three-dimensional grid data of fusion analysis, and provide interactive analysis function.

【技术实现步骤摘要】
NRIET气象多源探测资料融合分析系统
本专利技术涉及一种气象多源观探测资料融合分析系统，尤其涉及一种NRIET气象多源探测资料融合分析系统。
技术介绍
近年来，我国社会经济的快速发展，也为气象观测系统发展带来了机遇。气象探测技术不断改进，大气探测设备不断增加，不仅建成了新一代天气雷达网、FY-2E、FY-2F、FY-3A、FY-3B气象卫星观测网以及遍布全国的地面自动气象站观测网，一些新兴的观测仪器，如风廓线仪、RASS无线电声学空气廓线测量仪、GPS水汽、微波辐射仪等观测网也在建设当中，使得气象观测在时空密度上得到极大提高。这些多源、多时相、多尺度的探测手段的快速发展，为灾害性天气超短期预报和临近预报提供了强有力的观测数据保障。另一方面，我国中尺度气象观测网数据日益丰富，如何将这些多源观测数据进行分析并在天气预报中发挥作用是迫切需要解决的问题。目前的预报方法主要包括传统的基于预报员经验的主观预报以及仍在不断发展的基于数值模式的客观预报。其中，数值预报是气象预报主要的发展趋势，但现阶段数值模式预报的初值问题并没有完全解决，并且数值模式的预报结果带有一定的不确定性，与实际结果有一定的偏差，因此，预报员的主观预报仍然占有非常重要的位置。预报员凭借积累的预报经验，通过天气图、卫星、雷达的综合分析，做出天气发展趋势的判断。这就需要为预报员提供最为详尽，最接近客观实际的数据。目前，我国的大气探测设备种类不断增加，气象观测资料日益丰富，但由于观测条件、观测原理等限制，各种资料都存在或大或小的误差，因此，需要对多源数据进行统一处理，相互校正、互为补充，分析出一套高分辨率、融合尽可能多观测的、更接近实际大气的分析数据。目前常用的再分析资料主要有美国NCEP的NCEP-FNL，日本JMA的JRA-25以及欧洲中心ECWMF的ERA-15、ERA-40等，这些国外的再分析资料为气候变化研究、灾害监测、驱动数值模式提供了数据保障，也是我国气候研究的主要数据来源之一。但这些再分析资料输入的我国观测资料有限，并且时空分辨率较低，难以描绘出中小尺度天气系统的结构特征以及演变规律，这对中小尺度天气研究的推进造成了诸多限制。我国作为一个复员辽阔，气象条件复杂，观测资料丰富的气象大国，尚没有一套供业务和研究用的分析、再分析数据集，在社会经济的日益繁荣、气象业务及气象科学研究快速发展的背景下，气象分析数据的需求也日益迫切。气象公共服务部门需要向公众提供实时的气象信息，而出于国家气象信息安全的考虑，原始的观测数据不方便直接对外公布，而且观测站点分布极不均勻，这就需要对各种观测数据及其他辅助数据进行处理，制作一套基于实际观测的分析数据产品。而目前气象业务当中还没有这样的平台，通常对观测数据进行简单的插值，缺乏对数据的统一处理，特别是源于多种观测仪器、多时相、多尺度的观测数据。因此在加强气象观探测技术的同时，应当构建统一的、规范化数据服务环境，并综合利用融合分析预报方法，将不同时空分辨率、包含不同气象要素的多源观测数据构建成一个的三维气象分析场，基于新建的三维分析场进行背景天气条件以及诊断量分析，从而更好的进行中小尺度灾害性天气预报预警以及研究。
技术实现思路
目前，多源气象观探测资料的应用主要存在以下几点问题：1)不同类型的观探测设备所采集气象要素和信息的时空分辨率不一致、数据结构不一致、数据服务方式不一致，导致各类气象观探测资料不能得到充分的挖掘和利用。2)单一观探测手段只能反映大气状态的一部分信息，因此单一的、时空分辨率不统一的探测资料不能形成全面描述灾害性天气的特征和指标，难以满足灾害性天气分析和预报的精度要求。3)各类观探测资料的表达方式多样，产品的空间范围与坐标投影不一致，不同资料的时间难以匹配，不便于预报人员综合使用这些信息。因此本专利技术主要需要解决以下主要技术问题。■多源观探测数据归一化处理针对不同类型、不同厂家、不同体制、不同来源的各种气象观探测设备形成的原始的气象观探测资料格式差异很大的问题。本专利技术通过设计统一的数据存储标准规范和数据结构模型，使得气象观测系统所采集的地面观测、高空观测、多普勒雷达、卫星、风廓线、微波辐射仪、GPS等观探测资料能够通过统一的数据模型进行存储，并形成统一的数据访问接口，便于方便快捷的调用。■观探测资料融合分析通过多源资料融合技术，基于Barnes分析、统计分析以及基于多重网格技术的连续变分方法，把地面观测资料、高空观测资料和雷达探测资料等这些时间、空间特征不同，具有不同观测精度的数据融合到一个网格上，成为网格点数据。并在此基础上，根据数据融合的输出场进行多源观探测资料分析(如风分析、云分析、诊断分析、平衡分析等)，生成可用于诊断中尺度强对流天气的三维维度场、三维风分析、三维湿度分析和雷暴指数物理量等产品，为灾害性天气预报预警以及研究提供支撑。■高性能气象资料图形渲染技术围绕多源气象观探测资料协同融合系统的需求，需要提供与此功能相关的各种气象数据分析处理与产品显示，因此需要提供高效的气象数据图形绘制引擎，以满足气象数据显示与分析的业务需求。针对实现高效绘图引擎需要解决的问题进行分析，采用以下技术手段进行应对，基于数据缓存解决数据访问和数据获取效率的问题，实现气象数据的快速访问；基于并行计算实现气象数据的复杂计算和概念模型的并行计算处理的问题，实现气象数据高效处理；基于异步渲染机制解决实施渲染过程中UI线程阻塞的问题，实现数据的高效渲染。基于“多源气象观探测数据归一化处理技术”和“观探测数据协同融合技术”，构建统一的、规范化、全要素覆盖、全时空匹配的基础观探测数据服务环境；融合地面观测、高空观测、雷达观探测资料等多种观测数据获得高时空分辨率的风、温、压、湿等大气参数，为灾害性天气预报预警以及研究提供支撑。为了解决以上问题，本专利技术采用了如下技术方案：一种NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，包括以下内容：1)数据采集获取地面、高空常规观测、卫星、雷达等遥感观测以及模式背景场等各种气象数据；2)数据质量控制将采集到的多种观探测资料进行质量控制处理，保证资料的准确性；3)数据归一处理将进行质控化的资料进行归一化处理，提供统一的标准数据接口，供后续模块调用；4)背景场网格插值将模式输入作为背景场插值到三维格点上，获得三维背景资料；5)多源资料融合利用各种观测资料进行融合，修正三维背景资料；6)融合分析在融合资料的基础上进一步利用地面分析、温度分析、云分析、水汽分析和平衡分析等，进一步订正并进行诊断分析；7)三维气象信息显示分析将融合分析的三维格点数据进行展示，并提供交互分析功能。所述的数据采集：1-1)观探测资料的采集支持多协议的收集，包括FTP采集、共享目录采集；采集的资料包括地面自动站、探空、多普勒天气雷达、双偏振天气雷达、微波辐射仪、GPS水汽、机场AWOS自观资料、飞机METAR报、卫星等。1-2)数据解码将通过对识别出的站点、格点格式的数据文件用对应的方法进行解码，对文件中的每一个报告的格式正确性、数值范围等做一个初步的筛选，过滤掉不符合业务规则的数据，最后得到解码后的数据。所述的数据质量控制：数据质量控制根据定义的质量控制规则，对采集的观探测资料数据进行解析分析，对分析出来本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，包括以下内容：1)数据采集获取地面、高空常规观测、卫星、雷达的遥感观测以及模式背景场的各种气象数据；2)数据质量控制将采集到的多种观探测资料进行质量控制处理；3)数据归一处理将进行质控化的资料进行归一化处理，提供统一的标准数据接口，供后续模块调用；4)背景场网格插值将模式输入作为背景场插值到三维格点上，获得三维背景资料；5)多源资料融合利用观测资料进行融合，修正三维背景资料；6)融合分析在融合资料的基础上进一步利用地面分析、温度分析、云分析、水汽分析和平衡分析，进一步订正并进行诊断分析；7)三维气象信息显示分析将融合分析的三维格点数据进行展示，并提供交互分析功能。

【技术特征摘要】
1.一种NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，包括以下内容：1)数据采集获取地面、高空常规观测、卫星、雷达的遥感观测以及模式背景场的各种气象数据；2)数据质量控制将采集到的多种观探测资料进行质量控制处理；3)数据归一处理将进行质控化的资料进行归一化处理，提供统一的标准数据接口，供后续模块调用；4)背景场网格插值将模式输入作为背景场插值到三维格点上，获得三维背景资料；5)多源资料融合利用观测资料进行融合，修正三维背景资料；6)融合分析在融合资料的基础上进一步利用地面分析、温度分析、云分析、水汽分析和平衡分析，进一步订正并进行诊断分析；7)三维气象信息显示分析将融合分析的三维格点数据进行展示，并提供交互分析功能。2.根据权利要求1所述的NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，所述的数据采集：1-1)观探测资料的采集支持多协议的收集，包括FTP采集、共享目录采集；采集的资料包括地面自动站、探空、多普勒天气雷达、双偏振天气雷达、微波辐射仪、GPS水汽、机场AWOS自观资料、飞机METAR报、卫星；1-2)数据解码将通过对识别出的站点、格点格式的数据文件用对应的方法进行解码，对文件中的每一个报告的格式正确性、数值范围做一个初步的筛选，过滤掉不符合业务规则的数据，最后得到解码后的数据。3.根据权利要求1所述的NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，所述的数据质量控制：数据质量控制根据定义的质量控制规则，对采集的观探测资料数据进行解析分析，对分析出来有异常不符合规则的数据，依据质量控制算法对这些观测数据进行修改、订正，使这些数据的值符合实际情况；包括对常规观探测资料进行基本参数检查、缺测检查、要素界限值检查和突变检查，以及对雷达资料平滑、滤波、填补缺测，去地物杂波算法。4.根据权利要求1所述的NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，所述的数据归一处理：3-1)针对气象数据的特点，数据格式标准化采用了通用的格点、矢量、记录数据模型的概念，将获取资料中的地面观测数据、高空观测数据、天气雷达数据适配到这三种数据模型上，同时考虑对地理信息数据的解析和适配；3-2)数据服务子模块，根据用户定义数据或数据文件名规范的元数据及数据特点，基于相关的接口开发规范，并借助对底层数据环境封装的服务接口，为其他分系统提供数据支撑服务。5.根据权利要求1所述的NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，所述的背景场网格插值：融合观探测资料的基础算法是在背景场基础上采用距离权重插值得到网格点值，然后分别对气温、气压、风、云采用连续订正与经验相结合的方法，垂直层数21层，层顶气压为100hPa；所使用的资料包括精细化数值预报业务系统最新一次启动的预报结果、地面观测资料、高空观测资料和遥感探测资料，将多源观探测资料融合后形成后成为水平空间分辨率为1km×1km的三维维度场、三维风场、三维湿度场的多维数据环境；将精细化数值预报业务系统最新一次启动的预报结果作为提供的大尺度初猜场插值到设定网格，产生NetCDF格式的背景场lga三维资料融合场和lgb地面资料融合场，提供给资料融合模块。6.根据权利要求1所述的NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，所述的多源资料融合：基于观探测资料采集与处理分系统采集、质量控制和格式标准化处理后的的观探测资料中间文件，利用Barnes分析、统计分析以及基于多重网格技术的连续变分方法手段，将不同的资料融合加入背景场资料中，得到同化融合的网格点数据并用于下一步分析；在对每个场进行分析之前，要进行质量控制；即当观测值与背景场的离差大于临界值时，将拒绝该观测值。7.根据权利要求1所述的NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，所述的融合分析：在同化融合的网格点数据基础上，根据数据融合的输出场进行其它物理量的反演和导出分析，包括：地面分析、三维风分析、三维温度场分析、云分析、水汽分析以及雷暴指数物理量。8.根据权利要求7所述的NRIET气象多源探测资料融合分析系统，其特征在于，所述的地面分析的是进行一个与三维风和温度分析类似的逐次订正技术；对于温度、露点、风U、V分量和海平面气压均使用观测值与背景场值之差，而能见度直接使用观测值；温度和露点也要对测站高度与LAPS地形的高度差值进行校正；标准的直减率将用于这个校正；分析产生的新值与背景场之差不能大于前面质量控制中观测值与背景场的离差的临界值；在气压分析的连续过程中，高度表的观测按标准大...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈启智，刘洲洋，
申请(专利权)人：南京恩瑞特实业有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32