基于概率分布短时预报降水的方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了基于概率分布短时预报降水的方法与系统。一种用于针对给定位置生成一段时段上的短时预报的系统和方法。系统从多个气象源接收对给定位置的气象观测和预测，并处理该信息以确定一段时段上的降水类型(P类型)的概率分布和降水速率(P速率)的概率分布。然后可将所述两种概率分布组合成指示在给定时段和给定位置上以给定速率发生特定类型的降水的概率的多个概率分布(P类型速率预报)。在一些实施方式中，可以基于输入到系统中的气象观测来选择一种降水类型来代替确定降水类型分布，从而生成指示在给定时段和给定位置上以给定速率发生所选择的降水类型的概率的降水类型速率预报。

Method and system for precipitation prediction based on probability distribution

The invention discloses a method and system for Short-term Precipitation Prediction Based on probability distribution. A system and method for generating short term forecasts for a positioning period to a positioning device. The system receives meteorological observations and forecasts from multiple meteorological sources at a given location, and processes the information to determine the probability distribution of precipitation type (P type) and precipitation rate (P rate) over a period of time. The two probability distributions can then be combined into multiple probability distributions (P-type rate forecasts) indicating the probability of a particular type of precipitation occurring at a given rate at a given time period and location. In some embodiments, a precipitation type may be selected based on meteorological observations input into the system instead of determining the precipitation type distribution, thereby generating a precipitation type rate forecast indicating the probability of the selected precipitation type occurring at a given rate at a given time period and location.

【技术实现步骤摘要】
基于概率分布短时预报降水的方法与系统本申请是基于申请号为201480000782.7、申请日为2014年4月4日、专利技术名称为“基于概率分布短时预报降水的方法与系统”的专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求共同拥有和共同专利技术的2013年4月4日提交的美国专利申请No.13/856,923、2013年6月20日提交的美国专利申请No.13/922,800、2013年7月22日提交的美国专利申请No.13/947,331、2013年6月26日提交的美国临时申请No.61/839,675、2013年6月16日提交的美国临时申请No.61/835,626、和2013年6月19日提交的美国临时申请No.61/836,713的优先权，其全部内容作为参考被合并于此。
所公开的主题总的来说涉及一种用于确定气象预报的系统。
技术介绍
对风暴和其他气象学事件的气象预报对于航空、航天机构、应急机构、交通、公共安全等是非常重要的。传统的气象预报系统通过利用各种二维或三维物理参数应用数学/物理方程来提供距目前时间12小时到几天的气象预测。许多系统使用气象学雷达。气象学雷达向天空中的降水区域发射脉冲，以便根据脉冲的反射(或回波)强度观测降雨或降雪的强度。然后强度被转换成灰度级。降水区域的图像被表示为各种形状和灰度级的组合图案。使用互相关(CC)方法对两个连续图像进行图案匹配，从而评估运动矢量，并通过使用一维外推法，对(相同形状和大小的)降水图案进行翻译。该技术通过使两个或两个以上连续图像中的单元(cell)相关以确定风暴前沿的速度和方向，来对群集或单元进行跟踪以预测风暴运动。然后该运动信息用于呈现出接下来三十到六十分钟内降水区域可能位于哪里，这会以预报的雷达反射率图像的形式表示。然而，这些系统有太多的限制，这影响了预测的精度。例如，有可能给定的雷达反射率信息可能提供不准确的预报。而且，在不止一个雷达站跟踪风暴前沿时，有可能每个雷达站可能会提供不同的且有冲突的预报。在这种情况下，输出给用户的结果很可能是不准确的那些。而且，这些系统不考虑降水区域的状态改变程度，例如，从降雨变成降雪。简单地说，不能充分地预测表示自然现象的关于大小、形状、灰度级等不稳定的变化，并且也没有考虑针对降水区域的地形影响。而且，现有系统中没有一个系统能够提供指示以可能的速率在特定时段的可能类型的降水的概率分布。为了这些和其他原因，仍然需要一种实现改进的短时预报(nowcast)技术的系统和方法。
技术实现思路
在一个实施方式中，描述了一种用于生成对降水类型、降水强度和概率或可信度的可变长度和可变详细度的文本描述的系统/方法。降水短时预报系统生成对降水类型和降水速率的预报(预报值)。按相等或可变的时间间隔对预报值进行预报，每个间隔具有开始时间和结束时间(例如，具有1、5、10、15、30分钟增量的时间序列)。在一个实施方式中，从多个气象数据源接收气象观测和预测，并处理所述气象观测和预测来确定一段时段上降水类型(P类型)的概率分布和确定降水速率(P速率)的概率分布。这两种概率分布然后可以被组合成多个单独的概率分布(P类型速率)，每个P类型速率指示在一段时段上以某速率发生某类型降水的概率。P类型速率预报的示例可以为降雨和轻度的组合(轻度降雨)以及与该组合相关的概率，例如40％几率的轻度降雨。其他组合可以包括降雨和重度(重度降雨)，降雪和轻度(轻度降雪)，等等。会发生降水的概率等于所有的有降水的P类型速率类别的和。不发生降水的概率等于所有的描述无降水的P类型速率类别的和。对于每个时间间隔，可以以包括对P类型速率类别的文本/数字描述及其概率百分比的文本和/或数字形式来显示概率分布。还可以以图形方式在一个轴上用时间和另一个轴上用P类型速率类别来显示概率分布。在一方面中，提出了一种用于生成针对给定时段和给定地区的气象预报的计算机实现的方法，该方法包括：从一个或多个气象源接收针对给定地区的气象值；使用所述气象值，生成针对给定时段的降水类型预报(P类型预报)的概率分布，所述降水类型预报包括m个降水类型和与每个类型相关联的概率；使用所述气象值，生成针对所述给定时段的降水速率预报(P速率预报)的概率分布，所述降水速率预报包括n个降水速率和与每个速率相关联的概率；将针对所述给定时段的降水类型预报与针对所述给定时段的降水速率预报进行组合，以生成m*n个降水类型速率预报(P类型速率预报)，每个降水类型速率预报表示具有给定速率给定类型的降水的概率；以及输出所述降水类型速率预报中的一个或多个以用于显示。在一个实施例中，所述方法还包括：针对每个降水类型速率预报，将来自所述降水类型预报的与给定类型的降水相关联的第一概率P1与来自所述降水速率预报的与给定速率的降水相关联的第二概率P2相乘，以获得表示接收到所述给定速率给定类型的降水的概率的值P3。在一个实施例中，所述方法进一步包括从多个不同的气象源接收所述气象值。在一个实施例中，所述方法还包括：根据从每个气象源接收的气象值生成单独的降水类型预报，从而生成多个单独的降水类型预报，以及使用概率聚合器，将所述多个单独的降水类型预报组合成最终的降水类型预报。在另一个实施例中，所述方法还包括：根据从每个气象源接收的气象值生成单独的降水速率预报，从而生成多个单独的降水速率预报，以及使用概率聚合器，将所述多个单独的降水速率预报组合成最终的降水速率预报。在又一个实施例中，聚合包括执行加权平均，其中根据与每个单独的降水类型预报或降水速率预报相关联的气象源，将权重分配给该降水速率预报和/或降水类型预报。在一个实施例中，所述方法还包括通过对表示无降水的所有类别的降水类型速率的概率进行求和来确定将不发生降水的概率。在一个实施例中，所述方法还包括通过对表示降水的所有类别的降水类型速率的概率进行求和来确定将发生降水的概率在一个实施例中，所述方法还包括：将文本描述与一个降水类型速率或降水类型速率的组合相关联；以及输出文本描述以用于在用户设备上显示。在一个实施例中，所述方法还包括：将两个或多个降水类型速率预报沿着维度组合起来，所述维度为概率、降水速率、和降水类型其中之一；以及将文本描述与降水类型速率预报的每个组合相关联。在一个实施例中，所述方法还包括接收指示给定地区的位置的用户输入。在一个实施例中，所述方法还包括接收指示给定时段的用户输入。在一个实施例中，所述给定时段包括多个时间间隔，其中所述多个时间间隔具有固定值。在一个实施例中，所述固定值为1分钟、2分钟、5分钟、10分钟、15分钟、30分钟和60分钟中的任意一个。在一个实施例中，所述给定时段包括多个时间间隔，其中所述多个时间间隔具有可变值。在一个实施例中，接收气象值包括至少接收针对给定地区的温度分布，并至少基于所述温度分布生成降水类型预报。在一个实施例中，所述方法还包括输出降水类型速率预报的不同的组合以用于显示。在另一方面中，提出了一种用于生成针对给定时段和给定地区的气象预报的计算机实现的方法，该方法包括：从一个或多个气象源接收针对给定地区的气象值；使用所述气象值，生成针对给定时段的降水类型预报(P类型预报)的概率分布，降水类型预报包括m个降水类型和与每个类型相关联的概率；使用所述气象值，生成针对所述给定时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于生成气象预报的计算机实现的方法，所述方法包括：接收气象数据；基于所述气象数据预测在区域中最可能发生的降水类型；基于所述气象数据生成多个速率概率，其中，所述多个速率概率中的每一个速率概率表示降水将以多个降水速率中的相应的降水速率在所述区域中发生的可能性；基于所述降水类型和所述多个速率概率生成多个结果概率，其中，所述多个结果概率表示所述降水类型将以所述多个降水速率中的每一个降水速率发生的可能性；以及输出表示所述多个结果概率的预报。

【技术特征摘要】
2013.04.04 US 13/856,923;2013.06.16 US 61/835,626;1.一种用于生成气象预报的计算机实现的方法，所述方法包括：接收气象数据；基于所述气象数据预测在区域中最可能发生的降水类型；基于所述气象数据生成多个速率概率，其中，所述多个速率概率中的每一个速率概率表示降水将以多个降水速率中的相应的降水速率在所述区域中发生的可能性；基于所述降水类型和所述多个速率概率生成多个结果概率，其中，所述多个结果概率表示所述降水类型将以所述多个降水速率中的每一个降水速率发生的可能性；以及输出表示所述多个结果概率的预报。2.根据权利要求1所述的方法，其中，由所述多个速率概率表示的可能性与由所述多个结果概率表示的可能性对应。3.根据权利要求1所述的方法，还包括从多个不同的气象源接收所述气象数据。4.根据权利要求3所述的方法，还包括使用概率聚合器基于从每个气象源接收的气象数据生成所述多个速率概率。5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述概率聚合器被配置为基于多个速率概率分布的加权平均生成所述多个速率概率。6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，还包括将文本描述与所述多个结果概率中的特定的结果概率相关联，其中，所述预报包括文本描述。7.根据权利要求6所述的方法，还包括：生成所述多个结果概率中的两个或更多个结果概率的沿着维度的组合，所述维度为降水的概率和速率中的一个；以及将文本描述与所述组合相关联。8.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，还包括接收表示所述区域的用户输入。9.一种用于生成气象预报的设备，所述设备包括：一个或多个处理器；和存储器，所述存储器存储指令，所述指令在由所述一个或多个处理器执行时用于：接收气象数据；基于所述气象数据预测在区域中最可能发生的降水类型；基于所述气象数据生成多个速率概率，其中，所述多个速率概率中的每一个速率概率表示降水将以多个降水速率中的相应的降水速率在所述区域中发生的可能性；基于所述降水类型和所述多个速率概率生成多个结果概率，其中，所述多个结果概率表示所述降水类型将以所述多个降水速率中的每一个降水速率发生的可能性；以及...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·莱伯兰克，
申请(专利权)人：天气变化研究无限责任公司，
类型：发明
国别省市：加拿大,CA