一种面向商遥卫星的云量数值预报方法及预报系统技术方案

本发明专利技术涉及一种面向商遥卫星的云量数值预报方法及预报系统，本发明专利技术的面向商遥卫星的云量数值预报方法，包括以下步骤：从业务数值预报数据库中提取云量预报图；将云量预报图区隔成与商遥卫星的多个行进轨道格点相匹配的多个云量预报格点；根据各行进轨道格点的坐标对应查找与其位置相对应的各云量预报格点；分别提取出各云量预报格点中包含的云量预报数据，并将各云量数据汇总为卫星轨道总云量预报数据。本发明专利技术的预报方法及预报系统基于云量预报图计算卫星轨道总云量预报数据，能够利用云量预报图中未来48h～24h的云量预报为商遥卫星提供48h～24h的短期规划，使得商遥卫星避开云量多区域，降低商遥卫星的废片率并增加商遥卫星的寿命。

【技术实现步骤摘要】
一种面向商遥卫星的云量数值预报方法及预报系统
本专利技术涉及航天气象领域，尤其涉及一种面向商遥卫星的云量数值预报方法及预报系统。
技术介绍
商业遥感卫星(以下简称商遥卫星)具有高空间、时间分辨率，覆盖区域广、制造成本低等优点，在全球各行业都有广泛而重要的应用。我国的商遥卫星“高景一号”01/02卫星于2016年12月28日成功发射，03/04卫星又在2018年1月9日顺利升空，组成我国首个具备高敏捷、多模式成像能力的商业卫星星座，不仅可以获取多点、多条带拼接等影像数据，还可以进行立体采集。这4颗0.5m高分辨率卫星以90°夹角运转于其轨道，持续进行数据采集。四星组网后，全球任一点可实现1天重访，标志着我国完全自主的遥感卫星商业化运营服务迈出了第一步。以“高景一号”为代表的中国商遥卫星的商业化运营，将打破高分遥感市场被国外垄断的局面，进一步满足国家重大发展战略需求。商遥卫星不仅在国土资源调查、测绘、环境监测等方面提供优质服务，还广泛应用于城市规划、地图编制、城市监管、林业、环保、资源管理等行业，同时还在工业设施评估、金融保险以及互联网产业等多个方面大显身手，为行业级和个人消费用户提供高精度卫星数据。就商遥卫星的拍摄而言，卫星自身参数、天气因素、信号与数传等等都会影响其拍摄，其中总云量是影响卫星拍摄的一个关键因素，历史统计表明，商遥卫星废片率在70％左右，其中90％以上的废片是由于云的遮蔽造成。商遥卫星发射和运营的成本是大致固定的，发射入轨之后，其在轨寿命、拍摄次数、摆动频数就已基本确定；商遥卫星的社会效益来自于高效、高质满足国家及行业需求，而其经济效益则直接由其提供的影像的数量和质量确定。以高景一号第一批4颗星座为例，星座具有星下点成像、侧摆成像、连续条带、多条带拼接、立体成像、多目标成像等多种工作模式；可以迅速精准实现星下点成像，常规侧摆角最大为30°，执行重点任务时可达到45°，当然大角度侧摆会相应牺牲其寿命。高景一号单颗卫星每天可采集90万km2影像，在星座8年的设计寿命内，可拍摄约7300万景；在现有70％的废片率下，可用图像为2000万景左右。由于其发射、运营的成本是大致固定的，如果更准确的云预报使得废片率降低10％，还可相应减少摆动次数，可用图像约为2800万景，直接增加经济效益30％左右。并且，在地震、森林火灾等减灾防灾任务中，可及时高效地提供决策支持产品。在高景一号运营之初，利用了全球云量历史数据的气候统计值用于拍摄任务规划，这种方法有三个关键的问题没有解决：第一，总云量历史统计反映的是该地区某个季节的气候平均值，具体到商遥卫星的某一轨某一景拍摄任务，历史平均值的参考意义不大；第二，对于高景一号商务规划而言，最重要的是48h～24h的短期规划，以及24h内基于高准确率云量预报的短时临近任务安排，目前这方面的技术还是空白；第三，高景一号的拍摄是以一轨一景来分割的。作为极轨卫星，高景一号每次过境会拍摄一“轨”卫星条带数据，为便于管理和后续处理，将整轨按照幅宽进行切割，形成一个个接近等边的平行四边形的“景”。高景一号幅宽12km，每一景即12*12km范围，需要提供0.1°*0.1°云量格点数据。纵观全球云量预报，并没有相应空间范围的产品；而直接采用相邻格点值作为预报结果，会带来明显的误差。20世纪70年代以来，数值天气预报作为全球预报技术的主要发展方向，给气象科学的发展带来了革命性的进步，支撑了预报准确率的持续提高。目前国内外有多个气象数值预报模式，例如GRAPES、T639、ECMWF、NCEP等提供总云量预报，但各个模式的时空分辨率、产品范围、预报时效等均有差异，在不同区域的预报准确率也各不相同，并且目前并没有数值模式的空间分辨率满足高景一号的需求。因此，如何提供时空分辨率满足需求的总云量预报产品，成为商遥卫星商业化运营服务的一个关键问题。因此，提出一种面向商遥卫星的云量数值预报方法及预报系统。
技术实现思路
鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的面向商遥卫星的云量数值预报方法及预报系统，该预报方法及预报系统基于云量预报图计算卫星轨道总云量预报数据，能够降低商遥卫星的废片率并增加商遥卫星的寿命。根据本专利技术的一个方面，本专利技术提供的面向商遥卫星的云量数值预报方法，包括以下步骤：从业务数值预报数据库中提取云量预报图；将云量预报图区隔成与商遥卫星的多个行进轨道格点相匹配的多个云量预报格点；根据各行进轨道格点的坐标对应查找与其位置相对应的各云量预报格点；分别提取出各云量预报格点中包含的云量预报数据，并将各云量数据汇总为卫星轨道总云量预报数据。进一步地，通过以下公式将云量预报图区隔成与商遥卫星的多个行进轨道格点相匹配的多个云量预报格点：其中，Cs为插值获得的预测位置s处的云量预报值，Ci为第i个格点处的预报值，λi为第i个格点处的预报值的权重，n为格点值数。进一步地，通过以下公式根据各行进轨道格点的坐标对应查找与其位置相对应的各云量预报格点：其中，LONm为第m景中心的经度，LONmn为第m景的4个顶点的经度，n＝1,2,3,4；LATm为第m景中心的纬度，LATmn为第m景的4个顶点的纬度，n＝1,2,3,4；通过以下公式提取出各云量预报格点中包含的云量预报数据：其中，Cm为中心经纬度为(LONm、LATm)的第m景的云量预报值，Cmj为景中心点周围第j个格点的云量预报值，j＝1,2,3,4；Rmj为第j个格点与景中心之间的距离。进一步地，所述面向商遥卫星的云量数值预报方法，还包括：从多种业务数值预报数据库中选取合适的业务数值预报数据库。进一步地，多种业务数值预报数据库包括GRAPES业务数值预报模式、T639业务数值预报模式、ECMWF业务数值预报模式和NCEP业务数值预报模式。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供的面向商遥卫星的云量数值预报系统，包括：云量预报图提取模块，用于从业务数值预报数据库中提取云量预报图；云量预报格点匹配模块，用于将云量预报图区隔成与商遥卫星的多个行进轨道格点相匹配的多个云量预报格点；云量预报格点查找模块，用于根据各行进轨道格点的坐标对应查找与其位置相对应的各云量预报格点；卫星轨道总云量预报数据提取模块，用于分别提取出各云量预报格点中包含的云量预报数据，并将各云量数据汇总为卫星轨道总云量预报数据。进一步地，云量预报格点匹配模块中包含有实现匹配的如下公式：其中，Cs为插值获得的预测位置s处的云量预报值，Ci为第i个格点处的预报值，λi为第i个格点处的预报值的权重，n为格点值数。进一步地，云量预报格点查找模块包含有实现查找的如下公式：其中，LONm为第m景中心的经度，LONmn为第m景的4个顶点的经度，n＝1,2,3,4；LATm为第m景中心的纬度，LATmn为第m景的4个顶点的纬度，n＝1,2,3,4；卫星轨道总云量预报数据提取模块包含有实现提取的如下公式：其中，Cm为中心经纬度为(LONm、LATm)的第m景的云量预报值，Cmj为景中心点周围第j个格点的云量预报值，j＝1,2,3,4；Rmj为第j个格点与景中心之间的距离。进一步地，所述面向商遥卫星的云量数值预报系统，还包括：业务数值预报数据库选取模块，用于从多种业务数值预报数据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种面向商遥卫星的云量数值预报方法，其特征在于，包括以下步骤：从业务数值预报数据库中提取云量预报图；将云量预报图区隔成与商遥卫星的多个行进轨道格点相匹配的多个云量预报格点；根据各行进轨道格点的坐标对应查找与其位置相对应的各云量预报格点；分别提取出各云量预报格点中包含的云量预报数据，并将各云量数据汇总为卫星轨道总云量预报数据。

【技术特征摘要】
1.一种面向商遥卫星的云量数值预报方法，其特征在于，包括以下步骤：从业务数值预报数据库中提取云量预报图；将云量预报图区隔成与商遥卫星的多个行进轨道格点相匹配的多个云量预报格点；根据各行进轨道格点的坐标对应查找与其位置相对应的各云量预报格点；分别提取出各云量预报格点中包含的云量预报数据，并将各云量数据汇总为卫星轨道总云量预报数据。2.根据权利要求1所述的面向商遥卫星的云量数值预报方法，其特征在于，通过以下公式将云量预报图区隔成与商遥卫星的多个行进轨道格点相匹配的多个云量预报格点：其中，Cs为插值获得的预测位置s处的云量预报值，Ci为第i个格点处的预报值，λi为第i个格点处的预报值的权重，n为格点值数。3.根据权利要求2所述的面向商遥卫星的云量数值预报方法，其特征在于，通过以下公式根据各行进轨道格点的坐标对应查找与其位置相对应的各云量预报格点：其中，LONm为第m景中心的经度，LONmn为第m景的4个顶点的经度，n＝1,2,3,4；LATm为第m景中心的纬度，LATmn为第m景的4个顶点的纬度，n＝1,2,3,4；通过以下公式提取出各云量预报格点中包含的云量预报数据：其中，Cm为中心经纬度为(LONm、LATm)的第m景的云量预报值，Cmj为景中心点周围第j个格点的云量预报值，j＝1,2,3,4；Rmj为第j个格点与景中心之间的距离。4.根据权利要求3所述的面向商遥卫星的云量数值预报方法，其特征在于，还包括：从多种业务数值预报数据库中选取合适的业务数值预报数据库。5.根据权利要求4所述的面向商遥卫星的云量数值预报方法，其特征在于，多种业务数值预报数据库包括GRAPES业务数值预报模式、T639业务数值预报模式、ECMWF业务数值预报模式和NCEP业务数值预报模式。6.一种面向商遥卫星的云量数值预报系...

【专利技术属性】
技术研发人员：周率，李守峰，姚智，王晓峰，刘晓旭，庞涛，董惠隆，
申请(专利权)人：北京维艾思气象信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11