数值天气预报模式的误差来源确定方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种数值天气预报模式的误差来源确定方法及装置，涉及数值天气预报领域。该方法包括：确定卫星观测区域，以及数值天气预报模式中的与所述卫星观测区域对应的模拟区域；获取当前时刻所述卫星观测区域的辐射值，以及所述数值天气预报模式下的所述模拟区域的大气参数；根据预设的大气顶层向上辐射公式，确定所述辐射值对所述大气参数的敏感度，所述敏感度为所述大气参数改变时所述辐射值的改变幅度；基于所述敏感度确定所述大气参数的误差来源特征，所述误差来源特征用于表征所述模拟区域中的大气参数的误差来源分布。通过大气参数变化对辐射值的影响幅度确定大气参数的误差来源特征，从而能够对大气参数的偏差特征进行估算。

The method and device to determine the error source of NWP model

The application provides a method and a device for determining the error source of a numerical weather prediction model, which relates to the field of numerical weather prediction. The method comprises the following steps: determining the satellite observation area and the simulation area corresponding to the satellite observation area in the numerical weather forecast model; obtaining the radiation value of the satellite observation area at the current time and the big gas parameter of the simulation area in the numerical weather forecast model; determining the radiation value to the big according to the preset top-level up radiation formula of the atmosphere The sensitivity of the air parameter is the change amplitude of the radiation value when the air parameter changes; the error source feature of the air parameter is determined based on the sensitivity, and the error source feature is used to characterize the error source distribution of the air parameter in the simulation area. The error source characteristics of the atmospheric parameters are determined by the influence amplitude of the atmospheric parameters on the radiation value, so that the deviation characteristics of the atmospheric parameters can be estimated.

【技术实现步骤摘要】
数值天气预报模式的误差来源确定方法及装置
本申请涉及数值天气预报
，具体而言，涉及一种数值天气预报模式的误差来源确定方法及装置。
技术介绍
在现有技术中，由于气象卫星观测的亮温，与气象数值天气预报模式的预报量不是同一物理量，无法直接定量比较。目前卫星亮温数据检验数值模式的预报产品通常采用两种方案：将气象数值模式产品通过辐射传输模式计算成卫星辐射值，与卫星观测辐射值进行比较，反映出辐射值的预报偏差，但是无法确切反映出气象模式具体的偏差；利用气象卫星的图像产品描述天气系统的位置和强度，与数值预报产品进行定性检验，也无法给出数值天气预报模式中大气参数的偏差特征。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例的目的在于提供一种数值天气预报模式的误差来源确定方法及装置，以解决现有技术中无法估算数值天气预报模式中大气参数的偏差特征的问题。本申请实施例提供了一种数值天气预报模式的误差来源确定方法，所述方法包括：确定卫星观测区域，以及数值天气预报模式中的与所述卫星观测区域对应的模拟区域；获取当前时刻所述卫星观测区域的辐射值，以及所述数值天气预报模式下的所述模拟区域的大气参数；根据预设的大气顶层向上辐射公式，确定所述辐射值对所述大气参数的敏感度，所述敏感度为所述大气参数改变时所述辐射值的改变幅度；基于所述敏感度确定所述大气参数的误差来源特征，所述误差来源特征用于表征所述模拟区域中的大气参数的误差来源分布。在上述实现过程中，通过大气顶层向上辐射公式确定辐射值对数值天气预报模式中的大气参数的敏感度，通过选取特定卫星观测通道和天气条件，减小了大气顶层向上辐射公式的方程自由度，提高了计算精度，不需要根据多个大气参数、表面参量、大气光学厚度等对大气状态进行反演，避免反演过程带来的误差。通过观测亮温与模拟亮温的偏差以及大气参数敏感度分析，能够获得大气参数的偏差特征，并且提高了误差来源评估的准确性和效率。可选地，所述大气顶层向上辐射公式包括：L(v,θ)＝(1-N)LClr(v,θ)+NLcld(v,θ)，其中，L(v,θ)表示所述辐射值，ν表示卫星观测通道的频率，θ表示观测角度，LClr(υ,θ)表示晴空大气层顶向上辐射值，Lcld(v,θ)表示云顶到大气层顶向上辐射值，N表示云量。可选地，所述确定卫星观测区域，以及数值天气预报模式中的与所述卫星观测区域对应的模拟区域，包括：选取所述卫星观测区域以及对应的所述模拟区域；在有限差分格点模式下，将所述模拟区域垂直划分为n层，水平划分为m个格点。在上述实现过程中，通过有限差分格点模式的区域划分，将模拟区域划分为多个小区域，从而能够得到模拟区域内各个部分的大气参数，以针对各个部分的大气参数对辐射值的影响程度进行评估。可选地，所述选取所述卫星观测区域以及对应的所述模拟区域，包括：在所述大气参数为温度和/或湿度时，在晴空区中选取卫星观测区域以及所述卫星观测区域对应的所述模拟区域；在所述大气参数为云参数时，在云区中选取卫星观测区域以及所述卫星观测区域对应的所述模拟区域。在上述实现过程中，对不同大气参数的误差来源进行分析时选取不同的天气条件的区域，提高了误差来源分析的准确性。可选地，所述基于大气顶层向上辐射公式，确定所述辐射值对所述大气参数的敏感度，包括：通过对所述大气顶层向上辐射公式求导，构建对所述大气参数的雅可比矩阵，所述雅可比矩阵为n列m行的矩阵；将所述雅可比矩阵中的每个元素的值作为对应层中对应格点处的所述辐射值对所述大气参数的敏感度，所述敏感度的数值越大所述辐射值随所述大气参数变化的幅度越大。在上述实现过程中，通过大气参数的雅可比矩阵表示对应层对应格点处的辐射值对大气参数的敏感度，更加直观地展示了大气参数的误差来源的空间分布。可选地，所述误差来源特征包括偏差结构特征，包括：基于所述雅可比矩阵中各个元素的大小，确定所述模拟区域中所有格点处大气参数的误差来源的偏差结构特征。可选地，所述基于所述敏感度确定所述大气参数的误差来源特征，包括：获取所述雅可比矩阵的平均值；基于所述平均值确定所述大气参数的误差来源的平均垂直特征。可选地，所述方法还包括：确定不同时刻的平均垂直特征；基于不同时刻的平均垂直特征的变化值，确定所述大气参数的误差来源的随时间变化趋势。本申请实施例还提供了一种数值天气预报模式的误差来源特征确定装置，所述装置包括：区域确定模块，用于确定卫星观测区域，以及数值天气预报模式中的与所述卫星观测区域对应的模拟区域；观测数据确定模块，用于获取当前时刻所述卫星观测区域的辐射值，以及所述数值天气预报模式下的所述模拟区域的大气参数；敏感度确定模块，用于基于大气顶层向上辐射公式，确定所述辐射值对所述大气参数的敏感度，所述敏感度为所述大气参数改变时所述辐射值的改变幅度；特征确定模块，用于基于所述敏感度确定所述大气参数的误差来源特征，所述误差来源特征用于表征所述模拟区域中的大气参数的误差来源分布。在上述实现过程中，通过大气顶层向上辐射公式确定辐射值对数值天气预报模式中的大气参数的敏感度，通过选取特定卫星观测通道和天气条件，减小了大气顶层向上辐射公式的方程自由度，提高了计算精度，不需要根据多个大气参数、表面参量、大气光学厚度等对大气状态进行反演，避免反演过程带来的误差。通过观测亮温与模拟亮温的偏差以及大气参数敏感度分析，就能够获得大气参数的偏差特征，并且提高了误差来源评估的准确性和效率。可选地，所述大气顶层向上辐射公式包括：L(ν,θ)＝(1-N)LClr(v,θ)+NLCld(v,θ)，其中，L(v,θ)表示所述辐射值，ν表示卫星观测通道的频率，θ表示观测角度，LClr(υ,θ)表示晴空大气层顶向上辐射值，Lcld(v,θ)表示云顶到大气层顶向上辐射值，N表示云量。可选地，所述区域确定模块包括：区域选择单元，用于选取所述卫星观测区域以及对应的所述模拟区域；格点划分单元，用于在有限差分格点模式下，将所述模拟区域垂直划分为n层，水平划分为m个格点。在上述实现过程中，通过有限差分格点模式的区域划分，将模拟区域划分为多个小区域，从而能够得到模拟区域内各个部分的大气参数，以针对各个部分的大气参数对辐射值的影响程度进行评估。可选地，所述区域选择单元具体用于：在所述大气参数为温度和/或湿度时，在晴空区中选取卫星观测区域以及所述卫星观测区域对应的所述模拟区域；在所述大气参数为云参数时，在云区中选取卫星观测区域以及所述卫星观测区域对应的所述模拟区域。在上述实现过程中，对不同大气参数的误差来源进行分析时选取不同的天气条件的区域，提高了误差来源分析的准确性。可选地，所述敏感度确定模块包括：矩阵构建单元，用于通过对所述大气顶层向上辐射公式求导，构建针对所述大气参数的雅可比矩阵，所述雅可比矩阵为n列m行的矩阵；敏感度确定单元，用于将所述雅可比矩阵中的每个元素的值作为对应层中对应格点处的所述辐射值针对所述大气参数的敏感度，所述敏感度的数值越大所述辐射值随所述大气参数变化的幅度越大。在上述实现过程中，通过大气参数的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数值天气预报模式的误差来源确定方法，其特征在于，所述方法包括：/n确定卫星观测区域，以及数值天气预报模式中的与所述卫星观测区域对应的模拟区域；/n获取当前时刻所述卫星观测区域的辐射值，以及所述数值天气预报模式下的所述模拟区域的大气参数；/n根据预设的大气顶层向上辐射公式，确定所述辐射值对所述大气参数的敏感度，所述敏感度为所述大气参数改变时所述辐射值的改变幅度；/n基于所述敏感度确定所述大气参数的误差来源特征，所述误差来源特征用于表征所述模拟区域中的大气参数的误差来源分布。/n

【技术特征摘要】
1.一种数值天气预报模式的误差来源确定方法，其特征在于，所述方法包括：
确定卫星观测区域，以及数值天气预报模式中的与所述卫星观测区域对应的模拟区域；
获取当前时刻所述卫星观测区域的辐射值，以及所述数值天气预报模式下的所述模拟区域的大气参数；
根据预设的大气顶层向上辐射公式，确定所述辐射值对所述大气参数的敏感度，所述敏感度为所述大气参数改变时所述辐射值的改变幅度；
基于所述敏感度确定所述大气参数的误差来源特征，所述误差来源特征用于表征所述模拟区域中的大气参数的误差来源分布。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述大气顶层向上辐射公式包括：L(v,θ)＝(1-N)LClr(v,θ)+NLCld(v,θ)，其中，L(v,θ)表示所述辐射值，ν表示卫星观测通道的频率，θ表示观测角度，LClr(υ,θ)表示晴空大气层顶向上辐射值，Lcld(v,θ)表示云顶到大气层顶向上辐射值，N表示云量。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定卫星观测区域，以及数值天气预报模式中的与所述卫星观测区域对应的模拟区域，包括：
选取所述卫星观测区域以及对应的所述模拟区域；
在有限差分格点模式下，将所述模拟区域垂直划分为n层，水平划分为m个格点。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述选取所述卫星观测区域以及对应的所述模拟区域，包括：
在所述大气参数为温度和/或湿度时，在晴空区中选取卫星观测区域以及所述卫星观测区域对应的所述模拟区域；
在所述大气参数为云参数时，在云区中选取卫星观测区域以及所述卫星观测区域对应的所述模拟区域。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于大气顶层向上辐射公式，确定所述辐射值针对所述大气参数的敏感度，包括：
通过对所述大气顶层向上辐射公式求导，构建针对所述大气参...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟钰，
申请(专利权)人：中国气象局广州热带海洋气象研究所广东省气象科学研究所，
类型：发明
国别省市：广东;44