一种使用平流层重力波预测台风风速的方法技术

一种使用平流层重力波预测台风风速的方法，包括如下步骤：S100、收集资料，处理数据；S200、采用瑞利激光雷达对待预测区域进行探测，获取瑞利激光雷达回波；S300、绘制平流层大气密度垂直廓线，温度垂直廓线，平流层纬向风垂直廓线，平流层经向风垂直廓线；S400、获取待预测区域扰动廓线；S500、分别计算待预测区域的重力波的水平波长，频率，有效动能和有效势能；S600、预测待预测区域台风风速；本发明专利技术的使用平流层重力波预测台风风速的方法，通过收集全球历年的台风数据进行分析，创造性的提出了平流层重力波的频率，水平波长，有效动能和有效势能为影响台风风速的主要因素。

A method of using stratospheric gravity wave to predict typhoon wind speed

【技术实现步骤摘要】
一种使用平流层重力波预测台风风速的方法
本专利技术涉及气象领域中的预测方法，尤其是一种使用平流层重力波预测台风风速的方法。
技术介绍
平流层又称同温层，是介于对流层与中间层的区域，因气流以水平为主，很少存在湍流而得名，温度分布上主要特点是下冷上热，最冷的区域是与对流层顶交界的地方，随着高度上升温度升高。近年来，随着遥感技术以及卫星技术的发展，平流层观测技术得到了丰富的发展，激光雷达可以得到局地的高时间、空间分辨率大气参数，临边探测技术及掩星技术实现了全球的平流层区域的观测，这为研究平流层大尺度、长周期的变化特征提供了广泛的数据基础。高性能计算机技术也为大气模式的发展提供了坚实的硬件基础。在研究大气的过程中，科研人员将各种物理参量分解为稳定的大气背景和扰动量两个部分，这样的分解在理论研究及数值模拟中是合理的。试验观测中，科研人员也能发现类似的在长期稳定基础上的扰动态存在。重力波能够很好地解释这些暂态扰动的物理成因。重力波的一个很重要的特性是能够携带波源处的动量及能量向外传播，这些能量在重力波传播的路径上释放，从而实现大气中动能及能量的输运过程，影响大气环流。专利技术人在对台风麦莎以及台风梅花等极端天气的研究中发现，台风风速与重力波有着密不可分的关系，然而，现有技术中，关于台风风速与重力波的关系，研究甚少，尚无有效的利用重力波的参数预测台风风速的方法。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种使用平流层重力波预测台风风速的方法。本专利技术的技术解决方案是：一种使用平流层重力波预测台风风速的方法，包括如下步骤：S100)、收集资料，处理数据S110)、对全球以预定距离进行经纬度网格划分；对自然年以预定时间间隔划分；S120)、收集全球历年的台风数据，并以收集的全球历年的台风数据建立数据库，所述台风数据包括每个经纬度网格内，每个预定时间间隔内的实际台风风速，平流层重力波的频率，水平波长，有效动能和有效势能；根据全球历年的台风数据，建立每个经纬度网格内，每个预定时间间隔内，实际台风风速与平流层重力波的频率，水平波长，有效动能和有效势能的回归方程：V(tai)＝f(ω，λ(h)，Ek，EP)上式中，V(tai)为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内的实际台风风速，单位为m/s，下同；ω为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内，平流层重力波的频率，单位为Hz，下同；λ(h)为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内，平流层重力波的水平波长，单位为m，下同；Ek为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内，平流层重力波的有效动能，单位为J，下同；EP为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内，平流层重力波的有效势能，单位为J，下同；S200)、探测采用瑞利激光雷达对待预测区域进行探测，获取瑞利激光雷达回波；S300)、绘制平流层大气密度垂直廓线，温度垂直廓线，平流层纬向风垂直廓线，平流层经向风垂直廓线S400)、获取待预测区域扰动廓线S500)、计算待预测区域的重力波的参数分别计算待预测区域的重力波的水平波长，频率，有效动能和有效势能；S600)、预测待预测区域台风风速将待预测区域所在的经纬度网格以及获取待预测区域数据的时间匹配步骤S110中所划分的全球的经纬度网格和预定时间间隔后，将步骤S500计算的待预测区域的重力波的参数代入步骤S120建立的回归方程，计算出待预测区域的台风风速。进一步的，步骤S110中，对全球以预定距离进行经纬度网格划分；对自然年以预定时间间隔划分按照经度×纬度×时间的方式划分，具体为15°×10°×12小时。进一步的，步骤S400，获取待预测区域扰动廓线前，将进行数据筛选，去掉在观测中出现的短期背景异常的廓线。进一步的，步骤S300中，绘制平流层大气密度垂直廓线，温度垂直廓线，包括如下步骤：S310)、绘制待预测区域平流层大气密度垂直廓线根据经验公式绘制待预测区域平流层大气密度垂直廓线；上式中，z为探测高度，单位为km，下同；z0为参考高度，单位为km，下同；ρ(z)为高度z处的大气密度，单位为kg/m3，下同；为高度z0处的大气密度，单位为kg/m3，通过标准大气CIRS86获取，为已知量，下同；N(z)为高度z处的大气回波光子数，下同；为高度z0的大气回波光子数，通过标准大气CIRS86获取，为已知量，下同；NB为背景噪声，下同；S320)、绘制平流层大气温度垂直廓线根据经验公式从参考高度z0向下积分，对每个预定高度间隔dz进行递归，得到待预测区域的大气温度分布并绘制平流层大气温度垂直廓线；上式中，T(z)为高度z处的大气温度，单位为K，下同；为高度z0处的大气温度，单位为K，通过标准大气CIRS86获取，为已知量，下同；M为大气分子的摩尔质量，单位为kg/mol，为已知量，下同；g为重力加速度，单位为N/kg，为已知量，下同；R为理想气体常数，单位为J·mol-1·K-1，为已知量，下同；进一步的，NB为背景噪声为预定高度之间的大气回波光子数，优选的，所述预定高度之间的大气回波光子数为高度为120-150km之间的大气回波光子数。进一步的，步骤S400中，获取待预测区域扰动廓线，包括如下步骤：S410)、将步骤S300绘制的待预测区域的平流层大气密度垂直廓线进行四阶多项式拟合，建立平流层大气密度垂直背景廓线，将步骤S300绘制的待预测区域的平流层大气密度垂直廓线减去平流层大气密度垂直背景廓线获取待预测区域的大气密度扰动廓线；S420)、将步骤S300绘制的待预测区域的平流层大气温度垂直廓线进行四阶多项式拟合，建立平流层大气温度垂直背景廓线，将步骤S300绘制的待预测区域的平流层大气温度垂直廓线减去平流层大气温度垂直背景廓线获取待预测区域的大气温度扰动廓线；S430)、将步骤S300绘制的待预测区域的平流层纬向风垂直廓线进行四阶多项式拟合，建立平流层纬向风垂直背景廓线，将步骤S300绘制的待预测区域的平流层纬向风垂直廓线减去平流层纬向风垂直背景廓线获取待预测区域的纬向风扰动廓线；S440)、将步骤S300绘制的待预测区域的平流层经向风垂直廓线进行四阶多项式拟合，建立平流层经向风垂直背景廓线，将步骤S300绘制的待预测区域的平流层经向风垂直廓线减去平流层经向风垂直背景廓线获取待预测区域的经向风扰动廓线。进一步的，步骤S500中，计算待预测区域的重力波的频率，包括如下步骤：S511)、计算待预测区域的浮力频率根据公式计算待预测区域的浮力频率，上式中，N为待预测区域的浮力频率，单位为Hz，下同；为S420中，将步骤S300绘制的待预测区域的平流层大气温度垂直廓线进行四阶多项式拟合，建立平流层大气温度垂直背景廓线，单位为K，下同；CP为干空气定比压热容，单位为J(kg·K)，下同；S512)、计算水平风本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种使用平流层重力波预测台风风速的方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS100)、收集资料，处理数据/nS110)、对全球以预定距离进行经纬度网格划分；对自然年以预定时间间隔划分；/nS120)、收集全球历年的台风数据，并以收集的全球历年的台风数据建立数据库，所述台风数据包括每个经纬度网格内，每个预定时间间隔内的实际台风风速，平流层重力波的频率，水平波长，有效动能和有效势能；根据全球历年的台风数据，建立每个经纬度网格内，每个预定时间间隔内，实际台风风速与平流层重力波的频率，水平波长，有效动能和有效势能的回归方程：/nV

【技术特征摘要】
1.一种使用平流层重力波预测台风风速的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S100)、收集资料，处理数据
S110)、对全球以预定距离进行经纬度网格划分；对自然年以预定时间间隔划分；
S120)、收集全球历年的台风数据，并以收集的全球历年的台风数据建立数据库，所述台风数据包括每个经纬度网格内，每个预定时间间隔内的实际台风风速，平流层重力波的频率，水平波长，有效动能和有效势能；根据全球历年的台风数据，建立每个经纬度网格内，每个预定时间间隔内，实际台风风速与平流层重力波的频率，水平波长，有效动能和有效势能的回归方程：
V(tai)＝f(ω，λ(h)，Ek，EP)
上式中，
V(tai)为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内的实际台风风速，单位为m/s，下同；
ω为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内，平流层重力波的频率，单位为Hz，下同；
λ(h)为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内，平流层重力波的水平波长，单位为m，下同；
Ek为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内，平流层重力波的有效动能，单位为J，下同；
EP为单个经纬度网格内，单个预定时间间隔内，平流层重力波的有效势能，单位为J，下同；
S200)、探测
采用瑞利激光雷达对待预测区域进行探测，获取瑞利激光雷达回波；
S300)、绘制平流层大气密度垂直廓线，温度垂直廓线，平流层纬向风垂直廓线，平流层经向风垂直廓线
S400)、获取待预测区域扰动廓线
S500)、计算待预测区域的重力波的参数
分别计算待预测区域的重力波的水平波长，频率，有效动能和有效势能；
S600)、预测待预测区域台风风速
将待预测区域所在的经纬度网格以及获取待预测区域数据的时间匹配步骤S110中所划分的全球的经纬度网格和预定时间间隔后，将步骤S500计算的待预测区域的重力波的参数代入步骤S120建立的回归方程，计算出待预测区域的台风风速。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S110中，对全球以预定距离进行经纬度网格划分；对自然年以预定时间间隔划分按照经度×纬度×时间的方式划分，具体为15°×10°×12小时。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S400，获取待预测区域扰动廓线前，将进行数据筛选，去掉在观测中出现的短期背景异常的廓线。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S300中，绘制平流层大气密度垂直廓线，温度垂直廓线，包括如下步骤：
S310)、绘制待预测区域平流层大气密度垂直廓线
根据经验公式绘制待预测区域平流层大气密度垂直廓线；
上式中，z为探测高度，单位为km，下同；z0为参考高度，单位为km，下同；ρ(z)为高度z处的大气密度，单位为kg/m3，下同；为高度z0处的大气密度，单位为kg/m3，通过标准大气CIRS86获取，为已知量，下同；N(z)为高度z处的大气回波光子数，下同；为高度z0的大气回波光子数，通过标准大气CIRS86获取，为已知量，下同；NB为背景噪声，下同；
S320)、绘制平流层大气温度垂直廓线
根据经验公式从参考高度z0向下积分，对每个预定高度间隔dz进行递归，得到待预测区域的大气温度分布并绘制平流层大气温度垂直廓线；
上式中，T(z)为高度z处的大气温度，单位为K，下同；为高度z0处的大气温度，单位为K，通过标准大气CIRS86获取，为已知量，下同；M为大气分子的摩尔质量，单位为kg/mol，为已知量，下同；g为重力加速度，单位为N/kg，为已知量，下同；R为理想气体常数，单位为J·mol-1·K-1，为已知量，下同。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：NB为背景噪声为预定高度之间的大气回波光子数，优选的，所述预定高度之间的大气回波光子数为高度为120-150km之间的大气回波光子数。


6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤S400中，获取待预测区域扰动廓线，包括如下步骤：
S410)、将步骤S300绘制的待预测区域的平流层大气密度垂直廓线进行四阶多项式拟合，建立平流层大气密度垂直背景廓线，将步骤S300绘制的待预测区域的平流...

【专利技术属性】
技术研发人员：常舒捷，盛峥，郭栋，廖麒翔，张伟，季倩倩，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32